詳情描述

建筑物地基基礎常見問題及原因分析

一、常見問題

墻體開裂

地基或基礎一旦發生問題,一般是通過墻體開裂反應出來。而墻體的整體性及承載力也會因地基基礎的問題而削弱,甚至喪失。在實際工程中,沉降縫是經常見到的。

2.基礎斷裂或拱起

當地基的沉降差較大,基礎設計或施工中存在問題時,會引起基礎斷裂。

3.建筑物下沉過大

當地基土較軟弱,基礎設計形式不當及計算有誤時,會導致整座建筑物下沉過大,輕者會造成室外水倒灌,重者建筑物無法使用。例如,上海展覽館的中央大廳為箱形基礎,1954年建成,30年后的累計沉降達1800mm。再如,墨西哥城的國家劇院建在厚層火山灰地基上,建成后沉降達3000mm,門廳成為半地下室,影響了劇院的使用。

4.地基滑動

地基滑動有兩種情況,一種是下雨、滲水后在坡地建筑物的下部開挖時而引起的地基滑動;另一種是地基普遍軟弱,設計時將地基承載力估值過高或使用時嚴重超載而引起的地基失穩,產生滑動事故。

5.地基液化失效

疏松的粉細砂、輕亞粘土地基,地震時容易產生液化,強度劇烈下降,致使建筑物傾倒和大幅度震沉。

例如,唐山礦冶學院書庫為四層樓房,1976年唐山地震時發生震沉,一層樓全部沉入地下。再如,日本新渴公寓建于砂土地基上,1961年6月因新渴發生7.5級地震,地基發生液化而傾倒。

二、原因分析

1.主觀原因

(1)不認真勘察,沒有完整的勘察資料。地質勘察報告是建筑物地基基礎設計的基本依據。不進行勘察而憑經驗設計,或勘察工作做得不認真、不細致,勘察報告未能準確反映實際地質條件,甚至漏測局部夾層弱土,沒有探出局部土坑、古井,或是提供的土質指標不確切,均會導致設計失誤,從而造成地基基礎事故。

(2)設計方案不周。地基基礎設計方案的選擇和確定非常重要,必須做到因地制宜,安全可靠,經濟合理。有些建筑物的地質條件差,變化復雜,更應合理選擇設計方案,認真做好計算分析,否則就會引起建筑物結構開裂或傾斜,危及安全。

(3)施工質量低劣。地基基礎一般均為隱蔽工程,施工中常見的問題有:施工管理不善,未按設計圖紙及程序辦事;未勘察就施工;偷工減料,砌體強度、混凝土強度達不到設計要求,有的甚至在混凝土內填放磚塊;開挖后未驗槽就澆搗基礎,或開挖后發現有意外情況也不作認真處理就施工等。

2.客觀原因

(1)地基土軟弱。軟土地基的壓縮性大,抗剪強度低,流變性強,對上部建筑體形及荷載等變化反應較敏感,如設計不周,軟土地基上的建筑物較易出現下列裂縫：

1)建筑物的高差懸殊大,常在高低樓的接合處墻面上出現裂縫。

2)體形復雜的建筑物,如L、T、Ш、П形等建筑物常在轉角處開裂。

3)基礎相對密集處或在已有建筑物近旁的新建房屋,因附加應力大,變形重疊,常在基礎的稀密交接處或在原有建筑物的墻體上出現裂縫。

4)上部結構圈梁少,長高比過大等使整個房屋剛度較差。

5)筷板基礎的配筋計算有誤或施工質量差,容易出現局部拱起開裂。

6)倉庫、料倉等堆料較多的建(構)筑物,其底板或地坪易出現局部彎沉事故。

(2)地基浸水濕陷。濕陷性黃土地基以及未夯實的填土地基等,在浸水后會產生附加沉降,引起墻體開裂。

(3)地基軟硬不均。在山坡上、池塘邊、河溝旁或局部有古井、土坑、炮彈坑等地段上建造的建筑物,因地基軟硬不均、沉降差過大而常使上部墻體開裂。

(4)膨脹土、凍脹土地基。膨脹土吸水后膨脹,失水后收縮。因此建在膨脹土上的建筑物危害較大,會發生內墻、外墻、地面開裂,裂縫有時呈交叉形。如山東農機學校學生實習車間開裂。

凍脹對建筑物的破壞極大。如冷庫建筑物,其冷氣透入濕度較大的地基,致使地基土凍脹,而引起地坪拱起開裂。在寒冷天氣,室外地基凍結膨脹,產生向上向內的力,引起室內外開裂(如圖10-1所示)。

