浅析工业园区内软弱土层的固结沉降对建筑物的影响

摘要：通过对两个工程质量事故进行分析，探讨由于新兴工业园区场地内软弱土层固结沉降而带来的质量问题，为工业园区内建设提供经验。

关键词：软弱土层：固结沉降：负摩阻力；建筑物的安全使用

中图分类号：TU471.8

文献标识码：B

文章编号：1008-0422(2009)05-0193-02

1　前言

随着工业的发展，专门的工业园区成为扩大工业规模、招商引资的重要途径，但我市这一类新兴工业园大多数属于人工填造的场地，由于场地内软弱土层及新近人工填土的固结沉降导致建筑物周边设施、地面不均匀下沉等问题，直接影响建筑物的安全使用。在建设过程中对这一问题应当如何处理，如何通过加强技术措施来确保工程质量，本文拟通过以下两个工程实例，尝试对上述问题进行探讨。

2　两个工程实例的分析

2.1　实例1

某科技发展有限公司厂房，位于珠海市一工业园区内，由二幢3层的标准厂房组成，总建筑面积2975.5m2，预应力管桩基础。根据地质报告，场地原为海陆交互沉积相地貌，上覆淤泥层厚11.0m～17.0m，经人工填造后再覆盖1.1m～3.0m厚填土层，夯实形成平整场地。在建设过程中，质量监督机构提出由于人工填土层时间短，未完成自重固结，在自重应力作用下产生固结沉降外，还成为其下卧淤泥层的地面荷载并使之产生固结沉降，影响建筑物使用。对于这一意见，设计单位口头回答告知建设单位不同意将厂房地面改为钢筋混凝土结构，仍然要求按照原设计施工。但建设单位、监理单位在后期认识到这一设计不可靠，直接对施工单位发出“工程变更”和设计补充，将原设计地坪做法改为“厂房填土至－0.5m高程，分层夯实；在填土上回填石粉15cm，洒水夯实，再铺20cm厚水泥石粉稳定层；最后浇筑C15混凝土15cm厚”并按此方案进行施工。工程完工后未正式办理竣工验收及备案手续便投入使用。随后，建设单位在使用中陆续发现室内地坪不均匀下沉，门口台阶及进货斜坡下沉断裂，直接影响建筑物的正常使用，其中单冻车间室内地面不均匀下沉，(后经检查最大下沉约150mm)，导致单冻设备下沉，相连接的制冷用氨气管道接口处被拉裂，氨气泻漏造成安全事故，幸亏无人伤亡。经检查，室内地面沉降量从建筑室内柱脚所贴踢脚线面砖量起至其下地坪约有100mm～240mm，地面呈不均匀沉降，明显影响建筑物的使用。根据地质勘察报告提供的有关参数估算，本工程仅3.0m厚的夯实填土及设计所要求的活荷载20kN/m2作用下，软弱地基最终沉降将超过600mm，由于填土层和淤泥层厚薄不一，必然出现不均匀沉降，桩基承台和基础梁对土体的支承作用也加剧了地面不均匀沉降的现象，生产设备及周边设施如卸料平台、台阶等由于没有设计采用桩基础，不均匀沉降的现象就更加严重。

2.2　实例2

某公司的单层厂房，位于珠海临港工业区，面积2970m2，框架结构，采用400mm×400mm的预制方桩，地质资料显示属滨海堆积地貌，其地质概况为：人工填土层2.00～4.30m，耕植土层0.03N～0.90m，淤泥层8.30～14.5m，粘土层0.70～7.80m，淤泥质粘土层1.30～7.10m，粘土层1.00～12.00m，中细砂层1.00～3.60m，淤泥质粘土层0.6～6.70m，粘土层1.20～13.90m，粗砂层0.5～2.20m，残积粉质砂质粘土层0.4～5.60m，全风化花岗岩2.98m～。该工程单桩竖向抗压静载试验达到设计要求极限承载力、基桩反射波检测为I、II类，桩基础子分部工程经建设质量责任主体单位验收合格。厂房地面回填土夯实后，其6个测点的压实度抽检结果压实系数为0.94～0.96，符合设计要求，地面垫层采用C20混凝土，100mm厚。在工程竣工验收时发现地面有不均匀下沉、开裂，墙体也有开裂的现象，因此要求暂缓竣工验收工作，参与工程建设责任单位查明情况。在调查期间，发现质量问题有增加的迹象。对此，建设单位的意见很大，对桩基、回填土的质量有怀疑。根据对资料和现场检查分析：(1)由于该建筑物的场地属于欠固结的人工填土、耕植土、淤泥及其下的两层淤泥质粘土都属于软土，这类土具有天然含水量高、天然孔隙比大、压缩系数高、渗透系数小、透水性差、抗剪强度低、承载力低的特点，根据珠海地区软土工程的实践经验判断，该工程虽然对回填土的压实度到达设计要求的夯实系数0.93以上，且符合现行国家标准的《建筑地面工程施工质量验收规范》(GB50209-2002)4.2.5条规定的夯实系数0.9以上，然而在其下的未经处理的软土层在自重及地面活荷载作用下仍会出现较大的沉降变形和不均匀沉降，该不均匀沉降产生的拉应力超过了地坪C20混凝土层的抗拉强度，导致地坪在施工后不久就出现局部断裂、下沉。同时，由于孔隙水消散十分缓慢，固结沉降稳定历时较长，该地坪的沉降还将继续发生。(2)关于地梁及梁上墙体开裂的现象，经现场开挖部分地梁检查，受检地梁分别有8条和9条梁侧竖向裂缝并延伸至梁底，梁侧竖向裂缝多呈中间宽、上下较小。裂缝间距在梁中部分布基本较均匀，裂缝已经沿着梁宽贯通。缝宽约为0.04～2.0mm，显示该梁处于拉弯构件工作状态，梁上的墙体裂也呈一对倒八字形的斜裂缝，说明与地梁被拉伸有关，这两根地梁截面同为250mm×500mm，底钢筋为2_16，面钢筋2_18，均未设腰筋，混凝土为C25，按现行有关设计规范验算，当仅承受竖向荷载墙体白重时的承载能力如表1所示；

