某管桩住宅倾斜分析

摘要：某管桩住宅在主体完成施工后，建筑主体出现不均匀沉降，从沉降观测数据分析，建筑物不均匀沉降的程度在不断加重，而导致建筑物沉降不均匀的真正原因何在，本文从多个角度出发，针对建筑物单体设计、施工、外在因素等多个方面研究分析了其不均匀沉降的真正原因。

关键词：管桩住宅，倾斜，沉降观测，原因分析

中图分类号：U656文献标识码： A

1工程概况

本工程为砖混结构，为一层储藏室+五层住宅，储藏室层高2.7m，一层至五层层高3.1m。住宅楼东西向长约57m，南北向宽约14.2m。砌体施工质量控制等级为B级。基础采用MU10烧结煤矸石砖，M10水泥砂浆砌筑，储藏室~三层采用MU10烧结煤矸石砖，M10混合砂浆砌筑。四层~阁楼层采用MU10烧结煤矸石砖，M7.5混合砂浆砌筑。

设计使用年限为50年，±0.000相当于黄海高程7.150。建筑物安全等级为二级，场地类别为Ⅲ类，基础设计等级为丙级，场地特征周期为0.55。建筑抗震设防烈度为7度，设计地震分组第二组，水平地震影响系数最大值为0.08，阻尼比为0.05。建筑抗震设防类别为丙类，基本地震加速度为0.10g。

基础采用预应力混凝土管桩，桩顶为条形承台梁，工程桩型号为PHC-A400（95）-12，桩长12m，桩顶标高为-3.95m，相当于绝对标高3.2m，桩底高程为-8.8m。以第5层（粉土层）为桩端持力层，单桩承载力特征值估算值为300kN，单桩极限承载力标准值估算值为600KN/根，基桩平面布置如图3.1所示。

该建筑物于2009年10月完成主体结构施工，2010年6月完成内外装饰施工，2011年验收时发现部分地基产生不均匀沉降，12、13轴设置了沉降缝，13~32轴线部分建筑物沉降差较大，该段东西向长约37.6m。

建筑物沉降监测点布置如图3.2所示，监测点布置在外墙上。监测过程中因沉降数值较大，对该住宅楼沉降范围内监测点进行加密，监测点4A-1~4A-5为后期新增点。

图3.2沉降监测点平面布置图

图3.1 管桩基础平面布置图

2010年6月6日进行第一次监测，截止2011年1月15日，各监测点沉降数据如表3.1所示，各监测点沉降量均以第一次数值为零点，各点沉降变化如图3.3所示，负值代表下沉。

图3.3 监测点沉降变化曲线

截止2011年1月15日，该住宅楼东西向倾斜最大值为0.29‰，东侧监测点沉降量最大为29.08mm，住宅楼南北向基本未倾斜。

根据《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）建筑物的地基变形允许值的规定，砌体承重结构基础的局部倾斜小于或等于3‰（高压缩性土），多层和高层建筑的整体倾斜小于或等于4‰（自室外地面起算的建筑物高度小于等于24m），根据《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）桩基沉降变形允许值的规定，砌体承重结构基础的局部倾斜小于或等于2‰，多层和高层建筑的整体倾斜小于或等于4‰（自室外地面起算的建筑物高度小于等于24m）。显然该住宅楼的倾斜率未超出《建筑桩基技术规范》要求的允许值，建筑物处于正常使用状态。但根据监测数据，住宅楼东侧沉降一直在增加，从监测点沉降趋势来看，住宅楼东侧沉降量远大于西侧沉降。

2 工程地质及水文地质

勘察场地地层除表层为素填土外，其下地层均由黄河三角洲第四纪新近堆积的粉土、粘性土及一般沉积的粉土、粘性土构成。

各层土的物理力学性质指标如表3.2所示。

表 3.2各层土的物理力学性质指标

土层编号 土层名称 重度/kN/m3 含水量/% 孔隙比 塑性指数 液限指数 内摩擦角/度 粘聚力/kPa 压缩模量/MPa

1 素填土 18.8 29.9 0.817 10.9 0.96 10 7.8 4.26

2夹 粉土 18.9 27.2 0.755 8.4 0.95 12 17.6 11.48

2 粉质粘土 18.7 31.6 0.856 12.8 0.92 15 10.6 4.67

3 粉土 18.9 27 0.752 8.6 0.95 12 17.9 13.21

4 粉质粘土 18.7 31.7 0.856 12.9 0.95 16 10.5 4.72

4夹 粉土 18.9 27.2 0.757 8.6 0.96 12 17.2 11.91

5夹 粉质粘土 18.7 30.8 0.837 12.6 0.92 16 10.5 5.02

5 粉土 18.9 26.6 0.752 8.6 0.88 12 19.5 14.37

6 粉质粘土 18.8 31.5 0.843 12.4 0.88 17 12 5.64

7 粉土 19 25.4 0.729 8.8 0.64 15 21.5 11.88

8 粉质粘土 18.8 30.8 0.838 14.3 0.74 19 14.6 5.02

9 粉土 19.1 24.5 0.702 8.5 0.68 16 23.8 13.09

3 住宅楼倾斜现象分析

建筑物是由地基、基础和上部结构三者共同作用的体系，建筑物产生问题的原因既有外部因素，又有内在的因素 ，有时可能是由多方面原因共同促成的。导致建筑物倾斜的影响因素主要有场地的原因、设计原因、施工原因和周边环境原因。

