减小地基变形及控制不均匀的措施

减小地基变形及

控制不均匀沉降的措施中国建筑科学研究院钱力航2007年9月12/23/20231

较大的地基变形和不均匀沉降主要发生在软弱地基中.当然一般地基同样存在地基变形问题,但是问题不如软弱地基严重.

12/23/20232软弱地基系指主要由淤泥、淤泥质土、冲填土、杂质土或其他高压缩性土层构成的地基。在建筑地基的局部范围内有高压缩性土层时，应按局部软弱土层考虑。12/23/20233

荷载不对称,地基不均匀是产生不均匀沉降的根本原因.而要求一幢建筑物做到荷载绝对均匀对称、要求其地基绝对均匀几乎是不可能的.因此地基发生不均匀沉降是必然的.只不过不均匀沉降有大有小而已,对建筑物有没有影响而已.

12/23/20234

这里的另一层意思是地基变形的绝对值与不均匀值之间的关系.一般来说,绝对沉降大,不均匀沉降也大.所以我常常讲,要减小不均匀沉降的最好办法是减小地基的绝对沉降,也可以说是减小地基变形.12/23/20235一减小地基变形的措施1基本措施2根据土层分布特点,充分利用较好土层3妥善处理不良地质现象4减小附加压力5进行地基处理12/23/20236

1基本措施

7．1．2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。冲填土尚应了解排水固结条件。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。12/23/20237

7．1．3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。12/23/20238

7．1．4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。12/23/20239

7．1．5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。12/23/202310

2根据土层分布特点,充分利用较好土层

1)

淤泥和淤泥质土，宜利用其上覆较好土层作为持力层，当上覆土层较薄，应采取避免施工时对淤泥和淤泥质土扰动的措施；

2)

冲填土、建筑垃圾和性能稳定的工业废料，当均匀性和密实度较好时，均可利用作为持力层；

3)

对于有机质含量较多的生活垃圾和对基础有侵蚀性的工业废料等杂填土，未经处理不宜作为持力层。12/23/202311

4)

存在较好土层时,应充分利用

如上海是典型的软土地基,如下表所示:（根据同济大学教授归纳）层

序工

程

地质

组工程地质层层顶-层底深度1表土

层组黄褐色亚粘土0-42潜水砂土层组灰色粉砂夹亚砂土4—153132第一软土层组灰色淤泥质亚粘土夹砂灰色淤泥质粘土4—108—204第二软土层组灰色淤泥质亚粘土20—255潜水-承压水砂层组灰色粉砂夹亚砂土25—306第三软土层组灰色淤泥质亚粘土夹砂30—607第一硬土层组暗绿色硬土层5—308182第一承压含水砂层组黄色粉细砂青灰色细砂30—6030—609192第四软土层组灰色淤泥质亚粘土夹粉砂灰色亚粘土夹细砂45—6060—7512/23/202312

表中的第2层土,是较好的土层,是可以充分利用的.层

序 工程地质组工程地质层层顶-层底深度1 表土层组 黄褐色亚粘土 0-4潜水

在上海这层土仅仅分布在一部分地区,一般做为多层建筑和15层以下的高层建筑的持力层地基变形相对比较小.

下面介绍一些工程实例.12/23/202313上海华盛路高层住宅

该工程由南楼（13层）和北楼（12层）组成。南、北楼女儿墙的标高分别为+39.80m和+37.00m；上部均采用装配式框架—剪力墙结构（现浇注），外墙用挂板，内墙为空心砖，预制空心板；两楼之间采用能自由沉降的悬挑结构连接，沉降缝宽度为10cm；结构剖面和建筑平面如图所示。12/23/202314采用天然地基，两层地下室为箱形基础。室外地面标高为-0.800m，基底标高为-6.450m。南楼地下室的外包尺寸为24.00×12.50m，底板南西向各挑出0.20m，东北向挑出分别为1.50m和1.70m，基底总面积为407m2；北楼地下室的外包尺寸为55.80×12.50m，底板四周均挑出0.90m，基底总面积为824m2。基础结构的平面、剖面如图所示。12/23/202315箱基持力层为淤泥质砂质粉土、粘土、粉质粘土：含水量W=38.6(%)

压缩模量E1-2=7.17(MPa)

