减轻不均匀沉降危害的措施
减轻不均匀沉降危害的措施
一般来说,地基产生均匀沉降,对建筑物本身影响不大,可以预留沉降标高加以解决。但对地基不均匀沉降,应当引起注意,当不均匀沉降超过建筑物承受的限度时,即产生开裂破坏,严重倾斜,影响建筑使用,危及安全。
产生不均匀沉降的原因是:
① 上部荷载突变,高低交界处产生不均匀沉降;
② 地基土的压缩性质相差悬殊,土层水平方向软硬突变处产生不均匀沉降;
③ 地基土压缩层相差悬殊,软弱土层厚度变化大(动画8.6.1)。
防止和减轻不均匀沉降的危害,常用的方法有
① 对地基某一深度内或局部进行人工处理;
② 采用桩基或其它深基础方案;
③ 在建筑设计、结构设计和施工方面采取某些工程措施。
a.建筑措施
建筑物的体型系指建筑物的平面和立面形状而言。要求:
①平面形状简单,如用“一”字形建筑物;
②立面上建筑物紧接高差不超过一层;
③控制长高比在2.5~3.0以内;
④内外纵墙避免中断、转折,缩小横墙间距,以增强整体刚度。
设置沉降缝宜设沉降缝的部位:
①平面形状复杂的建筑物转折部位;
②建筑物高度或荷载突变处;
③建筑物结构类型不同处;
④长高比过大的建筑物的适当部位;
⑤地基土软硬交界处;
⑥地基基础处理方法不同处;
⑦局部地下室的边缘;
⑧分期建造房屋的分界面。
一般沉降缝宽度:二、三层房屋为5~8cm,四、五层房屋为8~12cm,六层以上不小于12cm。沉降缝的构造如图8.6.1所示。
控制相邻建筑物的间距(查表8.6.1)
1. 表中l为房屋长度或沉降缝分隔的单元长度,m;Hf为自基础底面起算的房屋
高度,m。
2. 当被影响建筑物的长高比为1.5
调整建筑物某些标高,可以采取下列措施:
① 根据预估沉降量,适当提高室内地坪和地下设施的标高;
② 建筑物各部分(或设备之间)有联系时,可将沉降较大者提高;
③ 在建筑物与设备间应留有足够的净空;
④ 当管道穿过建筑物时,应预留足够尺寸的孔洞或采用柔性管道接头。
b.结构措施
1. 减轻建筑物自重。建筑物的自重在基底压力中占有重要的比例。工业建筑中约占50%,民用建筑中可高达60%~70%,因而减少沉降量常可以从减轻建筑物自重着手:
①采用轻型材料;
②选用轻型结构;
③减轻基础及其上回填土的重量。
2. 设置圈梁和钢筋混凝土构造柱。
3. 减小或调整基础底面的附加压力。
4. 设置连系梁(图8.6.2)。
5. 采用联合基础或连续基础。
6. 使用能适当不均匀沉降的结构
c.施工措施
1. 保持原状结构,细的粘性土如淤泥和淤泥质土具有一定的结构强度,在开挖基槽时,暂不挖到基底标高,保留20cm左右的原土,等基础施工时在挖除,如基槽底已扰动,可先铺一层中粗砂,再铺碎砖、片石块不进行处理。
2. 适当安排施工顺序,先盖重的、高的部分、后盖轻的、低的部分;先主体建筑,后附属建筑等。
图8.6.2
在实际工程中,由于地基软弱,土层薄厚变化大,或在水平方向软硬不一,或建筑物荷载相差悬殊等原因,使地基产生过量的不均匀沉降,造成建筑物倾斜,墙体、楼地面开裂的事故屡见不鲜。因此,如何采取有效措施,防止或减轻不均匀沉降的危害,是很重要的一个问题。
消除或减轻不均匀沉降危害的途径通常有:(1)采用桩基础或其它深基础;
(2)进行地基处理;(3)根据第4章介绍的地基、基础与上部结构共同作用的概念,采取建筑、结构与施工措施。有时(2)、(3)可以同时采用。本节主要第(3)方面的内容。
3.6.1建筑措施
1.建筑物体型应力求简单
建筑物体型包括其平面与立面形状及尺度。平面形状复杂的建筑物,如“L”、“┳”、“ ━ ”、“F”、“工”字形等,在纵横单元交接处的基础密集,地基中附加应力相互重叠,导致该部分的沉降往往大于其他部位。尤其当一些支生的“翼缘”尺度大时,建筑物整体性差,很容易因不均匀沉降引起建筑物墙体的开裂。当建筑物的高低或荷载差异大时,也必然会加大地基的不均匀沉降。因此,在具备发生较大不均匀沉降条件时,建筑物的体型应力求简单。
