减轻不均匀沉降的措施

一般来说，地基出现沉降是不可避免的。但是过大的地基沉降会使建筑物损坏后影响建筑物的使用功能。特别是高压缩性土、膨胀土、湿陷性黄土以及软硬不均等不良地基上的建筑物，如果设计时考虑不周、处理不当，更容易因不均匀沉降而开裂损坏。

如何防止或减轻不均匀沉降造成的损害，是结构设计中必须认真考虑的问题。解决这一问题大体上主要有两个方面：一是设法增强上部结构抵抗不均匀沉降的适应能力；二是设法减小不均匀沉降或总沉降量。具体措施有以下4种：

（1）采用柱下条形基础、筏板基础、箱形基础等刚度较大、整体性较好的基础。

（2）采用桩基或其他深基础。

（3）采用各种地基处理的方法。

（4）从地基、基础、上部结构相互作用的观点出发，在建筑、结构和施工方面采取某些措施。

以上前三类措施造价偏高，桩基及其他深基础和许多地基处理方法，往往需要具备一定的施工条件才能采用。因此，对于一般的中小型建筑物，应首先考虑在建筑、结构、施工方面采取减轻不均匀沉降危害的措施，必要时才采用其他的地基基础方案。

1）建筑体型力求简单

建筑体型指建筑平面形状和立面轮廓。建筑平面形状应力求简单、对称，如采用方形、矩形等。平面形状复杂（如“L”“H”“T”“E”等有凹凸部位）的建筑物，在纵横单元交叉处基础密集，产生的附加应力互相叠加，使该处局部沉降量增加；同时，此类建筑物整体刚度差，不对称更容易产生扭曲应力，因而更易使建筑物开裂。建筑立面变化不宜过大，不宜高差悬殊。建筑物立面高差变化太大，地基各部分所受的荷载不同，自然容易出现过量的不均匀沉降。

2）控制建筑物的长高比及合理布置纵横墙

建筑物的长度或沉降单元的长度与从基础底面算起的高度之比，称为建筑物的长高比。长高比是决定砌体结构房屋刚度的一个重要因素。长高比较小时，建筑物的整体刚度好，调整地基不均匀沉降的能力就好。相反，长高比大的建筑物整体刚度小，纵墙容易因挠曲变形过大而开裂。根据调查认为：2层以上的砌体承重房屋，当预估的最大沉降量超过120mm时，长高比不宜大于2.5；对于平面简单、内外墙贯通、横墙间隔较小的房屋，长高比的限值可放宽到3.0。不符合上述条件时，可考虑设沉降缝。

合理布置纵横墙，是增强砌体承重结构房屋整体刚度的重要措施之一。一般来说，房屋的纵向刚度较弱，地基不均匀沉降的损害主要表现为纵墙的挠曲破坏。内外纵墙的中断、转折都会削弱建筑物的纵向刚度。此外，减小横墙的间距，也可以有效提高房屋的整体性，从而增强建筑调整不均匀沉降的能力。

3）设置沉降缝

当建筑物的体型复杂或长度太长或高差悬殊过大时，可以用沉降缝将建筑物分割成若干个独立的沉降单元。沉降缝应从基础底面到屋面把建筑彻底断开，断开后各个单元各自沉降，各自变形，一般不会再开裂。根据经验，沉降缝的位置宜选择在下列部位：①复杂平面形状建筑物的转折部位；②建筑物高度或荷载突变处；③长高比较大的建筑物的适当部位；④地基土的压缩性显著变化处；⑤建筑上部结构或基础类型不同处；⑥分期建造房屋的交界处。

沉降缝应有足够的宽度，以防止缝两侧单元相互倾斜而相互挤压。一般沉降缝的宽度：二、三层房屋为50～80mm，四、五层房屋为80～120mm，六层及以上不小于120mm。缝内一般不能填塞材料。

沉降缝的造价颇高，且增加了建筑及结构处理上的困难，所以不宜轻易使用。沉降缝可结合伸缩缝设置；在抗震区，最好与抗震缝共用，做到一缝多用。

4）控制相邻建筑物基础的间距

由地基土中附加应力的扩散作用可知：作用在地基上的荷载，会使土中一定宽度和深度范围内产生附加应力，使地基产生沉降。在此范围之外，荷载对相邻建筑物没有影响。同期建造的两相邻建筑，或在原有房屋邻近新建高层建筑物，若距离太近，就会由于相邻建筑的影响，产生不均匀沉降，造成建筑物的倾斜或开裂。

