浅谈地基不均匀沉降的原因分析及对策.doc

浅谈地基不均匀沉降的原因分析及对策第1章 绪 论1.1概述1.1.1引言 近年来，随着国民经济迅速发展和综合国力不断增强，城乡建设得到迅速发展，我国建筑设计、结构设计、施工技术和施工管理等方面有了迅速的提高。但是我们也必须看到，当前建筑工程仍然存在着很多质量问题，有些问题直接影响着建筑物的使用，浪费国家财产危及人民生命安全。在工程建设中常常遇到地基基础不均匀沉降的问题，这一问题一直影响着工程的使用。许多砌体结构、混凝土结构等建筑物在建设和使用过程中出现不同程度、不同形式的裂缝，这是一个相当普遍的现象。分析产生裂缝的主要原因有: (1)地基基础的不均匀沉降引起裂缝，(2)地基不均匀冻涨引起裂缝，(3)温差影响引起裂缝，(4)地震引起裂缝等等。据调查统计，地基基础的不均匀沉降导致的裂缝在砌体结构和混凝土结构开裂事故中占有很高的比例。因此，深入研究基础不均匀沉降引起混合结构和框架结构危害的问题，提出行之有效的防治加固措施具有重要的学术意义和工程应用价值。1.1.2国内外工程实例及研究现状 国内外工程技术人员及专家学者对地基基础不均匀沉降问题进行了深入的探讨和研究。陈春华，刘叶梅结合工程实例介绍了宝钢软土地基上发生不均匀沉降的砖混结构房屋的综合整治技术。以钢管厂空压站电气室厂房为典型个案，从设计、施工、维修方面作了分析探讨，对今后类似工程前期的设计、施工有警示作用，同时可供其它维修工程借鉴。娄俊杰，郭彦林等分析了澳门综合体育馆屋盖钢结构主析架和次析架的受力关系，据此确定了次析架的安装方案，并对安装过程中主次析架的内力、变形及支座反力做了全过程跟踪计算分析，验证了安装方案及后续析架对接的可行性，同时根据桩基的沉降试验资料，计算了支座反力及沉降量对整体结构性能的影响，验算了结构在产生不均匀沉降状态下的安全性。燕乃玲，咚瑞清等报导了山东省禹城市开元商厦建设过程中由于基础不均匀沉降导致大面积裂缝，并采用I等水准测量及改进后的方法对其进行了一年半的跟踪监测。观测了沉降速率，同时分析了基础不均匀沉降的原因，提出了治理加固措施。袁铁铮，郭秀娟等从地基土的成因年代，特殊土的勘测、承载力评定、基础选型诸方面，分析总结了由于地基基础不均匀沉降引起长春高科技大厦整体倾斜的事故原因。李哲，谢永利，白德容等对湿陷性黄土地基环境下大型建筑物不均匀沉降机理进行了深入分析，提出了“旋喷桩加固法”处理该类地基事故的策略，详细分析了地基产生不均匀沉降的成因，对地基处理设计、施工参数确定及施工控制等进行了讨论。常好诵，伶晓利等在工程实际中结合存在大面积堆载的烧结原料库结构及工艺特点，针对厂房由于不均匀沉降造成的损伤，通过检侧鉴定分析，找出了其不均匀沉降及结构损伤的原因，提出了加固处理建议。黄虹对某6层砖混结构住宅楼工程墙体产生裂缝的原因进行了分析，提出了在设计、施工维护中应采取的措施。王晖，吴胜发等研究了地基不均匀沉降对上部结构内力、变形、周期等影响，提出了将地基(或基础)模拟为三维弹性支座的有限元分析方法，将上部结构和地基基础进行整体分析。以深圳市少年宫“水晶石”大厅结构为例，运用有限元软件ANSYS，将三维弹性支承分析法与常用的固定支座法和竖向弹性支承分析法进行了对比分析，验证了三维弹性支承分析法的合理性，得出了一些有益的结论，可供设计人员参考。董军，邓洪洲等进行了地基不均匀沉降引起上部钢结构损坏的非线性全过程分析，并能提供结构受损过程和加固后变化的详细信息，将其用于张家港东海粮油工业公司机械楼钢结构现状评价和加固设计，取得了良好的效果。蒋通，苏亮文利用可考虑盾构法隧道衬砌一接头协同受力的等效连续化计算模型，建立了在地震引起不均匀沉降作用下隧道弹塑性受力分析的简化方法，并以上海市延安东路越江隧道为例，介绍了隧道内力的分析结果。黄菊花，何成宏等基于振动波在土中传播与衰减规律以及土的振动蠕变试验研究，分析研究了工厂振动诱发厂房柱基不均匀沉降的现象，提出了相关的沉降计算方法和地基处理措施。 从以上实例及研究状况可知，基础的不均匀沉降对结构的影响己引起相当多学者的关注，并进行了许多试验及现场全过程跟踪，取得了许多有益的结果。1.2地基基础不均匀沉降对房屋结构的危害及原因分析 建筑物因地基问题所引起的破坏一般有两种：一种是由于地基土在建筑物荷载作用下产生压缩变形，引起基础过大的沉降或沉降差，使上部结构倾斜、开裂以致毁坏或失去使用价值；另一种是由于建筑物的荷载过大，超过了基础下持力层所能承受的能力而使地基产生滑动破坏。众所周知，软土地基都是压缩性高，沉降量大，且沉降稳定历时时间长；沉降量大意味着产生不均匀沉降的可能性也就越大。在荷载的作用下，软土地基由于土的各向异性引起的不均匀沉降，一般难以计算，且同基础由于基底附加应力分布不均和土层压缩厚度范围内的分布不均引起的不均匀沉降相比，均不可忽略不计。