壁 高层住宅建筑不均匀沉降原因及加固效果分析 陈冠东 钟华 韦明晓 广西建工集团第五建筑工程有限责任公司 广西柳州 ５４５００１ 搞薹：针对某住宅建筑出现的不均沉降现象，根据原有及补充的勘察地质资料，采用试验手段测试既有工程桩承载 力，找出不均匀沉降产生的原因，并结合实际情况提出止沉、纠偏等处理措施。与此同时，分片调整桩基刚度，采用 ＰＫＰＭ软件模拟计算沉降，与实测结果比对验证数值模拟的合理性，为加固方案中补桩数量的确定提供了依据。 关■词：建筑不均匀沉降；原因分析；处理对策；纠偏 中圈分类号：ＴＵ７５３．８ 文献标志码：Ａ ＤＯｈ １０．１４１４４／ｊ．ｃｎｋｉ．ｊｚｓｇ．２０１７．０８．０５８ ＿￣ｍａｌｙｓｉ８ ｏｆ Ｕｎｅｖｅｎ Ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ Ｃａｕｓｅｓ ａｎｄ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ Ｅｆｆｅｃｔ ｉｎ Ｈｉｇｈ—Ｒｉｓｅ Ｒｅｓｉｄｅｎｔｉａｌ Ｂｕ丑 Ｄ｛ｇ ＣＨＥＮ Ｇｕａｎｄｏｎｇ ＺＨＯＮＧ Ｈｕａ ＷＥＩ Ｍｉｎｇｘｉａｏ Ｇｕａｎｇｘｉ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｇｒｏｕｐ Ｎｏ．５ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｌｉｕｚｈｏｕ，ＧｕａｎＲｘｉ ５４５００１，Ｃｈｉｎａ １ 工程概况及场地地质条件 沉降为１５５ ＩＴｌｍ（图２）。 １．１工程概况 背景住宅楼采用桩筏基础形式，地下结构１层，地 上２３层，基础长度４４．８ ｍ，宽度１４．８ ｍ，采用ＰＨＣ６００一ＡＢ （１３０）预应力管桩，桩长３０￣３７ ｍ不等，共施工１２１根 桩，桩基持力层为粉质黏土夹粉土，设计单桩承载力特征 值２ １００ｋＮ。 在前期设计试桩过程中，发现试桩结果与预计有较大 １２ １３ 出入，设计要求单桩极限荷载不小于４ ２００ ｋＮ，结果约有 图１测点布置及累计沉降 ５０％的试桩达不到设计要求，经过对现场进行补充勘察， 并请专家进行分析，原有桩端持力土层稳定性较差，建议 加长桩长更换桩端持力层。更换方案后对工程桩进行３根试 桩，桩长３７ ｍ，混凝土强度等级为Ｃ８０，桩端持力层粉质黏 土，最大加载量达到了４ ７００ ｋＮ。工程桩施工时根据静压桩 机压力表读数换算，压桩力都在２ １００￣２ ３００ ｋＮ之间。 图２累计沉降三维示意 建筑封顶后出现不均匀沉降，前期测量测点为６个，频 率约为３次／月，发现不均匀沉降超限后在大楼主体结构北 １．２场地地质条件 侧增加２个测点，南侧增加２个测点，南侧地下车库外墙增 工程重要性等级为二级，场地等级为二级，地基等级 ｝Ｊ１３个测点，共增加７个测点，加密观测大楼沉降，观测频 为二级，按规范综合确定本工程勘察等级为乙级。第１次 率为１次，ｄ。 勘探为拟建场地在深度５５．０ ｍ范围内的地基土，属第四纪 根据累计沉降观测数据（图１），大楼南侧平均沉 Ｑ４、Ｑ３沉积层，主要由黏性土、少量粉土组成，呈水平成 降７５．４ ｍｍ，北侧平均沉降１０８．