摘要：在日常的建筑工程中建筑物地基不均勻沉降現(xiàn)象頻繁發(fā)生,給建筑物及人類帶來(lái)較大的很大的負(fù)面影響,只有在設(shè)計(jì)施工過(guò)程中采取措施,爭(zhēng)取做到事前控制的防治工作,才能切實(shí)做到提高工程質(zhì)量,有效預(yù)防、控制不均勻沉降的產(chǎn)生,最終消除事故根源。本文系統(tǒng)的介紹了建筑地基不均勻沉降產(chǎn)生的原因及預(yù)防措施和設(shè)計(jì)的基本原理。為今后避免產(chǎn)生此問(wèn)題積累了理論基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞：建筑工程、建筑地基、不均勻沉降
中圖分類號(hào)：TU761文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)：
題記：
大多數(shù)建筑在使用過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生均勻或不均勻沉降現(xiàn)象,其中均勻沉降一般不會(huì)對(duì)建筑物帶來(lái)很大的危害，但是不均勻沉降問(wèn)題會(huì)給人們帶來(lái)巨大的財(cái)產(chǎn)、生命損失。尤其是在軟基礎(chǔ)上的地基上沉降幅度比較大,并且沉降量很不均勻,造成事故的頻繁發(fā)生,因此,只有在設(shè)計(jì)及施工中確保建筑物的均勻沉降量處于規(guī)范規(guī)定的允許范圍,并減少建筑的不均勻沉降量已成為建筑設(shè)計(jì)的重要部分。
一、建筑地基不均勻沉降的原因
1、設(shè)計(jì)方面
設(shè)計(jì)的平面圖形復(fù)雜、層高高差或荷載明顯不同;建筑物單體長(zhǎng)度過(guò)大;地基土的壓縮性有顯著不同或地基處理等方法不同,不按規(guī)范規(guī)定設(shè)置沉降縫;基礎(chǔ)剛度或住宅整體剛度不強(qiáng);設(shè)計(jì)計(jì)算粗糙;照搬其他建筑物的基礎(chǔ)或主體設(shè)計(jì)等,對(duì)所設(shè)計(jì)的地質(zhì)情況了解不透徹,導(dǎo)致建筑物地基產(chǎn)生不均勻沉降。
2、地質(zhì)勘察報(bào)告方面
工程地質(zhì)勘查報(bào)告應(yīng)正確反映土層性質(zhì)、地下水和土工試驗(yàn)情況,并結(jié)合設(shè)計(jì)要求,對(duì)地基做出評(píng)價(jià),對(duì)設(shè)計(jì)和施工提出必要的建議。若地質(zhì)報(bào)告不細(xì)致甚至不真實(shí)抄襲相鄰建筑物的地質(zhì)報(bào)告、地質(zhì)鉆孔中布控或深度不到位,甚至出具虛假報(bào)告,這些情況都會(huì)對(duì)設(shè)計(jì)人員造成分析、判斷的錯(cuò)誤,直接導(dǎo)致地基設(shè)計(jì)的錯(cuò)誤。
3、施工方面
墻體砌筑時(shí)灰縫不飽滿,砂漿強(qiáng)度偏低;磚墻槎砌筑不當(dāng),有通縫,斷磚集中使用;拉結(jié)筋不按規(guī)范規(guī)定布置,墻體留搓違反規(guī)范要求等等都是產(chǎn)生沉降的因素[1]。比較重要的建筑物在地基設(shè)計(jì)時(shí)必須正確進(jìn)行沉降設(shè)計(jì)計(jì)算,并針對(duì)不均勻沉降,采取各種必要的措施,施工中嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范實(shí)施。
三、建筑地基沉降設(shè)計(jì)的基本原理
沉降設(shè)計(jì)的基本原理土的壓縮性是指土在一定的壓力作用下體積縮小的性能。有關(guān)研究結(jié)果表明,作為三相系的土,在工程實(shí)踐中常達(dá)到的壓力作用下,土粒本身和孔隙中的水、氣壓縮量極小,可忽略不計(jì);但在外荷作用下,土體中土粒間原有的聯(lián)結(jié)可能受到削弱或破壞,從而產(chǎn)生相對(duì)的移動(dòng),土粒重新排列,相互擠緊從而導(dǎo)致土體孔隙中的部分水、氣將被排出,土的孔隙體積便因此縮小,從而導(dǎo)致土體體積變小,其壓縮量隨時(shí)間增長(zhǎng)的過(guò)程,稱為土的固結(jié)。