1.2.1地基基础不均匀沉降对房屋结构的危害 供人们从事生产、生活使用的各类建筑物，不论是高耸入云的摩天大厦，还是玲珑的建筑小品，它们都要座落在地球表面下一定深度的岩土地层上。在土力学及基础工程领域里，通常把直接支承建筑物的这一部分岩土地层统称为地基。在建筑物及其荷载作用下，或经地表浸水、地下水升降变化、地震以及地下采动等其它多种因素的复合影响，地基将发生变形。因地基变形使建筑物离开其建筑时的初始位置，沿重力方向移动的现象就称作建筑沉降。沉降对建筑物的危害表现为： 1、不均匀沉降导致建筑物倾斜。例如闻名于世的意大利比塞塔(图1.1)，由于建造在不均匀高压缩性上，致使塔基产生不均匀沉降，北侧下沉1米多，南侧下沉有3米，塔身侧移达5.8米之多。图1.1意大利比萨斜塔 图1.2上海锦江饭店2、导致建筑物严重下沉。例如上海锦江饭店(图1.2)建在软土地基上，建筑物绝对沉降达2.6m，使原底层陷入地下，成了半地下室，严重影响使用。 3、不均匀沉降导致混合结构房屋墙体开裂。例如清华大学供应科库房楼(图1.3 )，竣工后仅一年，墙体开裂，使用三年后，全楼共出现33条大裂缝，成为危房。4、不均匀沉降导致建筑物基础断裂。例如东南大学教工住宅(图1.4)在筏板基础浇筑完毕尚未砌墙时，筏板基础横向断裂，缝长超过6米，缝宽15毫米。图1.3 清华大学供应科库房楼 图1.4 东南大学教工住宅基础断裂由此可见，不均匀沉降对房屋结构造成的危害最为严重，不仅使基础出现裂缝，而且使上部结构开裂，甚至房屋整体倾斜。1.2.2地基基础不均匀沉降的原因分析 引起房屋结构地基基础不均匀沉降的原因是多方面的，主要可分为两大类: 1、来自地基方面的原因 通常情况下地基是土，是一种松散的颗粒体，颗粒间存在着孔隙，侧限压缩实验表明，随着外荷载的增加，土体孔隙比e逐渐减小，两者变化关系如图1.5所示。由此可见，土体中孔隙的存在使土体具有可压缩性，是导致建筑物沉降的内在原因。图1.5 压缩曲线影响土层在压缩层厚度范围内的不均匀性的因素主要有： (1)地基土的压缩性土的不均匀性通常表现在有多种不同的组成和特性的土类，并以透镜体或局部的不规则地层出现。在这种情况下，浅基础下地基的不均匀沉降很大，且是难免的。通常根据本地土的成型历史对不均匀沉降也有很大影响。拟建场地的相邻建筑打过桩，由于振动，土的絮状结构受到破坏，强度明显降低，甚至成流动状态，则建房后，沉降则明显大于同类土，且靠近桩基部分的房屋沉降大。沉降和沉降差随桩的长短、打桩的时间早晚显著变化。一般情况下，桩越长，打桩的时间发生得越迟，它们的量值越大。另外，拟建场地的一侧建过房、预压过或由于井点降水，造成地下水下降等，均会引起较大的不均匀沉降。(2)其它影响软土地基上浅基础不均匀沉降的因素 加载速率的影响。对于荷载条件，我们通常认为是静力加载，忽略惯性的作用。其对不均匀沉降的影响主要表现为：在荷载的作用下，一方面软土中的剪应力产生剪切变形，导致强度的降低；另一方面，饱和粘性土有条件排水固结，抗剪强度随时间增长，加载速率小，后一方面起主导作用；反之，前一方面起主导作用。抗剪强度的降低往往会引起软土地基的局部剪切破坏，甚至整体剪切破坏，而使建筑物严重倾斜。在某种情况下(不超过允许的变形条件)，增加荷载速率对软土地基的不均匀沉降有调整作用，对不均匀沉降引起的开裂有控制作用，体现在： 当上部结构荷载有明显差异时，首先施加和适当增大承受荷载大的基础的加荷速率，对不均匀沉降有调整作用；大量的工程实践证明，竣工后半年到一年内是建筑物不均匀沉降发展最为迅速的时期，也是建筑物最易产生开裂的时间，其原因是建筑物在施工期内，由于砌体强度未达到设计要求，有一定的塑性能适应施工期的大部分不均匀沉降，很少开裂。因此采用施工期内增加加荷速率，提高施工期内沉降量的比重，可适当减少建筑物在使用中由于不均匀沉降产生的开裂。 地基中局部的管道漏水，化粪池的渗水或外溢。设计或施工中漏掉散水明沟，使土体产生液化，改变土体的力学性能，降低其承载力。 土季节性的湿度变化。如树木生长季节常易使土层干缩，而在休眠季节则会是土层湿度过大。有资料表明：最好使树木的位置，离开浅基础的距离大于树木最终高度。 2、来自房屋结构方面的原因 (1)上部结构上部结构的平面不规则和体型变化复杂在软土地基中会引起很大的不均匀沉降。平面形状复杂的建筑物，纵、横单元交叉处基础密集，地基中由于单元荷载产生的附加应力相互重迭，必然出现比别处大的沉降，加之建筑物的整体性差，各部分的刚度不对称，很容易遭受地基不均匀沉降的损坏；建筑物体型复杂，高低(或轻重)变化较大，地基各部分所受的荷载轻重不同，自然容易出现过量的不均匀沉降。(2)基础相对刚度基础作用的强弱取决于基础与地基的相对刚度、土的压缩性以及基底下塑性区的大小。柔性基础的基底反力分布与作用于基础上的荷载分布完全一致；均布荷载下柔性基础的基底沉降是中部大、连缘小。