成都卵石土天然地基高层建筑沉降偏大原因分析

成都卵石土天然地基高层建筑沉降偏大原因分析宋毛（同济大学，上海200092）摘要随着城市建设的需要，成都地区高层建筑越来越多。作为成都地区冲、洪积层的砂卵石土，由于其承载力高、压缩变形小，往往作为高层建筑天然地基的基础持力层。笔者在近10年的勘察经验基础上，对部分高层建筑卵石土天然地基沉降偏大的原因进行探讨分析，以求更好的总结及指导今后的工作。关键词卵石土；降水；地基承载力修正；沉降中图分类号TU97文献标识码A成都地区卵石土层主要分布于岷江水系一级、二级阶地，分布分为广，厚度1050M以上不等，特别是成都西部地区，卵石层厚度大，最厚地段该层厚度达100M以上。一级阶地卵石土层时代为第四系全变质岩为主，个别卵石已达强风化，磨圆度佳。两个阶地卵石土层除沉积时代、成因、颜色及充填物略有差别外，其物理力学指标等相差不大。根据成都地区建筑地基基础设计规范（DB51/T50262001）及成都地区工程经验，将该层细划分为松散卵石、稍密卵石、中密卵石和密实卵石四个亚层。成都地区高层建筑越来越多，高层建筑多设13层地下室，而该深度范围往往为卵石土层，作为具有承载力高、压缩变形小等特点的卵石土层，常作为天然地基基础持力层。而通过大量的工程实例表明，卵石土地基高层建筑（以30层为例）封顶后12年的总沉降量多为2030MM左右，个别沉降小的在15MM左右，正常的沉降量一般不超过40MM。这与建筑地基基础设计规范（GB500072011）第534条及表534建筑物地基变形允许值200MM还相差甚大。但也有个别建筑沉降量偏大，甚至达到60MM以上。针对该情况，笔者在接触的范围内，从以下几个方面，试图对沉降偏大的原因进行分析探讨，以求更好的总结及指导今后的工作。1卵石土密实度差异及夹层对沉降的影响11卵石土密实度差异对沉降的影响卵石土地基承载力的确定有许多方法手段，如载荷试验，野外原位（主要为N120超重型动力触探）测试查表，理论计算，当地经验等等。在确定地基承载力时，有时需要几种方法综合确定，AL新统冲积层（Q4），卵石多为灰褐灰色，混有2040砂、砾石及少量粘性土，常有薄层砂透镜体及极个别地段的淤泥、淤泥质土、腐木等夹层，卵石成分以岩浆岩及变质岩为主，卵石以弱风化为主，个别强风化，磨圆度佳。二级阶地卵石土层时代为第四系上ALPL更新统冲洪积层（Q3），卵石多为黄黄灰色，混砂、砾石及粘性土，有薄层砂透镜体及极个别地段的淤泥、淤泥质土、腐木等夹层，卵石成分以岩浆岩及（如图1）。三、煤炭开采工艺的发展方向（一）“三下”开采煤炭技术提高技术水平，优化模拟计算与材料模拟，更加深入的研究煤炭开采上部的岩层运动情况及地表的沉陷情况，研究开采时需要考虑到的诸多因素所需要符合的必备条件，例如开采系统，优化各种参数；做好开采后的处理工作，加大深入研究充填材料的力度，不断更新新的充填技术；在矿区附近的村庄，需要巩固好房屋的结构或者是重建；靠近水流的煤炭开采技术，所需设备以及工艺参数的不断优化；采煤和城市发展相协调统一的规划，土地复垦技术以及矿井的再使用技术。（二）煤矿开采技术的改进以及实现机械化我国现在还存有不少小煤矿企业，这些煤矿有的是合法的，有的是违法的，他们的煤炭开采技术落后，设备跟不上开采的需求，面临着倒闭的危险。对于这些企业来说，国家关闭他们是有一定道理的，设施不完善，技术不先进，会出现安全事故。应该提高单井规模，研究及开发小型煤矿所适用的技术与设备，尽量实现开采的机械化。小型煤矿企业的采煤方式以及采煤工艺需要加以改进，提高工作效率和产出率，增强安全意识，提高对安全设备的监控，防止一些塌方之类的事故发生。（三）完善巷道布置煤矿企业需要改进开采煤炭的方法，完善设施的布置，尽可能多的获得煤炭开采效益。巷道的布置还有可以优化的空间，煤矿企业需要研究开发新的布置措施，以及专业的评价系统，最好可以达到开采方法、巷道布置以及煤炭分布条件的最佳组合。（四）深矿采煤深矿井开采煤炭具有极大的风险，做好一切预防措施，技术的支持以及设备上的完善。最为关键的开采技术是矿井内压力的控制技术、瓦斯治理技术和通风技术等，目前还没有完全攻关的技术是软岩巷道的掘进技术和冲击地压的预防及治理技术等。结语各种各样的煤炭开采工艺被应用于煤炭开采中，无论是出于什么目的，这些简单有效的开采工艺对于我们的煤炭开采事业都是一个强有力的助手。