地基不均匀沉降及其施工处理技术综述

□ 丁兵勇 □ 靳永涛

（1华东勘测设计研究院有限公司 2河南科源水利建设工程检测有限公司）

0 引言

地基的不均匀沉降是引起土建工程事故的主要因素之一。目前国内外针对该问题的研究主要集中在3个方面:①结构物沉降过程的预测，②最终沉降的计算，③防止不均匀沉降的具体措施。根据目前中高层结构在施工过程中存在的主要问题,文章就地基不均匀沉降方面进行了探讨,分析了导致其发生的主要因素及其对上部结构造成的影响,并提出了有效的控制措施。

1 地基不均匀沉降

1.1 不均匀沉降的危害

实际工程中，由于天然地基土具有一定的可压缩性，在外在附加应力和内在自重应力的共同作用下，地基会发生一定的沉降。一般情况下，如果地基产生均匀沉降，则对建筑物本身的影响不会很大，并且可以用预留沉降标高的方法加以解决。但由于软弱地基的土层厚度变化较大，在水平方向上的土层软硬不一，而且建筑物荷载相差较大以及基础尺寸、类型的差异等原因，易使地基发生较大的不均匀沉降，导致建筑物的倾斜，造成上部结构附加应力的产生或增加，当不均匀沉降量接近或超过结构的承受限度时，即会导致楼面或墙体开裂等事故，甚至使整个结构发生严重的倾斜，危及建筑物的安全。

总的来讲，不均匀沉降对建筑工程的危害主要表现在以下两个方面:①使结构上部产生较大的附加应力，②导致结构底层层高的缩小，结构总高度减小。因此，有效地防止或减轻地基的不均匀沉降，在建筑结构设计中十分重要。

1.2 不均匀沉降的成因分析

理论上，地基沉降量s∞σ2h/Es,其中 σ2为附加应力、h为地基压缩层厚度、Es为地基土的压缩模量，是导致地基沉降的本质因素；而基底附加应力p是造成地基土压缩并引起建筑沉降的外在因素。对于实际工程，引起地基不均匀沉降的原因主要有以下7个方面:①地基土本身的不均匀性，②施工中出现的问题，③建成后使用过程中的意外影响，④计算过程中不正确因素的影响，⑤地基面积安全储备的不同，⑥地基处理方法选取不当，⑦建筑结构设计不当。

1.3 沉降量确定

在长期荷载作用下，建筑结构的地基沉降量主要由3个部分组成，即初始沉降、固结沉降以及次固结沉降。

初始沉降即瞬时沉降，是指在外荷载施加的瞬间，因饱和软土中的孔隙水尚未及时排出而所发生的沉降，即所谓的剪切变形，其按弹性变形来计算。主固结沉降是指荷载加载后，外荷载不变，软土地基土中的孔隙水随时间的推移不断排出而发生的沉降，是软土地基沉降的主要组成部分。次固结沉降开始于固结沉降稳定之前，但一般计算时可认为其在主固结完成时才出现，次固结沉降量一般比主固结沉降量要小得多，基本可以忽略。但对于极软的黏性土，特别是含有腐殖质等有机质时，或者当高压缩性土层较厚且受到作用的压力增量比较小时，次固结沉降将会成为总沉降量的一个主要组成部分，应予以重视。

2 地基处理技术

近年来随着我国经济的快速发展，在各种不良地基上开展工程建设越发普遍，因此对地基处理的要求也就越来越迫切与广泛。地基处理能够提高天然软弱地基的强度，消除各种土质地基的不良特性，以达到满足工程所需的地基强度、变形以及稳定性的要求。因此，针对不同地基缺陷选择合适的处理技术，具有重要的技术和经济意义，文章就几种常用地基处理方法展开讨论。

2.1 换土垫层法

换土垫层法是先将地基浅层软土挖除，然后用高强度、低压缩性且无侵蚀性的材料进行换填，并分层夯实，以提高地基持力层的承载能力，减少地基的部分沉降，有效地消除地基的胀缩性和湿陷性，并改善土的可液化性。此方法适用于不均匀地基及浅层软弱地基的处理。另外，在寒冷地区采用砂垫层可以有效防止地基土的冻胀，膨胀土地基的胀缩作用亦可采用该方法进行消除。

2.2 预压法

预压法是在拟建构筑物的地基上，预先加载相应的静荷载，让土体中的孔隙水慢慢排出，使地基土固结密实，然后卸除荷载，达到提高地基承载力和减少沉降的目的。该方法具有就地取材、机具简单、造价低、工期短等特点，所需预压时间的长短由地基土层的厚度、渗透特性及预压静荷载的大小等因素决定，其适用于粉土、软黏土、泥炭土、杂填土等地基类型。

2.3 强夯法

强夯法是将质量为8～10kg的重锤吊至10～20m高度，然后让其自由下落，利用重锤下落过程中产生的巨大冲击力来夯实土体，使土体密实，以达到增加土体强度和降低其压缩性的目的。强夯法是利用重锤具有的夯实能振冲软土地基表面，来击实浅层图的地基处理方法。该方法对处理非饱和黏性土、砂性土以及杂填土地基具有较好的效果。强夯法不仅可用于陆上施工，还可用于水下夯实，操作简单方便，施工成本较低，工期较短，加固效果较好。其缺点是施工振动大、噪声大，并且对周边已有建筑物的影响比较大，一般不宜用于房屋密集区。

