現(xiàn)今,隨著城市高層建筑的日益增多,高層建筑以及鐵路房建工程對(duì)地基工程的強(qiáng)度及沉降要求高于普通房建工程,特別是軟土地基.如施工方法不當(dāng)或未按規(guī)定和操作規(guī)程進(jìn)行,不僅會(huì)影響房建工程的質(zhì)量。嚴(yán)重的還會(huì)對(duì)線路造成影響。
　　1不均勻沉降的危害
　　在實(shí)際工程中,天然地基土具有一定的壓縮性,因此,在自重應(yīng)力和附加應(yīng)力的作用下,地基將產(chǎn)生一定的沉降。一般來(lái)說(shuō),地基產(chǎn)生均勻沉降,對(duì)建筑物本身影響不大,可以預(yù)留沉降標(biāo)高加以解決。但是由于地基軟弱,土層厚度變化大,土層在水平方向軟硬不一建筑物荷載相差較大或基礎(chǔ)類(lèi)型、尺寸的差異等原因,容易使地基產(chǎn)生過(guò)量的不均勻沉降,造成建筑物傾斜,引起上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加應(yīng)力或上部結(jié)構(gòu)附加應(yīng)力增加,當(dāng)不均勻沉降超過(guò)建筑物承受的限度時(shí),即造成墻體或樓面開(kāi)裂等事故,甚至使整個(gè)結(jié)構(gòu)嚴(yán)重傾斜,影響建筑使用,危及安全?？傮w來(lái)說(shuō),不均勻沉降對(duì)工程的危害主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面:一是使上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生過(guò)大附加應(yīng)力,二是使建筑物底層層高減小,建筑物總高度減小。因此,采取有效措施防止或減輕不均勻沉降,在建筑設(shè)計(jì)中至關(guān)重要。
　　2沉降量確定
　　建筑地基在長(zhǎng)期荷載作用下產(chǎn)生的沉降,沉降量可以劃分為三個(gè)部分:初始沉降,固結(jié)沉降,次固結(jié)沉降。三個(gè)量之和即為地基沉降量。
　　初始沉降又稱(chēng)瞬時(shí)沉降,是指外荷加上的瞬間,飽和軟土中孔隙水尚來(lái)不及排出時(shí)所發(fā)生的沉降,此時(shí)土體只發(fā)生形變而沒(méi)有體變,一般情況下把這種變形稱(chēng)之為剪切變形,按彈性變形計(jì)算。在飽和軟粘土地基上施加荷載,尤其如臨時(shí)或活荷載占很大比重的倉(cāng)庫(kù)、油罐和受風(fēng)荷載的高聳建筑物等,由此而引起的初始沉降量將占總沉降量的相當(dāng)部分,應(yīng)給以估算。
　　主固結(jié)沉降是指荷載作用在地基上后,隨著時(shí)間的延續(xù),外荷不變而地基土中的孔隙水不斷排除過(guò)程中所發(fā)生的沉降,它起于荷載施加之時(shí),止于荷載引起的孔隙水壓力完全消散之后,是地基沉降的主要部分。次固結(jié)沉降在固結(jié)沉降穩(wěn)定之前就可以開(kāi)始,一般計(jì)算時(shí)可認(rèn)為在主固結(jié)完成(固結(jié)度達(dá)到100%)時(shí)才出現(xiàn)。
　　次固結(jié)沉降量常比主固結(jié)沉降量小得多,大都可以忽略。但對(duì)極軟的粘性土,如淤泥、淤泥質(zhì)土,尤其是含有腐殖質(zhì)等有機(jī)質(zhì)時(shí),或當(dāng)深厚的高壓縮性土層受到較小的壓力增量比作用時(shí),次固結(jié)沉降會(huì)成為總沉降量的一個(gè)主要組成部分,應(yīng)給以重視。
　　3解決危害的途徑
　　解決不均勻沉降的危害主要有兩個(gè)途徑:一是設(shè)法增強(qiáng)上部結(jié)構(gòu)對(duì)不均勻沉降的適應(yīng)能力,二是設(shè)法減少不均勻沉降或總沉降量。在具體施工中常常將采用的措施分為三個(gè)類(lèi)型,下面我們將對(duì)這四個(gè)方面進(jìn)行具體說(shuō)明。
　　3.1建筑措施