在资源缺乏的今天，高效的开采方式是我们的永远追求。煤炭资源的开采在我国矿物的总体开采上占据重要的地位，煤炭开采工艺的进步，保证了我国能源的供应充足，才能够实现能源的充分利用，推进我国的可持续发展。参考文献1唐静，冯套柱，杜丽娟中国煤炭产业集中度影响因素分析J西安科技大学学报，2011（03）311316201311（上）CHINANEWTECHNOLOGIESANDPRODUCTS工程技术表1卵石土主要物理力学指标E（MPA）AKKKS从成都地区勘察经验及相关测试成果，成都地区卵石土承载力及压缩模量等与密实度关系很大。一般卵石土（包括砂夹层等）物理力学指标如表1所示。对具体高层建筑（以30层为例）而言，采用天然地基，筏板基础，按规范建筑地基基础设计规范（GB500072011）第535条的沉降计算公式2813MM，中密卵石作基础持力层S2104MM，密实卵石作基础持力层S1496MM。该计算结果与实际观测结果较为一致。上述计算表明，在承载力满足要求的情况下（承载力经深宽修正后满足要求），以稍密、中密及密实卵石作基础持力层，计算得出的最终沉降量差别不大。12卵石土内夹层对沉降的影响成都地区卵石土内多分布有砂层透镜体及层状砂层，甚至局部地段有古河道分布，淤泥质土、淤泥及腐木等也在勘察过程中有发现。软弱夹层对高层建筑沉降具一定影响。仍以上述计算公式，计算软弱夹层对最终沉降量的影响。夹层为淤泥及淤泥质土，S11241MM，ES1200，按规范，S取063，S7024MM通过以上计算，卵石层内夹淤泥及淤泥质土对沉降影响巨大。而局部砂层及松散夹层对沉降影响相对较小。考虑夹层为淤泥及淤泥质土，计算夹层厚度05米及下卧层30米以下两种情况如15米深度下淤泥及淤泥质土夹层为05米，则S7726MM，ES1746，按规范，S取030，S2330MM如30米深度下淤泥及淤泥质土夹层为10米，则S11290MM，ES1195，按规范，S取030，S7104MM通过以上计算，如淤泥及淤泥质土厚度为05米，其对沉降影响不大；如淤泥及淤泥质土厚度大于10米，即使埋深相对较深，其对沉降影响仍然很大。以上计算结果，通过大量的工程实例，得到了验证。2基坑降水对沉降的影响成都卵石层为主要含水层，卵石层渗透系数大，一般渗透系数在1540左右，含水层厚度大，地下水（主要为孔隙水和孔隙潜水）丰富，水位较浅，一般水位埋深在卵石层顶面，埋深为36米左右。成都地区高层建筑一般设地下室13层，天然地基基础施工须对地下水（孔隙水及孔隙潜水）采用降水措施，成都地区针对卵石层降水通常采用管井法。基坑降水降深一般较深，出水量大，降水施工造成两个后果。一为降水引起的附加沉降，一为降水措施不得当，往往造成卵石层内充填的细小颗粒被带走，从而造成充填物流失，卵石层压缩变形大。21降水引起的附加沉降在降水作用下，随着地下水位的降分别计算以稍密、中密及密实卵石作基础持力层计算地基最终沉降量计算值S。上述公式各数据按如下取值P0600KPA，稍密卵石EO24，中密卵石EO32，密实卵石EO45，计算深度ZN按高层建筑岩土工程勘察规程（JGJ722004）附录B第B02条，ZN（ZM）。基础宽度、长度比按常规的145取值，计算ZN69米，取最大值9米。计算结果如下稍密卵石作基础持力层S5625MM，中密卵石作基础持力层S4208MM，密实卵石作基础持力层S2992MM。按规范要求，沉降计算经验系数S取02，则稍密卵石作基础持力层S1125MM，中密卵石作基础持力层S842MM，密实卵石作基础持力层S598MM。该计算结果与成都地区实测结果有一定差异，笔者收集了20个工程的沉降资料，结果表明沉降计算经验系数S取02偏小，计算结果与实际相比较，S取0506较为合适。如S取05，则最终沉降量为稍密卵石作基础持力层SP0600KPA，淤泥及淤泥质土EO2，砂土EO9，松散卵石EO15，稍密卵石EO24，中密卵石EO32，密实卵石EO45，计算深度ZN9米根据成都地区施工经验，卵石层施工时须进行现场钎探工作，钎探深度一般为15米左右，钎探深度过深，下部击数失真严重；过浅，不能有效判别持力层深度内卵石土密实度。