前言
本文软基是指在沿海地区、古河道、农田等软粘土的含水量达50％~80％以上，厚度大于10米的地方建造建筑物的自然地基。在这类地基上设计多层建筑（包括5-6层的住宅建筑），沉降量常达40cm以上。由于过大的沉降与不均匀沉降，常导致建筑物的倾斜与墙体开裂，严重的甚至倒塌。因此，分析研究软基上住宅建筑出现不均匀沉降的原因及其分布特征，采取相应的技术措施消除和减少不均匀沉降，具有很大的现实意义。
笔者根据在某地软基上8栋住宅群设计实例，并对周围建筑物的实地观测，积累了一定的工程实录资料，找出其不均匀沉降分布规律，供有关工程技术人员探讨。
1工程概况
某地住宅地基的表层为0.6~1.2m可塑粘土层，含水量为30.4％，其下属为9~14m厚淤泥层。含水量为67-9％80％淤泥层以下为可塑至硬塑的轻亚粘土层，各土层的主要物理力学指标详见表一，地基采用6.5cm，间距1.2m，深度以穿透的淤泥层为目的的袋装砂井及0.5m厚的砂垫层加固，砂井与砂垫层施工完毕，开始填土，填土前后历时一个多月，厚1.2米~1.3米，填土至标高后3~4个月，1~8号住宅分别开始基础施工，建筑施工期为2~3个月，住宅建筑平面配置成三行三列。如图1所示，纵向间距8米，横向间距15米，采用板厚30cm，肋高1.1m厚的片筏基础，上部为砖混结构，三道纵墙拉通，楼梯间部位也有加强措施，建筑物的纵向长度，除1号与2号住宅为26.6m外其余为28.3m，相应长高比为2.13与2.26。因此建筑物有较好的整体刚度，片筏基础施工时，底面直接放置在经碾压后的填土表面上，各建筑单体建成后半年，又在建筑物周围室外地坪上填土0.5米，自基础开工后，建筑物沉降观测历时22~24个月，8座建筑的平均沉降为66.7~106.7cm如表2所示，沉降尚未稳定，每月仍将下沉0.9~1.5cm；基础开工前，填土产生的地面沉降为25cm，由沉降一一时间曲线推算的最终沉降为31cm。由此估算填土在基础开工时的剩余沉降为6cm。
按规范算法计算建筑物地基的沉降，取淤泥层压缩模量的低限，即Es=1.08MPa，经验系数ms=1.3，并考虑了室外后期填土0.5米的荷载，得最终沉降为49~64cm（相应淤泥层厚度为9-14m），外加大面积填土的剩余沉降，应为55~70cm，显然对于这种欠固土层，用规范法计算沉降，偏小甚多。这样，如按规范法计算建筑物在偏心荷载及相邻建筑物荷载的影响下产生的倾斜亦均远较实测值为低。
由于淤泥地基采用了袋装砂井加固，填土后又经过4-5个月的预压，固结度已达80％，在五层住宅的荷载作用下，经验算，承载力完全可以满足设计要求。
建筑物沉降量虽大，但由于室内地面标高预先提高了0.8米，故未影响建筑物的正常使用，墙体亦无裂縫出现，但由于不均匀沉降，整体倾斜比较大。
2不均匀沉降的分布特征
通过沉降的观测与分析，建筑物的不均匀沉降分布有以下特征：
2.1建筑物有荷载的小的偏心可导致较大的整体倾斜，按住宅建筑平面布置的惯例，北侧房间较小，因而荷载较大的墙体所占的平面面积比例相对较大，加上楼梯间荷载也比较大，卫生间和厨房又布置在北侧。因此，住宅建筑的荷载常向北偏心20~25cm，在本工程中，虽然也考虑了这个因素，使片筏基础的形心北移15cm，即北侧外挑1.5米，南侧外挑1.2米，但建筑物的荷载重心仍在基础形心的北侧，偏离约1015cm，结果在8栋住宅中，除5号未产生倾斜外，共余7栋普遍向北倾科0.005~0.0169，如表示二所示。过去的“工业与民用建筑地基基础设计规范”对于多层建筑的整体倾科问题未作规定（1），而现行的新规范规定，24m以下多层建筑的容许倾斜为0.004，（2），7栋住宅的整体横向倾斜已定，尤其其中有5栋，倾斜值为容许值的3倍以上，由于不均勾沉降造成的整体倾斜在该地区不止一次发生，可见建筑的荷载偏心，对造成建筑物倾斜影响十分敏感。因此，在结构设计中，必须是要精确计算建筑物计算荷载的偏心，并使基础的形心与荷载重心相吻合，即形心重心合一。
