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层建筑基础不均匀沉降的原因分析及控制研究
发表时间:2018/10/7

摘要
随着社会经济的发展和科学技术的进步,高层建筑也在不断发展。同时,随着高层建筑的逐渐增多,工程技术人员在高层建筑的设计和施工中积累了很多经验,但同时人们也清楚的意识到,高层建筑基础的不均匀沉降是非常危险的,很容易导致建筑物结构出现一些裂缝,甚至还会导致建筑物严重下沉,以及上层建筑的倾斜。一般这种情况是十分危急的,如果没有及时且有效的进行控制,那么建筑物的裂缝将继续延伸、持续的下沉和倾斜,它必然会加剧以及严重的威胁高层建筑的安全。因此,必须深刻的认识到不均匀地基沉降对建筑施工的危害,并且认真分析高层建筑不均匀沉降的主要原因,制定合理可行的解决方法,对确保对高层建筑安全可以起到重要作用。
关键词:高层建筑;不均匀沉降;原因;解决办法

目 录
引言 3
一、高层建筑不均匀沉降的原因 4
(一)在前期的工作中没有充分的准备 4
(二)建筑设计不够严谨,缺乏科学性 4
(三)对建筑物中的地基处理方法不恰当 4
(四)建筑物使用的过程中存在突发状况 4
(五)基础形式选择不尽合理 5
二、高层建筑不均匀沉降的处理原则 5
(一)确保为初始准备做好充分准备 5
(三)在高层房屋建筑工程中,应当先勘察后设计 5
(四)减轻建筑结构的自重 6
(五)合理的构建建筑物的体型,按设要求正确使用房屋 6
(六)增强建筑物的整体刚度 6
(七)调整各部分荷载分布,合理安排施工顺序 6
三、高层建筑不均匀沉降的处理措施 7
(一)高层建筑沉降缝的设置 7
(二)高层建筑整体基础的采用 7
(三)主楼与裙楼基础的联合设计 7
四、预防高层建筑不均匀沉降的主要技术和质量检测 8
(一)基础加固技术 8
(二)校正技术 9
(三)从施工开始,提高施工质量 9
(四)加强施工质量控制 10
五、结论 13
参考文献: 14
致 谢: 15

 