固結(jié)問(wèn)題和固結(jié)特性是作為多相介質(zhì)的土體所特有的區(qū)別其它工程材料的一個(gè)獨(dú)特性質(zhì)。對(duì)一般粘性土而言,通常所說(shuō)的基礎(chǔ)沉降一般都是指固結(jié)沉降,目前在工程中廣泛采用的計(jì)算方法是以無(wú)側(cè)向變形條件下的單向壓縮分層總和法,首先確立應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系,廣泛采用材料力學(xué)中的廣義虎克定律,即土體的應(yīng)力與應(yīng)變假定為線性關(guān)系。這里的壓縮模量Es或Eo變形模量的地位(三維條件下還有土的側(cè)膨脹系數(shù)即泊松比L)均相當(dāng)于虎克定律中的楊氏模量的地位和作用。但是土體畢竟不是理想彈性體,從土的室內(nèi)壓縮試驗(yàn)中的土的回彈、再壓曲線可知,土體的變形是由彈性變形和塑性變形兩部份組成,所以,回彈曲線與再壓曲線能構(gòu)成一個(gè)迥滯環(huán)。同時(shí)應(yīng)力的狀態(tài)、大小以及排水條等的不同,均會(huì)使土的變形沉降發(fā)生變化,從而導(dǎo)致計(jì)算的變形參數(shù)產(chǎn)生相應(yīng)的改變,且使理論計(jì)算結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)發(fā)生差異。這樣,即使是最接近實(shí)際的三維變形狀態(tài)并考慮土體固結(jié)過(guò)程中的側(cè)向變形時(shí),理論計(jì)算的沉降值也必須用沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)Ms進(jìn)行修正,這些變形計(jì)算參數(shù)可通過(guò)室內(nèi)或現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的方法確定。
二、建筑地基不均勻沉降設(shè)計(jì)的具休措施
1、建筑設(shè)計(jì)措施
(1)建筑平面應(yīng)力求簡(jiǎn)單,高差不宜過(guò)大。建筑平面簡(jiǎn)單、高度一致的建筑物,基底應(yīng)力較均勻,圈梁容易拉通,整體剛度好,即使沉降較大,建筑物也不易產(chǎn)生裂縫和損壞。而對(duì)于立面上有高差的建筑物,由于作用在地基上荷載的突變,使建筑物高低相接觸處出現(xiàn)過(guò)大的差異沉降,常造成建筑物的輕、低部分傾斜或開裂破壞。
(2)控制建筑物的長(zhǎng)高比及合理布置縱橫墻。磚石承重的建筑物,當(dāng)其長(zhǎng)度與高度之比較小時(shí),建筑物的剛度好,能有效防止建筑物開裂;另外合理布置縱橫墻是增強(qiáng)建筑物剛度的重要措施之一,縱橫墻布置時(shí)磚石承重結(jié)構(gòu)的縱橫墻應(yīng)盡量貫通,橫墻間距適當(dāng),一般不大于建筑物寬度的1. 5倍為妥,縱橫墻最好不轉(zhuǎn)折或少轉(zhuǎn)折,可提高建筑物的整體性。
(3)設(shè)置沉降縫,這是一種純粹的方法。用沉降縫將建筑物從屋面到基礎(chǔ)分割成若干個(gè)獨(dú)立的沉降單元,則使得建筑物的平面變得簡(jiǎn)單、長(zhǎng)高比減小,從而有效減輕地基的不均勻沉降。因而考慮在對(duì)平面圖形復(fù)雜的轉(zhuǎn)折處;層高高差處或荷載顯著不同的部位,在地基土的壓縮性有顯著不同處或在地基處理方法不同處及分期建筑的交接處設(shè)置沉降縫。沉降縫應(yīng)有足夠?qū)挾?縫內(nèi)一般不填充材料,以便充分發(fā)揮其作用。沿高層建筑主、裙樓交接處設(shè)沉降縫。沉降縫自上而下(基礎(chǔ)也要斷開)將主樓和裙樓分隔成各自獨(dú)立的結(jié)構(gòu)單元,相鄰結(jié)構(gòu)單元之間的差異沉降并不相互影響,不會(huì)由此產(chǎn)生結(jié)構(gòu)內(nèi)力。主樓的沉降量一般要比裙樓的沉降量要大,基礎(chǔ)施工前可先分別估算主樓單元及裙樓單元各自的沉降量,在施工時(shí)適當(dāng)調(diào)高主樓樓面相對(duì)高度和適當(dāng)調(diào)低裙樓樓面相對(duì)高度,使兩者在經(jīng)歷了整個(gè)沉降過(guò)程后變?yōu)橐恢隆?nbsp;
