高層建筑地基沉降及控制措施分析

李家亮

（中鐵十四局集團(tuán)西北工程有限公司，陜西 西安 710000）

在高層建筑建設(shè)過程中，建筑物層數(shù)高、荷載大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、基礎(chǔ)處理不當(dāng)，都會(huì)導(dǎo)致建筑物發(fā)生沉降，影響結(jié)構(gòu)使用安全。因此，加強(qiáng)高層建筑地基沉降原因分析，并制定有效的控制措施，顯得尤為重要。

1 地基沉降問題的背景

當(dāng)前高層建筑業(yè)發(fā)展迅速，其使用功能和結(jié)構(gòu)安全的要求也隨之提高，對(duì)施工技術(shù)帶來巨大的挑戰(zhàn)?；A(chǔ)設(shè)計(jì)應(yīng)科學(xué)謹(jǐn)慎、建模分析、選型正確；施工過程應(yīng)制定方案、按圖施工、實(shí)時(shí)觀測；出現(xiàn)問題應(yīng)尋找原因、專家論證、采取措施。高層建筑基礎(chǔ)沉降最優(yōu)措施則是消滅在設(shè)計(jì)階段，控制在施工階段，把問題前置，避免后期問題出現(xiàn)。

2 高層建筑地基沉降原因

2.1 設(shè)計(jì)失誤

在進(jìn)行高層建筑項(xiàng)目建設(shè)的時(shí)候，經(jīng)常會(huì)因?yàn)樵O(shè)計(jì)失誤而導(dǎo)致地基沉降。其設(shè)計(jì)失誤的原因大多是設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)的時(shí)候勘察報(bào)告不詳細(xì)，設(shè)計(jì)荷載考慮不周，對(duì)整體設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)沒有進(jìn)行適當(dāng)?shù)陌芽?，同時(shí)也沒有選擇合適的參數(shù)導(dǎo)致的。另外在基礎(chǔ)選型過程中操作失誤，在建設(shè)完成之后，隨著使用時(shí)間的延長，逐漸暴露所有的問題，嚴(yán)重的情況下因受力不均產(chǎn)生沉降現(xiàn)象。除此之外，相關(guān)的設(shè)計(jì)人員沒有考慮地面沉降發(fā)生的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)采用哪些措施進(jìn)行調(diào)節(jié)，怎樣對(duì)這一情況進(jìn)行整體統(tǒng)籌安排。

2.2 施工的影響

施工問題也是引發(fā)地面沉降的重要影響因素。其主要包含人為因素、機(jī)械設(shè)備、施工材料以及施工方法、環(huán)境等方面。在施工階段許多工人沒有足夠的專業(yè)知識(shí)和技能，沒有經(jīng)過任何的指導(dǎo)訓(xùn)練就直接開始工作。由于大多數(shù)工人們技術(shù)不達(dá)標(biāo)，施工過程就會(huì)很容易出現(xiàn)問題，導(dǎo)致整體高層建筑結(jié)構(gòu)被破壞，影響地面受力問題引發(fā)沉降現(xiàn)象。另外，建設(shè)過程中破壞地基、在剛剛完工的地區(qū)放置了許多重量材料；還有建設(shè)中使用劣質(zhì)原材料，建設(shè)過程不達(dá)標(biāo)；各種縫隙過大，沒有設(shè)置合適的拉結(jié)筋等，以上都是造成地面沉降的原因。再者，施工機(jī)械設(shè)備落后，不利于當(dāng)前工程建設(shè)需求。受到施工方法選擇不當(dāng)、建設(shè)工程周邊環(huán)境等方面的制約均會(huì)導(dǎo)致工程地基沉降病害的發(fā)生。

2.3 未能實(shí)時(shí)觀測

建筑物沉降觀測是施工和運(yùn)營管理過程中安全監(jiān)測的必要手段。但就當(dāng)前具體現(xiàn)狀而已，高層建筑施工中未制定沉降觀測方案，同時(shí)沉降觀測未提供實(shí)際沉降值，只是走形式，并未落實(shí)到實(shí)處。

3 高層建筑地基沉降加固技術(shù)