引言
随着我国社会经济的快速发展和城市建设的加快,建筑功能逐渐多样化,越来越复杂。在中国的大多数城市,总是有一些不同的住宅楼和地下车库,或者商业和住宅综合体,它们通常由高层的主体建筑组成,并伴有多层的裙楼。鉴于功能性使用的需要,通常不需要过度的关注主要的建筑物以及裙楼。只要将永久沉降缝放在地下车库之间,就可以保证主楼与裙楼和地下车库可以更好地结合。由于它们之间的高度是有很大的不同,这也导致上部结构的荷载和刚度在两极之间的不均匀,这往往会导致不同部位的地面反作用力和内力有很大的差别,从而造成地基不均匀沉降的过度,导致房子的质量过轻。墙体开裂导致建筑物整体或部分倾斜甚至倒塌,严重影响建筑物的安全使用。同时,也表明高层建筑的基础荷载较大,如果地基承重层分布不均匀、不利,容易发生不均匀沉降,可能造成建筑物裂缝甚至倾斜;一些高层建筑有裙边构造。由于主楼与裙楼的关系,高度差很大,基本荷载也会有。差别甚至超过了一个数量级。如果不采取合理的处理,可能会出现不均匀沉降。高层建筑一旦出现不均匀沉降,很容易造成严重后果。因此,有必要采取有效合理的解决方案,并采取相应的措施来预防和控制建筑地基的不均匀沉降。本文分析了建筑地基不均匀沉降的原因,提出了几种防治措施,希望可以为建筑地基不均匀沉降的防治提供参考。
一、高层建筑不均匀沉降的原因
(一)在前期的工作中没有充分的准备
在施工开始之前,准备工作是十分重要的,准备工作的好坏将会直接影响建筑的质量。举个例子,当工程技术人员进行地质勘探时,如果没有发现地质条件或不利条件,同时没有后续设计提供有效的参考建议和数据支持。因此,可以看出,如果没有有效的措施来解决这些不利因素,这些因素将给后续建筑业带来隐患。
(二)建筑设计不够严谨,缺乏科学性
在建筑方案的设计中,建筑设计要具有严谨性及科学性,应充分考虑地基的实际情况,通过合理的设计,充分利用地基的有利基础,避免施工过程中不利的基础。然而,在实际上,如果经常追求经济效益,就会有设计缺乏科学性以及埋藏隐患。通常而言,对于单一的设计,它们在用于高度差异较大的建筑物,如带有裙楼的主塔,是必须要通过合理布置沉降缝,将主塔和裙子分开;而对于负荷差异较大的单体而言,也是可以通过合理设置接缝断裂的措施,来避免不均匀沉降。[【1】庄宇,王立安.浅谈预防建筑基础产生不均匀沉降的措施[J].硅谷,2010,(1):102-103.]【1】
(三)对建筑物中的地基处理方法不恰当
在处理高层建筑基础的过程中,其方法有很多种,有必要时需要选择合适的处理方法,这个方法需要与工程项目相结合。但是也不得不考虑另一个问题,每个项目所在地的环境和地质之间存在着很大的差异,因而有必要确保地面处理计划的科学性和可行性。通常,会需要组合多种方法,以此来获得最佳结果。然而,在实际结构中,为了便于操作,仅使用一种方法来处理基础,但一般难以发挥期望的效果。
(四)建筑物使用的过程中存在突发状况
在建筑物使用过程中,存在着很多的意外因素,这些突发状况将会导致高层建筑物不均匀的沉降,如地下水管爆裂,连续降雨等,这将改变一些基本土壤的性质,增加它们的流动性,并不利地影响地基的安全性。此外,在建筑物附近的桩太大,荷载远远高于原来的设计值,沉降也相应过大。[【2】郭婷婷,楚天舒.论高层建筑基础不均匀沉降的控制措施[J].经济技术协作信息,2013,(33):40-45.]【2】
(五)基础形式选择不尽合理
在先前详细的地质调查报告和其他材料完整的前提下,设计人员应根据地质勘察资料、建筑形式、结构体系、自然条件等因素选择最适合的基本形式,以确保安全。但是,实际上,它往往受到所有者追求经济利益,或者因为不一致等因素的影响,导致程序的使用不是最好的解决方案,甚至有缺陷,不合理,导致结算不均匀。[【3】郑汝飞.浅谈高层建筑采用两种基础施工不均匀沉降控制的施工技术[J].广东建材,2010,26(3):63-64.]【3】
二、高层建筑不均匀沉降的处理原则
(一)确保为初始准备做好充分准备
建设项目的准备工作非常重要,它将为后期工作奠定基础,确保工作准备充分。具体而言,在开始设计和施工操作之前,专业地质勘探人员需要详细地完成地质勘察,并按照标准化的勘察方法确保识别隐伏的不利地质条件,并随后进行设计。为施工提供可靠的参考和建议,完整的设计和施工阶段,材料的收集还可以为设计和施工操作提供指导。