从表1验算可知，该地梁断裂的原因是配筋不足所引起，因为该地梁基本上只能承受其上砖墙竖向自重，却无能力再承受其他因素引起的应力。可在本工程中，软弱土层在地面荷载及自重作用下固结沉降所带来的对桩基础的负摩阻力不容忽视，加上桩端持力层设计为强风化花岗岩岩层面，其不均匀沉降不可能没有，按照广东省标准继筑地基基础设计规范》(DBJ15-31-2003)第10.2.9条第7点“对于负摩阻力较大，桩长变化较大，持力层土层较不均匀，建筑物对差异沉降控制要求较严格的结构，宜适当加强承台间地梁的强度、刚度及上部结构的整体刚度”及第10.5.3条第4点“连系梁配筋计算除应考虑正常工作条件下的工况组合外，尚宜考虑承担水平拉力。抗震设防7度区设计拉力值可取相邻柱轴力较大者的1/5……”等考虑，则配筋有所不足，加上未按照《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)规范要求在梁腹板高度大于450mm的梁侧面设置腰筋，造成地梁拉裂引起墙体开裂。

3　从以上两实例反思软弱土层不均匀沉降对建筑物的影响及处理

3.1　软弱土层的固结沉降稳定历时较长，总沉降量较大

以上两个实例具有相当的普遍性，在我国的新兴工业园区，大多数经人工填土平整后立即供开发使用，由于场地内的软弱土层如淤泥层或新近填土层等都未完成自身固结，而且园区内的填土标高大多不满足建筑物的设计要求，因此在建筑施工时一般会增加素土夯实层，这一新近填土层在自重应力作用下除自身产生固结沉降外，还与室内地面的荷载成为下卧软弱土层的荷载，从而使软弱土层受力产生固结沉降，由于淤泥、人工填土等软弱土层的天然含水量高、渗透系数小、透水性差等特性，孔隙水的消散十分缓慢，固结沉降稳定历时较长，总沉降量较大。而一般来说，新兴工业园区内的工程建设是非常讲究时效性、成本控制等，建设单位往往又缺乏工程建设的经验，容易忽视这一问题，从前面两例的分析可见，如果不考虑软弱土层的不均匀沉降对建筑物的影响，必然会带来严重的后果，直接影响正常的生产活动；

3.2　不均匀沉降对建筑物影响及处理

软弱土层的固结沉降首先对桩基产生向下的负摩阻力，直接影响到桩基础的承载力。因此，对于这一类场地的桩基承载力应当考虑桩基础负摩阻力的影响；当进行桩基承载力检测时，对于试验时的桩顶标高与设计要求标高的差异等因素也应当加以考虑，桩基极限承载力的确定宜根据具体的工程情次适当调整；

软弱土层的固结沉降导致基础梁与土体脱离，以及桩基础的不均匀沉降等情况改变了基础梁的受力情况，对基础连系梁地配筋计算除应考虑正常工作条件下的工况组合外，尚宜考虑承担水平拉力，根据实际情况进行设计处理，避免造成地梁拉裂甚至引起墙体开裂；

软弱土层的固结沉降首先是对地面的影响，同时对于周边的附属设施、设备的影响也是非常直接的，对于台阶、卸料平台、设备等地基基础应当纳入建筑桩基设计中，保证此类附属设施的安全使用；对于建筑地面一般建议宜根据工程使用的要求，对室内地坪采用钢筋混凝土梁板结构或其他的预防沉降措施，保证室内地面不受土体沉降的影响。同时，对于水电管线、消防设施、设备的连通管道等也应考虑土体沉降的影响，采用吊挂的安装方法、连接处采用伸缩接头等有效措施进行处理。

4　结语

软弱土层的不均匀沉降导致的质量问题在新兴工业园区内是比较常见的，这一问题的处理需要我们给予足够的重视，结合工程实际，采取恰当、有效的处理措施来保证工程质量，保证园区的正常生产和安全生产。

参考文献：

[1]　建筑基桩检测技术规范JGJ 106－2003。

[2]建筑地基基础施工质量验收规范GB 50202-2002。

[3]建筑地基基础设计规范GB 50007-2002。

[4]广东省标准建筑地基基础设计规范DBJ15-31－2003。