刚性基础受荷后，基础不弯曲，原来是平面的基底，沉降后仍然保持平面；一般说来，无论是粘性土还是无粘性土地基，只要基础埋深和基础面积足够大，而荷载不太大时，基底反力均呈马鞍形；另外，刚性基础能够跨越基底中部，将所承担的荷载集中地传至基底边缘。总之，当基础相对愈刚时，随着基础挠曲的减少，基底反力的分布与荷载的分布愈不一致，基础不利截面的弯矩和剪力也将相应增大。一般认为： 0.8基础是刚性的；0.83基础是柔性的。其中，；L为基础的长度； E、 I为单位统一的基础特征值(弹性模量和惯性矩)；k为基床系数。由上式可知：基础梁越长，基础的刚度越弱，则在软土地基设计中，基础梁纵向不要伸入外挑的底板；基础断面越高，基础刚度越强；基床系数的取值对基础的刚度影响很大。(3)偏心荷载 在偏心荷载的作用下，基底将产生不均匀的附加应力，使基础发生倾斜。基础的倾斜程度与偏心距e有关，很多资料认为：当eB/4时，基础的转动中心位于与荷载偏心相反的一侧，并在基础外；当e=B/4时，转动中心正好在基础的边缘之下。当eB/4时，转动中心进而向基础轴线转移，并使基础在受荷载较小的一边抬起。对于后一种情况，显然理应在设计中加以避免，为了有足够的安全度以防止基础的一端抬起，通常采用偏心距eB/6。对于绝对刚性基础，在风荷载和其它偏心荷载作用下，沉降后为一倾斜平面，倾斜的程度可采用弹性力学公式估算：圆形基础：矩形基础：式中，P为偏心荷载，e为偏心矩，B为荷载偏心方向的矩形基础基底边长或圆形基底直径，为土的泊松比，K为矩形刚性基础倾斜的无量纲系数，与A/B有关。(4)相邻基础(荷载)的影响 地基中附加应力的向外扩散，使得相邻建筑物的沉降相互影响，造成不均匀沉降。其表现形式主要有以下几方面： 同一栋房子的基础彼此靠得很近，若荷载差异小，基础的面积接近，则不均匀沉降小，反之则不均匀沉降大。 基础上及其附近有大面积堆载。如填土、生产堆料等，若荷载小，距离远，则基础的倾斜小。 相邻建筑物的距离越近，且埋深差异越大，引起的相互不均匀沉降越大。后建的建筑物最好把埋深置在与原房大致相同的位置，对于靠近或低于相邻基础原挖土边缘，都必须防止相邻建筑丧失侧向支承或覆盖压力而产生侧向或竖向位移。如果必须埋置不同深度，相邻基础的间距应大致为相邻基底高差的两倍。 打桩在软土地基中对于相邻建筑的影响靠得越近产生的不均匀沉降越大。有的资料认为：在粘性土中打桩可以引起建筑物不均匀沉降的土层厚度约等于打入土中桩的长度。1.3治理对策研究国内外工程事故实例及理论研究表明，控制建筑物地基不均匀沉降应从以下几个方面着手： 1、保证勘察报告的真实性和可靠性。 地质钻探报告是一门专门的科学，来不得半点虚假。钻探报告是设计人员的主要设计依据，必须提高地质勘测人员的业务水平、政治素质和职业道德素质，加强责任感，这样才能使钻探报告具有真实性和可靠性。2、设计阶段要切实做好数据收集及按规范合理设计，采取多种措施，增强结构的基础刚度和整体刚度，具体体现在： (1)建筑措施 平面形状应力求简单，规则整齐，尽量避免形状复杂，阴角太多；避免建筑物有显著的高差或荷载差异。在软土地区建筑物的不均匀沉降事故中，往往以有高度差异或荷载差异的建筑物为多见，尤其是高、低或轻、重单元连成一体未设置沉降缝时易发生。对于长度较大的建筑物，应考虑在适应部位设置沉降缝；对于平面图形复杂的，或有层高高差及荷载显著不同的建筑物，要在其转折处，层高高差处或荷载显著不同的部位设置沉降缝，此外在地基土的压缩性有显著不同处或在地基处理方法不同处都宜设置沉降缝。另外，应考虑相邻建筑物的影响。建筑物荷载不仅使建筑物地基土产生压缩变形，而且由于基底压力扩散的影响，在相邻范围内的土层，也将产生压缩变形，这种变形随着相邻建筑物距离的增加而逐渐减少，由于软弱地基的压缩性很高，当两建筑物之间距离较近时，常常造成邻近建筑的倾斜或损坏。（2)结构措施控制建筑物的长高比。长高比是保证混合承重结构建筑物刚度的主要因素。长高比大建筑物，调整地基不均匀变形的能力就差，相反，如将建筑物长高比限制在一定范围内，它就具有较大的调整地基不均匀变形的能力。实践证明，建筑物的长高比控制在2.5至3之间时，可减少建筑物的相对弯曲，房屋不易出现裂缝。合理布置纵横墙。承重结构的墙身是房屋挠曲的主要受力构件，它具有调整基础不均匀变形的能力。纵、横墙的布置合理与否，对建筑物的整体刚度影响很大。如纵墙贯通而横墙密布，则犹如空腹多肋深梁，刚度很大，这时基础沉降也较均匀。 设置圈梁。在建筑物的墙体设置钢筋混凝土圈梁的主要作用是增强建筑物的整体性。它在一定程度上能防止或减少裂缝的出现，即使出现了裂缝也能阻止裂缝的发展。 建筑物的楼、屋盖应尽可能采用现浇整体钢筋混凝土结构，这样有利于增强房屋结构的整体性，调整内力，减轻不均匀沉降对结构造成的损害。(3)地基和基础措施 多层房屋的地基基础设计必须控制变形值，设计单位必须进行基础最终沉降量和偏心距离的验算。且基础最终沉降量应当控制在建筑地基基础设计规范（GB5OOO7-2011)规定的限值以内。 