７ ｍｍ，南北沉降差为 层分布。按其沉积年代、成因类型及其物理力学性质的差 ３３．３ ｍｍ，大楼基础宽度为１４．８ ｍ，大楼倾斜率为０．２３％，超 异，可划分为第①、②、③、④、⑤、⑥、⑦、⑧、⑨、 出规范要求值０．２％。大楼向北侧、西侧倾斜，西北侧最大 ⑩等１Ｏ个主要层次。 为进行沉降计算，在第１次勘测的基础上进行了补勘， 勘察深度加深至５５￣６０ ｍ，将平均层顶标高在一４９．２ ｍ左右 的土层划分为第⑩层粉质黏土，青灰色，含云母、少量有 机质等，局部夹少量薄层粉土，可塑，土质较均匀，切面 较光滑，干强度中等，韧性中等。⑩层粉质黏土用于桩基 ２嘲ｌ ２０１７・８・Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｃｏｎｓｌｒｕｃｌｌｏｎ 陈冠东 钟华 韦明晓： 高层住宅建筑不均匀沉降原因及加固效果分析 沉降计算的压缩模量可取Ｅ＝ｌ６．０ ＭＰａ。 ，Ｏ，ｌ‘Ｎ ０ １ ０００ ２∞Ｏ３Ｏｏ０４０００ ５ ０ｏ０ ００ ２。．在加固纠偏阶段，再次进行补充勘察发现，在沉降量 较大的一边，也就是建筑的西北方，地质⑩层粉质黏土夹 粉土层顶埋深略有变化，深３７￣４０ ｍ之间局部存在⑩Ａ层软 塑状粉质黏土，桩长３７ １１１，不能保证桩端进入稳定的持力 ４．０ 躺６．０ １００ ．１２．。层；桩端持力层⑩层粉质黏土夹粉土层土质不够均匀，可 塑为主，局部存在少量软塑⑨Ｂ层粉质黏土，桩端下局部存 １４．０ Ｉ ａ）ＣＺ一００１ ０，Ｉ（Ｎ （ｂ）ＣＺ一００２ 在软弱下卧层，易产生不均匀沉降。 ２ 工程桩加载试验 为了找出大楼不均匀沉降的原因，决定对大楼既有工 程桩承载力进行现场抽检。单桩静载试验依据ＪＧＪ １０６— ２０１４《建筑基桩检测技术规范》进行。方法采用在既有工 程桩桩位周围开孔将桩顶混凝土与底板脱离开（图３）， 在既有工程桩桩位两侧植锚杆，用于试验时提供反力（图 ４），加载和卸载应分级进行，按规范要求的方法进行加载 和卸载。 轧 长１ ０００ ’，／◆ ． ● 型 图３载荷试验平面布置示意 试仪 压油泵 图４载荷试验剖面示意 终止加载条件：在某级荷载作用下，桩顶沉降量大 于前一级荷载作用下沉降量的５倍，且桩顶总沉降量超过 ４０／１１／１＇１在某级荷载作用下，桩项沉降量大于前一级荷载 作用下沉降量的２倍，且经２４ ｈ尚未达到相对稳定标准；已 达到设计要求的最大加载量；当工程桩作锚桩时，锚桩上 拔量已达到允许值；当荷载一沉降曲线呈缓变型时，可加载 至桩项总沉降量６０￣８０ ｍｍ，在特殊情况下，可根据具体 要求加载至桩项累计沉降量超过８０ １１＇＇１１１＇１。测试荷载一位移曲 线如图５所示，结果汇总于表１。 试验测试结果显示，既有桩基承载力偏低，达不到设 计要求。 ｏ． ： 兰 一２１ｏ…ｏ…２ ～８００—３ ５。。 ９Ｏ Ｅ １８ ０ 蓦２７ ０ ３６Ｏ ４５．Ｏ 图５试验测桩荷载一位移曲线 表１既有桩承载力测试结果 ３ 沉降原因分析及加固纠偏处理对策 ３．１沉降原因分析 根据原勘察报告、补充勘察报告，原桩基检测报告、 建筑结构检测、既有工程桩的检测、沉降观测资料、沉降 计算以及现场实际施工情况等综合分析，工程发生不均匀 沉降主要原因如下【 ： １）既有工程桩原位承载力测试表明，部分桩基承载力 不满足设计要求；由于承载力不满足要求，导致沉降不稳 定，故发生较大沉降。 ２）工程分布有④、⑤、⑨粉质黏土层，呈软塑～可塑 状，强度低，软弱土层厚度较大，桩端持力层⑩粉质黏土 夹粉土地基承载力也相对不高，桩端下局部存在软弱下卧 层，造成桩基承载力偏低。 ３）建设单位提供的施工资料显示，桩基施工速度较 快，且未跳打，桩基施工挤土、车辆动荷载和基坑开挖卸 载对结构地基土产生扰动，可能引起既有工程桩承载能力 降低。 综合以上原因，导致了工程整体发生较大沉降及南北 不均匀沉降。 ３．２加固纠偏处理对策 针对大楼整体沉降偏大，且沉降不均匀的现状，考虑 采用补充锚杆静压桩的方法增大桩基承载力，控制大楼沉 降；通过对部分原混凝土管桩截桩迫降调整建筑不均匀沉 降。由于大楼沉降不均匀，且沉降仍在发展，为防止大楼 西、北侧继续下沉，危及上部结构安全，故先施工了应急 止沉桩（主要集中房屋内），以控制大楼倾斜趋势。 麓镑誊Ｉ・￣３ｏｌｔ・舶嗣 喝 陈冠东 钟 华 韦明晓： 高层住宅建筑不均匀沉降原因及加固效果分析 加固纠偏总体流程为： １）在建筑物内部西侧、北侧新增部分应急锚杆静压钢 管桩，并通过锚杆与原结构筏板连接，阻止建筑物继续向 西、北方向倾斜。 降的平均值和沉降测试平均值基本吻合，且沉降分布情况 与加固前实测沉降基本吻合，可以认为模型能基本反映实 际沉降情况。 ２）在建筑外部增加钢管桩，在原有基础侧面水平植 筋后浇筑混凝土，与原有基础浇筑为一体，此类桩主要分 布在沉降大的一侧，主要用于增加承载力，减小不均匀沉 降；在建筑室内增加锚杆静压管桩，前期通过锚杆与筏板 相连，后期与筏板浇筑为一体，此类桩在室内均匀分布， 主要减小整体沉降量。 ３）根据大楼沉降、结构内力发展情况逐步截断部分原 结构管桩，新增保护桩与止沉桩，使建筑稳定、均匀地向 两侧回倾。 ４）待建筑物回倾至设计值，封闭新增锚杆静压钢管 桩，补齐锚杆静压桩。 ５）最后对原结构截断桩进行连接恢复。 ４ 补桩方案的制订方法及效果 在加固方案中需增加室外钢管桩与室内锚杆静压桩， 由于地质条件的不确定性，故本项目先通过实测沉降数据 反推原有桩基的刚度，以此为基础，将补桩数量与实测刚 度加入模型，计算整个建筑的沉降情况，通过不断试算确 定补桩数量及分布，为加固方案的制订提供分析依据。 ４．１原有桩基刚度的确定 为对后续地基处理的效果进行分析及预测，采用 ＰＫＰＭ软件对结构发生的不均匀沉降进行模拟，采用通过 调整桩基刚度实现。沉降测试显示，目前大楼东南角沉降 ５．５ ｃｍ，东北角沉降８．１ ｃｍ，西南角沉降ｌ１．５ ｃｍ，西北角沉 降１５．５ ｃｍ，整体平均沉降约１０．２ ｃｍ。计算时将桩分成４个 区块（图６），４个区块的桩刚度分别取１３０ ０００、１９０ ０００、 ２５０ ０００、２６０ ０００ ｋＮ／ｍ，底板下土层基床系数Ｋ不计（即不 考虑地基土的承载力）。 Ｏ０ ｋＮ／ｌ￣ ．ｈ＇ｔＩ＇［Ｉ 衙 刚ｋＮ度／ｒ — 图６桩刚度分区示意 由原有基础沉降计算结果（图７）可知，底板沉降在 ５．０￣１５．２ １３ｍ之间，东南角沉降约５．２ ｃｍ（实测约５．５ ｃｍ）， 东北角沉降约８．６ ｃｍ（实测约８．１ ｃｍ），西南角沉降约 １２．２ ｃｍ（实测约１１．