1 引起建筑物不均勻沉降的因素
引起建筑物不均勻沉降的因素主要有四個方面:
(1)地基土本身的不均勻性,地基土并不是單一的勻質(zhì)材料,但在設(shè)計中對其作了簡化假定,使其單一化理想化。表達為土的容重r 、壓縮模量E S 、密實度等,這樣就使計算與實際有一定的誤差。因此盡管設(shè)計時計算的很認真,也并不能保證建筑物能夠完全均勻沉降。
(2)施工中出現(xiàn)的問題由于施工時地基處理的不好,或因地質(zhì)勘探不細,沒有發(fā)現(xiàn)地下的某些不良地質(zhì)現(xiàn)象,如暗洪、坑洞等,因而未作處理,從而引起地基的不均勻沉降。
(3)建成后使用過程中的意外影響,由于地下水管的大量漏水引起地基局部下沉,或因為臨時的大量的地面堆載而引起局部下沉。
(4)建筑物的立面存在高差,另外還有相鄰新建筑產(chǎn)生的影響等。
一般在建筑物下部,由下往上發(fā)展,呈“ 八” 字、倒“ 八” 字、水平及豎縫。當(dāng)長條形的建筑物中部沉降過大,則在房屋兩端由下往上形成正“八”字縫,且首先在窗對角突破;反之,當(dāng)兩端沉降過大,則形成的兩端由下往上的倒摪藬字縫,也首先在窗對角突破,還可在底層中部窗臺處突破形成由上至下豎縫; 當(dāng)某一端下沉過大時,則在某端形成沉降端高的斜裂縫;當(dāng)縱橫墻交點處沉降過大,則在窗臺下角形成上寬下窄的豎縫,有時還有沿窗臺下角的水平縫;當(dāng)外縱墻凹凸設(shè)計時,由于一側(cè)的不均勻沉降,還可導(dǎo)致在此處產(chǎn)生水平推力而組成力偶,從而導(dǎo)致此交接處的豎縫。
2 減輕不均勻沉降危害的相應(yīng)措施
2.1 處理好地基處理
軟弱地基的常用方法包括:置換及拌入法,這種方法包括換土墊層法、振動碎石法、深層攪拌法、 旋噴法等,要求濕陷性黃土、雜填土、軟弱地基的淺層不排水強度不小于2 0 K p a 的粘性土、粉土、人工填土淤泥、淤泥質(zhì)土、含水較高的粘性土、粉土、超軟土地基標準貫入度小于1 0 的砂性土,小于5 的粘性土等;振密及擠密法。這種方法要求地下水位以上,含水量接近最優(yōu)的粘.性土、砂性土、雜填土地下水位0.8m以上的雜填土、非軟粘性上、無粘性土碎石土、砂土、非飽和粘性土、黃土、高填土地基雜填土及含砂較多的松散土地基;預(yù)壓法。這種方法用于各內(nèi)軟土地基等。
2.2 搞好建筑設(shè)計
建筑物的體型力求簡單,建筑物體型復(fù)雜常常是削弱建筑物整體剛度和加劇不均勻沉降的重要因素,平面形狀復(fù)雜的建筑物,如“工”字形,Top,字形,“E”字形,“L”字形等,在縱橫交叉處,基礎(chǔ)密集,地基中應(yīng)力重疊,沉降量增加。同時,此類建筑物整體性差,剛度不對稱,容易遭受地基不均勻沉降的危害而產(chǎn)生開裂,因此,遭遇不良的地基時,在滿足使用條件的前提下,應(yīng)盡量做到: 平面形狀簡單,如用“一”字形建筑物;立面上建筑物緊接高差不超過一層;控制長高比在2.5~3 . 0 以內(nèi); 內(nèi)外縱墻避免中斷、轉(zhuǎn)折、縮小橫墻間距,以增強整體剛度。還可以設(shè)置沉降縫 沉降縫能有效的減輕不均勻沉降引起的危害,用沉降縫將建筑物包括基礎(chǔ)分割為兩個或多個獨立的沉降單元,根據(jù)經(jīng)驗和模擬計算,應(yīng)在下列部位設(shè)置:建筑物或荷載突變處:長高比過大的建筑物的適當(dāng)部位:地基軟硬交界處:地基基礎(chǔ)處理不同處;局部地下室的邊緣;分期建造房屋的分界面:一般沉降縫的寬度為:二、三層房屋為5~8cm;四、五層房屋為8~12cm:六層以上不小于12 cm.同時還要控制相鄰建筑物的間隔距離,根據(jù)影響建筑物的荷載大小、受荷面積和被影響的建筑物的剛度以及地基的壓縮性等條件,歸納為“影響建筑物的沉降量”和“被影響建筑物的長高比”兩個指標。
