1.甘肃土木工程科学研究院 甘肃兰州 730020
摘要：大厚度湿陷性黄土地区建筑物由于基础施工难度较大，基础施工达不到设计要求时易发生不均匀沉降对上部结构造成不良影响。通过对同一场地不同结构形式的二幢住宅楼发生不均匀沉降的检测鉴定分析研究，建议在大厚度湿陷性黄土地区新建建筑宜采用桩筏、桩-箱联合基础，上部结构也宜采用刚度较大的结构体系。
关键词：砌体结构 框剪结构 不均匀沉降 检测对比
Abstract: Due to the difficulty in the foundation construction of a building in large thickness and collapsible loess region, it would have a bad influence on the superstructure if the construction of foundation can't meet the design requirements. By the testing and analysis to uneven settlement of two-residential-buildings in same places which are the different structure forms, the paper suggests that new buildings appropriate should use pile raft and pile-box joint foundation in large thickness and collapsible loess region, and upper structure should use large stiffness also.
Key words: large thickness and collapsible loess; Site; Existing buildings; Detection and identification; Analysis;
前言
2016年1月，经央视新闻报道，兰州市九州经济开发区某小区住宅楼发生严重倾斜，“楼歪歪”事件在社会上引起极大关注，政府部门对住户进行了紧急搬迁安置处理。本文通过对场区内不同结构形式的两幢建筑进行检测鉴定，通过对结构体系及基础刚度不同的两幢建筑地基基础发生不均匀沉降时上部结构产生的裂缝形态、倾斜变形进行对比分析。对在大厚度湿陷性黄土地区的建筑基础及结构体系设计时应采取的基础及结构形式提供参考。
1.建筑工程概况
1.1框剪结构基本概况
某框剪结构住宅楼长度为49.00m，宽度为13.00m，建筑总高度为35.50m，总建筑面积为9491.66㎡。地下一层，地上十二层住宅楼，共设四个单元，共计96户。结构形式为钢筋混凝土现浇框架-剪力墙结构。地下一层层高为3.00m，夹层层高1.50m，一至十二层层高均为2.80m，基础型式原设计为人工挖孔灌注桩基础，桩径分别为800mm、900mm、1000mm，桩底扩大头直径分别为1600mm、2000mm、2200mm、2400mm、2500mm，持力层为中风化片麻岩，原设计极限桩端承载力标准值为3000kPa，素填土极限侧阻力标准值为15 kPa，桩必须置于中风化砂岩，桩端进入中风化砂岩3倍桩径。总体外貌及基础平面详见图1、图3。
1.2砌体结构基本概况
砌体结构住宅楼长度为49.40m，宽度为14.90m，建筑总高度为17.50m，总建筑面积为4577.22㎡。建筑物为六层砌体结构住宅楼，共计54户。一至五层层高均为2.80m，六层层高为2.90m，建筑物总高度为17.50m。基础采用人工井桩基础，桩径为900mm，桩底扩大头直径分别为1400mm、1500mm、1600mm，以中等风化砂岩层为桩端持力层，桩端极限阻力标准值qpk=3000KPa，桩底置于中等风化砂岩层内1.0m，桩长约为20.0～28.00m。总体外貌及基础平面详见图2、图4。