为避免相邻建筑物影响，建造在软弱地基上的建筑物的基础之间要有一定的净距。其值的大小主要由被影响建筑物的刚度（用长高比来衡量）和产生影响的建筑物的预估沉降量所决定。相邻建筑物的净距见表8-13。

表8-13　相邻建筑物基础间的净距

注：（1）表中L为房屋长度或沉降单元的长度（m）；Hf为自基础底面算起的房屋高度（m）；

（2）当受影响建筑的长高比为1.5<L/Hf<2.0时，其间隔距离可适当缩小。

5）调整建筑物的局部标高

建筑物的长期沉降，会改变建筑物使用期间各单元、地下管道和工业设备部分的原有标高，设计时可采取下列措施调整建筑物的局部标高：

（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）将相互联系的建筑物各部分中预估沉降量较大者的标高适当提高。

（3）建筑物与设备之间应留有足够的净空。

（4）有管道穿过建筑物时，应留有足够尺寸的孔洞，或采用柔性管道接头。

1）减轻建筑物自重

地基压力中，建筑物自重（包括基础及回填土重）所占比例很大。据统计，一般工业建筑占40%～50%，一般民用建筑高达60%～80%。因而，减小沉降量常从减轻建筑物自重着手：

（1）减轻墙体自重。宜选择轻型高强墙体材料，如多孔砖墙、轻质高强混凝土墙板等。

（2）选用轻型结构。如采用预应力钢筋混凝土结构、轻钢结构、轻型空间结构等。

（3）减轻基础及回填土自重。尽量采用浅埋基础；如果要求大量抬高室内地坪时，底层可考虑用架空层代替室内厚墙填土。

2）设置圈梁

对于砌体承重结构，不均匀沉降的危害突出表现为墙体的开裂，因而常在基础顶面附近和门窗顶部楼面处设置圈梁。圈梁能提高砌体结构抵抗弯曲的能力，即增强建筑物的抗弯刚度，是防止砌体墙出现裂缝和抑制裂缝开展的一项有效措施。当建筑物产生碟形沉降时，墙体产生正向弯曲，下方的圈梁起作用；墙体反向弯曲时，上方圈梁起作用，因实际中不易正确估计墙体的挠曲方向，故上、下方都设置圈梁。

圈梁必须与其他结合成整体，每道圈梁要贯通全部外墙。承重内纵墙及主要内横墙，即在平面上形成封闭系统。

3）减小或调整基底压力

采用较大的基础底面积，可减小基底附加压力，一般可减小沉降量。实际工程中应针对具体工程的不同情况考虑，尽量做到有效又经济合理。

4）设置连系梁

钢筋混凝土框架结构对不均匀沉降很敏感，很小的沉降差就足以引起较大的附加应力。对于采用独立柱基的框架结构，在基础间设置连系梁是加大结构整体刚度、减小不均匀沉降的有效措施之一。连系梁的设置带有一定的经验性，其底面一般置于基础表面（或略高些），过高则作用下降，过低则施工不便。一般连系梁的截面高度可取柱距的1/4～1/8，上下均匀通长配筋。

5）采用沉降非敏感性结构

与刚性较好的敏感结构相反，排架、三铰拱等铰接结构，支座发生相对位移时不会引起上部结构很大的附加应力，故可避免不均匀沉降对结构的危害。但是，这类非敏感结构通常只适用于单层工业厂房、仓库和某些公共建筑。必须注意，即使采用了这种结构，严重的不均匀沉降对于屋盖系统、围护结构、吊车梁等仍是有害的，还须采取相应的防范措施，如避免用连续吊车梁、刚性屋面防水层等。