建筑物基礎加固

建筑物基礎加固分加大基礎底面積法 、基礎加深法 、基礎補強加固法等。

加大基礎底面積法分基礎直接加寬、外增獨立基礎加大兩種。

一、加大基礎底面積法

加寬或加大基礎底面積的方法,因其施工簡單、所需設備少,常用于基礎底面積太小而產生過大沉降或不均勻沉降事故的處理,以及采用直接法加層時對地基基礎的補償加固。

(一)基礎直接加寬

基礎直接加寬是挖開原基礎兩側的填土后澆筑新基礎的方法。這種方法的優點是能使新舊基礎很好結合、共同變形。

1.單面加寬;

2.雙面加寬;

3.四面加寬;

4.增設筏板基礎。

注意不要在基礎全長或四周挖貫通式的地槽,基底不能裸露,以免飽和土從基底擠出,導致不均勻沉降。

(二)外增基礎

1.抬梁法

抬梁法是在原基礎兩側挖坑并做新基礎,通過鋼筋混凝土梁將墻體荷載部分轉移到新做基礎上的一種加大基底面積的方法。新加的抬墻梁應設置在原地基梁或

采用抬梁法加大基底面積時,應注意抬梁的設置應避開底層的門、窗和洞口;抬梁的頂部須用鋼板楔緊。對于外增獨立基礎,可用千斤頂將抬梁頂起,并打入鋼楔,以減少新增基礎的應力滯后。

2.斜撐法

斜撐法加大基底面積,與上述抬梁法不同之點,是抬梁改為斜撐,新加的獨立基礎不是位于原基礎兩側,而是位于原基礎之間(如圖10-4所示)。

二、墩式加深(托換)

墩式加深是指將原持力層地基土分段挖去,然后澆筑混凝土墩或砌筑磚墩,使基礎支承到較好的土層上的一種基礎加固法。此法對于軟弱地基,特別是膨脹土地基的處理是較為有效的。墩體可以是間斷的,也可以是連續的,主要取決于原基礎的荷載和地基上的承載力。

墩式加深(托換)施工步驟如下：

(1)在貼近被托換的基礎旁,人工開挖比原基礎底面深1.5m、長1.2m、寬0.9m的導坑。

(2)將導坑橫向擴展到原基礎下面(見圖10-5a),并繼續下挖至所要求的持力層。

(3)用微膨脹混凝土澆筑基礎下的坑體(或砌磚墩),注意振搗密實并頂緊原基礎底面。若沒有膨脹劑時,則應在離原基礎底面80mm處停止澆注,待養護1天后,再用l：l水泥砂漿填實這80mm的空隙。

(4)如此間隔分段重復上述工序,直至全部加深工作完成為止。

三、基礎加固

基礎自身的加固方法,有混凝土圍套加固、加厚加固和灌漿加固。

混凝土圈套加固

混凝土圍套加固是指在已開裂、破損或因加層而需要提高剛度的基礎外面澆筑鋼筋混凝土圍套的一種基礎加固方法。這種方法不僅可使基礎底面積增大,降低原基底的反力,而且可使原基礎受到圍套的約束,其剛度、抗剪、抗彎和抗沖切的能力得到提高。

2.灌漿法加固

灌漿法加固是指用壓送設備把水泥漿或環氧樹脂漿壓入原基礎的裂縫內或破損處的一種加固方法,如圖10-7所示。

施工時先在基礎中鉆孔,孔徑應比灌漿管直徑(一般為25mm)大2～3mm,孔距取3.5～1.0m,孔數對于獨立基礎應不小于2個孔。灌漿壓力為0.2～0.6MPa。灌漿有效半徑約0.6～1.2m。

3.加厚加固

這種加固方法是將原基礎的肋加高、加寬。以減少基礎底板的懸臂長度和降低懸臂彎矩,使原基礎的剛度及承載力得到提高。尤其適合于舊房加層設計時的基礎加固。

建筑物地基加固

一、已有建筑物地基承載力的確定

已有建筑物地基在長期荷載作用下,其承載力有所提高,在進行事故處理及加層設計時,都可加以利用。確定地基當前的允許承載力值,可采用現場實測和經驗公式計算。現場實測的方法有井探、靜力觸探及動力觸探等。目前國內外確定已有建筑物地基承載力的經驗公式有多種,但是它們都不通用,因此不再詳述。

二、幾種特殊土的判別

1.軟土地基

軟土地基一般指在靜水或緩慢流水環境中沉積的,天然含水量較大、壓縮性較高、承載力較低的軟塑土。當各項指標在下述范圍時,即可判定為軟土地基。

天然孔隙e>1.0;天然含水量ω>35%。壓縮系數al-2≥0.5MPa-1;塑性指數Ip>10(當Ip>17時,為淤泥質粘土;當17注Ip>10時,為淤泥粉質粘土)