地质勘察工作是建筑物地基基础设计的基本依椐，当勘察工作未能准确反映实际地质条件，或是提供的土质指标不确切时，建议不合理时，都可能导致设计失误，造成建筑物出现事故。

地基基础设计方案必须认真考虑上部结构与工程地质的特点、建筑物使用要求、施工条件以及技术经济的合理性，从实际出发，因地制宜地选择方案，做到安全可靠又经济合理。如果设计方案选择不合理，计算分析不全面，就不能满足上部结构与荷载的要求，造成结构开裂或倾斜，出现结构不安全或影响生产使用的问题。

地基基础工程的施工质量是否满足规范要求，直接影响建筑物的安全使用。若现扬未能按设计施工或施工不符合规范规程的要求，甚至偷工减料，都会给建筑物带来危害。

当使用环境变化，如地基土浸水、邻近兴建高层建筑或地下工程开挖又未做技术处理，建筑物周边不合理堆载，地下水大量开采等，都会在不同程度上影响已有建筑物的正常使用。

对于该工程，由于工程场地地基为软弱地基土，工程地质条件较差，在数十米范围内无理想的持力层，采用天然地基无法满足承载力要求，设计采用管桩基础可以满足安全要求，基础类型的选择是合理的。

对12-32轴间结构采用PKPM软件进行荷载计算，传至承台梁位置的荷载如图3.5所示，上部结构传至基底的总荷载标准组合为44016kN，12-32轴间共布置165根管桩，单根管桩桩顶荷载为266kN，管桩承载力设计满足结构荷载要求。

4住宅楼倾斜原因分析

结合现场踏勘及对设计资料的复核，综合分析，该住宅楼产生不均匀沉降主要原因是场地土层分布不均匀，设计考虑的不周全，未考虑土质条件的特殊性造成桩基设计不合理。

12-32轴间结构为轴对称结构，对称轴为21轴，荷载关于21轴左右对称（东西向），南北向荷载并不相同。而根据建筑物沉降观测，住宅楼东西向沉降差大，南北向几乎没有沉降差。可见，并不是由于荷载不均匀导致的不均匀沉降。

根据该工程地质勘察报告，该栋住宅楼范围地基土层第五层粉土层厚度不均，管桩按照12m长度统一施工，造成桩端持力层厚度不一致，当桩端为软塑的粉质粘土层时，将产生较大的后期沉降。根据研究得知，对于厚度有限的持力层，当持力层以下为软土时，在桩端距软土层一定距离前，桩端阻力由原来的较大值迅速减小，这主要是由于桩端阻力受到软弱下卧层的影响而减小。建筑物位于软土地区并且形体复杂时，按地基承载力进行设计，却忽视了选择典型剖面进行地基变形计算，仅满足承载力要求，总沉降量的要求，忽视了不均匀沉降的可能性，不合理的设计可能后造成建筑物变形不满足要求进而影响建筑物的安全使用。

对于该工程，桩端基本为为第5层粉土，处于桩端的土会受到挤压外排而更加密实，压桩阻力也随之增大，在沉桩过程中压桩阻力随着深度的增加其增幅明显，由于阻力较大，压桩力需要不断加大，沉桩比较困难。在压桩结束后，由于土体受到挤压，土体可以会相互摩擦以及密实，卸载后桩端阻力会有一定程度上的下降，这是由于土粒之间会产生相对错动而重新排列。在管桩施工中每次复压桩就会下沉一些，当桩施工按照统一桩长而不是控制终压力时，桩的沉降量就会差距较大，给工程带来隐患。根据研究，当桩尖处于硬土层中，桩尖最大界面以下一定范围内存在软土层时，压桩阻力与桩尖最大截面以下一定范围内土层强度密切相关，当桩端持力层厚度小时，桩沉降较大。

勘察点布置过少，地基主要受力层范围没有查明，忽略了场地存在厚度不均的软土夹层，上部结构建成后，地基下沉量大小不均，引起建筑物倾斜。根据该工程的勘探点可以看出，该住宅楼范围东西方向第5层粉土厚度存在明显差异，该差异未引起设计单位的足够重视。

场地东侧存在较厚的填土，由于散水位置渗水，填土下沉，并且由于水的入渗会降低管桩的承载力，这从散水与住宅楼外墙出现缝隙也可以得到验证，地面渗水也在一定程度上造成了建筑物的不均匀沉降。

5小结

对场地工程条件进行分析，对该住宅楼的设计复核，得出以下结论：

1）该工程管桩的承载力大于上部荷载，满足要求；

2）管桩持力层厚度不均，该场地条件下设计同一桩长的管桩造成了建筑物的不均匀沉降；

3）对管桩承载及变形特性进行数值模拟，定性分析，验证了持力层厚度过小导致基桩大的沉降。