图2.砌体结构总体外貌
Fig. 2 The overall appearance of masonry structure
图4 砌体结构基础平面图
Fig. 4 Basic floor plan of masonry structure
2.地基基础检测
2.1场地条件
依据岩土工程勘察报告，建筑场地情况如下：
2.1.1场地位置及地形、地貌
建设场地位于兰州市城关区九州开发区，地面高差9.10m，场地内地形西高东低，坡度约3.63%。场地原为罗锅沟支沟，场地南侧为山坡，北侧为沟谷，沟谷发育，切割较深。根据钻探揭露，原地形地面标高在1615.26～1652.27m，后经人工挖填整平作为建筑场地。场地地貌单元为黄河北岸高阶地，罗锅沟台地部位。
2.1.2地层岩性
根据勘察报告，本场地勘探深度范围内地层主要由①层素填土、②层砂岩组成，现将各地层的分布规律及岩性特征分述如下：
①层素填土（Q4ml）：褐黄色～棕红色，主要由粉土及泥质砂岩组成，局部含有卵砾及少量的生活及建筑垃圾。土质不均，稍湿，松散～稍密。本层中含砂砾岩块，场区普遍分布。素填土厚度17.10～35.00m，层面标高1653.60～1655.90m。
②层砂岩（K1hk1）：棕红色，局部灰绿色，中厚层，细粒结构，致密，泥钙质半胶结，成岩性差，为软岩。顶部2～3米为强风化。该层普遍夹有中至厚层状细砂岩、砂砾岩，岩芯呈松散状或短柱状，遇水或暴露地表极易软化崩解或分化。分布于全场地，砂岩层面埋深17.10~35.00m，层面标高1620.90m~1636.50m。
2.1.3地下水
根据勘察报告，在钻探揭露深度内未见地下水。根据区域水文地质资料，场地内地下水位埋藏较深，可不考虑地下水对基础的影响。但近年来该地区基础施工情况表明，发现局部地段在井桩开挖后1～2天内，在强风化层内有地下水渗出，但水量较小，可以不考虑地下水对拟建建筑物基础的腐蚀性。
2.1.4地基土物理力学性质
根据勘察报告中土工试验结果，①素填土的物理力学性质分析统计成果如下：含水量平均为10.4%，属于稍湿土；液性指数IL＜0，属于坚硬土；压缩系数为0.05～0.46MPa-1，平均值0.13 MPa-1，压缩模量为3.85～36.36MPa，平均为17.48 MPa，属于中等至低压缩性土。
2.1.5场地湿陷性评价
根据勘察报告中土工试验结果，场地内①层素填土的湿陷系数0.015～0.062，自重湿陷系数0.015～0.083，本层土具有湿陷性，从湿陷量计算结果判定，该场地为Ⅳ级自重湿陷性场地。
2.1.6地基土工程性能评价
①层素填土：土质不均匀，厚度变化大，堆填时间短（小于15年），含有卵石及少量建筑和生活垃圾等杂物，力学性质低，具有湿陷性，不宜做拟建建筑物基础持力层。
②层砂岩：层面埋藏变化大，但工程力学性能较高，分布范围广泛，厚度较大，中分化层是拟建建筑物基础较理想的持力层。
2.2框剪结构基础检测结论
基础采用沿桩基开挖深探井的剖桩法进行检测，框剪结构探井见图5，检测发现：
⑴框架柱下基础均为钻孔灌注桩基础，一柱一桩，桩身位于柱正下方，有地梁。现场钻孔灌注桩成桩工艺与原设计图中要求的人工挖孔灌注桩不相符，现场钻孔桩数量少于设计变更图中要求的钻孔桩数量，且未按设计变更图要求设置承台。基础现状不符合原设计要求。
⑵框架柱下桩基础桩底无扩大头，且桩底位于填土层中，桩底未进入原设计要求的持力层—中风化砂岩中，探井底1.0m深度范围内未见砂岩。桩基施工不满足原设计要求。
⑶对上部结构进行检测，发现地下室部分混凝土结构构件出现明显裂缝，上部住宅填充墙出现裂缝。经分析，上述现象产生的原因为基础已产生较大不均匀沉降变形，导致地下室混凝土结构构件及上部住宅填充墙体变形开裂。