当天然地基不能满足建筑物沉降变形控制要求的，必须采取技术措施，一般可采用打预制钢筋砼短桩等方法处理。 同一建筑物尽量采用同一类型的基础并埋置于同一土层中。 3、从施工入手，切实提高施工质量 (1)加强原材料的进场验收，严禁将不合格的材料用于建筑工程上。对计量器具进行检测，并对计量工作派专人监控。 (2)砌体组砌形式一定要根据所砌部位的受力性质和砖的规格来确定。一般采用一顺一顶，上下顺砖错缝的砌筑法，以大大提高砌筑墙体的整体性，当利用半砖时，应将半砖分散砌于墙中。同时也要满足搭接砖长的要求。 (3)正确设置拉结筋。砖墙砌筑前，应事先按标准加工好拉结筋，避免拿错钢筋，且使用前进行技术交底。 (4)不准任意留直搓甚至阴搓，构造柱马牙搓不标准，将直接影响到墙体整体性。为此要加强对操作工人的教育，须保证构造柱马牙搓高度，转角及抗震设防地区临时间断处不得留直搓;严禁在任何情况下留阴搓。 (5)加强房屋的沉降检测。施工期间，施工单位必须按设计要求及规范标准埋设专用水准点和沉降观测点。主体结构施工阶段，每结构层沉降观测不少于一次；主体结构封顶后，沉降观测2个月不少于一次。监理单位必须进行检查复测，并将数据列入工程质量评估内容。1.4本论文所做的工作本文从不均匀沉降对混合结构房屋和钢筋混凝土框架结构房屋造成的危害入手，在总结前人研究成果及工程事故实例中有关经验教训的基础上，分别对混合结构房屋和钢筋混凝土框架结构房屋地基基础不均匀沉降事故的原因进行了深入地探讨和研究。然后分别列举了建筑地基基础设计规范(GB50007-2011 )砌体结构设计规范(GB50003-2011)及混凝土结构设计规范(GB50010-2010)对建筑物的地基变形值，结构构件的裂缝宽度等相关的规定和防治措施。根据不均匀沉降事故发生的原因并结合有关规范和工程实践经验，本文提出了混合结构及框架结构房屋不均匀沉降事故的治理对策，包括各种预防措施、地基处理方法、结构纠偏及加固手段等。第2章 混合结构房屋地基基础不均匀沉降危害分析及对策研究2.1地基基础不均匀沉降对混合结构房屋的危害建筑物通过基础把竖向体系传来的荷载(轴向力)传递给地基，地基产生的反力作用在基础底面上。只有当其与轴向力平衡时，才能保证建筑物结构的稳定与完整性。如果因某些原因造成基础下局部地基土发生剪切、下沉、土层滑移等变位，破坏了轴向力与地基反力的平衡，地基与基础之间就成松散接触或不接触，建筑物将出现不均匀沉降，结构内部将产生附加应力。此时，基础的附加应力可近似于悬臂端。附加应力为剪切应力和负弯矩。松散接触的一侧将受到建筑物荷载(轴向力)产生的剪切应力作用，从而造成局部结构体系产生竖向相对位移，结构受到意外的应力(应变)，当结构抵抗不住应力(应变)时，将会出现剪切破坏，常见的如墙体产生的剪切裂缝(图2.1)；紧密接触的一侧受到旋转力矩(负弯矩)作用，对建筑物竖向结构体系产生附如斜拉应力。不均匀沉降引起的墙体裂缝，系结构性破坏裂缝，所造成的危害，轻者影响建筑物的美观，重者墙体渗水和灌风，影响建筑物的使用功能，造成房屋使用者心理上的不安；严重的会引起墙倒屋塌，出现伤人事故和财产损失。此外，不均匀沉降还会引起房屋其它结构性问题，常见的有：水平结构体系因发生相对位移，产生额外的应力变形，造成结构构件承载力不足，以致出现险情；改变了建筑物结构构件设计要求标准，设计受力状态构件在已变化了的应力状态下工作出现强度不足;影响建筑物的稳定性，导致竖向结构体系倾斜。图2.1墙体斜裂缝2.2混合结构房屋不均匀沉降事故原因分析混合结构房屋目前是我们采用较多的结构形式，同时，也是发生质量事故较多的一种工程结构。砖砌体出现裂缝是混合结构工程诸多质量事故当中危害较大的一种。在很多情况下裂缝的发生与发展往往是重大事故的先兆，对此必须认真分析，妥善处理。砌体中发生裂缝的原因主要有：地基基础不均匀沉降，地基不均匀冻胀，温度变化引起的伸缩，地震等灾害作用以及砌体本身承载力不足等五个方面。下面对地基不均匀沉降引起混合结构房屋墙体开裂进行深入分析：以往工程事故表明，混合结构房屋由于地基基础不均匀沉降造成的损伤破坏主要来自三大方面的因素，即地基、房屋结构本身及人为因素。 1、地基的不均匀沉降 主要存在以下几种情况：建筑物邻近有基础施工或其它机械设备振动，地基因震动而产生压缩变形，局部下沉；建筑物邻近有大开挖工程，固水土流失，造成地基滑移或沉陷；建筑物邻近地面大量堆积重物，使得土层压密变形，带动地基沉降；建筑物邻近有交通要道，地基常年受到车辆振动而引起振密变形；建筑物未经正确验算，改建加层，变更使用，增加荷载或超载，造成基础承载力不足引起不均匀沉降。 2、混合结构房屋本身的原因 房屋的全部荷载最终通过基础传给地基，而地基在荷载作用下，其应力是随深度而扩散，深度愈大，扩散愈大，应力愈小；在同一深处，也总是中间最大，向两端逐渐减小，也正是由于土壤这种应力的扩散作用，即使地基地层非常均匀，房屋地基应力分布仍然是不均匀的，从而使房屋地基产生不均匀沉降，即房屋中部沉降多，两端沉降少，形成微向下凹的盆状曲面的沉降分布。