按上海地基规范计算得出的地基承载力设计值为260kPa。地下水位离地面平均约为1.00m。12/23/20231612/23/20231712/23/20231812/23/20231912/23/20232012/23/20232112/23/20232212/23/20232312/23/202324沉降观测情况上海华盛路高层住宅

北楼南楼计算平均沉降量219200（mm）（分层总和法）实测推算沉降量197186(mm)

(根据实测沉降曲线按指数曲线法推算的最终沉降量)基底回弹量45（mm）

(基坑面积60×16=960m2

开挖深度5.65m

基底以下有5.7m厚粉质砂土开挖时间11天)12/23/202325指数曲线法推算最终沉降量在曲线较稳定的一段上取s1、s2、s3三点，则最终沉降量s为

s=s1-s22-1/(s3-2-s2-1)

式中s2-1=s2–s1

s3-2=s3_s2

例：s=16.2_(16.8-16.2)2/[(17.3_16.8)_(16.8_16.2)]=16.2_0.62/(0.5_0.6)=19.812/23/202326上海康乐路12层住宅中部女儿墙标高为38.00m，两翼为36.60m。上部为墙板式结构，预制空心楼板，滑模施工。结构剖面和标准层平面如图所示。一层地下室，天然地基，箱形基础。地下室外包尺寸为67.58×11.65m，底板南北挑出1.20m，东西挑出1.00m，基底面积为69.58×14.05=980m2

基础结构平、剖面如图所示。12/23/202327工程地质状况

表层：三合土、垃圾及灰填土，深2.3m左右，褐黄砂质粉土：湿，可塑～稍塑，局部夹粘，西部较东部砂性增重，但此层较薄，仅为0.3～1.4m，属中压缩性土；

灰淤质砂质粉土：湿，饱和状态，夹少量的云母屑等，层厚达14m左右，砂性随深度增加而渐增，土质均匀，属中压缩性土；

灰粘土：湿，软塑，层厚仅3.0m左右，夹有少量蚌壳屑、僵块等物，土质尚匀，属高压缩性土；

灰粉质粘土：湿，可塑，层厚9～12m，夹僵块、黑腐植质等，土质尚均，属中压缩性土；

暗绿粘土：稍湿，硬塑，层厚平均为2m，南部厚达4.5m左右，夹有少量砂粒，土匀，属低压缩性土；

黄粘土：稍湿，硬塑，夹褐色斑点，砂性略重，属低压缩性土；

绿粉质粘土：湿，夹有云母屑等，砂性较重，属低压缩性土；

黄粉砂：湿，中密，土匀，属低压缩性土；

灰粉砂：湿，属低压缩性土；

灰粘土：湿，软可塑，夹较多黑色有机质，少量砂，土质尚匀，属高压缩性土。12/23/202328主要持力层为淤泥质砂质粉土：含水量W=39.6%

压缩模量E1-2=6.09MPa

按上海地基规范计算得出的地基承载力设计值为240kPa12/23/20232912/23/20233012/23/20233112/23/20233212/23/202333实测平均沉降16cm

计算最终沉降21cm12/23/202334

好土层利用得好可以建高层建筑,不注意也会问题.上海有一幢五层大楼,长100余米,一字形平面.在一端的地表下1~3m间夹有粉质砂土,动力触探指标为每50cm30~40击,而其它地段只有10击.建成二年后,有粉质砂土的一端10m范围内的沉降只有3~4cm,其它地段的沉降则达到20cm.房屋严重开裂.12/23/202335妥善处理不良地质现象

１）不良地质现象主要有岩溶、土洞、暗浜、墓穴、古河道以及人工地下设施等．

２）工程实例某煤气站有４个54000m3的煤气罐,罐间净距44.5m,如图所示.罐高52m，Ф44.5m,底层为高1０m的水池，钢筋混凝土环形箱基，罐底为１５cm钢筋混凝土板．罐自重8000kN,水重152000kN,基础重6240kN,总重166240kN,基底平均压力107kPa2号罐附近有一暗浜未处理．

12/23/202336２号罐竣工后加水试压，历时２０天，水加到１０米高，沉降１６～２２．９cm,北边比南边多沉降６．９cm；又过２０天，沉降为２６．３～３５．６cm,北边多沉9cm；再过一年三个月，沉降达４４～５３cm,北边多沉降９cm.最后用千斤顶顶起罐壁进行纠正．12/23/202337

3)

处理措施

a采用桩基;b基础梁跨越;

c加深基础；

d换土:砂,砂砾石、砂卵石等；

e其它地基处理措施:如注水泥浆,化学加固等.12/23/2023384减小附加压力

减小附加压力,显然可以减小沉降和不均匀沉降.