⑷根据地基基础检测分析，桩基桩底无扩大头，且桩底未进入持力层—中风化砂岩中，桩基承载力不满足原设计要求。建筑已出现不均匀沉降变形。地基基础已对上部结构造成显著不利影响，已影响上部结构安全，存在安全隐患。
2.3砌体结构基础检测结果
采用沿桩基开挖深探井的剖桩法进行检测，砌体结构探井检测桩底部见图6，检测发现砌体结构桩基础桩底无扩大头，且部分桩底位于填土层中，桩底未进入原设计要求的持力层—中风化砂岩中。因此，桩基施工质量不满足原设计要求。开挖检测中发现探井内18.0m处土壤含水量出现明显增大，土体呈可塑～软塑状，土层受浸水湿陷。
图6 砌体结构探井检测桩底部
Fig. 6 Masonry wells to test the pile bottom
3. 材料强度检测
实测结果表明，框剪结构剪力墙、框架柱、框架梁所抽测的混凝土强度均满足设计强度要求。砌体结构的砖、砂浆强度等级均满足设计要求。框剪结构及砌体结构上部结构施工质量均满足规范要求。
4. 建筑物裂缝检测
4.1框剪结构裂缝
检测发现，框剪结构地下室部分剪力墙及个别框架柱、框架梁混凝土已出现明显裂缝，裂缝最大宽度2.44mm，已超过鉴定标准规定的混凝土结构构件不适于继续承载的裂缝宽度限值，已显著影响结构构件安全性，不满足鉴定标准要求。但上部住宅填充墙体裂缝及框架柱、梁抹灰层裂缝均为非受力构件裂缝，裂缝宽度及数量较少，暂不影响结构安全，且在不损坏住户装修情况下即可修复。
4.2砌体结构裂缝
检测发现，砌体结构墙体构件出现明显裂缝，E/30-38轴线外墙墙体窗洞口位置有明显的倒“八”字裂缝。一层D-E/28、B/27-29、D-E/24，六层B/27-29承重墙体上裂缝宽度大于5.0mm，承重墙体裂缝为非受力裂缝，宽度较大，为不适于续继承载的墙体构件。裂缝产生的原因为建筑物基础已产生较大不均匀沉降变形，导致上部墙体变形开裂。桩基础不均匀沉降已对上部结构构件造成严重受损。砌体结构墙体裂缝大，较难修复，且在加固修复时不可避免会损坏住户大量装修，且修复前要搬迁安置住户。砌体结构墙体裂缝详见图7、图8。
图8 砌体结构墙体裂缝
Fig.8 Wall cracks in masonry structure
5. 建筑物沉降变形检测
5.1框剪结构沉降变形
框剪结构相对沉降变形观测结果为：结构横向相邻柱基的最大沉降差为119mm，相邻柱基中心距离为7031mm，地基沉降变形为0.0169
，地基变形超过了国家规范《建筑地基基础设计规范》（GB 50007-2011）规定的地基变形允许值0.002 
的限值要求，地基变形不满足规范要求。
5.2砌体结构沉降变形
砌体结构相对沉降变形观测结果为：E30～E35两点的局部倾斜（局部倾斜指砌体承重结构沿纵向6～10m内基础两点的沉降差与距离的比值）73mm/7500mm为0.0097
，地基变形超过了国家规范《建筑地基基础设计规范》（GB 50007-2011）规定的地基变形允许值0.002 
的限值要求，地基变形不满足规范要求。
6. 建筑物倾斜变形检测
6.1框剪结构倾斜变形
采用全站仪对框剪结构住宅楼进行整体倾斜观测，观测结果详见表1。
Fig. 9 The overall oblique observation of frame shear structure
整体倾斜变形观测，顶部测点与底部测点间位移值为225～357mm。根据现行国家标准《民用可靠性鉴
定标准》（GB 50292—2015）第7.3.10条的规定，整体倾斜变形超过了规范规定的不适于继续承载的侧向位移限值H/300或400mm，建筑整体倾斜变形不满足鉴定标准要求。
6.2砌体结构倾斜变形
采用全站仪对砌体结构住宅楼进行整体倾斜观测，观测结果详见图10。
Fig. 10The overall oblique observation of masonry structure
