某大型厂房沉降原因及处理措施分析

葛瑞，葛露露

（1.安徽水安建设集团股份有限公司，安徽 合肥 230601；2.安徽水利水电职业技术学院，安徽 合肥 231603）

软土发育地区进行工程建设前，需要对各岩土层进行详尽的勘察，为设计提供准确的依据。软土发育地区，对于大型市政、道路、房建工程，软土沉降的分析与研究往往较重视[1-3]，而对于服务项目建设周期的附属构筑物一般重视程度不够。本工程涉及的堆料场厂房为临时附属构筑物，由于对软土地基把握不清，构筑物投入使用过程中地基不均匀沉降明显，导致上部结构发生变形，严重影响结构的正常使用功能。面对此类工程问题，需要进行全面的岩土补充勘察，进行变形观测，系统分析数据，分析不均匀沉降产生原因，并预测整体沉降的最大沉降量和最终沉降完成时间，进而提出合理的处理建议，避免造成更大的生命、财产损失。

1 工程概况

该工程为大型搅拌站砂、石堆料场厂房，厂房长约107.4m，宽约67.1m，占地面积约7200m2，厂房屋顶为网架结构，屋顶高度7.0m～9.6m。厂房采用柱下独立基础，共设26根柱子，柱子尺寸600mm×800mm，基础埋深约2.0m，东、西侧边柱基础尺寸为4.0m×4.0m，其余为3.6m×3.6m，厂房设置挡墙高度3.0m，分为室内挡墙和边墙，均为条基，基础埋深约0.5m。厂房平面布置图如图1所示。

图1 厂房平面布置图

2 工作方法

工作方法主要采用机械钻探、土工试验、变形观测等方法。受场地空间、堆载料石限制，共布置勘探孔10个，其中静力触探孔3个、取土标贯试验孔4个、标贯试验孔3个，见图2所示。勘探孔深度大于压缩层厚度，本工程机械钻孔深度均为30m，静力触探孔深度要求打穿软土层，进入压缩性较小的稳定地层；分层采取土样，进行室内土工试验；进行变形观测，分别于2019年12月26日和2020年1月2日两天采集26根柱子柱顶标高数据。

图2 勘探孔平面布置图

3 场地岩土工程条件

勘探揭露的地层按其地质时代、成因类型、埋藏深度以及岩土的工程地质特征，自上而下分别为如下情况。

①层杂填土：层厚1.10m～1.50m。灰褐、褐黄色，稍湿，稍密～中密状态，厂房内部钻孔填土上部揭露有约0.2m混凝土路面。

②层粉质黏土：层厚2.36m～6.44m。灰褐、褐黄色，软塑～可塑状态，局部夹有薄层粉土。该层单桥静力触探试验端阻力Ps平均值为0.91MPa，标贯试验实测击数N值一般为3击/30cm～4击/30cm，平均值为 3.5击/30cm。此层属中等偏高压缩性土。

③层淤泥质粉质黏土：层厚10.66m～15.34m。青灰色，流塑状态，局部软塑，局部夹有松散状态的粉砂。该层单桥静力触探试验端阻力ps平均值为0.63MPa，标贯试验实测击数N值一般为1击/30cm～3击/30cm，平均值为1.90击/30cm。此层属高压缩性土。

④层粉质黏土：层厚5.50m～6.50m。灰褐、褐黄色，软塑～可塑状态，局部夹有薄层粉土、粉细砂。该层单桥静力触探试验端阻力ps平均值为2.04MPa，标贯试验实测击数N值一般为5击/30cm～6击/30cm，平均值为5.70击/30cm。此层属中等偏高压缩性土。

⑤层粉细砂：此层未揭穿，揭露厚度0.10m～5.80m。灰色、灰黄色，饱和，中密状态。局部夹薄层可塑状态粉质黏土、稍密状态粉土。标贯试验实测击数N值一般为16击/30cm～28击/30cm，平均值为21.2击/30cm。此层土属中等压缩性土。选取1-1,地质剖面如图3所示。

图3 1-1,地质剖面图

取土样进行土工试验，并对数据进行统计分析，各岩土层物理力学参数，见表1所示。

各岩土层物理力学参数一览表 表1

4 沉降原因分析

4.1 厂房整体沉降分析

本工程通过野外采取土试样进行室内压缩试验，对各土层已有的压缩性指标进行了分层统计，采用各土层自重应力（P0）至自重应力加附加应力（P0+ΔP）段范围内的压缩模量Es值，同时对砂（粉）性土结合现场静力触探及标准贯入试验成果综合分析，确定沉降计算压缩模量Es见表2所示。