2.2在上述荷载向北偏心的条件下，相邻建筑对横向倾斜的影响可能是不利的（二者作用因同向而叠加），也可能是有利的（二者作用因反向而相互抵消一部分或全部），在图1中，位于建筑小区北端的一行三栋住宅即2号5号8号住宅由于南面几栋建筑物的影响，将使它们南倾，因而抵消了部分或全部因荷载偏心而产生的北倾，从表2所见，5号住宅的横向倾向倾斜为零，即被全部抵消，2号住宅虽北倾0.005，也比其他几栋小，说明有一部分被抵消。反之，位于建筑小区的南端的1号，3号，6号住宅，则由于北面建筑物对它们的影响，将产生北倾，与荷载偏心产生的北倾叠加，使向北倾斜达到0.0132~0.0151，除了8号住宅有其他情况外，此三栋房屋的向北倾斜均比其他4号7号大。
2.3某些地形条件也会对不均匀沉降产生很大的影响，上述的8号住宅，其北侧有一条小河沟通过，离外墙最近点仅5m，由于沟底低于原地面1m，这一因素使地基产生较大的向北侧向位移，加大了基础北侧的沉降与房屋的向北倾斜，由表2可见，其横向倾斜达到0.0169，这较同条件下的2号5号住宅为大，说明地形条件也是房屋出现在不均匀沉降与倾斜的不可忽视因素。在软基地区，一般要求沟塘或洼地与基础外缘距离应保持在7~8m以上，对于特别软弱的地基，此距离还应该适当增大。
2.4建筑物的纵向倾斜也同样的受到纵向相邻建筑物的影响。因此建筑小区各行东端的三栋，即1号2号与3号住宅则全部向西倾斜，分别达到0.0107，0.0052与0.0060（见表2）而西端的6号7号与8号住宅则全部向东倾斜，分别达到0.0056，0.0014与0.0019。
2.5单座一字形的住宅纵向沉降分布，在荷载与地基基本均匀的条件下，一般呈中间大两头小的正弯分布且沉降差主要集中在端部的第一开间，其次是第二开间内（3），在不考虑上部结构共同作用的条件下，沉降差是和沉降成正比的。因此，对于大沉降量的建筑物，上部结构虽有较强的刚度，有的仍无法抵抗较大的沉降差，所以可以常常发现在软基地区的不少住宅建筑在端部第一开间纵墙上，甚至扩展至第二开间，出现较为严重的裂缝，在建筑群中由于同时建筑的纵向相邻建筑的影响，将增大端部的沉降，有利于减少端部在第一、二开间内的沉降差。
2.6住宅下片筱基础底板在房屋外侧悬挑长度对建筑物不均匀沉降的产生与后果影响很大，不论纵向或横向较大的悬挑长度，将因减少了边缘附近的附加应力而减少该处的沉降，从而增大了建筑物中部和边缘的沉降差。此外，在基底反力的作用下，较大的长悬挑长度将产生较大的悬臂弯矩，从而加剧了建筑物端部第一、二开间处的局部弯曲，促使该外墙体开裂，这是很常见的例子，有时还出现导致横墙因横向前挑过长而出现裂缝，在本建筑群附近的另一批住宅小区中，也出现过因片筏基础板纵向前挑过长，达到1.5米，而导致端部第一开间纵墙出现裂缝的情况，而我们观测的这8栋住宅，由于在审核图纸时修改了原设计的悬挑长度；缩小为0.5米，才未发生裂缝，对比十分鲜明。
3若干问题的讨论
3.1关于地基容许变形的控制问题
按地基规范局部倾斜指砖石承重结构及沿纵墙6~12米内基础两点沉差与其距离的比值，规范表给出其容许值为0.003。此外，规范还指出：“由于建筑地基不均匀，荷载差异很大，体型复杂等因素引起的地基变形，对于砖石承重结构由局部倾斜控制”，而对于地基与荷载分布较均匀，体型简单的建筑是否需要采用什么指标控制，局部倾斜是否仍然适用，规范没有明确说法，而在作为地基规范辅助用书的文献（4）中，虽指出：在这种条件下的长矩形平面，即一字形的砖石结构房屋，将产生相对弯曲可能导致墙体开裂，但它又认为可以采用控制房屋长高比在2.5以下，层层设现浇圈梁，必要时再将纵墙拉通等措施，使实际相对弯曲控制在允许的限度以内，亦即使房屋不出现裂缝。应该说，这些加强房屋刚度的措施，对于一般软弱地基是十分有效和必要的，即使满足了这些措施和要求，如上所述，仍有不少建筑在端部第一、二开间的纵墙上出现比较严重的裂缝。因此，在地基规范中有必要对这种沉降很大的砖石结构，房屋作出比较明确的补充规定，至于如何具体规定，的确是一个比较复杂的问题，但笔者认为，不外乎有以下几种途径：