在地质较好、较均匀，且房屋的长高比不大的情况下，房屋地基不均匀沉降的差值是比较小的，一般对房屋的安全使用不会产生多大的影响，但当房屋修建在淤泥土质或软塑状态的粘性土上时，由于土的强度低、压缩性大，房屋的绝对沉降量和相对不均匀沉降量可能都比较大。 当混合结构房屋设计的长高比较大，整体刚度差，而对地基又未进行加固处理，那么墙体就可能出现严重的裂缝，裂缝对称的发生在纵墙的两端，向沉降较大的方向倾斜。沿着门窗洞口约成45“呈正八字形，且房屋的上部裂缝小，下部裂缝大，如图2.2示。 当混合结构房屋地基上层分布不均匀，土质差别较大时，则往往在不同土层的交接处或同一上层厚薄不一处出现较明显的不均匀沉降，造成墙体开裂，其裂缝上大下小，向土质较软或上层较厚的方向倾斜，如图2.3示。图2.2 沉降分布曲线 图2.3 沉降分布曲线 当混合结构房屋高差较大或荷载差异较大，当未留设沉降缝时，也容易在高低和轻重的交接部位产生较大的不均匀沉降裂缝，此时，裂缝位于层数低的荷载轻的部分，并向上朝着层数高的荷载重的部分倾斜(图2.4 )。 当房屋两端土质压缩性大，中部小时，沉降分布曲线将成凸形，此时，往往除了在纵墙两端出现向外倾斜裂缝外，也常在纵墙顶部出现竖向裂缝。在多层房屋中，当底层窗台过宽时，也往往容易因荷载由窗间墙集中传递，使地基不均匀沉降，致使窗台在地基反力作用下产生反向弯曲，引起窗台中部的竖向裂缝(图2.5)。图2.4 沉降分布曲线 图2.5 沉降分布曲线当新建房屋的基础位于原有房屋基础下，且新、旧基础底面的高差H与净距L的比值未达到规范要求又没有采取适当措施时，由于新建房屋的荷载作用使地基沉降而引起原有房屋、墙体裂缝(图2.6、图2.7) 。图2.6 沉降分布曲线 图2.7 沉降分布曲线3、人为因素(1)勘察方面的原因在土木建筑工程中，勘察工作是工程设计的基础，为设计提供有关水文、地质等方面的数据数据。如工程未勘察就进行施工，或勘察数据错误，这些都会给工程造成严重后果。具体体现在：忽视勘察资料的作用，勘察工作粗糙，资料不精确。如某县在池塘边新建一栋三层钢筋混凝土结构的办公楼，在即将竣工之时，突然坍塌，住在里面的41名施工人员除1人重伤遇救外，其余均全部身亡。经调查发现该办公楼是在没有勘察资料的情况下，设计者盲目自定地基土的容许承载力为16t/m，而事后有关检测部门对此地基土进行检测，发现实际承载力只有13 t/m左右，且压缩性较大，由于地基土超载而产生不均匀沉降，导致整个建筑物倒塌。 (2)设计方面的原因 任意确定基础：设计者盲目照搬另一建筑物的基础设计图作为该建筑物的基础设计，由此造成基础出现不均匀沉降，致使建筑物倒塌。估算代替计算：结构没有按有关要求进行精确计算，上部荷载是凭经验估算的，基础底面积设计过小，基础边缘最大压力高出地基土容许承载力。因而部分结构及基础破坏，引起整体倒塌。(3)施工方面的原因 由于基础是埋入土中，其问题不易发现，属隐蔽工程，某些施工人员对基础工程的质量不够重视，认为设计中有一个可靠性系数，质量差一点没关系，故施工时偷工减料，不按施工图纸和施工规范进行施工，造成某些工程地基基础的严重质量事故。2.3有关规范规程对不均匀沉降限制的相应规定2.3.1允许裂缝宽度及沉降差 墙体裂缝允许宽度的含义包括：一是裂缝对砌体的承载力和耐久性影响很少，二是人的感观的可接受程度。钢筋混凝土结构的裂缝宽度大于0.3mm，通常在美学上难以接受，砌体结构也不例外。尽管砌体结构的安全裂缝宽度可以更大些。但是在住宅商品化的今天，砌体房屋的裂缝，不论是否为0.3 mm，只要可见，己成为住户判别“房屋安全”的直观标准。据资料只有德国对砌体结构有成文的规定：对外墙或条件恶劣的部位的墙体，裂缝宽度不大于0.2mm，其他部位裂缝宽度不大于0.3mm。其他发达国家对裂缝控制的要求较高，但未对砌体裂缝宽度规定标准。因此如何面对砌体结构的裂缝，确实是一个较突出和需要认真对待的课题，需要引起足够的重视。砌体结构设计规范(GB50003 -2011)中第6.3.7条提出了设置控制缝的原则规定。控制缝是个外来的概念。它不同于我国规范规定的双墙伸缩缝，而是针对高干缩性砌体材料，把较长的砌体房屋的墙体划分为若干个较小的区段，从56m到10多米，这样可使由干缩、温度变形引起的应力或裂缝减小，从而达到可以控制的程度。它是对我国较长的传统的伸缩缝的必要补充。因为即使按这次规范修订后缩短的伸缩缝间距(3040m )，也难以控制这类高干缩性材料砌体的裂缝。但是在房屋某些部位的墙体上设置控制缝，防裂效果较好，而对房屋的整体受力性能影响很小，并可满足抗震设防的要求，这已被我国的理论分析和试验研究得到证实。我国建筑地基基础设计规范(GB50007-2011)规定：建筑物的地基变形允许值，按下表2.1规定采用。