大多数建筑在使用过程中会产生均匀或不均匀沉降现象,其中均匀沉降一般不会对建筑物带来很大的危害，但是不均匀沉降问题会给人们带来巨大的财产、生命损失。尤其是在软基础上的地基上沉降幅度比较大,并且沉降量很不均匀,造成事故的频繁发生,因此,只有在设计及施工中确保建筑物的均匀沉降量处于规范规定的允许范围,并减少建筑的不均匀沉降量已成为建筑设计的重要部分。

一、建筑地基不均匀沉降的原因 

1、设计方面

设计的平面图形复杂、层高高差或荷载明显不同;建筑物单体长度过大;地基土的压缩性有显著不同或地基处理等方法不同,不按规范规定设置沉降缝;基础刚度或住宅整体刚度不强;设计计算粗糙;照搬其他建筑物的基础或主体设计等,对所设计的地质情况了解不透彻,导致建筑物地基产生不均匀沉降。

2、地质勘察报告方面

工程地质勘查报告应正确反映土层性质、地下水和土工试验情况,并结合设计要求,对地基做出评价,对设计和施工提出必要的建议。若地质报告不细致甚至不真实抄袭相邻建筑物的地质报告、地质钻孔中布控或深度不到位,甚至出具虚假报告,这些情况都会对设计人员造成分析、判断的错误,直接导致地基设计的错误。

3、施工方面

墙体砌筑时灰缝不饱满,砂浆强度偏低;砖墙槎砌筑不当,有通缝,断砖集中使用;拉结筋不按规范规定布置,墙体留搓违反规范要求等等都是产生沉降的因素。比较重要的建筑物在地基设计时必须正确进行沉降设计计算,并针对不均匀沉降,采取各种必要的措施,施工中严格按照相关规范实施。

二、建筑地基沉降设计的基本原理

沉降设计的基本原理土的压缩性是指土在一定的压力作用下体积缩小的性能。有关研究结果表明,作为三相系的土,在工程实践中常达到的压力作用下,土粒本身和孔隙中的水、气压缩量极小,可忽略不计;但在外荷作用下,土体中土粒间原有的联结可能受到削弱或破坏,从而产生相对的移动,土粒重新排列,相互挤紧从而导致土体孔隙中的部分水、气将被排出,土的孔隙体积便因此缩小,从而导致土体体积变小,其压缩量随时间增长的过程,称为土的固结。 固结问题和固结特性是作为多相介质的土体所特有的区别其它工程材料的一个独特性质。对一般粘性土而言,通常所说的基础沉降一般都是指固结沉降,目前在工程中广泛采用的计算方法是以无侧向变形条件下的单向压缩分层总和法,首先确立应力应变关系,广泛采用材料力学中的广义虎克定律,即土体的应力与应变假定为线性关系。这里的压缩模量Es或Eo变形模量的地位(三维条件下还有土的侧膨胀系数即泊松比L)均相当于虎克定律中的杨氏模量的地位和作用。但是土体毕竟不是理想弹性体,从土的室内压缩试验中的土的回弹、再压曲线可知,土体的变形是由弹性变形和塑性变形两部份组成,所以,回弹曲线与再压曲线能构成一个迥滞环。同时应力的状态、大小以及排水条等的不同,均会使土的变形沉降发生变化,从而导致计算的变形参数产生相应的改变,且使理论计算结果与现场实测发生差异。这样,即使是最接近实际的三维变形状态并考虑土体固结过程中的侧向变形时,理论计算的沉降值也必须用沉降计算经验系数Ms进行修正,这些变形计算参数可通过室内或现场试验的方法确定。

三、建筑地基不均匀沉降设计的具休措施

1、建筑设计措施

(1)建筑平面应力求简单,高差不宜过大。建筑平面简单、高度一致的建筑物,基底应力较均匀,圈梁容易拉通,整体刚度好,即使沉降较大,建筑物也不易产生裂缝和损坏。而对于立面上有高差的建筑物,由于作用在地基上荷载的突变,使建筑物高低相接触处出现过大的差异沉降,常造成建筑物的轻、低部分倾斜或开裂破坏。

