結(jié)構(gòu)工程師輔導(dǎo):處理相鄰建筑物地基沉降影響的方法

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1前言
     緊張的城市用地,使得一棟房屋緊鄰另一棟房屋建造的現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生。兩棟房屋要么緊緊相連,使用同一基礎(chǔ);要么設(shè)一道變形縫,各用一半基礎(chǔ);要么采用懸挑基礎(chǔ)或樁基礎(chǔ)。尤其是一些設(shè)計(jì)和建設(shè)單位只注意一般新建房屋基礎(chǔ)比原房屋基礎(chǔ)淺埋,兩基礎(chǔ)間凈距一般取基礎(chǔ)底面高差的1—2倍。
    2相鄰荷載對(duì)基礎(chǔ)影響的因素
    2.1相鄰建筑物的影響因素很多,如:新舊建筑物的上部荷載、結(jié)構(gòu)形式、自身剛度、強(qiáng)度、穩(wěn)定性、使用年限、基礎(chǔ)形式、建筑類別、土層性質(zhì)等都是引起建筑物破壞的因素,到底哪一個(gè)是決定性因素,應(yīng)根據(jù)不同的情況具體分析。這里只討論新建房屋對(duì)原房屋的影響。建筑物的荷載是通過基礎(chǔ)傳給地基,在地基土層中引起的附加應(yīng)力具有擴(kuò)散作用,在地面下某一深度的水平面上各點(diǎn)附加應(yīng)力不相等,在均布荷載合力作用線(即基底中心線)上應(yīng)力大,兩側(cè)逐漸減少;距地面愈深應(yīng)力分布范圍愈廣,在同一垂直線上的應(yīng)力隨深度變化,超過某一深度應(yīng)力愈小。應(yīng)力擴(kuò)散是裂縫開展的外因,但不論其應(yīng)力多大,只要原建筑物抵抗變形的能力強(qiáng),就不致于損壞。因此,原有房屋自身具有足夠的剛度、強(qiáng)度和穩(wěn)定性是房屋不被破壞的內(nèi)因。
    2.2附加應(yīng)力的大小取決于地基與基礎(chǔ)的相對(duì)剛度、荷載大小及分布情況,基礎(chǔ)埋深和土的性質(zhì)以及施工時(shí)間間隔等多種因素。因此,新建房屋對(duì)原房屋地基產(chǎn)生影響的主要因素是荷載大小和地基土的性質(zhì)。
    3相鄰建筑物沉降的有關(guān)數(shù)據(jù)
    3.1建筑物的沉降是一個(gè)十分復(fù)雜的問題。通常,一般建筑物在施工期間隨著荷載逐漸增加,地基被壓縮下沉,當(dāng)工程竣工時(shí)完成的沉降量,對(duì)于砂土可認(rèn)為其終沉降已基本完成,對(duì)于低壓縮粘性土可認(rèn)為其終沉降已基本完成,對(duì)于低壓縮粘性土可認(rèn)為已完成終沉降的50%~80%,對(duì)于中壓縮粘性土可認(rèn)為已完成20%~50%,對(duì)高壓縮性粘性土可認(rèn)為已完成5%~20%。因此,根據(jù)相鄰建筑物的預(yù)估沉降量已完成情況可以計(jì)算出新舊房屋下的附加應(yīng)力所引起的沉降及其相互影響。圖1為相鄰基礎(chǔ)對(duì)地基中附加應(yīng)力的影響示意圖。
    3.2沉降計(jì)算
    地基的終沉降量取決于基底附加應(yīng)力p0,基礎(chǔ)底面各層土的壓縮模量Esi,基底下各層土厚度Zi及平均附加應(yīng)力系數(shù)αi,αi-1。不難看出,各層土的平均壓縮模量Es 越大,沉降量越?。换赘郊討?yīng)力P0 越小,沉降量越小。因此,我們認(rèn)為相鄰地基沉降影響大小取決于兩建筑物的終沉降量的大小。
    3.3房屋的變形特征分為沉降量、沉降差、傾斜、局部傾斜4種。它們的作用分別是:沉降量主要用于計(jì)算獨(dú)立柱基礎(chǔ)和地基變形較均勻的排架結(jié)構(gòu)柱基的沉降量,也可預(yù)估建筑物在施工期間和使用期間的地基變形量;沉降差主要用于計(jì)算框架結(jié)構(gòu)相鄰柱基的地基變形差異;傾斜主要用于多層或高層建筑和高聳結(jié)構(gòu)物的傾斜值控制;局部傾斜主要用于計(jì)算砌體承重墻因縱向不均勻沉降引起的傾斜。由變形特征的作用,就可以根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)形式,確定如何控制它們,由控制值的大小確定建筑是否安全和對(duì)相鄰建筑物的影響(見表1)。
    建筑物的地基變形允許值 表1
    變 形 特 征