(二)优化高层建筑的设计
首先,建筑物的形状需要尽可能的简单,建筑物的高度和荷载之间不应有太大的差别。因而,在建筑设计的过程中,必须尽可能避免不规则的角落,并且体形尽可能简单;建筑物的纵横比、纵横比等参数都在合理的范围内控制。对于超长结构、多塔结构、主塔与底座的连接结构以及同一机组中不同砌块的不同荷载,合理设置和拆除;同时,除了保证沉降缝的宽度外,由于地基的附加应力是扩散的,在设计中必须确保相邻建筑物之间的合理距离,以避免建筑物之间的距离过大,应力叠加导致建筑物不均匀沉降。[【4】庄宇,王立安.浅谈预防建筑基础产生不均匀沉降的措施[J].硅谷,2010,(1):102-103.]【4】
其次,结构设计应采用合理的结构形式。首先,要保证整个建筑的结构刚度;其次,为了减轻建筑物的重量,材料的选择应基于轻质材料,如多孔砖、轻墙等;最后,根据地质勘探报告,结合场地的特点,选择合理的基本形式。对于同一单体不同砌块不同的地基荷载条件,可以考虑不同的桩(基础),充分利用地基土的承载力,有效地防止不均匀沉降的发生。
(三)在高层房屋建筑工程中,应当先勘察后设计
建设项目首先要进行勘察设计,在建筑设计前,应详细调查工程地质条件,了解土质条件、分布范围、承载力、地下水位等水文地质条件,并根据安全要求进行。要求其可靠性高、技术先进、经济合理、施工方便,综合分析,权衡利弊,确定合理的建筑布局和结构类型,使上层建筑与地基相互作用,共同发挥作用。对于柔软和不均匀的地基更是要如此。
(四)减轻建筑结构的自重
由于地基的压缩变形与荷载成正比,因此减轻建筑结构的重量是很重要的。因此,减小结构的自重是减小附加应力和减少基底沉降的有效措施。对于基础,可以选择轻量、少土的基本形式,如宽基础浅埋、空心地基、薄壳基础或箱形基础;半地下室和半地下室、高架楼板、更换室内填料。对于上部结构,预应力轻质钢结构和轻质墙体材料每单位重量可以用来降低地基上的压力并减少地基的沉降。
(五)合理的构建建筑物的体型,按设要求正确使用房屋
合理布置建筑物的形状,建筑平面的形状应该简单,并应拉垂直墙,以避免增加建筑物本身的复杂性。建筑物的外立面应尽可能的高,以避免高低交错,大负荷差异,或打开大的门窗开孔,削弱墙体。建筑结构的重心与刚度中心基本相同,提高了房屋的抗不均匀沉降能力。同时,房屋应按要求正确使用。建筑物建成后,不建议随意改变房屋的功能,随意增加荷载或增加地面厚度,防止地表水渗入地基。[【5】郭婷婷,楚天舒.论高层建筑基础不均匀沉降的控制措施[J].经济技术协作信息,2013,(33):40-45.]【5】
(六)增强建筑物的整体刚度
首先,应加强建筑物的纵向刚度。垂直墙应尽量避免转动、中断和打开门窗开孔。水平壁之间的距离不宜太大,应与竖直壁牢固地连接。其次,应该控制建筑物的长度。纵横比越小,建筑物的刚度越大。对于软弱地基,超过三层以上的建筑物,纵横比不应大于2.5;再者,设置沉降关节。在具有适当位置,平面转弯,高低交错,大负荷差异,在具有不同地基或基础类型的长期建筑中,沉降缝或接缝布置成从屋顶与地基分离,将建筑物划分为可与小型自成形沉降系统相媲美的单元,具有更大的刚度和更高的高度;然后就是,钢筋混凝土环梁(或钢筋混凝土带),其平面封闭在基础顶部和屋顶下,或现浇地板覆盖物,以增强建筑物的完整性;最后,加强地基刚度,对于基础非常薄弱和压缩的建筑物,或对于基于上部结构的荷载,具有钢筋混凝土十字形条形基础、筏形基础甚至箱形基础等基本类型的高刚度。[【6】郑汝飞.浅谈高层建筑采用两种基础施工不均匀沉降控制的施工技术[J].广东建材,2010,26(3):63-64]【6】
(七)调整各部分荷载分布,合理安排施工顺序
调整每个部件的负载分布,对于高度(或载荷)差异较大的建筑物,重型和高部件的载荷应合理分布;不同的承重形式和不同的基础宽度的竖向和水平墙应用于调整建筑物各部分的不均匀沉降。对于不均匀沉降要求严格的建筑物,必要时可选择较小的地基应力,并可以增加基础面积进行设计,合理安排施工顺序,对于具有不同高度和差异以及大负荷变化的房屋,应分阶段组织施工。一般情况下,应首先建造重载的上部,然后建造较低的水平;首先应建造深基础,稍后应建造浅基础,以避免增加额外的应力。