　　1)建筑物體型力求簡(jiǎn)單。建筑物包括平面與立面形狀及尺度。平面形狀復(fù)雜的建筑物,在縱橫單元交接處的基礎(chǔ)密集,地基中附加應(yīng)力相互疊加,導(dǎo)致該部分的沉降往往大于其他部分。當(dāng)建筑物的高低或者荷載差異較大時(shí),也必然會(huì)加大地基的不均勻沉降。因此,當(dāng)具備發(fā)生較大不均勻沉降條件時(shí),建筑物體型應(yīng)該力求簡(jiǎn)單。
　　若建筑物的體型較復(fù)雜,宜根據(jù)其平面、立面形狀、荷載差異等情況、在適當(dāng)部位用沉降縫將其劃分為若干剛度較好的獨(dú)立單元體;或者將兩者隔開(kāi)一定的距離,兩者之間采用能自由沉降的連接體或簡(jiǎn)支、懸挑結(jié)構(gòu)連接。
　　2)控制建筑物長(zhǎng)高比。建筑物在平面上的長(zhǎng)度L和基礎(chǔ)底面算起的高度H之比稱(chēng)作建筑物的長(zhǎng)高比,是決定砌體建筑的主要因素長(zhǎng)高比越小,建筑物剛度越好,對(duì)地基不均勻沉降的調(diào)節(jié)作用也越好。對(duì)于3層或3層以上的房屋,L/H宜小于2.5;當(dāng)L/H在2.5和3.0之間時(shí),應(yīng)當(dāng)盡量控制縱墻不轉(zhuǎn)折或少轉(zhuǎn)折,內(nèi)墻間距不宜過(guò)大,且內(nèi)墻與縱墻之間的連接必須牢靠,同時(shí)縱墻開(kāi)洞應(yīng)盡量小。在實(shí)際設(shè)計(jì)中,若建筑物沉降量大于120mm時(shí),則應(yīng)對(duì)長(zhǎng)高比進(jìn)行控制,同時(shí)盡量減少縱墻布攥著或少轉(zhuǎn)折,必要時(shí)還應(yīng)增加基礎(chǔ)剛度和強(qiáng)度。
　　3)設(shè)置沉降縫。為防止建筑物各部分由于地基不均勻沉降引起房屋破壞所設(shè)置的垂直縫稱(chēng)為沉降縫。作法為:從基礎(chǔ)底部斷開(kāi),并貫穿建筑物全高。使兩側(cè)各為獨(dú)立的單元,可以垂直自由的沉降。設(shè)置沉降縫的一般部位和原則:①建筑物平面的轉(zhuǎn)折部位;②建筑的高度和荷載差異較大處;③過(guò)長(zhǎng)建筑物的適當(dāng)部位;④地基土的壓縮性有著顯著差異;⑤建筑物基礎(chǔ)類(lèi)型不同以及分期建造房屋的交界處;⑥擬設(shè)置伸縮縫出(沉降縫可兼做伸縮縫)。為避免沉降縫兩側(cè)單元相向傾斜擠壓,沉降縫應(yīng)當(dāng)有足夠的寬度:
　　4)建筑物之間保持一定距離。地基中附加應(yīng)力具有擴(kuò)散作用,相鄰建筑物之間的沉降會(huì)相互影響。為避免引起不均勻沉降,應(yīng)該對(duì)相鄰建筑物基礎(chǔ)之間的距離進(jìn)行控制。
　　5)調(diào)節(jié)某些設(shè)計(jì)標(biāo)高。建筑物的長(zhǎng)期沉降,將改變使用期間各建筑單元或地下管道等的原有標(biāo)高。通常情況下可采用以下三個(gè)措施:一是根據(jù)預(yù)估沉降量調(diào)節(jié)室內(nèi)外地坪和地下設(shè)施的標(biāo)高,二是給建筑物和設(shè)備之間留有凈空。三是將室內(nèi)外設(shè)備管道連接安排在施工后期完成。
　　3.2結(jié)構(gòu)措施
　　1)減輕建筑物自重。建筑物自重(包括基礎(chǔ)及以上覆土中立)在基地壓力找有很大比例。工業(yè)建筑占50%,民用建筑占60%到70%,因而減少沉降長(zhǎng)從減輕建筑物自重著手。如采用輕質(zhì)材料,采用輕型結(jié)構(gòu),減輕基礎(chǔ)及其上方的回填土等。
　　2)減少或調(diào)整基礎(chǔ)底面的附加應(yīng)力。基礎(chǔ)底面附加應(yīng)力的調(diào)整是一種重要的措施,尤其是高層建筑和密集建筑群的建造尤為適用。通常情況常采用以下兩種措施:①設(shè)置地下室,采用補(bǔ)償性基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方法,一挖除的土重抵消部分或者全部的建筑物重量,達(dá)到減小沉降的目的;②調(diào)整基地尺寸,按照地基承載力確定出基礎(chǔ)底面尺寸后,運(yùn)用沉降理論和合理的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)對(duì)基地尺寸進(jìn)行合理的調(diào)整,使不同荷載的基礎(chǔ)沉降量接近。