不排水抗剪強度Cu<20KPa。

2.濕陷性黃土

(1)濕陷性黃土的判定。黃土的濕陷量可用濕陷系數衡量。濕陷系數由室內壓縮試驗測定。在壓縮儀中將原狀試樣逐級加壓到規定的壓力p,等壓縮穩定后測得壓縮試祥高度hp,然后加水浸濕,測得下沉穩定后的高度h/p。設土樣的原始高度為h0,則濕陷系數δS,為:

當δS≥0.15時,一般定為濕陷性黃土。

測定濕陷性的壓力p應與地基中黃土實際受到的壓力相當。自基礎底面算起,l0m以內的土層用200kPa,10m以下的土層用300kPa。

(2)濕陷等級的劃分。濕陷性黃土地基濕陷等級按分級濕陷量ΔS劃分,其值按下式計算:

式中 δsi——第i層土的詩陷系數; hi——第i層土的厚度(cm)。ΔS的累計范圍是自基礎底算起，對非自重濕陷性黃土地基算至基底下5m為止，對自重濕陷性黃土地基算至基底下10m為止，其中，δS<0.15的土層不計入。

根據ΔS大小按表10-1劃分黃土地基的濕陷等級。

3.膨脹土

(1)直觀鑒別。若肉眼觀察到以下現象,即可初步判定為膨脹土：

1)建筑物裂縫隨氣候的變化而張開或閉合。

2)土層出現的裂縫,常有光滑面和擦痕。有的裂隙中充填著灰白、灰綠色粘土,在自然條件下呈堅硬或硬塑狀態;

3)常見淺層塑性滑坡、地裂,新開挖坑壁易發生坍塌。

如觀察到上述現象,且土的自由膨脹率大于或等于40%,即應判為膨脹土。

膨脹土

(2)膨脹土的膨脹潛勢分類。膨脹土膨脹潛勢可按自由膨脹率的大小分為三類:

?ef≥90%則為強膨脹潛勢;

65%≤?ef <90%則為中膨脹潛勢;

?ef <65%則為弱膨脹潛勢。

自由膨脹率為人工制備的烘干土在水中增加的體積與原體積V0之比。即：

(3)膨脹土場地與地基評價。膨脹土場地有平坦場地和坡地場地之分。一般建于坡地場地上的房屋損壞比例高,且事故嚴重,而建于坡頂及坡腰上的房屋損壞率高于建于坡腳或盆地中部的房屋。

膨脹土的分布一般是不均勻的,同一場地內可能既分布有膨脹土,也可能分布有非膨脹土。所以不能僅局限于膨脹土的判別而應對整個地基進行評價,也即要劃分地基土的脹縮等級。膨脹土的地基脹縮等級可按分級變形量Sc確定。

三、建筑物的地基加固

對已有建筑物的地基土進行處理(加固),是解決地基基礎問題的另一條途徑,它可以改善地基的受力及變形性能,提高承載力。

錨桿靜壓樁法

錨桿靜壓樁法適用于淤泥、淤泥質土、粘性土粉土和人工填土等地基土。

2.樹根樁法

樹根樁法適用于淤泥、淤泥質土、粘性土、粉土、砂土、碎石土及人工填土等地基土上既有建筑的修復和增層、古建筑的整修、地下鐵道的穿越等加固工程。

3.坑式靜壓樁法

坑式靜壓樁法適用于淤泥、淤泥質土、粘性土、粉土和人工填土等,且地下水位較低的情況。

4. 石灰樁法

石灰樁法適用于處理地下水位以下的粘性土、粉土、松散粉細砂、淤泥、淤泥質土、雜填土或飽和黃土等地基及基礎周圍土體的加固。

對重要工程或地質復雜而又缺乏經驗的地區,施工前應通過現場試驗確定其適用性。

5.注漿加固法

注漿加固法適用于砂土、粉土、粘性土和人工填土等地基加固。一般用于防滲堵漏、提高地基土的強度和變形模量以及控制地層沉降等。注漿設計前宜進行室內漿液配比試驗和現場注漿試驗,以確定設計參數和檢驗施工方法及設備。也可參考當地類似工程的經驗確定設計參數。