3.1 灌漿加固

灌漿加固技術(shù)是高層建筑常用的技術(shù)之一，它采用劈裂灌漿的方式。具體操作方法就是運(yùn)用液壓力在回填土土層的空隙中灌入固化的水泥漿液。原理就是在進(jìn)行灌漿的時(shí)候，漿液可以在灌漿管管道出口處產(chǎn)生一定的壓力，土地受力后會(huì)出現(xiàn)裂縫，漿液就可以從出口出來順著裂縫從土質(zhì)強(qiáng)度較低的地區(qū)向強(qiáng)度較高的地區(qū)劈裂。這些漿液也就留在了土中固化形成了加固土體的支柱，最終形成系統(tǒng)。灌漿加固可以將土層加固、改變土質(zhì)，形成強(qiáng)度高、穩(wěn)定性強(qiáng)、抗?jié)B性高、壓縮性能比較低的土體。土層的載重能力越高，高層建筑的地基也就越穩(wěn)固，發(fā)生地面沉降現(xiàn)象的概率也就降低了。

3.2 靜力樁加固

在高層建筑之中，靜力樁加固技術(shù)也被廣泛的應(yīng)用。靜力樁加固技術(shù)就是借力打力，運(yùn)用高層建筑的壓力當(dāng)作反作用力，使用相應(yīng)的設(shè)備在土層內(nèi)部插入靜力樁。這樣就可以使得土壤中的縫隙減少，改變了土壤的堅(jiān)硬度，調(diào)整土層的結(jié)構(gòu)，最終加固了地基。施工時(shí)，主要注意靜力樁的連接處，時(shí)刻注意液壓的壓力，在所有的靜力樁都建設(shè)完成之后就要進(jìn)行焊接，要進(jìn)行具體的規(guī)劃和整合才能保證焊接的整體性。靜力樁技術(shù)的特殊性使其更適合在軟土地基上使用，因?yàn)樗脑砭褪怯孟鄳?yīng)的機(jī)器設(shè)備將地基樁壓入土中。另外這項(xiàng)技術(shù)相比上面的灌漿加固更少地使用混凝土、鋼筋，這極大的降低了成本，提高了效益，并且比較綠色環(huán)保。得益于其眾多的優(yōu)勢，該項(xiàng)技術(shù)在高層建筑之中已經(jīng)被廣泛的運(yùn)用，并且取得了不錯(cuò)的效果。

3.3 粉煤灰碎石樁加固

該項(xiàng)技術(shù)的原理就是通過在水泥中加入一定的碎石以及粉煤灰混合均勻之后進(jìn)行凝固，形成堅(jiān)固的水泥樁之后，再與軟土層結(jié)合形成復(fù)合型的地基。相比較上面的加固技術(shù)，該項(xiàng)技術(shù)更加方便簡潔，并且十分靈活，結(jié)合后的復(fù)合型地基也比較堅(jiān)固。但是，此項(xiàng)技術(shù)很容易會(huì)堵塞管道，不利于施工進(jìn)行，嚴(yán)重的話會(huì)因?yàn)楣艿乐羞^高的壓力導(dǎo)致爆炸，有一定的危險(xiǎn)。

3.4 強(qiáng)夯置換加固

對(duì)于強(qiáng)夯置換加固，它的建設(shè)方法就是對(duì)整體施工地區(qū)進(jìn)行預(yù)壓，然后在對(duì)現(xiàn)場有關(guān)的夯點(diǎn)進(jìn)行精確，科學(xué)的測量，這樣就可以通過測量得出施工地區(qū)的水能多少，然后再根據(jù)水能的多少選擇合適的方法進(jìn)行排水。比如填入砂石或者建設(shè)豎井，前者就是在地基的表層填入砂石和粗砂，使得地面表層出現(xiàn)裂縫現(xiàn)象的概率降低。另外還可以通過夯實(shí)進(jìn)行加固，從四周向中間進(jìn)行強(qiáng)夯，為了保證在夯實(shí)的過程受力較為均勻可以先進(jìn)行夯鋪再次進(jìn)行夯擊。以上措施都進(jìn)一步增強(qiáng)了地基的承載力，保證了高層建筑的穩(wěn)固。

3.5 置換加固

所謂置換法就是字面意思通過置換的方法加固地基，具體做法如下：在施工地區(qū)將地基中的石灰石、小碎石進(jìn)行置換。該項(xiàng)方法在軟土土質(zhì)應(yīng)用比較常見，主要是軟土地基厚度較小的地區(qū)。原理就是采用承載性能比較強(qiáng)的土層在上面作為支撐，同時(shí)查驗(yàn)下層土質(zhì)的承載能力，如果下層土質(zhì)能力不夠就要淺埋地基，同時(shí)增加能力較強(qiáng)的土層厚度，實(shí)際的置換可以在高層建筑中起到應(yīng)有的效果，保證地基的穩(wěn)固。