各土层压缩模量一览表 表2

根据《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2012)[5]，预压荷载下地基最终沉降量计算可取附加应力与土重自重应力的比值为0.1的深度，作为压缩层的计算深度，可按下式计算。

式中：sf--最终竖向变形量(m)；

e0i--第i层中点土自重应力所对应的孔隙比，由室内固结试验e-p曲线查得；

eli--第i层中点土自重应力与附加应力之和所对应的孔隙比，由室内固结试验e-p曲线查得；

hi--第i层土层厚度(m)；

ξ--经验系数，可按地区经验确定。无经验时对正常固结饱和黏性土地基可取ξ=1.1～1.4；荷载较大或地基软弱土层厚度大时应取较大值。

取各土层平均厚度作为土层模型，即②层3.3m，③层13.8m，④层6.1m，地下水位取室内地坪下0.5m，室内地坪堆载加地坪回填压实土重作为附加应力取值65kPa，⑤层粉细砂中密，压缩模量较大，为简化计算，压缩层计算深度取④层粉质黏土底部。经计算，厂房最终沉降量约0.64m～0.82m。

按照单向固结理论计算黏性土地基固结速率[4]，场地大面积堆载，地基中初始超静孔隙水压力按恒值情况考虑，当固结度达到95%时，时间因数为1.129。为简化计算模型，土层简化计算成一层土，孔隙比与压缩系数根据③层土e-p曲线所得。利用以下公式反算时间t。

经计算，固结度达到95%时，需要约5.3年，由于各压缩土层渗透性均较低，排水困难，根据经验，厂房最终沉降完成需要6～8年。

4.2 厂房不均匀沉降分析

一般建筑物在施工期间完成的沉降量对于高压缩黏性土可认为已完成最终沉降量的5%～20%，因此该厂房完工后有大部分工后沉降。两次采集的26根柱顶标高数据见图4所示，分析如下。

图4 厂房柱顶标高示意图

①厂房整体沉降呈现中间沉降大四周沉降小的趋势，正常厂房建成后，由于上部网架荷载的影响，中间柱子承受较大的力，工后沉降中，中间沉降相对会大一点，这与两次采集的柱顶标高数据一致，厂房开始投入使用时，各料仓不均匀堆载，中间料仓堆载较大，这是导致厂房不均匀沉降的主要原因。中间沉降大，两边沉降小，间接改变了柱顶的结构受力状态[6]，导致中间部分柱子出现反力，现场发现3C柱顶端网架已经与柱端脱离；

②③层淤泥质粉质黏土属于高压缩性土，本身属于弱透水性，其上、下层均为微透水的粉质黏土，透水性更小，使得③层淤泥质粉质黏土被上、下包裹，排水条件极差，场地在堆载条件下，易产生弹性状态下的瞬时沉降，主固结沉降进行较缓慢，在2020年1月2日柱顶沉降观测中，厂房大部分堆载消除后，部分柱顶上升，正是由于瞬时沉降的消除，土层在弹性状态下的卸载回弹引起的；

③厂房范围内②层粉质黏土作为柱下独立基础的持力层，勘察发现其厚度不均匀，在场地东、西侧较厚，中间较薄，②层粉质黏土软硬状态不均匀，勘察发现2#孔、5#孔、9#号孔沿线该层土软塑较多，其余可塑较多，整体呈现软塑～可塑的不均匀状态，②层土作为柱下独立基础持力层，其厚度及软硬程度的不均匀，也间接影响了厂房的不均匀沉降。

5 结论及处理意见

厂房基础下有较厚的软土和软弱土，满载下最终沉降量约0.64 m～0.82m，完成最终沉降仍需较长时间。料仓不均匀堆载以及②层粉质黏土的不均匀性导致了沉降的不均匀。场地各软弱土、软土层排水条件极差，整体沉降以弹性状态下的瞬时沉降为主，卸载后，土层易反弹。若仅对地坪进行部分换填或灌浆处理，只会间接增加附加荷载，整体处理效果不明显。

建议对厂房地坪、柱下独立基础同时进行加固处理，采用钻孔灌注桩、混凝土预制桩（管桩）等桩型进行加固处理，亦可进行水泥土搅拌桩、锚杆静压桩等复合地基处理，桩端持力层建议为⑤层粉细砂。同时，建议对厂房进行相应监测工作，监测内容包括柱子倾斜、基础沉降、外墙/地坪裂缝观测等，监测频率不少于2次/周，监测时间不少于3个月。