当建筑物的不均匀沉降过大时,将使建筑物开裂损坏并影响其使用,特别对于高压缩性土、膨胀土、湿陷性黄土以及软硬不均等不良地基上的建筑物,由于总沉降量大,故不均匀沉降相应也大,如何防止或减轻不均匀沉降的危害,是设计中必须认真思考的问题。通常的方法可以有:①采用桩基础或其他深基础,以减少地基总沉降量;②对地基进行处理,以提高地基的承载力和压缩模量;③在建筑、结构和施工中采取措施。总之,采取措施的目的一方面是为了减少建筑物的总沉降量以及不均匀沉降,另一方面也可增强上部结构对沉降和不均匀沉降的适应能力。
8.8.1 建筑措施
1.建筑物的体型力求简单
建筑物的体型指的是其平面形状和立面高差(包括荷载差)。在满足使用和其他要求的前提下,建筑体型应力求简单,避免凹凸转角,因为在建筑单元纵横交叉处,基础密集,使得地基的附加应力相互重叠,造成这部分的沉降大于其他部位,如果这类建筑物的整体刚度较差,很容易因不均匀沉降引起建筑物开裂破坏。图8-36为平面呈“E”形的四层内框架混合结构房屋,钢筋混凝土条形基础,地基的孔隙比大于1.5,为淤泥质土和淤泥,施工半年后,该房屋就因沉降不均匀,使砖墙和楼板均出现严重裂缝。
建筑物的高低或荷载变化太大,地基各部分所受的轻重不同,必然会加大不均匀沉降。图8-37为软土地基上紧邻高差一层以上而不用沉降缝断开的混合结构房屋,较低部分墙面有很多裂缝。
2.增强结构的整体刚度
建筑物的长度与高度的比值称为长高比,长高比是衡量建筑物结构刚度的一个指标。长高比越大,整体刚度就越差,抵抗弯曲变形和调整不均匀沉降的能力也就越差。图8-38为长高比达7.6的超长建筑物纵墙开裂的实例。根据软土地基的经验,砖石承重的混合结构建筑物,长高比控制在3以内,一般可避免不均匀沉降引起的裂缝。若房屋的最大沉降小于或等于120mm时,长高比适当大些也可避免不均匀沉降引起的裂缝。
合理布置纵横墙,也是增强砖石混合结构整体刚度的重要措施之一。砖石混合结构房屋的纵向刚度较弱,地基的不均匀沉降主要损害纵墙,内外墙的中断、转折都将削弱建筑物的纵向刚度。为此,在软弱地基上建造砖石混合结构房屋,应尽量使内外纵墙都贯通。缩小横墙的间距,能有效地改善整体性,进而增强了调整不均匀沉降的能力。不少小开间集体宿舍,尽管沉降较大,由于其长高比较小,内外纵墙贯通,而横墙间距较小,房屋结构仍能保持完好无损。所以可以通过控制长高比和合理布置墙体来增强房屋结构的刚度。
图8-36 “E”形平面建筑物的不均匀沉降
图8-37 建筑物高差大而开裂
图8-38 长高比达7.6的过长建筑物纵墙开裂实例
3.设置沉降缝
沉降缝不同于温度伸缩缝,它将建筑物连同基础分割为两个或更多个独立的沉降单元,分割出的沉降单元应具备体型简单、长高比较小、结构类型单一以及地基比较均匀等条件,即每个沉降单元的不均匀沉降均很小。建筑物的下列部位宜设置沉降缝:
(1)复杂建筑平面的转折部位;
(2)建筑物的高度或荷载差异处;
(3)长高比过大的砌体承重结构或钢筋混凝土框架结构的适当部位;
(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)分期建造房屋的交接处。
沉降缝应有足够的宽度,缝宽可按表8-7选用。
表8-7 ī 沉降缝的宽度
4.相邻建筑物基础间应有合适的净距
由于地基附加应力的扩散作用,使相邻建筑物近端的沉降均增加。在软弱地基上,同时建造的两座建筑物之间、新老建筑物之间,如果距离太近,均会产生附加的不均匀沉降,从而造成建筑物的开裂或互倾,甚至使房屋整体横倾大大增加。
为了避免相邻建筑物影响的危害,软弱地基上的相邻建筑物,要有一定的距离,间隔的距离与影响建筑物的规模和重量及被影响建筑物的刚度有关,可按表8-8确定。
相邻高耸结构或对倾斜要求严格的构筑物的外墙间隔距离,可根据允许值计算确定。
表8-8 相邻建筑物基础间净距 单位:m
注: ①表中L为建筑物长度或沉降缝分隔单元长度(m);Hf为自基础底面起算的建筑物高度(m)。
②当被影响建筑的长高比为1.5≤L/Hf<2.0时,其间隔净距可适当缩小。
5.调整某些设计标高
过大的建筑物沉降,使原有标高发生变化,严重时将影响建筑物的使用功能。根据可能产生的沉降量,采取适当的预防措施:
(1)室内地坪和地下设施的标高,应根据预估沉降量予以提高。建筑物各部分(或设备之间)有联系时,可将沉降较大者的标高适当提高。
(2)建筑物与设备之间,应留有足够的净空。有管道穿过建筑物时,应预留足够尺寸的空洞,或采用柔性的管道接头等。
8.8.2 结构措施
1.设置圈梁
对于砖石承重墙房屋,不均匀沉降的损害主要表现为墙体的开裂,因此常在墙内设置钢筋混凝土圈梁来增强其承受弯曲变形的能力。当墙体弯曲时,圈梁主要承受拉应力,弥补了砌体抗拉强度不足的弱点,增加墙体刚度,能防止出现裂缝及阻止裂缝的开展。
圈梁的设置通常是,多层房屋在基础和顶层各设置一道,其他各层可隔层设置,必要时也可层层设置,圈梁常设在窗顶或楼板下面。
对于单层工业厂房、仓库,可结合基础梁、连系梁、过梁等酌情设置。
每道圈梁应设置在外墙、内纵墙和主要内横墙上,并应在平面内形成封闭系统。当开洞过大使墙体削弱时,宜在削弱部位按梁通过计算适当配筋或采用构造柱及圈梁加强。
2.选用合适的结构形式
选用当支座发生相对变位时不会在结构内引起很大附加应力的结构形式,如排架、三铰拱(架)等非敏感性结构。例如采用三铰门架结构作小型仓库和厂房,当基础倾斜时,上部结构内不产生次应力,可以取得较好的效果。
必须注意,采用这些结构后,还应当采取相应的防范措施,如避免用连续吊车梁及刚性屋面防水层、墙内加设圈梁等。
3.减轻建筑物和基础的自重
在基底压力中,建筑物自重(包括基础及覆土重)所占比例很大,据估计,工业建筑物占1/2左右,民用建筑物可达3/5以上。为此,对于软弱地基上的建筑物,减轻其自重,能有效地减少沉降和不均匀沉降。
(1)采用轻型结构。如预应力钢筋混凝土结构、轻型屋面板、轻型钢结构及各种轻型空间结构。
(2)减少墙体重量。如采用空心砌块、轻质砌块、多孔砖以及其他轻质高强度墙体材料。非承重墙可用轻质隔墙代替。
(3)减少基础及覆土的重量。可选用自重轻、回填土少的基础形式,如壳体基础、空心基础等。如室内地坪标高较高时可用架空地板代替室内厚填土。
4.减小或调整基底附加压力
(1)设置地下室(或半地下室)。利用挖取的土重补偿一部分甚至全部建筑物的重量,使基底附加压力减小,达到减小沉降的目的。有较大埋深的箱形基础或具有地下室的筏板基础便是理想的基础形式。局部地下室应设置在建筑物的重、高部位以下。如某地图书馆大楼的书库比阅览室重得多,在书库下设地下室,并与阅览室用沉降缝隔断,建筑物各部分的沉降就比较均匀。
(2)改变基础底面尺寸。对不均匀沉降要求严格的建筑物,可通过改变基础底面尺寸来获得不同的基底附加压力,对不均匀沉降进行调整。
5.加强基础刚度
对于建筑体型复杂、荷载差异较大的上部结构,可采用加强基础刚度的方法,如采用箱基、厚度较大的筏基、桩箱基础以及桩筏基础等,以减少不均匀沉降。
8.8.3 施工措施
在软弱地基上进行工程建设时,合理安排施工程序,注意施工方法,也能减小或调整部分不均匀沉降。
1.遵照先建重(高)建筑,后建轻(低)建筑的程序
当拟建的相邻建筑物之间轻(低)重(高)相差悬殊时,一般应先建重(高)建筑物,后建轻(低)建筑物,有时甚至需要在重(高)建筑物竣工后,间歇一段时间,再建造轻而低的裙房建筑物。
2.建筑物施工前使地基预先沉降
活荷载较大的建筑物,如料仓、油罐等,条件许可时,在施工前采用控制加载速率的堆载预压措施,使地基预先沉降,以减少建筑物施工后的沉降及不均匀沉降。
3.注意沉桩、降水对邻近建筑物的影响
在拟建的密集建筑群内若有采用桩基础的建筑物,沉桩工作应首先进行;若必须同时建造,则应采取合理的沉桩路线,控制沉桩速率、预钻孔等方法来减轻沉桩对邻近建筑物的影响。在开挖深基坑并采用井点降水措施时,可采用坑内降水、坑外回灌或采用能隔水的围护结构(如水泥土搅拌桩)等措施,来减轻深基坑开挖对邻近建筑物的不良影响。
4.基坑研挖坑底土的保护
基坑开挖时,要注意对坑底土的保护,特别是坑底土为淤泥和淤泥质土时,尽可能不扰动土的原状结构,通常在坑底保留20cm厚的原土层,待浇捣混凝土垫层时才予以挖除,以减少坑底土扰动产生的不均匀沉降。当坑底土为粉土或粉砂时,可采用坑内降水和合适的围护结构,以避免产生流砂现象。
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