对表中未包括的建筑物，基地基变形允许值根据上部结构对地基变形的适应能力和使用上的要求确定。表2.1建筑物的地基变形允许值2.3.2加强裂缝控制的各种措施砌体结构设计规范(GB50003-2011)中第6.3.3条对加强裂缝控制的各种措施提出了规定：为防止或减轻房屋底层墙体裂缝，可根据情况采取下列措施：1、增大基础圈梁的刚度； 2、在底层的窗台下墙体灰缝内设置3道焊接钢筋网片或2 两根直径6mm钢筋，并伸入两边窗间墙内不小于600mm。建筑地基基础设计规范（GB50007-2011)规定：勘察时，应查明软弱土层的均匀性、组成、分布范围和土质情况。杂填土应查明堆积历史，明确自重下稳定性、湿陷性等基本因素。 设计时，应考虑上部结构和地基的共同作用。对建筑体型、荷载情况、结构类型和地质条件进行综合分析，确定合理的建筑措施、结构措施和地基处理方法。 施工时，应注意对淤泥和淤泥质土基槽底面的保护，减少扰动。荷载差异较大的建筑物，宜先建重、高部分、后建轻、低部分。 活荷载较大的构筑物或构筑物群(如料仓、油罐等)，使用初期应根据沉降情况控制加载速率，掌握加载间隔时间，或调整活荷载分布，避免过大倾斜。2.4对不均匀沉降导致房屋开裂的整治对策2.4.1防止地基不均匀沉降引起墙体开裂的措施 对于新建工程，必须首先确立重在设防的指导思想。概括起来，预防地基不均匀沉降引起裂缝的主要措施有： 1、合理设置沉降缝。在房屋体型复杂，特别是高度相差较大时，应设沉降缝，沉降缝应从基础分开，缝宽不得少于lOcm，最好是三缝合一，施工中应保持缝内清洁，应防止碎砖、砂浆等杂物落入缝内。 2、加强上部的刚度和整体性，提高墙体的抗剪能力，调整地基的不均匀沉降。不宜将建筑物设置在不同刚度的地基上，如同一区段建筑，一部分用天然地基，一部分用桩基等。必须采用不同地基时，要妥善处理，进行必要的计算分析。建筑物发生沉降，尤其是不均匀压缩沉降，除和地基及荷载两个主要因素有关外，还和建筑物本身(包括基础)的整体刚度有着十分密切的关系。图2.8所示为座落在同一地基上长度相同，但刚度相差悬殊的两个建筑物。图2.8(a)为纵墙承重、横墙间距又比较大的单层砖混结构房屋，条形基础。而图2.8(b)则为一具有框架剪力墙承重体系的高层建筑，箱形整体基础。加负荷后，地基均产生压缩变形，但情况截然不同，图2.8(a)犹如一根座卧在弹性地基上的柔性梁，它随地基一起产生挠曲变形(图中虚线所示)，因而各部分沿纵向产生中部大两端小的不均匀沉降，外纵墙产生正八字形斜裂缝。而图2.8(b)由于房屋整体刚度大，本身极不易产生整体挠曲变形，反过来迫使地基同建筑物、起整体均匀下沉。可见在建筑物及其荷载作用下产生的地基压缩变形，与该建筑物自身刚度大小的关系不可忽视。一般的说刚度大的建筑物，其沉降比较均匀;比较柔弱的建筑物，容易产生不均匀沉降和墙体裂缝。 图2.8建筑物刚度和沉降的关系3、加强地基验槽工作，发现有不良地基应及时妥善处理，然后才可进行、基础施工。2.4.2对地基不均匀沉降引起墙体开裂的治理措施 对于已经发生的沉降事故，除个别确因结构或构件“元气”大伤而完全失去挽救价值外，多数均应经过适当整治，使建筑物完全或部分恢复功能而继续使用。整治处理。首先应对因沉降发生严重变形或损坏的结构、构件、进行矫正、修复、与此同时，大多尚须对地基进行以消除湿陷，加密固结、或以提高承载能力，减少变形等为目的的适当处理。其次大部分沉降，特别是不均匀沉降，都在墙面或构件表面，留下了大大小小的裂缝。处理这些裂缝，不仅是为建筑物外观美化的需要，更主要是为了不留隐患。为了阻止不均匀沉降的继续发展，而进一步加剧混合房屋结构墙体裂缝的开展。必须对不均匀沉降房屋所处地基和结构构件进行维修加固。加固一般可从地基和结构两方面入手，具体有以下措施： 一、地基处理 1、混凝土灌注桩架梁法:若采用常规灌注桩直径，地基中的软弱回填上层可能会发生颈缩；若采用大直径灌注桩，工程量大，造价偏高。 2、钢管桩加梁法:因为在室内分段打入后的连接作法不易，难以保证质量，而且造价偏高。 3、三重管旋喷桩定向旋喷法：在基础地面形成半径为0.60.8m的半圆桩，托住基础使其不再继续下沉。 4、桩底架梁托底法：直接在承重外墙两侧施工毛石混凝土柱墩，并且使毛石混凝土的柱墩坐落在持力层上；在柱墩上架设与承重外墙连为一体的钢筋混凝土主次梁，从而将原基础托起。该方案投资少，快速方便。 5、对原有地基和基础进行扩宽加固处理，以调整地基附加应力，增强建筑物的刚度整体性，防止不均匀沉降的继续发展。二、结构修复加固 在经过结构矫正复位和地基处理后，应采取适宜的方法，及时地对上部结构损坏部分进行加固、修补，恢复建筑物正常使用功能，以实现安全承载的目的。上部结构处理包括裂缝的处理和砌体承载力的处理。 (一)裂缝的处理 对因不均匀沉降，在砌体和钢筋混凝土结构中产生裂缝的修补，将主要根据裂缝的部位、宽窄等情况，采用各种不同的材料予以修补。 在修补砖墙裂缝前，应先搞清开裂的原因，观察裂缝是否稳定。