3.6 基礎(chǔ)加寬加固

在高層建筑中基礎(chǔ)加寬加固技術(shù)也是通過增強(qiáng)地基承載能力，避免地面沉降現(xiàn)象出現(xiàn)。它的具體環(huán)節(jié)是挖掘→加寬地基→壓實(shí)地基→鋪設(shè)墊層（注意墊層的厚度與填料相同）→鑿毛強(qiáng)基→設(shè)置混凝土→澆灌混凝土→安置鋼筋等→檢查質(zhì)量。在這項(xiàng)技術(shù)中如果出現(xiàn)地基面積過小，或者地基的承載能力很低的時(shí)候可以通過加大地基面積保證使用，面積的增加可以降低地基的承載壓力，間接的就會(huì)保證地基的穩(wěn)固，減少沉降。如果一些施工現(xiàn)場比較方便，可以使用混凝土或者鋼筋等進(jìn)行加固，在原先地基的基礎(chǔ)上鏈接新的地基，一方面加大了面積，另一方面也提高了地面的承載能力。

4 提升高層建筑地基沉降有效措施

4.1 加強(qiáng)設(shè)計(jì)控制

在設(shè)計(jì)過程中需重視前期勘察設(shè)計(jì)分析，并制定有效的勘察方案，并加強(qiáng)荷載設(shè)計(jì)分析，重視基層選型，從而更好的保證高層建筑整體建設(shè)質(zhì)量。

4.2 加強(qiáng)基礎(chǔ)施工質(zhì)量控制

對(duì)于高層建筑會(huì)發(fā)生沉降現(xiàn)象，也要采取一定的措施進(jìn)行維護(hù)。澆筑施工技術(shù)就是應(yīng)用比較廣泛的技術(shù)之一，其質(zhì)量決定了高層建筑的穩(wěn)固性能。因此，在進(jìn)行施工之前就要按照相應(yīng)的要求放線，即使放線步驟比較簡單，不需要太高端的技術(shù)水平，工人們也不能完全放松，要按照要求嚴(yán)格的執(zhí)行。之后根據(jù)設(shè)計(jì)圖挖制地基，在挖制的時(shí)候要先進(jìn)行科學(xué)的計(jì)算，得出挖坡比和一些關(guān)鍵點(diǎn)，確保與設(shè)計(jì)圖完整無誤，整體建筑構(gòu)造符合要求。在以上工作完成之后要按照相應(yīng)的規(guī)范進(jìn)行后續(xù)澆筑工作。

4.3 重視沉降觀測

觀測期間若發(fā)現(xiàn)沉降異常，應(yīng)監(jiān)測建筑物的水平位移和傾斜情況?；鶞?zhǔn)點(diǎn)是檢定沉降觀測點(diǎn)的依據(jù)，整個(gè)觀測過程中對(duì)它要求穩(wěn)定不變，因此要選埋在穩(wěn)定地方，且遠(yuǎn)離被測建筑物（大于40m）。觀測點(diǎn)應(yīng)固定在擬測建筑物上，布設(shè)位置在施工期間和竣工后一段時(shí)期內(nèi)須保證能進(jìn)行觀測，并且正確反映建筑物的沉降情況。各次觀測前先對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)實(shí)行檢測，確定點(diǎn)位穩(wěn)定可用，才進(jìn)行各沉降點(diǎn)觀測。避開在有震動(dòng)影響的地方架設(shè)儀器站。測量成果實(shí)行二級(jí)檢查、一級(jí)驗(yàn)收制度。二級(jí)檢查為作業(yè)員互檢、乙方質(zhì)檢科檢查；一級(jí)驗(yàn)收由甲方委托驗(yàn)收。檢查方式采用過程檢查與最終檢查相結(jié)合的方式進(jìn)行。

5 結(jié)束語

綜上所述，在目前的技術(shù)條件下，導(dǎo)致高層建筑基礎(chǔ)沉降的原因是多方面的。工程師應(yīng)根據(jù)施工現(xiàn)場的實(shí)際需求，全面分析和控制地基沉降的影響因素，采取現(xiàn)實(shí)控制措施，最大限度地減少控制地基沉降的負(fù)面影響，從而牢固地護(hù)衛(wèi)高層建筑的整體安全。