6.高壓噴射注漿法

高壓噴射注漿法適用于淤泥、淤泥質土、粘性土、粉土、黃土、砂土、人工填土和碎石土等地基。

7.灰土擠密樁法

灰土擠密樁法適用于處理地下水位以上的濕陷性黃土、素填士和雜填土等地基。

8.深層攪拌法

深層攪拌法適用于處理淤泥、淤泥質土、粉土和含水量較高的粘性土等地基。

9.硅化法

硅化法可分雙液硅化法和單液硅化法。當地基土的滲透系數大于2.0m/d的粗顆粒土時,可采用雙液硅化法(水玻璃和氯化鈣,當地基土的滲透系數為0.1～2.0m/d的濕陷性黃土時,可采用單液硅化法(水玻璃);對自重濕陷性黃土,宜采用無壓力單液硅化法。

10.堿液法

堿液法適用于處理非自重濕陷性黃土地基。

注：高壓噴射注漿法、灰土擠密樁法、深層攪拌法、硅化法和堿液法的設計和施工應按國家現行標準《建筑地基處理技術規范》有關規定執行。

建筑地基基礎事故的補救與預防

一、設計、施工或使用不當引起事故的補救

(一)對于建造在軟土地基上出現損壞的建筑,可采取下列補救措施：

1由于建筑體型復雜或荷載差異較大,引起不均勻沉降,而造成建筑物損壞者,可根據損壞程度選用局部卸荷、增加上部結構或基礎剛度、加深基礎、錨桿靜壓樁、樹根樁或注漿加固等補救措施;

2由于局部軟弱土層或暗塘、暗溝等引起差異沉降過大,而造成建筑物損壞者,可選用錨桿靜壓樁、樹根樁或旋噴樁等進行局部加固;

3由于基礎承受荷載過大、或加荷速率過快,引起大量沉降或不均勻沉降,而造成建筑物損壞者,可選用卸除部分荷載、加大基礎底面積或加深基礎等;

4由于大面積地面荷載或大面積填土引起柱基、墻基不均勻沉降、地面大量凹陷、或柱身、墻身斷裂者,可選用錨桿靜壓或樹根樁加固等;5由于地質條件復雜或荷載分布不均,引起建筑物過大傾斜者,可按本規范第9章有關規定選用糾傾措施。

(二)對于建造在濕陷性黃土地基上出現損壞的建筑,可采取下列補救措施 ：

1、對非自重濕陷性黃土場地,當濕陷性土層不厚、濕陷變形已趨穩定、或估計再次浸水產生的濕陷量不大時,可選用上部結構加固措施;當濕陷性土層較厚、濕陷變形較大、或估計再次浸水產生的濕陷量較大時,可選用石灰樁、灰土擠密樁、坑式靜壓樁、鋪桿靜壓樁、樹根樁、硅化法或堿液法等,加固深度宜達到基礎壓縮層下限;

2、對自重濕陷性黃土場地,可選用灰土井、坑式靜壓樁、錨桿靜壓樁、樹根樁或灌注樁加固等。加固深度宜穿透全部濕陷性土層。

(三)對于建造在人工填土地基上出現損壞的建筑,可采取下列補救措施 ：

1、對于素填土地基由于浸水引起過大的不均勻沉降而造成建筑物損壞者,可選用錨桿靜壓樁、樹根樁、坑式靜壓樁、石灰樁或注漿加固等。加固深度應穿透素填土層;

2、對于雜填土地基上損壞的建筑,可根據損壞程度選用加強上部結構和基礎剛度、鋪桿靜壓樁、樹根樁、旋噴樁、石灰樁或注漿加固等;

3、對于沖填土地基上損壞的建筑,可按(一)的有關規定選用加固方法。

(四)對于建造在膨脹土地基上出現損壞的建筑,可采取下列補救措施 ：

1、對建筑物損壞輕微,且脹縮等級為I級的膨脹土地基,可采用設置寬散水及在周圍種植草皮等措施;

2、對建筑物損壞程度中等,且脹縮等級為I、II級的膨脹土地基,可采用加強結構剛度和設置寬散水等措施;

3、對建筑物損壞程度較嚴重,或脹縮等級Ⅲ級的膨脹土地基,可采用錨桿靜壓樁、樹根樁、坑式靜壓樁或加深基礎等方法。樁端或基底應埋置在非膨脹土層中或伸入到大氣影響深度以下的土層中;

4、建造在坡地上的損壞建筑,除可選用相應的地基或基礎加固方法外,尚應在坡地周圍采取保濕措施,防止多向失水造成的危害。

(五)對于建造在土巖組合地基上出現損壞的建筑,可采取下列補救措施 ：

1、由于土巖交界部位出現過大的差異沉降,而造成建筑物損壞者,可根據損壞程度,采用局部加深基礎、錨桿靜壓樁、樹根樁、坑式靜壓樁或旋噴樁加固等措施;