3.1.1《限定地基的最大沉降，例如当沉降大于3040Cm时，依沉降大小，在房屋刚度方面分别定出更高的要求，并定出基础梁的最小高度，以及必要时采用片筏基础或箱形基础规定，因而加强基础的能有效抵抗锅底形的正向弯曲。
3.1.2按局部或整体相对弯曲控制。
3.1.3如果仍然采用局部倾斜控制，则首先尚须结合整体纵向倾斜进行判断，其所以二者必须结合。也就是说，如果局部倾斜是与整体倾斜同向的，对建筑物无危害，反之，如果二者反向，就可能有较大的局部相对弯曲，严重者将导致开裂。因此，两种倾斜必须结合起来加以判断，判断的要点就在于两种倾斜的方向是一致的还是相反，如果是一致的，则一般仅需由整体倾斜的限值来控制。否则，就需要由局部弯曲来控制，此外，还有另外一种情况，即只有端部的局部倾斜而无整体倾斜，则可由局部倾斜或局部弯曲来控制。
当然，由于计算的相对弯曲或局部倾斜，未能考虑到上部结构刚度的调整作用，计算值往往偏大较多，问题比较复杂，提出的容许值尚须按上部结构刚度的不同，区别对待，现行规范对24米以下的多层建筑的整体倾斜所规定的0.004容许值，对于横向整体来说是合适的，而对于纵向整体倾斜，则似感偏严。因此房屋的纵向长度与抗倾复的稳定性均远较横向为大，不宜采用同一个限值
3.2关于沉降观测点与局部倾斜计算点的间距问题如上所述，住宅建筑墙体的开裂大多在端部第二开间内出现。因此，“地基基础工程施工及验收规范”所建议的沉降观测点的间距为8~12米（5），以及地基规范规定局部倾斜计算点的间距为6~10米，对于软土地基上住宅建筑的端部附近来说，这些间距似嫌大，按此布置，不能有效地防止或预报住宅在最大局部弯曲部位出现裂缝，笔者认为，在建筑的端部宜定小到3~4米，即房屋一个开间的间距，而至第三开间开始，仍按规范所规定的间距而这二种间距，在上述的两个规范中，亦应统一起来。否则，不仅给局部倾斜或局部弯曲的计算带来麻烦，而且也会增大计算的误差。
3.3关于倾斜的纠正措施
当建筑物出现过大的不均匀沉降或倾斜时，一般需采取措施加以调整，通常是采用基底掏土的办法迫使沉降小的部位下沉以减少不均匀沉降，此法简便，有效，造价低，使用至今，未有失败的事例，有一定的安全保证。
在某住宅工程中，当主体结构完工半年以后，在室外地面填土时，曾发现，南北二侧填土厚度仅相差0.2米时，建筑物的横向倾斜即有明显变化。这说明：只要在发生北倾的建筑物南侧，施加数十厘米的填土或其他荷载即可达到纠倾的目的。显然，此法更简单，经济与安全，在本建筑群附近原有一栋大楼产生严重北倾曾用此法，收到明显的纠倾效果，而压载的效果如何与地基压缩性的高低密切相关，压缩性愈高，效果愈佳，而反之，效果不佳，只采用压土的办法就不一定奏效，而要求施加较大的荷载，施工上有困难。
4结论
建造在高压缩性的淤泥地基上的多层建筑，沉降与不均匀沉降的分布有一定的特征与规律，只有认真深入探讨这些特征与规律，总结经验教训，精心设计，才能保证建筑物的安全与正常使用。
在某地区淤泥含水量高达70％~80％以上，这种淤泥往往是欠固结的，沉降验算表明，用常规的方法计算这种欠固结土的沉降，偏小甚多，特别是在偏心荷载与相邻建筑荷载较大下引起的不均匀沉降，计算值与实测值之间差异更大。就是说，这种地基不仅沉降大，而且，地面荷载的不利分布，对不均匀沉降的反应特别敏感，不能掉以轻心。
为了减少软弱地基的不均匀沉降，地基规范已总结出各种措施与规定，一般来说，这些措施和规定是十分必要和有效的，从上部建筑及结构设计而言，注意纵横墙的拉通，注意各向端荷载的平衡，重心和形心的合一，还有选自轻质墙体材料以减少不均匀沉降。
论文作者:叶崇文
论文发表刊物:《基层建设》2018年第33期
论文发表时间:2018/12/18
标签：荷载论文; 建筑物论文; 地基论文; 住宅论文; 建筑论文; 局部论文; 开间论文; 《基层建设》2018年第33期论文;