观察的常用方法是在裂缝上涂一层石膏或石灰，经一段时间后，若石膏或石灰不开裂，说明裂缝已经稳定。对于除荷载裂缝以外、且已经稳定的裂缝可以采用如下的方法修补。 1、填缝修补 填缝修补的方法有水泥砂浆填缝和配筋水泥砂浆填缝两种。 水泥砂浆填缝的修补工序为:先将裂缝清理干净，用勾缝刀、抹子、刮刀等工具将1:3的水泥砂浆或比砌筑砂浆强度高一级的水泥砂浆或掺有107胶的聚合水泥砂浆填入砖缝内。 配筋水泥砂浆填缝的修补方法，是每隔45皮砖在砖缝中先嵌入细钢筋，然后再按水泥砂浆填缝的修补工序进行。 砌体填缝修补的方法，通常用于墙体外观维修和裂缝较浅的场合。 2、灌浆修补 灌浆修补是一种用压力设备把水泥浆液压入墙体的裂缝内，使裂缝粘合起来的修补方法。由于水泥浆液的强度远大于砌筑砖墙的砂浆强度，所以用灌浆修补的砌体承载力可以恢复如初。 实际上，灌浆修补法不仅可以修实砖墙的裂缝，还可以用于因施工不慎，在混凝土结构物的骨科间存在空隙而不能用表面抹浆或填细石混凝土修补的较深的蜂窝或孔洞。 水泥灌浆修补方法具有价格低、材料来源广、结合体的强度高和工艺简单等优点，在工程实际中得到较广泛的应用。 3、局部更换和加强墙体 当墙裂较宽但数量不多时，可以采用局部更换墙体的办法，即将裂缝两侧的砖拆除，然后用M7.5或MS砂浆补砌。局部修补的另一种方法是拉结法，即洞裂缝设置素混凝土或钢筋混凝土楔。当裂缝细而密时，可以采用局部钢筋网外抹水泥砂浆加固。 (二)砌体的承载力及稳定的加固 当砌体裂缝经实测鉴定后确认其承载力或稳定性不足时，应及时进行加固。通常，在加固施工前应卸除外荷载。若卸除外荷载有困难时，应设置临时预应力支持，以减小后加构件的应力滞后。砖墙承载力及稳定性加固方法有扶壁柱法和钢筋网水泥法。砖柱加固方法，有增大截面法和外包角钢法。 1、扶壁柱法加固砖墙扶壁柱法是工程中最常用的砖墙加固方法，这种方法能提高砖墙的承载力和稳定性。根据使用材料的不同，扶壁柱分砖扶壁柱法和混凝土扶壁柱法两种。 (1)砖扶壁柱法加固砖墙 砖扶壁柱法的构造 图2.11所示为常用的砖扶壁柱，其中a, b表示单面增设的砖扶壁柱，c, d表示双面增设的砖扶壁柱。图2.11砖扶壁柱法加固砖墙砖扶壁柱加固墙的承载力计算：考虑到后砌扶壁柱存在着应力滞后，计算加固砖墙承载力时，应对后砌扶壁柱的抗压强度设计值f乘以折减系数0.9予以降低。加固砖墙的受压承载力可按下式验算： (2-1)式中N荷载设计值产生的轴向力; 高厚比和轴向力的偏心距e对受压构件承载力的影响系数。可按砌本结构设计规范(GB50003-2011)取用； 分别为原砖墙和新砌扶壁柱的抗压强度设计值； A 、分别为原砖墙和新砌扶壁柱的截面面积。 验算加固砖墙的高厚比以及正常使用极限状态要求时，不必考虑后砌扶壁柱的应力滞后，可同一般砖墙一样按砌体结构设计规范(GB50003-2011)进行。 (2)混凝土扶壁柱法加固砖墙 混凝土扶壁柱法的构造 混凝土扶壁柱的形式如图2.12所示，它可以帮助原砖墙承担较多的荷载。 混凝土扶壁柱与原墙的连接是十分重要的。对于原带有壁柱的墙，新旧柱间可采用图2.12a所示的连接方法，它同砖扶壁柱基本相同。当原墙厚度小于240mm时，U形连接筋应穿透墙体，并加以弯折(如图2.12b所示)。图2.12c、 e的加固形式可较多地提高原墙体的承载力。图2.12a、b、c中的U形箍筋竖向间距不应大于240mm，纵筋直径不宜小于12mm，图2.12d、 e所示为销键连接法。销键的纵间间距不应大于1OOOmm。 图2.12混凝土扶壁柱法加固砖墙图2.13示出了用混凝土加固原砖墙壁柱的方法。补浇的混凝土厚度不宜小50mm，最好采用喷射法施工。为了减小现场工作量，对图2.13a所示的原砖墙壁柱的加固，可采用2个开口箍和1个闭口箍间隔放置的办法。开口箍应插入的墙砖缝内，深度不小于120mm。闭口箍在穿过墙体后再行弯折。当插入箍有困难时，可先用电钻钻孔再将箍筋插入。纵筋的直径不得小于8mm。图2.13混凝土加固砖墙壁柱混凝土扶壁柱法加固墙体的承载力验算 经混凝土扶壁柱法加固后的砌体己成为组合砌体。考虑到新浇混凝土扶壁柱与原墙的受力状态有关，并存在着应力滞后，计算组合砌体的承载力时，应对新浇扶壁柱引入强度折减系数。 I、轴心受压组合砌体的承载力，按下式计算： （2-2） 式中组合砖砌体构件的稳定系数。按砌体结构设计规范(GB50003-2011)取用； 新浇扶壁柱的材料强度折减系数。若加固时原砌体完好，取=0.95；若加固时原砌体有荷载裂缝或有破损现象，取=0.9 ；A原砖砌体的截面面积； 扶壁柱混凝土或砂浆面层的轴心抗压强度设计值。砂浆的轴心抗压强度设计值可取为同等强度等级的混凝土设计值的70%，当砂浆为M7.5时，其值为3MPa； 混凝土或砂浆面层的截面面积； 受压钢筋的强度系数。当为混凝土面层时，取1.0；当为砂浆面层时，取0.9； 分别为受压钢筋的截面面积和抗压强度设计值。 