2、由于局部軟弱地基引起差異沉降過大,而造成建筑物損壞者,可根據損壞程度,采用局部加深基礎或樁基加固等措施;

3、由于基底下局部基巖出露或存在大塊孤石,而造成建筑物損壞者,可將局部基巖或孤石鑿去,鋪設褥墊,或采用在土層部位加深基礎或樁基加固等。

二、地下工程施工引起事故的預防與補救

1、地下工程施工可能對既有建筑、地下管線或道路造成影響。當影響范圍較大時,可采用隔斷墻將既有建筑、地下管線或道路隔開。隔斷墻可采用鋼板樁、樹根樁、深層攪拌樁、注漿加固或地下連續墻等方法。

2、當地下工程施工對既有建筑造成影響時,可對既有建筑地基進行加固。加固方法可選用錨桿靜壓樁、樹根樁或注漿加固等。加固深度應大于地下工程底面深度。

3、當地下工程施工對既有建筑造成的影響比較輕微時,可采用加強既有建筑剛度和強度的方法。

4、對在地下工程施工影響區范圍內的通訊,電纜、高壓、易燃和易爆管道等對地層變形極其敏感的重要管線,除采取一般性預防措施外,尚應將其暴露并掛起。

5、當地下工程施工時,應對其施工影響區范圍內的既有建筑和地下管線的沉降和水平位移進行嚴密的監測,一旦發現問題,應及時采取有效措施。

三、鄰近建筑施工引起事故的預防與補救

1、當鄰近工程的施工對既有建筑可能產生影響時,應查明既有建筑的基礎型式、結構狀態、建成年代和使用情況等,根據鄰近工程的結構類型、荷載大小、基礎型式、間隔距離以及土質情況等因素分析可能產生的影響程度,并提出相應的預防措施。

2、當軟土地基上采用有擠土效應的樁基對鄰近既有建筑有影響時,可在鄰近既有建筑的一側設置砂井、塑料排水帶、應力釋放孔或開挖隔離溝,減小沉樁引起的孔隙水壓力和擠土效應。對重要建筑可設地下擋墻。

3、遇有振動效應的樁基施工時,可采用開挖隔振溝,以減少振動波傳遞。

4、當鄰近建筑開挖基槽、人工降低地下水或迫降糾傾施工等,可能造成土體側向變形或產生附加應力時,可采用對既有建筑進行地基基礎局部加固,減少該側地基的附加應力,控制基礎沉降等措施。

5、在既有建筑鄰近進行人工挖孔樁施工時,應注意地下水的流失及土的側向變形,可采用回灌、截水措施或跳挖施工方法,并進行沉降觀測,防止既有建筑出現不均勻沉降而造成裂損。

6、當鄰近工程的施工造成既有建筑裂損或傾斜時,應根據既有建筑的結構特點、影響程度和地層條件選用本有關方法進行加固。

四、深基坑工程引起事故的預防與補救

1、基坑開挖蔚應對基坑及鄰近既有建筑地基進行土體穩定驗算分析,提出預防土體失穩的措施。必要時可對鄰近既有建筑的地基或基礎預先進行加固處理等,避免可能發生的事故。

2、當基坑內降水開挖,使鄰近既有建筑或地下管線發生沉降、傾斜或裂損時,應立即停止坑內降水,查出事故原因,進行有效加固處理。當設置基坑支護結構時,應在基坑止水墻外側,靠近鄰近既有建筑附近設置水位觀測井和回灌井。

3、當基坑周邊鄰近既有建筑為樁基礎或新建建筑采用打人樁基礎時,為保護鄰近既有建筑的安全,新建基坑支護結構外邊緣與鄰近既有建筑的距離不應小于基坑開挖深度的1.2~1.5倍，當無法滿足最小安全距離時,應采用隔振溝或鋼筋混凝土地下連續墻或其他有效的基坑支護結構形式。

4、當基坑采用鋪桿支護結構時,應預先查清鄰近既有建筑的基礎類型和埋深,嚴禁錨桿成孔施工,破壞鄰近既有建筑的地基穩定或基礎的安全。

5、當既有建筑與基坑較近時,基坑周邊不得搭建臨時施工建筑或庫房;不得堆放建筑材料或棄土;不得停放大型施工機具和車輛等。嚴防上述荷載對基坑側壁和鄰近既有建筑的穩定產生不利影響。

6、當既有建筑與基坑較近時,基坑周邊地面應做護面及排水溝,使地面水流向坑外,并防止雨水、施工用水滲入地下或坑內。

7、當既有建筑或地下管線因周圍深基坑工程施工而出現傾斜、裂縫或損壞時,應根據影響程度,選用有關補救措施。

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