三、高层建筑不均匀沉降的处理措施
(一)高层建筑沉降缝的设置
根据建筑地基的基础规范,建议在局部基础上高压缩性和大厚度的结构或基础类型的构件中安装沉降缝。当主楼与讲台之间的差异较大时,两个基座之间的连接应完全断开。传统的设计方法是建立沉降缝,将主楼与裙楼底部分开。在高层建筑和平台的早期设计中,沉降缝通常是相邻的,以避免由于沉降差,以及双柱双壁等结构引起的裂缝甚至破坏。有时,为了避免平台上的过度沉陷,平台基础应尽量远离主建筑基础。
(二)高层建筑整体基础的采用
当基础是在岩石上或卵石上,或者当使用桩基础和深墩时,主建筑和裙房之间的差别非常小。通常,主体和裙楼的基础可以制成整体而没有接缝。在高层建筑和裙楼的设计中,经常使用以下形式:一是处理箱形基础或厚筏基础,刚性高,抵抗差异沉降引起的内力;二是通过桩基支撑地基,岩石或承重层的承载力较大;最后,地基土软弱,后期沉降较大,裙楼也可放置在悬臂基础上,但悬臂基础不能过长。
(三)主楼与裙楼基础的联合设计
主楼与裙楼地基的联合设计,意味着主楼和裙楼有不同的基本形式,但中间没有沉降缝。通过近30年来中国的工程实践,可以看出,联合设计的要点如下:首先,考虑裙楼高层建筑基础设计的关键是选择合适的沉降计算方法,确定合理的沉降,并观测区域可持续解决方案,其次,基本设计原则是尽量减少主楼的重量和沉降,同时提高平台基础的挠度不会产生裂缝,甚至可以采用独立的柱基础;其次,考虑施工顺序,应首先建造主楼,以便尽可能地进行沉降,并设计好后浇带,在正常情况下,主楼与底座之间的荷载差别很大,两者之间的刚度差别很大,导致一定的沉降差,如果处理不当,结构就会破裂,使用也会受到影响。主楼和楼台采用不同的基本形式,减少不均匀沉降,保持连续无缝结构。[【7】庄宇,王立安.浅谈预防建筑基础产生不均匀沉降的措施[J].硅谷,2010,(1):102-103.]【7】
并从主楼和裙楼基础共同设计。首先是箱底与基础梁的联合设计,主楼采用补偿箱底座,大大减少了沉降。讲台有一个大的基础梁,基本消除了主裙。房屋布置很差,两者的基础与上层建筑相结合。例如,主楼26层的北京长富中心采用深度为12.6米的箱底,蹲在砾石土层上,裙楼为4层,它采用条形基础并减少其深度。将其置于粉质粘土层上并使用倾斜梁。条形基座连接到箱体基座,并且在主建筑物周围布置有后浇带,以确保主建筑结构在施工期间自由沉降。
二是箱底与独立柱基础共同设计。当主楼的深度有限且补偿不足时,希望讲台的基础更加稳固,有助于减少沉降差异。此时,裙座可以改为柱下单独的基础,上部结构在主体和裙板的连接处设有后浇铸结构,连接件采用的结构为可以适应一定的结算差异。例如,综合楼,主楼16层,箱底基础埋深8m以上,蹲在粘土层,裙楼为3层,采用独立基础,基础相对均匀,在主楼和裙楼之间的连接处采用后浇铸接头。主体完成后,沉降值约为30mm。浇注完成后,沉降量约为40mm。
三是桩箱基础与独立基础或筏板基础共同设计。当主体采用桩箱或桩基础时,根据沉降差尽可能小的要求,决定采用独立基础,基础梁或筏板基础。这些应该由地质条件和沉积分析综合决定,适当的处理仍然可以确保上层建筑整体连接。这种联合设计方法可用于地基土壤高度可压缩的区域。例如,办公楼主楼,主楼有14层,地上1层。它采用筏基础,裙楼有3层。使用独立的柱基础。后浇带留在主楼和裙楼之间。主楼盖上后,浇注混凝土。封盖后,施工后浇筑带,主楼沉降8mm,平台独立柱基础为8.37m。两者之间基本没有区别。[【8】吴胜发.建筑结构基础不均匀沉降及控制研究[D].广州大学,2006.]【8】