具体措施:1)采用轻型结构、轻质材料,减轻建(构)筑物自重;

2)

减少填土或采用轻质填料;

3)采用空心基础或设置地下室;

4)

扩大基底面积;

5)

加大基础埋深

12/23/2023395

进行地基处理对软弱地基和不均匀地基进行全面处理是减少沉降变形直接有效的办法.

地基处理的办法很多,强夯法、振冲法、换土法、高压喷射注浆法、砂石桩法、CFG桩法等等12/23/202340减小地基变形对建筑物

不良影响的措施

1采用合理的基础方案

2采取适应地基变形的结构措施

3采取适应地基变形的建筑措施

4注意相邻基础的影响

5处理好大面积堆载问题

12/23/2023411采用合理的基础方案

当预估建筑物可能产生较大沉降或不均匀沉降时,可根据建筑物的具体情况,适当加强基础的刚度和强度,保证结构的安全和正常使用:

1)

采用十字条形、筏形或箱形基础;

2)

尽量采用相同的基础形式和埋深,否则容易发生问题;

例如:某医院局部地下室设置不当,引起不均匀沉降,造成严重开裂.12/23/20234212/23/202343

3)按照变形控制原则调整基础形式和埋深根据建筑物的荷载分布情况、地基土层情况,预估不同部位沉降量的大小,可以选择不同的基础形式

、不同的基础埋深、不同的桩距、不同的桩长等等,使整个建筑物沉降均匀.

但应用此法必须慎重,否则会产生不好的结果,因为此法具体实施比较难.12/23/202344

4)

采用施工后浇带采用施工后浇带将建筑物的主楼(或荷载大的部分)和裙房(或荷载小的部分)分开施工,先施工主楼,使其先沉降,再施工裙房,到一定时候封后浇带.

一般砂土地基上的高层建筑,在主楼结构封顶时沉降可以完成1/3~2/3,所以后浇带的作用是很明显的.但是使用不当也会发生问题.例如:上海某大厦,主楼29层,采用500×500mm×49.5m预制桩,入土深度56m,灰色粉质黏土为持力层;裙房7层,400×400mm×25.7m预制桩,入土深度32.6m,砂质粉土为持力层.为减小主楼与裙房的沉降差,设后浇带如图所示.封带后一个月沉降如图.此时主楼沉降速率为0.15mm/天.12/23/202345从图可见:1

由于后浇带中大量钢筋是连续的,裙房还是被主楼带着沉降;2裙房因沉降量和沉降速率远小于主楼而倾斜;3

主楼也因裙房的拖累而有倾斜的趋势;4

可见主楼的沉降控制仍感太松,沉降量仍太大,桩应更长;5

后浇带中钢筋采用绑扎连接也许更好12/23/202346

5)

采用桩基础

2采取适应地基变形的结构措施

1

选择对地基变形不敏感的结构形式；

2

水池、油罐等上部柔性很大的结构一般应选柔性底板，能适应较大地基变形；

3

对于建筑体型复杂、荷载差异较大的框架结构，可采用箱基、桩基、筏基等加强基础整体刚度，减少不均匀沉降。12/23/202347

4

对于砌体承重结构的房屋，宜采用下列措施增强整体刚度和强度：

1）对于三层和三层以上的房屋，其长高比L/Hf宜小于或等于2.5；当房屋的长高比为2.5<

L/Hf≤3.0时，宜做到纵墙不转折或少转折，并应控制其内横墙间距或增强基础刚度和强度。当房屋的预估最大沉降量小于或等于120mm时，其长高比可不受限制；

2）墙体内宜设置钢筋混凝土圈梁或钢筋砖圈梁；

3）在墙体上开洞时，宜在开洞部位配筋或采用构造柱及圈梁加强。12/23/202348

5

圈梁应按下列要求设置：

1）在多层房屋的基础和顶层处宜各设置一道，其他各层可隔层设置，必要时也可层层设置。单层工业厂房、仓库，可结合基础梁、联系梁、过梁等酌情设置。

2）圈梁应设置在外墙、内纵墙和主要内横墙上，并宜在平面内联成封闭系统。12/23/2023493采取适应地基变形的建筑措施

建筑地基基础设计规范GB50007-2002:

7．3．1在满足使用和其他要求的前提下，建筑体型应力求简单。当建筑体型比较复杂时，宜根据其平面形状和高度差异情况，在适当部位用沉降缝将其划分成若干个刚度较好的单元；当高度差异或荷载差异较大时，可将两者隔开一定距离，当拉开距离后的两单元必须连接时，应采用能自由沉降的连接构造。12/23/2023507．3．2建筑物的下列部位，宜设置沉降缝：

1建筑平面的转折部位；

2高度差异或荷载差异处；

3长高比过大的砌体承重结构或钢筋混凝土框架结构的适当部位；

4地基土的压缩性有显著差异处；

5建筑结构或基础类型不同处；

6分期建造房屋的交界处。12/23/202351沉降缝应有足够的宽度，缝宽可按表7.3.2选用。

表7.3.2房屋沉降缝的宽度房屋层数沉降缝宽度(mm)二~三50~80四~五80~120五层以上不小于120沉降缝从上部结构到基础应全部贯通．12/23/2023527．3．3相邻建筑物基础间的净距，可按表7.3.3选用。

表7.3.3相邻建筑物基础间的净距(m)影响建筑的预估被影响建筑的长高比平均沉降量s(mm)2.0≤L/Hf<3.03.0≤L/Hf<5.070~1502~3m3~6160~2503~66~9260~4006~99~12>4009~12≥12m注：1表中L为建筑物长度或沉降缝分隔的单元长度(m);Hf为自基础底面标高算起的建筑物高度（m）;2当被影响建筑的长高比为1.5<L/Hf<2.0时，其间净距可适当缩小12/23/202353表7.3.3是根据国内55个工程实例的调查和分析得到的.当”影响建筑物”的平均沉降小于7cm时,一般可不考虑对相邻建筑的影响;当”被影响建筑物”具有较好刚度、长高比小于1.5时，一般也可不考虑相邻建筑的影响.12/23/202354决定建筑物相邻影响距离的因素

决定建筑物相邻影响距离的主要因素有:“影响建筑”的沉降量,“被影响建筑”的刚度等.“影响建筑”的沉降量则与地基土的压缩性、荷载大小有关,而“被影响建筑”的刚度则与其结构形式、长高比以及地基土的性质有关.

如图6-18所示为一2层实验室,建成后五年在距其8.2m处建了一座5层教学楼.由于教学楼沉降的影响,导致实验室下沉,在靠近教学楼的一端墙身出现裂缝,缝宽达9mm.12/23/202355根据裂缝的情况看,影响的距离达到15m.

当地一座三层医院，沉降仅１２.９cm,对其附属一层门诊室的影响距离只有３m12/23/202356图６－２１所示５层住宅平均沉降25.2cm,在相距３.5m处有一长高比为７.2的二层砖木结构住宅，受其影响而裂缝，影响距离也达14.3m,与图６－１８的影响距离差不多，原因是其长高比大，刚度差．12/23/202357

还有一座医院门诊楼，平均沉降达２９.3cm,而在其旁相距仅2.25m的锅炉房却完好无损，原因是锅炉房的长高比为１.5,并设有圈梁，刚度好.