５ ｃｍ），西北角沉降约１５．２ ｃｍ（实测约 １５．５ ｃｍ），平均沉降约１０．０ ｃｍ（实测约１０．２ ｃｍ）。整个沉 ２９《ＩＩ ２０１７・８・Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｃｏｎ￣ｎ 图７原有基础沉降计算结果 既有柱最大桩反力平均值为１ ６２３ ｋＮ，均未超过既有 桩极限承载能力（２ ５２０ ｋＮ）。其中东北角和西南角的桩反 力较大，均超过２０００ｋＮ，东南角和西北角的桩反力较小， 在１ ８００ｋＮ左右。 ４．２补桩方案的确定 为分析加固效果，在前面ＰＫＰＭ模型的基础上，楼内 新增锚杆静压管桩规格为 ３７７ ｍｍ×１２ ｍｍ，桩长３７ ｍ， 承载力特征值取为１ ３００ ｋＮ，桩刚度取２１０ ０００ ｋＮ／ｍ，此 模型楼内补桩２３根。外侧新增钢管桩规格为 ５２９ ｍｍ× １２ ｍｍ，桩长３７ ｍ，承载力特征值取１ ８００ ｋＮ，桩刚度取为 ２８８ ０００ ｋＮ／ｍ，此模型楼外补桩４４根，模型外基础通过在现 有基础侧面水平植筋后现浇成为一体。补桩分布及加固后 沉降计算结果分别如图８、图９所示。 。曩 呈管桩 ★室内补桩 — 室外补桩 图８加固补桩示意 图９加固后沉降计算结果 计算模型显示，完成补桩加固后，桩重心向西偏 移１．７３ Ｉｎ，向北偏移０．１５ ｒｔｌ，整体向西北角偏移。由于 原大楼沉降就是向西北倾斜，重心往西北角偏，故整体 补桩结果是符合实际情况的。分析结果显示，底板沉降 在７．８～９．８ ｃｍ之间，东南角沉降约７．８ ｃｍ，东北角沉降 （下转第１２９７页） 王振亚： 绿色建筑技术在小型公共建筑项目上的实践 ＧＢ ５０３３９—２０１３《智能建筑工程质量验收规范》设计的原 表１绿色建筑技术增量成本情况 则，本项目智能化系统包括有线电视系统、综合布线系 为实现绿色建筑而采取 单价 应用■ 应用面积 增量成本 统、安防监控系统、信息设备防雷与接地系统、楼宇自动 的关键技术或产品名称 控制系统。 地源热泵 ２００ １ １４３．９６ｍ２ １ ０００ｎ ２０万元 电动百叶帘外遮阳 ２０００元，ｍ ６７．８８ｍ ６７．８８Ｈｌ２ １３．６万元 ２．６．２二氧化碳监测 Ｃｏ２监控 １ ０００元 个 ４个 １ １４３．９６ｍ ０．４万元 本项目在人员密度相对较大且变化较大的房间，均设 雨水收集系统 加万用 １套 １ １４３．９６ｍ２ ２０万元 置了监测系统，新风与之相应控制，使Ｃｏ２浓度始终维持在 垂直绿化 １５元，株 ２８株 ２８株 ０．０４２万元 卫生标准规定的限值内。 节水喷灌 ２ｏ元，ｍ ７２７．２６ ｍ２ ７２７．２６ ｍ２ １．４万元 ２．６．３分项计量 导光筒 ９０００元，个 ４个 ２５０ ３．６万元 根据本项目自身特点进行设计，对公共照明、空调、 合计 ５９万元 单位建筑面积增量成本 ５１５．７元，ｎＩ 水泵等能耗进行分项计量，不仅有助于及时发现能耗过高 或运行不合理的设备或系统，还可作为节能技术应用成效 “节地、节水、节材、节能”的基础上，还充分考虑到了 的客观评价依据。 建筑物运营阶段的绿色维护，体现了高度的社会责任感和 行业前瞻力，为企业迅速适应并引领绿建新政提供了较好 ３ 成本控制与分析 的技术支持与业绩积累。 