     地 基 土 類 別
    中、低壓縮性土
     高壓縮性土
    砌 體 承 重 結(jié) 構(gòu) 基 礎(chǔ) 的 局 部 傾 斜
     0.002
     0.003
    工業(yè)與民用建筑相鄰柱基的沉降差
     框架結(jié)構(gòu)
    磚石墻填充的邊排柱
    當(dāng)基礎(chǔ)不均勻沉降時(shí)不產(chǎn)生附加應(yīng)力的結(jié)構(gòu)
     0.002 L
    0.0007 L
    0.005 L
     0.003 L
    0.001L
    0.005 L
    單層排架(柱架6m)柱基沉降量(mm)
     中壓縮性土 120
     200
    橋式吊車軌面的傾斜
     縱向
    橫向
     0.004
    0.003
    多層和高層建筑基礎(chǔ)的傾斜
     H≤24
    24    60< H≤100
    H>100
     0.004
    0.003
    0.002
    0.0015
    高聳結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的傾斜
     H≤20
    20    50< H≤100
    100    150< H≤200
    200< H≤250
     0.008
    0.006
    0.005
    0.004
    0.003
    0.002
    高聳結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的沉降量
    (mm)
     H≤100
    100    200< H≤250
     200
     400
    300
    200
     注:1、H為自室外地面起算的建筑高度(m);2、局部傾斜指砌體承重結(jié)構(gòu)沿縱向6--10m內(nèi)基礎(chǔ)兩點(diǎn)的沉降差與其距離之比。
    4相鄰建筑物基礎(chǔ)的處理
    4.1新舊房屋基礎(chǔ)之間只設(shè)沉降縫時(shí),一般低層辦公、住宅房屋若地質(zhì)均勻,持力層地耐力標(biāo)準(zhǔn)值fk≥80~100kpa,地基沉降量很小,只需加強(qiáng)相鄰?fù)庖婚_間房屋剛度,地基可不作加固處理。多層辦笰、住誩AC房屋若地質(zhì)均勻,持力層地耐力標(biāo)準(zhǔn)值fk≥120~180kpa,地基沉降很小,只需加強(qiáng)相鄰?fù)庖婚_間7課莞Du度,地基可不作處理;否則,應(yīng)處理地基或調(diào)整新舊建筑物的距離,建議采用懸挑基礎(chǔ)或灰土擠密樁加固處理。但應(yīng)注意:當(dāng)舊建筑物的剛度小、質(zhì)量差、穩(wěn)定性低時(shí),應(yīng)先加固舊建筑后再進(jìn)行新建房屋的施工。
    4.2樁基礎(chǔ)適用于軟弱地基處理,但應(yīng)考慮群樁效應(yīng)和樁基下軟弱下臥層的驗(yàn)算。
    4.3懸挑基礎(chǔ):當(dāng)?shù)刭|(zhì)情況或舊建筑物自身?xiàng)l件不滿足上述第1條的要求,兩樓之間又不允許留距離時(shí),應(yīng)采用懸挑基礎(chǔ)的方式解決,如條基加挑梁或筏基加挑梁,不論是哪一種懸挑方式,都必須先滿足變形和強(qiáng)度的要求,地基凈反力必須滿足pmax≤1.2f的要求。
    4.4地基強(qiáng)度不滿足上述幾條要求可采用如下局部處理方法:
    4.4.1若原設(shè)計(jì)局部為條形基礎(chǔ),可把基礎(chǔ)局部擴(kuò)大為整體基礎(chǔ),以滿足上部荷載對(duì)地基的要求,亦可在局部基底下采用地基加固,按《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》(JGJ79—91)進(jìn)行處理,使之達(dá)到與原地基凈反力接近要求。
    4.4.2若原設(shè)計(jì)為筏基,可在局部基底下采用地基處理使?jié)M足承載力的要求,不論選擇哪種處理方法都必須滿足pmax≤1.2f。
    4.4.3局部樁基處理,由于深淺基礎(chǔ)混用,一定要慎重,建議好不用,若使用也只能用小直徑樁,樁長一般從基底下算起3~4m,只考慮摩擦力阻力,不計(jì)端承力。