(2)控制建筑物的长高比及合理布置纵横墙。砖石承重的建筑物,当其长度与高度之比较小时,建筑物的刚度好,能有效防止建筑物开裂;另外合理布置纵横墙是增强建筑物刚度的重要措施之一,纵横墙布置时砖石承重结构的纵横墙应尽量贯通,横墙间距适当,一般不大于建筑物宽度的1. 5倍为妥,纵横墙最好不转折或少转折,可提高建筑物的整体性。

(3)设置沉降缝,这是一种纯粹的方法。用沉降缝将建筑物从屋面到基础分割成若干个独立的沉降单元,则使得建筑物的平面变得简单、长高比减小,从而有效减轻地基的不均匀沉降。因而考虑在对平面图形复杂的转折处;层高高差处或荷载显著不同的部位,在地基土的压缩性有显著不同处或在地基处理方法不同处及分期建筑的交接处设置沉降缝。沉降缝应有足够宽度,缝内一般不填充材料,以便充分发挥其作用。沿高层建筑主、裙楼交接处设沉降缝。沉降缝自上而下(基础也要断开)将主楼和裙楼分隔成各自独立的结构单元,相邻结构单元之间的差异沉降并不相互影响,不会由此产生结构内力。主楼的沉降量一般要比裙楼的沉降量要大,基础施工前可先分别估算主楼单元及裙楼单元各自的沉降量,在施工时适当调高主楼楼面相对高度和适当调低裙楼楼面相对高度,使两者在经历了整个沉降过程后变为一致。

(4)考虑相邻建筑物的影响。建筑物荷载不仅使建筑物地基土产生压缩变形,而且由于基底压力扩散的影响,在相邻范围内的土层,也将产生压缩变形。为此应使建筑物之间相隔一定距离,距离应满足规范要求。

(5)建筑物标高的控制与调整。确定建筑物各部分的标高,应考虑沉降引起的变化。

2、结构设计措施

(1)增强建筑物的刚度和强度。控制建筑物的长高比和适当加密横墙可增加建筑物的刚度和整体性。此外,从结构处理上应在砌体中设置圈梁能增强建筑物的整体性,即使建筑物有较大的沉降,也不致产生过大的挠曲变形,它在一定程度上能防止或减少裂缝的出现,即使出现了裂缝也能阻止裂缝的发展。

(2)减轻或调整建筑物的荷载。尽量采用自重轻的结构形式,如,采用轻钢结构、预应力混凝土结构以及轻型屋面等。设置地下室或半地下室也是减少建筑物沉降的有效措施。

(3)上部结构采用静定结构体系。在软弱地基上的公共建筑物、单层工业厂房、仓库等,可考虑采用静定结构体系,以减轻不均匀沉降产生的不利后果。

3、地基基础设计措施 

(1)地基基础设计应以控制变形值为主,设计单位必须进行基础最终沉降量和偏心距离的验算。在建筑物体形复杂,纵向刚度较差时,基础的最终沉降量必须在15mm以内,偏心距应当控制在15j以内。

(2)当天然地基不能满足建筑物沉降变形控制要求的,必须采取技术措施。例如,可采用打预制钢筋混凝土短桩、砂井真空预压、深层搅拌桩、新型碎石桩等方法进行技术处理。

(3)基础设计时应有意识的加强基础的刚度和强度。应根据地基软弱程度和上部结构的不同情况,可采用钢筋混凝土十字交叉条形基础或筏形基础、肋筏基础,有时甚至采用箱形基础,采用这类基础形式,可被消除基础的挠曲变形。

(4)同一建筑物尽量采用同一类型的基础并理置于同一土层中,当采用不同的基础形式时,上部结构必须断开,尤其是地震区,因为,地震中软土上各类地基的附加下沉量是不同的。

四、结语 

地基产生不均匀沉降的原因是多方面的,带给建筑物的影响较大,对建筑物的破坏时难以修复的,但是能在勘察设计、施工等各方面采取一定的措施,就可以有效地预防和控制不均匀沉降的产生。在设计中,必须主动运用设计手段,不仅从上部结构或地基单方面采取措施,而且还要充分考虑上部结构与地基的共同工作,对建筑体型、荷载情况、结构类型和地质条件等进行综合分析,采取相应的设计措施,这样就可以确保均匀沉降在规范规定的允许范围内,并减少地基特别是软土地基上建筑物的不均匀沉降,保证建筑物的安全和正常使用。

知识点：建筑不均匀沉降原因分析

路基横向不均匀沉降原因分析