在软弱地基上进行工程建设时，采用合理的施工顺序、合适的施工方法，对减小或调整不均匀沉降也十分有效。

（1）遵照先重（高）后轻（低）的施工顺序

当拟建的建筑物之间重（高）轻（低）悬殊时，一般应按照先重后轻的顺序来施工；必要时还需要在重的建筑物竣工后间歇一段时间，再建造轻的相邻的建筑物（建筑单元）。

当高层建筑的主楼、裙房有地下室时，可在主楼、裙房相交的裙房一侧的适当位置（一般在1/3跨度处）设置后浇带，同样以先主楼后裙房的顺序施工，以减小不均匀沉降的影响。

（2）注意堆载、沉桩和降水等对邻近建筑物的影响

在已建成的建筑物周围，不宜堆放大量的建筑材料或土方等重物，以免地面堆载引起建筑物产生附加沉降。

拟建的密集建筑群内如有采用桩基础的建筑物，桩的设置应首先进行，并应注意采用合理的沉桩顺序。

在进行降低地下水位及开挖深基坑时，应密切注意对邻近建筑物可能产生的不利影响，必要时可以采用设置止水帷幕、控制基坑变形等措施。

（3）注意保护坑底土体

在淤泥及淤泥质土地基上开挖基坑时，要尽量不扰动土的原状结构。在雨季施工时，要避免坑底土体受雨水浸泡。通常的做法是：在坑底保留大约200mm厚的原土层，待施工混凝土垫层时采用人工临时挖去。如果发现坑底软土被扰动，可挖去扰动部分，用砂、碎石等回填处理。

8-1　《建筑地基基础设计规范》中，对地基基础设计时所采用的荷载效应是如何规定的？

8-2　浅基础有哪些类型？简述其特点与适用范围。

8-3　确定基础埋深时要考虑哪些因素？

8-4　基础底面尺寸如何确定？

8-5　为什么要验算软弱下卧层的承载力？若不满足，应如何处理？

8-6　建筑物地基变形特征的意义、确定因素是什么？

8-7　无筋扩展基础与扩展基础有什么区别？

8-8　如何进行无筋扩展基础的设计？

8-9　如何进行墙下钢筋混凝土条形基础的设计？基本步骤是什么？

8-10　如何进行柱下钢筋混凝土独立基础的设计？基本步骤是什么？

8-11　柱下独立基础的高度是如何确定的？

8-12　减轻不均匀沉降危害的措施有哪些？

8-1　某黏性土重度γ=18.2kN/m3，孔隙比e=0.76，液性指数IL=0.75，地基承载力特征值fak=220kPa。现修建一外柱基础，在荷载效应的标准组合下，作用在基础顶面的轴心荷载Fk=830kN，基础埋深（自室外地面起算）为1.0m，室内地面高出室外地面0.3m，试确定方形基础底面宽度。

8-2　现修建一内柱矩形基础，在荷载效应的标准组合下，作用在基础顶面的轴心荷载Fk=860kN，Mk=200kN·m，基础埋深为1.2m，某下黏性土重度γ=18.6kN/m3，孔隙比e=0.76，液性指数IL=0.75，地基承载力特征值fak=220kPa。试确定矩形基础底面尺寸。

8-3　某墙下条形基础，在荷载效应标准组合时，作用在基础顶面的轴向力Fk=288kN/m，基础埋深为1.6m，地基为黏土，重度γ=18.0kN/m3，地基承载力特征值为fak=160kPa，ηb=0.3，ηd=1.6。试确定基础宽度。

8-4　某柱下阶形基础，在荷载效应标准组合下，作用在基础顶部的荷载值N=1800kN，M=220kM·m。基础底面尺寸l×b=3.2m×2.6m。基础埋深为1.6m，地基条件如下表所示，水位在地下1.0m处，验算持力层和下卧层的承载力是否满足要求。

表8-14　习题8-4表

8-5　下图为甲、乙两个刚性基础的底面。甲基础底面面积为乙的1／4。在两个基础底面上作用着相同的竖向均布荷载q，如果两个基础位于完全相同的地基上，且基础的埋深也相同，问哪一个基础的极限承载力更大（单位面积上的压力）？为什么？哪一个基础的沉降量更大？为什么？

图8-30　习题8-5图

8-6　已知某厂房墙厚240mm，墙下采用钢筋混凝土条形基础。作用在基础顶面的轴心荷载标准值Fk=265kN/m，基础底面弯矩标准值Mk=10.6kN·m/m。基础底面宽度b已由地基承载力条件确定为2.2m，试设计此基础的高度并配筋。

8-7　某柱下独立基础，根据地基承载力已确定基础底面尺寸为2.4m×1.6m，上部结构传来的荷载设计值为F=700kN，M=87.8kN·m，柱截面尺寸0.4m×0.3m，试进行基础设计（采用混凝土强度等级为C25，HPB 300钢筋）。