四是当地土壤状况良好,差异沉降不大,或对功能有特殊要求。底部或筏基可用于主楼和裙房。问题的关键是尽可能确保关节的灵活性,同时满足防水要求,并首先建造主体建筑。关于高层建筑主楼与裙楼基础之间的关系,现行规定明确规定,采取以下三项措施时,主楼和裙楼可以整体连接,无需沉降缝。其一,讲台的基础是从主楼的基础上选出的;其二,减少绝对结算,控制结算差异;其三,采用施工后连接,并辅以相关施工程序,减少建筑物的后期沉降。目前,无接缝的后浇带由于其巨大的优势,被广泛应用于高层建筑的基础设计中。减少地基不均匀沉降的预防措施应以地基、基础和上部结构的相互作用为基础,从勘察、设计、施工等方面进行综合考虑,以减少建筑物的整体沉降。因此,减少了不均匀沉降。增加上部结构的数量以适应沉降和不均匀沉降。
(四)严格控制纵横比,科学合理的布置墙面
砌体承重房具有较大的纵横比,整体刚度较差。由于过度弯曲,纵向壁很容易破裂。对于具有简单平面,内壁和外壁以及小横壁间距的房屋,可以适当地放宽纵横比的控制。而纵向和横向墙的合理布局,是提高砌体承重结构房屋整体刚度的重要措施之一。一般来说,房屋的纵向刚度较弱,因此基础不均匀沉降的破坏主要是由纵向墙的挠度引起的。内壁和外壁的中断和转动将削弱建筑物的纵向刚度,当基础不好时,应尽可能地穿透内外墙,垂直和水平壁的连接形成空间刚度并减小横向壁的间距,这可以有效地改善房屋的完整性并增强调节不均匀沉降的能力。
四、预防高层建筑不均匀沉降的主要技术和质量检测
(一)基础加固技术
地基加固技术是处理建筑物地基不均匀沉降的有效措施之一,其应用效果良好。地基加固的方法很多,如拓宽和加深天然地基的基础,以及对桩基加固钢管桩等。基本扩展简单,工艺过程相对成熟。该技术通过增加基底面积来减小基底接触应力。在地基基础上设置墩基础,实现承重层的变形,有效地提高地基承载层的承载力,是深化地基基础的主要方法。对于桩基而言,当不均匀沉降发生时,通常在较大沉降位置开孔,而在钢管桩施加压力后,板坯被封闭,以减少沉降,大的定居点和定居点往往是统一的。
(二)校正技术
顶升校正方法和下沉校正方法是高层建筑校正技术的两种主要方法。前者主要是指利用千斤顶提升沉降较严重的部位,在保证反应支撑安全的前提下,保证建筑物基础不均匀沉降。通常采用开挖法和铝土矿开采法来增加小沉降的侧向沉降,使沉降均匀,或增加小沉降的荷载,以达到荷载平衡和稳定状态。
(三)从施工开始,提高施工质量
在工程建设薄弱的基础上,合理安排施工程序,注意一定的施工方法,达到减少或调整局部不均匀沉降的效果。如下图表1的高层建筑造价表。
(1)加强对原材料质量的控制。砂浆和砖的品种和强度必须符合设计要求,加强对原材料的验收,严格禁止在建筑工程中使用不合格材料,并对测量仪器进行检测。使用半砖时,半砖应分散在墙内,也要满足1/4砖长的要求。
(2)当相邻建筑物之间存在高度差异时,一般应按照先高后低的程序进行施工;在建造的下层建筑周围,不建议堆放大量的建筑材料或土方工程和其他重物;在粉质土壤的基础上挖掘基坑时,应该注意的是土壤的原始结构不应该尽可能地受到干扰。通常,可以在坑的底部预留厚度约为200mm的原始土层,然后在要建造垫子时暂时移除软土受到干扰,被扰动的部分可以用沙子,砾石等挖出和回填。
(3)加强对建筑物的沉降观测。施工过程中,施工单位必须根据设计要求和标准规范,设置专门的水平点和沉降观测点。在主体结构施工阶段,各结构层的沉降观测不得少于一次,监理单位应当复核试验。施工沉降观测应正确认识不均匀沉降对房屋结构造成的破坏,确保高层建筑的正常使用寿命和安全。应进行正确的施工沉降观测,为今后的勘察设计施工提供可靠的信息和相应的信息。沉降参数用于指导合理的施工过程,以防止施工过程中的不均匀沉降。因此,施工沉降观测也是防止建筑物基础不均匀沉降的措施之一。[【9】潘晓辉.防止高层建筑基础不均匀沉降的措施[J].智能城市,2016,2(6):191.]【9】