本次计算按持力层中密卵石下15米深度下夹层厚度10米，其下仍为中密卵石层，计算结果如下夹层为砂层，S5413MM，ES2493，按规范，S取02，S1083MM夹层为松散卵石，S4747MM，ES2841，按规范，S取02，S949MM中国新技术新产品67种类重力密度R（KN/M3）承载力特征值F（KPA）内摩擦角（度）内聚力C（KPA）压缩模量E（MPA）变形模量O细砂1851959011080120中砂1952051001401014松散卵石19520516020028321216稍密卵石20521530038033372024中密卵石21522556060037393035密实卵石22523585095039424550中国新技术新产品201311（上）CHINANEWTECHNOLOGIESANDPRODUCTS工程技术低，卵石土层浮力减小，等于增加了附加荷重，有效应力增加，引起固结沉降1。由于地下水水头降低产生的沉降可用分层总和法进行计算观测点反应的该处沉降量已达60MM以上且沉降不断加大，在筏板基础上开孔进行取芯表明卵石层内充填物流失严重，筏板基础下14米内基本“光卵石”。基于这种情况，立即进行了地基加固工作，加固结束后沉降得到了抑制。实例表明，由于机械潜蚀造成的沉降量很大，地基的不均匀沉降现象明显。3施工的不规范性引起的沉降31施工阶段人为原因引起的沉降高层建筑建筑电梯井、积水坑等位置往往挖深较深，有些高层建筑两个单元高差不同而采用放坡处理，基础施工时上述地段侧壁往往回填不密实，在荷载作用下，该处沉降往往较大，引起建筑的不均匀沉降，甚至有些时候引起电梯井、放坡处的开裂，更有甚者影响电梯等的使用功能。某高层建筑地上30层，地下2层，由于电梯井施工时侧壁未能回填密实，主体结束后电梯井处沉降一直未能稳定，工程竣工4年后，该处沉降才基本满足规范要求，而该处沉降量已达52MM，与该建筑的其它沉降观测点的平均沉降量28MM相差很大。32施工未按设计图纸进行引起的沉降高层建筑一般荷载较大，往往要求地基土反力不少于500KPA，而作为基础持力层的稍密卵石，承载力特征值仅为300350KPA，基础设计首先进行地基土深宽修正FAFAKBR（B3）DRM（D05）以稍密卵石为例，承载力特征基坑侧的不均匀沉降，造成倾斜。结论（1）成都卵石土天然地基高层建筑沉降偏大原因很多，影响因素很多。影响最大的因素是卵石层内夹具一定厚度（10米以上）的淤泥及淤泥质土以及由于基坑降水过程中出砂量未能有效控制从而造成的机械潜蚀作用，其它如卵石层内夹砂层、施工不规范等也具一定影响。这就要求勘察阶段须准确探明地基土持力层分布情况，基坑降水阶段严格按照建筑与市政降水工程技术规范（JGJ/T11198）执行，基础施工阶段严格按设计图纸及相关施工规范执行，设计阶段应明确基坑回填时期及回填材料及要求。（2）在建筑地基基础设计规范（GB500072011）中，其最终沉降量计算公式中的沉降计算经验修正系数S的变化范围从0214，其对最终沉降的影响是很大的。目前，各地对修正系数的数值是不同的。如上海地基规范则规定其值随附加压力P0的增大可以从07变化到13天津地基规范的修正系数值为基础底面平均压力P与地基承载力设计值F之间的比值深圳地基规范则又不同。因此，各地应该建立在沉降实测基础上的本地经验修正系数，不能完全照搬国标建筑地基基础设计规范的规定。在基础的沉降计算中，沉降经验修正系数S应该在沉降实测的基础上建立当地的修正标准。笔者认为，根据成都地区大量工程经验，卵石土天然地基在ES20的情况下沉降经验修正系数S取值应该在0506之间较为合适。（3）针对卵石层分布有软弱夹层及因降水引起卵石层内充填物流失现象，及时进行压浆及旋喷桩处理，能有效地改善及抑制建筑物的沉降。参考文献1陈仲颐，周景星，王洪瑾土力学M北京清华大学出版社，19942华南理工大学，等地基及基础M北京中国建筑工业出版社，1998NAISPHIII11EAI考虑到卵石层渗透系数大，固结时间短，沉降发生快，对单一卵石层，上式可简化为SPIHIES考虑降深5米，卵石层厚度5米，卵石层为稍密卵石，压缩模量ES取24，计算结果为S1042MM尽管基坑降水引起卵石层固结时间短，沉降发生快，降水施工前期、基础施工前已引起了附加沉降，但由于卵石层渗透系数大，地表水（包括雨水及施工用水）大量补给，基础及主体施工时仍然沉降地下水的快速抽降变化，故基础