II、偏心受压组合砌体的承载力(图2.14)，按下式计算： (2-3) 或 (2-4) 此时受压区高度x可按下式确定: (2-5)式中原砌体受压部分的面积；混凝土或砂浆面层受压部分的面积；砌体受压部分的面积对受拉钢筋重心的面积矩；混凝土或砂浆面层受压部分的面积对钢筋重心的面积矩；砌体受压部分的面积对轴向力N作用点的面积矩；混凝土或砂浆面层受压部分的面积对轴向力N作用点的面积矩；分别为钢筋和重心至轴向力N作用点的距离(图2.14)； （a）小偏心受压 （b）大偏心受压图2.14偏心受压组合砌体e轴向力的初始偏心矩。按荷载标准值计算，当e 0.05h时，取e=0. 05h；组合砖砌体构件在轴向力作用下的附加偏心距； 即组合砖砌体构体截面的有效高度。即； 受拉钢筋的应力。当大偏心受压时（），；当小偏心受压时（），=650-800 分别为钢筋和重心至截面较近边的距离； 组合砖砌体构件截面受压区的相对高度。即； 组合砖砌体构件受压区高度的界限值。 2、钢筋网水泥浆法加固砖墙 钢筋网水泥浆法加固砖墙是指把需加固的砖墙表面除去粉刷层后，两面附设直径48mm的钢筋网片，然后喷射砂浆(或细石混凝土)的加固方法(图2.15)由于此法通常对墙体双面进行加固，所以经加固后的墙体俗称夹板墙。夹板墙可以较大辐度地提高砖墙的承载力、抗侧移刚度及墙体的延性。夹板墙正截面受压承载力计算：经钢筋；网水泥浆法加固的墙体(夹板墙)成为组合砌体，它的正截面受压承载力计算可按以上公式进行。1竖向受力钢筋 2拉结钢筋 3水平分布钢筋图2.15钢筋网水泥浆法加固砖墙夹板墙斜截面受剪承载力计算：影响夹板墙抗剪承载力的因素很多，主要有上部墙体的压应力、砂浆面层的厚度和抗剪强度、夹板墙中的钢筋配置量及其强度、原墙的厚度及其抗剪强度。经研究，夹板墙的抗剪承载力可按下式验算： (2-6) 式中楼层第k道夹板墙承受的剪力； 夹板墙在1/2层高处截面的平均压应力； 楼层第k道夹板墙在1/2层高处的横截面面积(扣除门窗孔洞面积)。对于空斗砖墙与空心砖墙，均取包括空斗与空心部分面积在内的截面面积(仍须扣除门窗孔洞面积)； 夹板墙折算成原砖墙砌体的抗剪强度(简称折算抗剪强度)。根据不同的修复和加固条件，取下列两种情况计算后的较小值。 面层砂浆强度控制时， (2-7)钢筋强度控制时， (2-8)砂浆面层或钢筋网砂浆面层的厚度(mm)；原砖墙的厚度(mm) ；n一道夹板墙的加固面层层数；面层砂浆抗剪强度(M/mm)。按下式计算： M面层砂浆强度等级；砖砌体通缝抗剪强度设计值，对不修复裂缝的开裂砖墙，取为零；单根钢筋的截面面积；s钢筋网钢筋的间距(mm)，式中的单位仍取mm 。3、增大截面法加固砖柱 增大截面法加固砖柱包括侧面增设混凝土层加固(简称侧面加固)和四周外包混凝土加固两类(图2.16)。 图2.16增大截面法加固砖墙(1)侧面增设混凝土层加固砖柱 当砖柱承受的弯矩较大时，往往采用仅在受压面增设混凝土层的方法(如图2.16a所示)或双面增设混凝土层的方法(如图2.16b所示)予以加固。 采用侧面加固时，新旧柱的连接和接合非常重要。双面加固应采用连通的箍筋；单面加固应在原砖柱上打入混凝土钉或膨胀螺栓等物件，以加强两者的连结。此外，无论是单面加固还是双面加固，应将原砖柱的角砖每隔S皮打掉一块，使新混凝土与原柱能很好地咬合(如图2.16a、b所示)。(2)四周外包混凝土加固砖柱 四周外包混凝土加固砖柱的效果较好，对于轴心受压砖柱及小偏心受压砖柱，其承载力的提高效果尤为显著。 当外包层较薄时，外包层亦可用砂浆。砂浆强度等级不得低于M 7.5。外包层应设置直径4-6mm的封闭箍筋，间距不宜超过150mm。由于封闭箍筋的作用，砖柱的侧向变形就受到约束，其受力类似于网状配筋砖砌体。由此，四周外包混凝土加固砖柱的受压承载力可按下式计算： (2-9)式中加固砖柱按组合砖砌体算得的受压承载力 高厚比和配筋率以及轴向力偏心距对网状配筋砖砌体受压承载力的影响系数。按砌体结构设计规范( GB50003-2011)取用； 体积配筋率(%)，当令箍筋的长为a，宽为b，间距为s，单脚箍筋截面积为时，；箍筋的抗拉强度设计值； e轴向力偏心距； A被加固砖柱的截面面积； 新浇混凝土的材料强度折减系数。它与原柱的受力状态有关，当加固前原砖柱未损坏时，取 =0.9；部分损坏或受力较高时，取=0.7。 4、外包角钢加固砖柱 外包角钢加固砖柱可以在砖柱尺寸增加不多的情况下，较多地提高砖柱的承载力，大幅度地增加砖柱的抗侧力。外包角钢加固砖柱的一般作法是：用水泥砂浆将角钢粘贴于受荷砖柱的四周，并用卡具卡紧，随即用缀板将角钢连成整体，最后去掉卡具，粉刷水泥砂浆以保护角钢(图2.17)。角钢应很好地锚入基础，在顶部也应有可靠的锚固措施，以保证其有效地参加工作。角钢不宜小于505 。 图2.17外包角钢加固砖柱 外包角钢加固的砖柱亦是组合砖柱，但由于缀板