某山地建筑项目地基不均匀沉降问题分析

某山地建筑项目地基不均匀沉降问题分
析
摘要：通过对一栋山地新建建筑墙体开裂问题的原因分析，总结出山地建筑地基基础设计需先对地基进行附加应力场分析，根据对应的附加应力场初步估算变形场，在此基础上进行地基设计方案选型才能保证得出安全合理的地基方案，此外通过此分析也能得出山区地基勘察的钻孔间距要根据应力场的不均匀性程度进行适当加密，钻孔深度需满足变形计算的要求。

关键词：附加应力场、变形场
1.
质量事故简述
某山区学校多层办公楼，建筑面积约5000平米，正负零绝对高程为821.3米，地上5层，建筑高度23.50米，结构型式为框架结构，基础采用柱下独立基础，基底标高-3.3米，地基采用柱锤冲扩素砼桩复合地基，桩长5米，桩端持力层为③层粉质粘土，复合地基承载力特征值不小于280kPa，处理后的基础沉降量不大于40mm。

项目投入使用后约1月，发现⑨～⑩轴间A～C轴上墙体普遍开裂，其中⑩轴交A轴外墙墙体明显外倾，经持续观测半年后，墙体裂缝逐步加大，没有沉降稳定迹象，遂要求继续进行观测。

建筑设计基本信息如下：1.
建筑外墙采用自保温砌块，饰面保温及砌块整体预制。

2、结构平面简图及钻孔平面图
1.
场地地质参数及地基
1、各钻孔柱状图表如下：
1.
地基设计方案
桩径430mm，有效桩长5.5m，单桩承载力特征值为500kN。

地基持力层为压实填土或第②层粉土，桩端持力层为第③层粉质粘土或第④层黏土。

填方需清除顶部耕土及②层粉土，用2：8灰土分层夯实至基底标高以上200mm,压实系数不小于0.94,承载力特征值不小于110kPa。

承载体材料为碎石（卵石）、干硬性混凝土，三击贯入度100mm。

1.
地基及基础方案分析
从钻孔孔口标高可以看出，此场地自然地表起伏很大，基本为东北高，西南低的走向，从815.45～824.47最大高高差近9米，为不均匀地基。

由于正负零高程为821.30米，考虑施工过程，东北区域局部要挖土至基底标高，西南区域要填土近6米，基底以上主体建筑及填土部分的荷载为新增附加荷载，并且由于填土厚度不均，造成下部土层附加应力分布极为不均匀，又由于填土面积较大，所以变形计算时的影响深度会比较深，故本工程基础方案选择首先应考虑的是变形能否满足规范的要求。

不考虑下部土层变形的情况下，现有方案的复合地基承
载力及变形经复核满足要求，但独立基础面积较小，变形计算影响深度较浅，基本在桩的加固区范围内，而实际的变形应为桩端以上变形与桩端以下变形的叠加。

复核地基设计图纸发现，设计桩长均相同，应该没有考虑由于大面积填土造成桩端以下土层的变形。

假如调整桩长考虑变刚设计会有两方面的问题，一是勘察孔距过大，中部的土层厚度情况很难估计；二是依靠桩来调整大面积填土造成的不均匀沉降能否可行值得商榷。

由以上分析原设计地基方案还是有瑕疵的。

1.
复合地基桩端以下土层的变形分析
为复核原设计的合理性，现对复合地基桩端以下土层做变形计算，假定该顶面以上上部建筑传来的平均荷载为50kPa/m2，为方便计算，分区块计算不同区域的填土荷载，以上荷载叠加近似模拟附加荷载应力场。

变形计算采用Yjk3.1，沉降经验系数ψ=0.329，沉降计算深度Zn=19.54，计算结果沉降变形场如下图：
有上图可见，楼座的沉降由桩端以下土层的变形控制，并且沉降变形非常不
均匀，墙体破坏处主要发生在沉降最大区域处，假如加长桩长控制变形，那么桩
端基本已经到达强风化岩，已经不适合做复合地基。

1.
结论
通过上述分析，初步得出结论如下：
1.
墙体开裂原因为变形导致，原复合地基设计未考虑桩端以下土层的变形，故变形计算是错误的；
2.
在不均匀地基的场地条件下，需进行较准确的变形估算，然后再根据变形状况进行地基方案设计；
3.
勘察钻孔布置应结合不均匀场地的情况加密布置，否则不能如实反映地基的实际状况；
4.
勘察单位应同设计单位充分沟通确定勘察深度以满足变形计算的要求。

1.
建议
对于本工程，由于地基情况的复杂性及变形计算结果的经验性，综合考虑经济性建议该建筑加强变形监测，假如近期变形能够稳定再对墙面进行修复，如变形无法稳定，则必须考虑地基加固措施，防止上部主体结构由于变形导致破坏。

对于设计人员在进行山区地基及基础方案选型时，首先一定要分析场地的原有地形是否起伏过大，下部土层是否存在差异，附加应力分布是否均匀，以上因素需综合考虑后选出合理的地基及基础方案。

其次还应该对勘察报告的合理性进行判断，是否能满足变形计算的深度要求。

最后，对于相关单位出具的地基设计成果必须进行复核，因为一般地基设计单位很少会整体进行变形计算，并且根据规范要求，地基变形的计算也是主体设计单位的重要工作内容。

参考文献
【1】建筑地基基础设计规范，中国建筑工业出版社，2013。

【2】建筑地基处理技术规范，中国建筑工业出版社，2013。

【3】CFG桩复合地基技术及工程实践，中国水利水电出版社，2006。