　　3)選用非敏感性結(jié)構(gòu)。不同的結(jié)構(gòu)對(duì)于相同情況的不均勻沉降具有不同的敏感性。理論和實(shí)際的工程經(jīng)驗(yàn)表明,排架結(jié)構(gòu)和三絞拱結(jié)構(gòu)等結(jié)構(gòu)在地基發(fā)生一定的不均勻沉降時(shí),不會(huì)引起很大的附加應(yīng)力,應(yīng)此選用這種結(jié)構(gòu)可以較好的減輕不均勻沉降的危害。對(duì)于單層工業(yè)廠房、倉(cāng)庫(kù)和某些公共建筑,在情況許可的情況下,應(yīng)當(dāng)盡可能的選擇對(duì)地基沉降不敏感的結(jié)構(gòu)。
　　4)設(shè)置圈梁。圈梁的作用在于提高砌體結(jié)構(gòu)抵抗彎曲變形的能力。當(dāng)建筑物產(chǎn)生蝶形沉降時(shí),墻體產(chǎn)生正向彎曲,下層圈梁將其作用,反之,上層圈梁產(chǎn)生作用。對(duì)于多層建筑的基礎(chǔ)和頂層宜各設(shè)一道圈梁,基礎(chǔ)軟弱或建筑物較復(fù)雜時(shí),應(yīng)層層設(shè)置圈梁。
　　5)設(shè)置基礎(chǔ)梁。鋼混結(jié)構(gòu)對(duì)不均勻沉降很敏感,很小的沉降差異都將引起附加應(yīng)力。對(duì)于單獨(dú)樁基的框架結(jié)構(gòu),在基礎(chǔ)之間設(shè)置基礎(chǔ)連加大結(jié)構(gòu)剛度,是減少不均勻沉降的游俠措施。
　　6)加強(qiáng)基礎(chǔ)剛度。對(duì)于建筑體型復(fù)雜,荷載差異較大的剛混結(jié)構(gòu)體系,可采用交叉條形基礎(chǔ)、筏形基礎(chǔ)、箱型基礎(chǔ)或樁基礎(chǔ)等,加強(qiáng)基礎(chǔ)整體剛度,減小沉降差異。
　　7)合理布置縱橫墻。承重結(jié)構(gòu)的墻身是房屋撓曲的主要受力構(gòu)件,它具有調(diào)整地在不均勻變形的能力。縱、橫墻的布置合理與否,對(duì)建筑物的整體剛度影響很大。比如縱墻貫通而橫墻密布,則剛度很大,這時(shí)基礎(chǔ)沉降也較均勻。為了保證建筑物的整體剛度,對(duì)于磚石承重結(jié)構(gòu)的縱橫墻應(yīng)盡量貫通,橫隔墻的間距不宜過(guò)大,一般不大于建筑物寬度的1.5倍為妥。
　　3.3施工措施
　　在軟弱地基上開(kāi)挖基坑或進(jìn)行基礎(chǔ)施工時(shí),合理的安排施工順序,采用合理的施工方法,可以確保工程質(zhì)量和減小不均勻沉降造成的危害。
　　在實(shí)際施工時(shí),常常從以下五個(gè)方面進(jìn)行施工措施的保證:①擬建相鄰建筑之間輕重懸殊時(shí)先建較重建筑物;②對(duì)于已建輕型建筑周?chē)灰藢?duì)方中物;③密集建筑群內(nèi)若有樁基礎(chǔ)建筑時(shí),先設(shè)樁;④注意開(kāi)挖基坑進(jìn)行降水時(shí)對(duì)鄰近建筑的影響;⑤開(kāi)挖基坑時(shí)盡量減少對(duì)原狀土的擾動(dòng)。
　　3.4防治措施
　　1)地基處理。采用樁基礎(chǔ)。將爆擴(kuò)樁、灌注樁,打入樁穿過(guò)軟弱土層,將基礎(chǔ)支撐在堅(jiān)硬土(石)層上,使建筑物的沉降差滿足設(shè)計(jì)要求。這種方法能同時(shí)取代或減少地基處理和開(kāi)挖基坑的土方工程,可以節(jié)約人力和縮短工期,山區(qū)普遍采用此法。
　　2)基礎(chǔ)加固。地基基礎(chǔ)加固中,常采用加寬或加大基礎(chǔ)底面積的方法,因其施工簡(jiǎn)單、所需設(shè)備少,常用于基礎(chǔ)面積太小而產(chǎn)生過(guò)大沉降或不均勻沉降事故的處理,以及采用直接法加層時(shí)對(duì)地基礎(chǔ)的補(bǔ)償加固。