 

 

 

 

 

表1:高层建筑造价表


(四)加强施工质量控制
为了确保建筑物的质量,可以降低建筑物基础不均匀沉降的可能性。分析了过去发生的建筑物不均匀沉降的原因,施工质量比例不足。施工质量控制总结如下:首先,材料的依从性是可接受的,必须确保所购钢材达标,确保砂浆、铲子、砌体、石材等建筑材料的强度达标;第二,工艺合理合理,为了减少施工对建筑安全的不利影响,必须实施合理的施工进度和工艺安排。举个例子,当带有地下室的结构减少排水时,当地下室屋顶的覆盖层完成,上层建筑砌体完工,桩基础顺序等时,应根据实际情况;第三,保证该计划合理安全。布局规划应合理,充分考虑周围不利因素的影响,特别是在非空区域,已​​经建造了密集的地点。特别是要注意施工方案的合理性,避免这方面的建设,以及隔壁的安置现象;第四,检查和验收到位。不得错过各种法规的检查,尽早发现问题,处理问题,避免建筑中的疾病。尤其对于强度检测、承载力检测、竖向检测尤为重要;第五,重视施工人员的培训,通过宣传教育,增强施工人员的责任感,严格遵守技术标准和规范。如制定如下图的高层建筑检查记录表。

 

 

 

 

 

 


高层建筑检查记录表一

 

五、结论
  
    本文先讲述的是高层建筑不均匀沉降的原因,其中包括:在前期的工作中没有充分的准备;建筑设计不够严谨,缺乏科学性;对建筑物中的地基处理方法不恰当;建筑物使用的过程中存在突发状况和基础形式选择不尽合理。之后说明高层建筑不均匀沉降的处理原则,其中包含:确保为初始准备做好充分准备;优化高层建筑的设计;高层房屋建筑工程中,应当先勘察后设计;减轻建筑结构的自重;合理的构建建筑物的体型,按设要求正确使用房屋;增强建筑物的整体刚度和调整各部分荷载分布,合理安排施工顺序。然后指出高层建筑不均匀沉降的处理措施,其中有:高层建筑沉降缝的设置;高层建筑整体基础的采用;主楼与裙楼基础的联合设计和严格控制纵横比,科学合理的布置墙面。最后给出预防高层建筑不均匀沉降的主要技术和质量检测,其中包括:基础加固技术;校正技术;从施工开始,提高施工质量和加强施工质量控制。通过本文的分析和研究带给高层建筑工作者一定的参考和借鉴,减少高层建筑的不均匀沉降问题,促进高层建筑质量走向一个新的台阶。

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致 谢:
通过这三个月来的忙碌和学习,本次毕业论文设计已接近尾声,作为一个大专生的毕业设计,由于经验的匮乏,难免有许多考虑不周全的地方,在这里衷心感谢指导老师的督促指导,以及一起学习的同学们的支持,让我按时完成了这次毕业设计。
在毕业论文设计过程中,我遇到了许许多多的困难。在此我要感谢我的指导老师给我悉心的帮助和对我耐心而细致的指导,我的毕业论文较为复杂烦琐,但是老师仍然细心地纠正图中的错误。除了敬佩老师的专业水平以外,他的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样,并将积极影响我今后的学习和工作,我才得以解决毕业设计中遇到的种种问题。同时感谢我院、系领导对我们的教导和关注;感谢大学三年传授我们专业知识的所有老师。谢谢你们呕心沥血的教导。还有谢谢我周围的同窗朋友,他们给了我无数的关心和鼓励,也让我的大学生活充满了温暖和欢乐。如果没有他们的帮助,此次毕业论文的完成将变得困难。他们在我设计中给了我许多宝贵的意见和建议。同时也要感谢自己遇到困难的时候没有一蹶不振,取而代之的是找到了最好的方法来解决问题。最后,感谢生我养我的父母。谢谢他们给了我无私的爱,为我求学所付出的巨大牺牲和努力。 

 

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