2.3 改進結(jié)構(gòu)設(shè)計
建筑物地基所受的荷載中,建筑物的自重所占比例很大,民用建筑約占60%~70%,工業(yè)建筑約占40%~50%。減輕自重的主要措施有:減少墻體重量;選用輕型結(jié)構(gòu)。 要增強建筑物的剛度和強度。
一是控制建筑物的長高比。長高比是決定砌體結(jié)構(gòu)空間剛度的一個主要因素。L / H越小,建筑物的剛度越好,對地基不均勻沉降的調(diào)整能力也越大,實踐表明L / H < 2 . 5或最大沉降量S<12cm 的建筑物,均不出現(xiàn)裂縫L/H>3.0 且S>12cm 時,建筑物極易出現(xiàn)裂縫。根據(jù)調(diào)查,二層以上的砌體結(jié)構(gòu)長高比不宜大于2.5,對于平面簡單、內(nèi)外墻貫通、橫墻間隔較小的結(jié)構(gòu),長高比不宜大于3.0,不符合上述要求的,要設(shè)沉降縫。軟弱地基上的三層及以上的房屋,其長高比不大于2.5。
二是設(shè)置圈梁。在建筑物墻體內(nèi)設(shè)置圈梁,可增強建筑物的整體性,提高砌體的抗剪、抗拉能力,這是防止裂縫出現(xiàn)和防止裂縫發(fā)展的有效措施。對于地表變形很大的地區(qū),阻止裂縫出現(xiàn)不可能的情況下,為防止房屋的突然倒塌,保持帶裂縫房屋的整體性至關(guān)重要,需采用構(gòu)造柱、圈梁等。圈梁對幫助減小沉降裂縫是不容忽視的,墻內(nèi)設(shè)置的圈梁能增強墻體承受撓曲應(yīng)力的能力,圈梁又如鋼筋,主要承受拉力,能在一定程度上你不砌體抗拉強度低的弱點,但是圈梁必須與其體結(jié)構(gòu)結(jié)合成整體,否則不能發(fā)揮其應(yīng)有的作用。
三是合理布置縱橫墻。當(dāng)?shù)鼗l(fā)生不均勻沉降時,墻身是主要的受力構(gòu)件,縱墻應(yīng)盡量避免轉(zhuǎn)折或中斷,防止剛度消弱而損壞,建筑物橫墻能起到加強整體剛度的影響。間距不宜過大并注意與外墻妥為連接。
四是加強基礎(chǔ)的剛度和強度。基礎(chǔ)對不均勻沉降的調(diào)整能力依次為: 箱形基礎(chǔ)、片筏基礎(chǔ)、混凝土十字交叉條形基礎(chǔ)、條形基礎(chǔ)?偨Y(jié)各地的經(jīng)驗本文建議,在軟弱地基或較軟地基上的建筑采用樁基礎(chǔ),而不宜采用整板基礎(chǔ),不應(yīng)采用條形基礎(chǔ)。要采取有效措施,避免上部結(jié)構(gòu)因支座的移動產(chǎn)生很大的附加應(yīng)力。減少由于地表土移動產(chǎn)生的附加應(yīng)力,如滑動層,把部分地表變形消耗在滑動層上,從而降低對上部結(jié)構(gòu)的影響。合理的礎(chǔ)應(yīng)力調(diào)整各部分的荷載分布集度,基底應(yīng)力,使基礎(chǔ)底面處的平均壓力設(shè)計值(P)相近。要減小偏心荷載作用,設(shè)計時,Pmax 應(yīng)滿足要求P<1.2f 式中:f 為地基承載力設(shè)計值,P m a x 為基礎(chǔ)底面邊緣的最大壓力設(shè)計值。
2.4 采取施工措施
在施工中要保持原狀結(jié)構(gòu),基礎(chǔ)施工開地基且地基承載能力大于原天然地基承載能力;要適當(dāng)安排施工順序,內(nèi)外墻同時砌筑,不得留有直磋。相鄰部位砌體施工不得高差過大(不宜超過3 層)。當(dāng)建筑物各部分存在荷載差異時,要合理安排施工工序。先建重、高部分,后建輕、低部分; 先做主體部分,后建附屬部分,利用施工時間差,也可以預(yù)先調(diào)整一部分沉降量,減少沉降差。