由绿色建筑技术增量成本情况（表１）可知，本项目为 实现绿色建筑而增加的初投资成本近６０万元，根据设计阶 ☆☆参考文献☆☆ 段测算，绿色建筑每年可节约的运行费用为２８ ６３３．２元。自 【１】吴硕贤．绿色建筑技术要点及推行绿色建筑的建议措施【Ｊ】．建筑学 项目于２０１３年交付后，除最初的２年运行费用较高之外，自 报．２０１ １（９）：１—３． 第３年起每年节约的运行费用已超过预期，并有逐年上升的 【２Ｊ黄璞洁，许伊那．绿色建筑技术在暖通设计中的应用［Ｊ】．节能技术． 趋势，尤其在节省空调费用及水费方面表现突出。 ２０１ ２．３０（４）：３５７—３６０． 当前，上海正在着力打造创新之城、人文之城、生态 ｆ３Ｊ冯雅，高庆龙，钟辉智．绿色建筑技术在建筑设计中的优化与结合 之城，立志建成一座“建筑可阅读、街区可漫步”的“令 【Ｊ】．南方建筑．２０１ ５（２）：１ ６—２０． 人向往的卓越的全球城市”。本项目建设方在５年前即以 【４】荆可歆．解析建筑设计中绿色建筑技术优化结合【Ｊ】．建筑设计管理， 较高投入探索先进绿建标准，通过小型项目先行先试，在 ２０１ ６（３）：９２—９６． （上接第１２９０页） ５ 结语 ９．２ ｅｍ，西南角沉降约８．２ ｅｍ，西北角沉降约９．２ ｃｍ，平均 １）通过本工程事故的原因分析，桩端下局部存在软弱 沉降约９．１ ｅｍ。最终补桩模型沉降得到控制，且沉降分布 下卧层，桩承载力不稳定以及不足是发生不均匀沉降的主 较为均匀，最大沉降差为２ ｃｍ，也满足规范规定的变形差 要因素，设计持力层上方分布有厚度较大的软弱土层，且 不大于０．２％的要求。 持力层土质承载力不高，造成了桩基承载力偏低。 同时既有桩最大桩反力平均值为ｌ ２００ ｋＮ，较原模型 ２）桩基施工顺序、施工速度以及基坑开挖对地基土产 减小２６％，不超过承载能力特征值１ ２６０ ｋＮ。新增楼内锚杆 生扰动，也可能引起工程桩承载能力降低，需要对此引起 静压桩桩反力在８ｏ０～ｌ ５００ ｋＮ之间（平均值约１ ２００ ｋＮ， 足够的重视［２］。 不超过承载能力特征值ｌ ３００ ｋＮ）。新增楼外钢管桩桩反 ３）可以采用建筑基础分区调整桩刚度模拟不均匀沉 力在１ ５００￣１ ８５０ ｋＮ之间（平均值约为ｌ ６５０ ｋＮ，不超过承 降，并用于补桩加固后的沉降分析，确定补桩数量。虽然 载能力特征值１ ８００ ｋＮ）。 数值分析与实际的加固工况有差异，但分析结果可靠，简 ４．３加固效果 便易用，其中桩基刚度取值需要更深层次的探讨。 采用以上分析方案确定补桩数量与分布，补桩工程结 束后，根据３个月的实测数据，工后沉降底板沉降在０．６～ ☆☆参考文献☆☆ １．１ ｅｌ＇ｒｌ之间，东南角沉降约１．０ ｅｍ，东北角沉降１．１ ｃｍ， …曹瑞钠．张海东．建筑物不均匀沉降原因分析 ．工程勘察．２０１３ 西南角沉降约０．６ ｃｌ＇ｒ／，西北角沉降约０．８ ｃｍ，平均沉降约 ｆ１）：１１４—１１９． Ｏ．８７５ Ｃ／／Ｉ，最大不均匀沉降量为０．５ Ｃｌ／＂ｌ，沉降趋于稳定，加 Ｉ２】陈大川，唐利飞．郭杰标．某住宅楼不均匀沉降事故的分析及处理 固效果显著。 【Ｊ］．工业建筑，２０１ １，４１ｆ４】：１３６—１３９． １ｌｌｌＩＴ・１３９ｔｌ・ｆａｌｌ