从上海地区的经验看，一般天然地基、４～５层楼相邻基础的影响距离可达１０～１２m.12/23/202358

5．1．5当存在相邻建筑物时，新建建筑物的基础埋深不宜大于原有建筑基础。当埋深大于原有建筑基础时，两基础间应保持一定净距，其数值应根据原有建筑荷载大小、基础形式和土质情况确定。当上述要求不能满足时，应采取分段施工，设临时加固支撑，打板桩，地下连续墙等施工措施，或加固原有建筑物地基。12/23/202359“两基础间应保持一定净距”：

《北京市建筑设计技术细则》结构专业规定,这一净距不应小于基础间高差的２倍；这一细则同时规定，高层建筑和裙房之间如设置沉降缝，则高层建筑基础埋深应大于裙房基础埋深不小于２m.12/23/2023607．3．5建筑物各组成部分的标高，应根据可能产生的不均匀沉降采取下列相应措施：

1室内地坪和地下设施的标高，应根据预估沉降量予以提高。建筑物各部分（或设备之间）有联系时，可将沉降较大者标高提高；

2建筑物与设备之间，应留有净空。当建筑物有管道穿过时，应预留孔洞，或采用柔性的管道接头等。12/23/202361如果建筑物的平面布置较复杂，例如呈H、Y、L、E等形状，在转角交接处，或层差的相邻处往往容易出现裂缝损坏。

实例1

如图15一10所示，某车间为四层内框架结构，平面呈E字形，各单元结构相同，外砖墙承重，钢筋混凝土条形基础，底宽3m，在一层楼板及顶层处均设有圈梁，内部为钢筋混凝土梁柱结构,柱网(7十3十7)Tn×6m。车间中部两单元交接处，设有电梯间，采用钢筋混凝土片筏基础,埋深1.7m，基底总压力达110kPa。地表3m以下，大多为淤泥貭粉质黏土，含薄砂层；9m以下土质更差，为淤泥，孔隙比高达1.5以上。12/23/20236212/23/202363施工完成半年后，砖墙、楼板均出现严重裂缝，完工后一年才进行沉降观测。图15一10(a)为完工后一年至两年的沉降等高线，全车间沉降不均匀，以电梯间附近沉降较大，为9.2cm左右。经估算，BC墙各点的总沉降如图15一10(C)所示。因不均匀沉降而出现的裂缝，主要在AA′、BB′、CC′及DD′四处砖墙上。12/23/202364

BB′与CC′墙上的裂缝情况，从内墙看，裂缝自三层开始出现，呈45°下斜，二楼及底层裂缝甚多，但大部分是发丝缝；从外墙看，裂缝自二层开始，在窗间墙部分出现严重断裂者有三处，缝宽达7mm，窗框受扭变形比较严重。由于裂缝主要对称于电梯间，呈八字形展开，说明在BC墙中部地基出现了包括电梯间在内的沉降中心，其结果还引起B′及C′处一层大梁底端发生张拉裂缝。12/23/202365几点分析：

1

电梯间位于两个单元交接处，布置不适当。电梯间筏基面积最大，为107.7m2，毗邻柱基面积为17.2m2，连同附近墙基面积共161m2，且基底平均压力较大达110kPa，形成大面积重载区域，沉降最大，造成较大的不均匀沉降。2

电梯间刚度很大，又与邻接的框架结构相联，刚度更大.而BC墙窗洞面积占38%，二层三层均为预制板，叉无圈梁，其刚度远比电梯间为小。对于刚度相差较大的邻接建筑物，当沉降差较大时,刚度小的结构就遭到损坏。3

在结构物转角处和相交处出现较大的沉降差，要这当加强上部结构的刚度，如增设圈梁。4

对这种平面的建筑物还是以设置沉降缝为好。12/23/202366

实例2

某数学大楼，平面呈不对称“工”字形，中间部分为五层，其余为四层，如图15一11所示。变形缝将整个建筑物分为两部分，变形缝宽3cm，嵌以木丝板，钢筋混凝土条形基础，未断开，基底总压力为120kPa。砖墙承重，窗孔较大，一般为1.5m×2.5m。完工后4个月至18个月的沉降观测成果如图15一11(a)所示，裂缝开展如图15一11(b)所示。12/23/20236712/23/202368

造成裂损出现的主要原因是1

平面布置复杂，不均匀沉降降较大5层建筑物较重，加剧了4层部分向它倾斜挤压的作用；2

基础未断开，变形缝不等于沉降缝，变形缝宽度也不够；3

开窗面积也太大,有的占墙身的40％。12/23/2023694注意相邻基础的影响

新建筑物建造在已有建筑物旁，将使已有建筑物产生附加沉降，容易使它发生裂损；当同一建筑物的邻接部分或相邻两建筑物不同时建造时，也会发生同样的问题。如图15一