2.5 要對重點部位進行保護
采用保護措施推遲裂縫的出現(xiàn),主要在于重點部位的保護。通過以上論述,除了以上的條款需要滿足外,為預(yù)防和減輕不均勻沉降造成的危害,應(yīng)有足夠的圈梁和芯柱,芯柱的設(shè)置,同時提高基礎(chǔ)梁剛度,從嚴控制房屋的沉降量,一般沉降量控制在200mm之內(nèi);做好基礎(chǔ)設(shè)計,減少不均勻沉降,對于軟土地基,應(yīng)進行地基處理或采用樁基礎(chǔ),在底層外墻的窗臺墻及下墻體的砌體洞內(nèi)用C15 細石混凝土灌實;在地基不均勻的情況下,底層窗臺墻體的第2 與第4 皮灰縫中各設(shè)設(shè)計鋼筋點焊網(wǎng)片與窗臺梁以控制垂直裂縫的發(fā)生。通過無保護措施房屋抗地表變形分析,窗洞是一個重點保護對象,必須采用保護措施,窗洞是砌體結(jié)構(gòu)剛度突變部位,因此也是高應(yīng)力容易出現(xiàn)的區(qū)域,推遲窗洞四周裂縫出現(xiàn)的時間是整個砌體房屋保護的關(guān)鍵。
3 建筑物不均勻沉降的預(yù)防以及治理
預(yù)防主要包括三個方面:一是要合理設(shè)置沉降縫, 凡不同荷載( 高差懸殊的房屋)、長度過大、平面形狀較為復(fù)雜、同一建筑物地基處理方法不同和有部分地下室的房屋,都應(yīng)從基礎(chǔ)開始分成若干部分,設(shè)置沉降縫,使其各自沉降,以減少或防止裂縫產(chǎn)生。沉降縫應(yīng)有足夠的寬度,操作中應(yīng)防止?jié)沧⑷α簳r將斷開處澆在一起,或磚頭、沙漿等雜物落入縫內(nèi),以免房屋不能自由沉降而發(fā)生墻體拉裂現(xiàn)象。二是加強上部結(jié)構(gòu)的剛度,提高墻體的抗剪強度。由于上部結(jié)構(gòu)剛度較強,可以適當(dāng)調(diào)整地基的不均勻下沉。故應(yīng)在基礎(chǔ)頂面(± 0 . 0 0 )處及各樓層門窗口上部設(shè)置圈梁,減少建筑物端部門窗數(shù)量。操作中嚴格執(zhí)行規(guī)范規(guī)定,如磚澆水潤濕,改善沙漿和易性,提高沙漿飽滿度(提高沙漿的飽滿度,可以大大提高墻體的抗剪強度)。在施工臨時間斷處應(yīng)盡量留置踏步槎,當(dāng)留置直槎時,必須作成陽槎,并加設(shè)拉結(jié)鋼筋,要解決消滅留陰槎和無拉結(jié)筋的錯誤做法。三是加強地基的驗槽工作,對于較復(fù)雜的地基,應(yīng)在基槽開挖后進行普遍針探,待針探出的軟弱部位進行加固以后,放可進行基礎(chǔ)施工。
已經(jīng)出現(xiàn)的裂縫可采用如下治理措施:對于墻體產(chǎn)生的裂縫首先應(yīng)作好觀察工作,注意裂縫發(fā)展的規(guī)律。對于非地震區(qū)一般性裂縫,如若干年后不再展,則可以認為不影響結(jié)構(gòu)安全使用,局部寬縫處,用沙漿堵抹挖不得破壞基底原狀上,如超深應(yīng)采用人工即可額。對于影響安全使用的結(jié)構(gòu)裂縫,應(yīng)進行加固處理。治理的方法為——在沉降穩(wěn)定后,先在墻面貼鋼筋網(wǎng)片,并配置穿墻拉筋進行固定,然后灌細石混凝土或分層抹水泥砂漿進行加固。磚砌體因地基不均勻沉降而引起裂縫,雖然不可避免,但又要設(shè)計合理,施工中確保工程質(zhì)量,選用材料得當(dāng),這些裂縫是可以從根本上得到控制的。