2.4 振冲法

振冲法又名振动水冲法，是用起重机将振冲器吊起，并启动潜水电机带动振冲器的偏心块，使其产生高频振动，同时将水泵开启，通过振冲器下端的喷嘴喷射高压水流，在振动和水流冲击的共同作用下，使振冲器下沉至地基土设计深度。经清孔后，再将碎石从地面向孔内逐段填入，使其在振动作用下挤压密实，待达到所需密实度后提升振动器，重复此过程，在地基中形成一个较大直径的密实碎石桩体，并与原地基构成复合地基。振冲法能提高地基承载力，减少沉降，是一种经济、快速、有效的地基处理方法，一般适用于对粉质黏土、粉土、砂土、松散砂卵石、杂填土和素填土等地基的处理。

3 桩基础处理法

3.1 土桩及灰土桩

土桩及灰土桩是一种人工复合地基，由填夯的桩体和桩间挤密土组成，在我国西北和华北地区应用较为广泛。土桩及灰土挤密桩是在地基土中形成若干个桩孔，然后用土或灰土回填并分层夯实，形成复合地基，提高软弱地基的承载能力和水稳性。该方法适用于处理深度5～15m且在地下水位以上的人工填土地基或湿陷性黄土地基。深度达到地下水位以下或地基土含水量超过25%的，不宜采用该施工方法。

3.2 砂桩

砂桩也称为挤密砂桩或砂桩挤密法，是散体桩复合地基的一种，于19世纪30年代起源于欧洲，然而直到20世纪50年代，才得以在国内外迅速发展，其施工工艺也才逐渐走向完善和成熟。该方法首先是在软弱地基中，采用振动、冲击或水冲等方式进行开孔，然后将砂挤入土中，在土体内形成直径较大的密实砂桩体，以加固软弱地基。砂桩法适用于挤密松散砂土、黏性土、粉土、杂填土、素填土等地基。对变形控制要求较低的工程，饱和黏土地基亦可采用砂桩进行置换处理，此外，砂桩还可用于处理具有可液化性的地基，而对于变形控制要求严的工程，饱和黏土的处理，能否采用砂桩法最好是通过现场试验后再确定。

3.3 水泥粉煤灰桩

水泥粉煤灰桩是一种适用范围很广的复合地基，其桩体是由水泥、粉煤灰、砂、石屑或碎石等混合料加水拌和后在土体内形成的高黏结强度桩，并与桩间土、褥垫层共同作用加固地基，提高地基的承载能力。该法在粉土、砂土、黏土、杂填土、淤泥质土等地基处理中均有大量成功的典型实例，条形基础、独立基础及筏基也都有应用。对淤泥质土应通过现场试验或按地区经验确定其适用性，该法具有施工简便、适用性强、工期短、效果好等优点。

3.4 混凝土桩

混凝土桩具有造价低廉、经久耐用、施工便捷等优点，已在民用建筑、工业建筑、水利建筑和桥梁的基础工程中得到广泛应用，此外，还常用于基坑支护及边坡的抗滑或隔水。

混凝土桩有普通钢筋混凝土桩和预应力混凝土桩两种，按其施工工艺的不同可分为挤土类桩和非挤土类桩，前者包括沉管灌注桩（沉管方法有静压、锤击、振动等）、预制桩（普通钢筋混凝土、预应力混凝土）；后者一般均为现浇桩，包括冲（钻）孔灌注桩及人工挖孔桩等。按照桩截面形状的不同，可分为矩形桩、方形桩、圆形桩和环形桩等，方形桩和环形桩是最常用的。

此外，除了上述的几种地基处理方法外，其他的地基处理方法还有许多，例如:电渗法及降低地下水位法，该类方法的核心是让软弱地基充分的排水固结；挤密砂石桩法、夯实水泥土桩法、爆破挤密法、深层搅拌法、孔内夯扩桩法，该类方法是采用振动、挤压的方式，减小被压地基土体的孔隙比、提高强度，从而达到增加地基承载力的目的；树根桩法、加筋土法、锚固法，该类方法主要是改善土体的性质，从而增强地基承载力及其稳定性，减少沉降。

4 总结

文章通过介绍地基不均匀沉降及地基处理方法，可以看出对于具有不良地质条件的软弱地基的处理方法是多种多样的。不仅要在理论上认识和了解各种地基处理方法,而且关键是要在工程实际中,针对具体的实际情况,灵活并且正确地选择合适的地基处理方法,解决实际施工过程中遇到的地基沉降问题。

[1]刘皓,张思渊,张学鹏.地基不均匀沉降的危害及防治[J].中国水运,2010,9（10）:220-221.

[2]黄玲.对施工引起地基不均匀沉降的分析及处理[J].有色冶金设计与研究，2004,1（25）:38-40.

[3]朱治国.地基处理技术综述 [J].科技情报开发与经济，2011,20（21）:139-141.

[4]侯孝荣.水利工程施工中几种软土地基处理方法[J].城市建筑理论，2010，2（12）:126-127.