地基不均匀沉降导致建筑开裂分析

地基不均匀沉降导致建筑开裂分析
地基不均匀沉降;裂缝
1.建筑结构基础不均匀沉降的表现形式
当地基基础产生不均匀沉降时,其表现形式大多是底层墙体开裂,严重时可能向上继续延伸。

斜裂缝一般发生在建筑物纵墙的两端,或建筑物的中部以及建筑物的阳角。

斜裂缝成因是由于地基局部沉降,使墙体承受较大的剪力,当砌体受拉应力超过其抗拉强度时,即发生断裂;水平裂缝多发生在窗间墙。

当发生局部不均匀沉降时,沉降单元上部受到阻力,使窗间墙受到较大的水平剪力,当砂浆强度不足以抵抗该剪力时,即发生水平裂缝。

垂直裂缝大多在较宽窗的窗台中部。

当发生不均匀沉降时,窗间墙因受荷载较大,窗台因其上负有窗重,荷载很小,因此窗台墙相当于反梁而窗间墙相当于反梁支座,窗台墙因反向变形过大而开裂,上宽下窄。

2.地基不均匀沉降的原因
由基础沉降计算公式: S∝σ??2hEs,分析可知:附加应力σ??2、地基压缩层厚度h以及地基土的压缩模量Es相差悬殊,是导致地基不均匀沉降的本质因素;土体中孔隙的存在是土体具有可压缩性、导致建筑物沉降的内在原因;基底附加应力p是引起地基土压缩、导致建筑沉降的外因。

具体来说,引起基础不均匀沉降的原因可分为下列几类:
2.1.地基土本身的不均匀性。

地基土并不是单一的匀质材料,但在设计中对其作了简化假定,使其单一化理想化,表达为土的容重r、压缩模量E、密实度ρ等,这样就使计算与实际有一定的误差。

因此,尽管设计时计算得很认真,也并不能保证建筑物能够完全均匀沉降2.2 施工中出现的问题。

由于施工时地基处理的不好,或因地质勘探不细,没有发现地下的某些不良地质现象,如暗洪、坑洞等,因而未作处理或处理不善,从而引起地基的不均匀沉降。

2.3 建成后使用过程中的意外影响。

由于地下水管的大量漏水引起地基局部下沉,或因为临时的大量的地面堆载而引起局部下沉,另外还有相邻新建筑产生的影响等。

2.4 计算过程中的不正确因素的影响。

主要是计算过程中,沉降经验系数的取值及一些人为的计算方法选择的影响。

2.5 地基面积安全储备的不同。

在具体设计中,对承受外荷载较大的部分,设计者会给予精确计算,而对外荷载较小的部分,往往会采取估算方法,并给予相对较大的富余量,而这恰恰是不可取的。

2.6 地基处理方法选取不当。

地基处理方法多种多样,每种处理方法都有各自适用的范围,
并且对不同的工程要求处理的效果也不相同。

不同地区的地质条件千差万别,同一地区的不同工程或者同一工程的不同部位地质条件也不尽相同,因此有可能需要同时运用多种地基处理方法,但为了施工方便,实际工程中有可能会使用同一方法处理不同软弱地基,而这往往是造成差异沉降的隐蔽因素。

2.7 建筑结构设计不当。

一般结构设计时,都会验算地基承载力,使其满足要求。

但常常忽略地基承载力之内的地基差异变形,当基础相邻部位的上部荷载差异较大,又没采取相应的地基处理措施时,往往都会产生差异沉降。

4. 本工程分析
针对上述2.3提及的结构在建成使用过程中的意外影响,结合工程实践讨论邻近建筑施工所产生的基础不均匀沉降问题。

4.1 工程概况。

受损结构为某学校的体育馆与学生食堂,该两栋建筑均建于上世纪80年代,其中体育馆为框架与排架混合结构,基础为柱下独立基础,学生食堂为砖混结构,条形基础,使用状态一直较为正常。

因办学规模的扩大,学校在体育馆及学生食堂附近新建了学生宿舍。

在基础施工阶段,体育馆与学生食堂墙体发生了不同程度的开裂。

4.2 裂缝分析。

对体育馆及食堂进行了现场调查与分析,并进行了建筑沉降观测。

其中体育馆裂缝可分为二类,食堂裂缝可分为三类,均与建筑的不均匀沉降有关,描述如下:
体育馆裂缝:
(1)外墙靠近柱顶端附近,从墙角发生,成45°夹角的斜向裂缝。

根据沉降观测,结构部分测点出现倾斜,对墙体产生牵拉力,当主拉应力大于墙体的极限抗拉强度时,造成墙体出现接裂缝;
(2)内墙廊道楼梯间与体育馆之间产生竖向裂缝,该建筑为对称结构,中间廊道楼梯间为框架结构,南北体育馆为排架结构,廊道与羽毛球馆设置有伸缩缝,由于体育馆出现侧向倾斜,导致内墙出现竖向裂缝。

学生食堂裂缝:
(1)门窗洞口附近及部分墙体出现的斜向裂缝,此类裂缝宽度一般小于1mm;
(2)沿墙角处产生的竖向裂缝,此类裂缝宽度在3~6mm;
(3)在梁下出现的受力斜向裂缝,此类裂缝宽度较大;
该建筑为砌体结构,对不均匀沉降较为敏感,在地基不稳定的情况下易在上部墙体上产生裂缝,特别是门窗洞口和局部受压等薄弱部位,裂缝开展较宽。

5. 结论
建筑结构的基础产生不均匀沉降引起上部结构的过大变
形、开裂、倾斜甚至破坏。

而造成基础不均匀沉降的原因有很多,对于因为施工而引发周边建筑出现此类情况的事件也不在少数。

在施工准备及过程中,对已有建筑进行详细的评估,地质条件的调查了解,采取相应的保护措施,是避免出现此类情况的必要手段。

参考文献
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[文章编号]1006-7619(2010)07-06-151。