图3-28 建筑物之间设置的连接体
当需要将建筑物设计成体型较复杂时,宜根据其平面、立面形状、荷载差异等情况,在适当部位用沉降缝将其划分成若干刚度较好的独立单元;或者将两者隔开一定距离,两者之间采用能自由沉降的联接体或简支、悬挑结构相联接,如图3-28所示。
2.控制建筑物的长高比及合理布置纵横墙
当建筑物的长度与高度之比越大,整体刚度越差,抵抗弯曲变形的能力弱,容易导致建筑物的开裂。相反,长高比小的建筑物,刚度大,调整不均匀变形的能力就强。根据工程经验,对于砌体承重的房屋,当予估沉降量大于120mm时,对于三层和三层以上的房屋,其长高比宜小于等于2.5,当长高比控制在2.5~3.0范围内时,宜做到纵墙不转折或少转折,并应控制其内横墙间距或增强基础刚度和强度;当予估沉降量小于或等于120mm时,长高比可不受限制。
图3-29 沉降缝构造示意图
合理布置纵横墙,使内外墙贯通,减少墙体转折和中断的情况,是增强建筑物刚度的重要措施。另外,门窗洞口或管道洞口如开设过大,就会削弱墙体刚度,可在洞口周圈设置钢筋混凝土边框予以加强。
3.设置沉降缝
用沉降缝将建筑物由基础到屋顶分割成若干个独立单元,使分割成的每单元体型简单,长高比减小,从而提高建筑物的抗裂能力。建筑物的下列部位宜设置沉降缝:
(1)建筑物平面的转折处;
(2)建筑物高度或荷载差异处;
(3)长高比过大的砌体承重结构或钢筋混凝土框架结构适当部位;
(4)地基土的压缩性有显著差异处;
(5)建筑结构或基础类型不同处;
(6)分期建造房屋的交界处。
(3)减少基础和回填土的重量。如采用补偿性基础、可浅埋的配筋扩展基础,以及架空地板减少室内回填土厚度,都是有效措施。
2.增强建筑物的整体刚度和强度
如前所述,对于砌体承重结构房屋,可采取控制长高比以及合理布置纵横墙的措施,除此之外,还可采取如下措施:
(1)设置圈梁
当墙体挠曲时,布置在墙体中的圈梁犹如钢筋混凝土梁内的受拉钢筋,它主要承受拉应力,可有效地防止砌体的开裂。
圈梁截面、配筋以及平面布置等,可按建筑抗震设计规范要求进行。对于多层房屋的基础和顶层宜各设一道,其他可隔层设置;当地基软弱,或建筑体型较复杂,荷载差异较大时,可层层设置。对于单层工业厂房、仓库可结合基础梁、联系梁、过梁等酌情设置。
(2)加强基础刚度
对于建筑体形复杂、荷载差异较大的框架结构,可采用加强基础整体刚度的方法,如采用箱基、桩基、厚度较大的筏基等,以抵抗地基的不均匀沉降。
3.减小或调整基底附加压力
(1)设置地下室。采用补偿性基础设计方法,以挖除的土重抵消部分甚至全部的建筑物重量,达到减小沉降的目的。
(2)调整基底尺寸。按地基承载力确定出基础底面尺寸之后,应用沉降理论和必要的计算,并结合设计经验,调整基底尺寸,以控制不同荷载的基础沉降量接近。
4.选用非敏感性结构
排架结构或三铰拱等结构,地基发生一定的不均匀沉降时,不会引起很大的附加应力,因此可减轻不均匀沉降的危害。对于单层工业厂房、仓库和某些公共建筑,在情况许可时,可以选用对地基沉降不敏感的结构。
3.6.3施工措施
在工程建设施工中,合理安排施工顺序,注意某些施工方法,可减小或调整部分不均匀沉降。
(1)合理安排施工顺序。当建筑物各部分高度或荷载差异大时,应按先高后低,先重后轻的顺序进行施工;并注意高低部分相连接的合适时间,一般可根据沉降观测资料确定。例如,北京五星级长城饭店,塔楼客房为18层,中心阁楼22层,采用两层箱形基础;共享大厅为7层,采用独立柱基。其施工顺序为:先盖高重的客房主楼与阁楼,使地基沉降大部分已产生;后盖轻低的大厅,有效地缩小了两者沉降差。
(2)注意施工方法:对于高灵敏度的软粘土,基槽开挖施工中,需注意保护持力层不被扰动,通常可在基底标高以上,保留20cm厚的原土层,待基础施工时再予以挖除,可避免基底超挖现象,扰动土的原状结构。如发现坑底软土被扰动,可仔细挖除扰动部分,用砂、碎石压实处理。另外需注意控制加荷速率。