整体倾斜变形观测，砌体顶部测点与底部测点间位移值为3～58mm。根据现行国家标准《民用可靠性鉴定标准》（GB 50292—2015）第7.3.10条的规定，整体倾斜变形已超过规范规定的多层砌体不适于继续承载的侧向位移限值H/330=17400/330=52.7mm，建筑整体倾斜变形不满足鉴定标准要求。
7.结语
⑴由于框剪结构有地下室，地下室外墙为现浇钢筋混凝土，地下室有构造筏板，上部结构总体刚度较大，在发生基础不均匀沉降工程事故时，上部结构总体表现为倾斜大，地下室部分墙体及梁有少量裂缝，上部结构裂缝较少，结构构件总体损坏较少。地基基础易采用纠偏及地基基础加固的方法进行加固处理，加固时不用处理上部结构构件。上部填充墙体裂缝较少，在不损坏住户装修情况下即可完成维修处理。
⑵砌体结构上部刚度较小，基础未设置筏板，地梁刚度较小，在基础发生不均匀沉降时，砌体墙体产生大量的裂缝，裂缝宽度也较大，对结构承重构件造成较严重损坏，且严重影响建筑物使用，除地基基础需要加固处理外，上部结构也需要大量的加固修复。且墙体裂缝加固修复时不可避免损坏住户大量装修，且修复前要搬迁安置住户。
⑶通过本文的分析研究，建议在大厚度湿陷性黄土地区新建建筑设计时优先考虑选择桩筏、桩-箱联合基础，且上部结构宜采用刚度较大的结构体系。
参考文献
[1] GB 50292—2015 民用建筑可靠性鉴定标准 [S] 北京：中国建筑工业出版社，2015.
[2] GB50007-2011 建筑地基基础设计规范 [S] 北京：中国建筑工业出版社，2011.
[3] 宋林华.某工程大厚度湿陷性黄土场地条件下地基处理的研究.兰州理工大学.2013年3月，第2期，66-68.
[4] 姜规模.湿陷性黄土地区高层建筑地基处理方法探讨.中国勘察设计.2012年4月，第4期，23-27.
[5]曹程明.大厚度湿陷性黄土场地湿陷性评价与地基处理.山西建筑.2013年10月，第9期，10-15
[6] 张贵文,朱彦鹏,衡涛,罗维刚,宋彧. 湿陷性黄土地基应力解除法迫降纠倾试验研究[J]. 建筑科学. 2007(03)
[7] 姜先义.浅谈建筑物倾斜的原因及纠偏加固处理[J].山西建筑. 2011(05)
[8] 冯寿青. 既有建筑物整体顶升纠偏法的应用研究[D]. 西安建筑科技大学 2016
[9] 张豫川,羊群芳,张兴元. 大厚度湿陷性黄土场地地基基础设计分析[J]. 岩土工程学报. 2010(S2)
[10] 张豫川,赵伟,熊靖辉. 大厚度湿陷性黄土场地地基处理合理深度[J]. 兰州大学学报(自然科学版). 2009(02)
[11] 黄雪峰,陈正汉,方祥位,朱元青,郭剑锋,魏学温. 大厚度自重湿陷性黄土地基处理厚度与处理方法研究[J]. 岩石力学与工程学报. 2007(S2)
[12] 曾春飞. 湿陷性黄土地区某框架结构不均匀沉降的事故分析与处理[D]. 兰州理工大学 2014
[13] 朱建国,蒋德稳.某建筑物整体纠倾及其综合加固技术[J].建筑科学,2007,23(3) : 84-86.
[14] 朱彦鹏, 曾春飞, 黄丽华. 湿陷性黄土地区某框架房屋地基加固设计研究[J]. 甘肃科学学报, 2014, 26(4): 145-150.
[15] 郭昭胜,崔娟玲.地基沉陷导致房屋局部损坏的检测及加固处理[J].施工技术,2014,43(19) : 34-43.
作者简介
王正东（1984-），男，甘肃榆中人，工程师，甘肃土木工程科学研究院，主要从事建筑结构检测鉴定、工程事故分析与处理、结构的加固设计与研究。
论文作者:王正东1,钱铭1,魏常宝1
论文发表刊物:《基层建设》2017年第30期
论文发表时间:2018/1/20
标签：结构论文; 裂缝论文; 基础论文; 地基论文; 砌体论文; 场地论文; 砂岩论文; 《基层建设》2017年第30期论文;