(4)考慮相鄰建筑物的影響。建筑物荷載不僅使建筑物地基土產(chǎn)生壓縮變形,而且由于基底壓力擴(kuò)散的影響,在相鄰范圍內(nèi)的土層,也將產(chǎn)生壓縮變形。為此應(yīng)使建筑物之間相隔一定距離,距離應(yīng)滿足規(guī)范要求。
(5)建筑物標(biāo)高的控制與調(diào)整。確定建筑物各部分的標(biāo)高,應(yīng)考慮沉降引起的變化。
2、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)措施
(1)增強(qiáng)建筑物的剛度和強(qiáng)度。控制建筑物的長(zhǎng)高比和適當(dāng)加密橫墻可增加建筑物的剛度和整體性。此外,從結(jié)構(gòu)處理上應(yīng)在砌體中設(shè)置圈梁能增強(qiáng)建筑物的整體性,即使建筑物有較大的沉降,也不致產(chǎn)生過(guò)大的撓曲變形,它在一定程度上能防止或減少裂縫的出現(xiàn),即使出現(xiàn)了裂縫也能阻止裂縫的發(fā)展。
(2)減輕或調(diào)整建筑物的荷載。盡量采用自重輕的結(jié)構(gòu)形式,如,采用輕鋼結(jié)構(gòu)、預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)以及輕型屋面等。設(shè)置地下室或半地下室也是減少建筑物沉降的有效措施。
(3)上部結(jié)構(gòu)采用靜定結(jié)構(gòu)體系。在軟弱地基上的公共建筑物、單層工業(yè)廠房、倉(cāng)庫(kù)等,可考慮采用靜定結(jié)構(gòu)體系,以減輕不均勻沉降產(chǎn)生的不利后果。
3、地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)措施
(1)地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)應(yīng)以控制變形值為主,設(shè)計(jì)單位必須進(jìn)行基礎(chǔ)最終沉降量和偏心距離的驗(yàn)算。在建筑物體形復(fù)雜,縱向剛度較差時(shí),基礎(chǔ)的最終沉降量必須在15mm以內(nèi),偏心距應(yīng)當(dāng)控制在15j以內(nèi)。
(2)當(dāng)天然地基不能滿足建筑物沉降變形控制要求的,必須采取技術(shù)措施。例如,可采用打預(yù)制鋼筋混凝土短樁、砂井真空預(yù)壓、深層攪拌樁、新型碎石樁等方法進(jìn)行技術(shù)處理。
(3)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)有意識(shí)的加強(qiáng)基礎(chǔ)的剛度和強(qiáng)度。應(yīng)根據(jù)地基軟弱程度和上部結(jié)構(gòu)的不同情況,可采用鋼筋混凝土十字交叉條形基礎(chǔ)或筏形基礎(chǔ)、肋筏基礎(chǔ),有時(shí)甚至采用箱形基礎(chǔ),采用這類基礎(chǔ)形式,可被消除基礎(chǔ)的撓曲變形。
(4)同一建筑物盡量采用同一類型的基礎(chǔ)并理置于同一土層中,當(dāng)采用不同的基礎(chǔ)形式時(shí),上部結(jié)構(gòu)必須斷開,尤其是地震區(qū),因?yàn)?地震中軟土上各類地基的附加下沉量是不同的。
四、結(jié)語(yǔ)
地基產(chǎn)生不均勻沉降的原因是多方面的,帶給建筑物的影響較大,對(duì)建筑物的破壞時(shí)難以修復(fù)的,但是能在勘察設(shè)計(jì)、施工等各方面采取一定的措施,就可以有效地預(yù)防和控制不均勻沉降的產(chǎn)生。在設(shè)計(jì)中,必須主動(dòng)運(yùn)用設(shè)計(jì)手段,不僅從上部結(jié)構(gòu)或地基單方面采取措施,而且還要充分考慮上部結(jié)構(gòu)與地基的共同工作,對(duì)建筑體型、荷載情況、結(jié)構(gòu)類型和地質(zhì)條件等進(jìn)行綜合分析,采取相應(yīng)的設(shè)計(jì)措施,這樣就可以確保均勻沉降在規(guī)范規(guī)定的允許范圍內(nèi),并減少地基特別是軟土地基上建筑物的不均勻沉降,保證建筑物的安全和正常使用。
參考文獻(xiàn):
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