王肖巍 汪 旭 王志美

(重庆大学城市科技学院土木工程学院，重庆 402160)



苏州某厂房沉降原因分析与设计建议

王肖巍 汪 旭 王志美

(重庆大学城市科技学院土木工程学院，重庆 402160)

通过现场勘查，采取随机取样和桩—土结构有限元模拟等方法，从地质条件、结构设计、施工质量和气候影响等多方面因素分析了苏州某厂房在软土地基下常年发生不均匀沉降的原因，并提出了软土地基下厂房设计的一些意见。

不均匀沉降，软土地基，有限元分析

1 工程概况

该工程建成于2007年，由办公区和生产厂房组成，总长度126 m，总宽度124.2 m，总高度12 m，占地面积16 193.3 m2。

办公区为三层钢筋混凝土结构，基础采用柱下独立承台加高强预应力混凝土管桩。生产厂房为3跨～5跨单层钢结构排架，最大跨度33 m；基础采用钢柱下独立承台加高强预应力混凝土管桩；厂房地坪下地基采用水泥土搅拌桩进行加固，水泥桩直径500 mm，长度分为8 m和12 m两种，间距1 100 mm～1 300 mm，8 m桩单桩承载能力83 kN，12 m桩单桩承载能力123.8 kN，全场地分布，加固后复合地基承载力特征值为57 kPa。

该工程于2007年1月16日竣工投入使用至今，在生产过程中该厂房⑥轴～⑧轴/轴～轴地坪局部出现明显不均匀沉降现象，柱脚附近地面以及防火墙均存在开裂情况，地坪经多次维修加固后仍存在不均匀沉降现象。

2 工程地质条件与基础对不均匀沉降的影响

2.1 工程地质条件对不均匀沉降的影响

根据地质勘察资料，厂区场地一般地面标高为2.19 m～2.93 m，相对高差为0.74 m，场地较平坦。场地及其附近不存在采空区、危岩、滑坡等影响工程稳定性的不良地质作用。场地地基主要由粘土、粉土组成，按其工程特性从上到下分为14个层次。该厂区土层复杂，其具体表现如下：

1)地面以下第③层土为淤泥质粉质粘土，厚度较大(平均4.8 m)，且分布不均匀(1.5 m～7.5 m不等)，该土层呈流塑状，且压缩模量较低，对基础的不均匀沉降将带来不利影响；2)整个基础下卧层土层含水量和孔隙比均高，且平均压缩模量很低(为5 MPa左右)，均对不均匀沉降带来不利影响；3)地下水位浅，稳定水位0.80 m～0.90 m，标高1.60 m～1.93 m，地下水位变化也会引起地面不均匀沉降。

因此不利的地质条件是厂房地面发生不均匀沉降的先天条件。

2.2 不同基础对不均匀沉降的影响

厂房主体结构钢柱采用承台+预制混凝土管桩独立基础。承台采用C30混凝土，矩形，每个承台下设置两根预制混凝土管桩；预制混凝土管桩采用C30混凝土，直径500 mm，长度23 m，独立基础承台平面厂房地坪下地基采用水泥土搅拌桩进行加固，水泥桩直径500 mm，长度分为8 m和12 m两种，间距1 100 mm～1 300 mm，全场地分布。

因厂房主体钢柱采用承台+钢筋混凝土管桩，而地坪仅用水泥搅拌桩复合基础，在竖向作用下两种基础下的地基变形不一致。当两种基础间未设置沉降缝时，可能导致厂房地面的不均匀沉降。

2.3 有限元计算分析

在⑤轴承台处施加上部结构传下来的集中荷载标准值，在地坪处施加均布荷载，分析地面受设计均布荷载作用下的不均匀沉降值，地坪水泥搅拌桩长度考虑12 m，9 m，6 m，3 m，1.5 m和无水泥桩6种情况，分析水泥搅拌桩长度对地面不均匀沉降的影响，其ANSYS分析模型如图1所示。

均布荷载下水泥搅拌桩长度分别取12 m，9 m，6 m，3 m，1.5 m和无水泥桩时⑤轴～⑧轴间地面沉降量曲线如图2所示(图中轴线⑤处承台为横坐标21点，⑥处承台为横坐标61点，轴线⑦处承台为横坐标127点，轴线⑧处承台为横坐标193点)。

表1 主要节点最大沉降量统计表

位置最大沉降量/mm无桩桩长1.5m桩长3m桩长6m桩长9m桩长12m⑤轴承台18.0518.5018.7518.8018.8019.95⑥轴承台31.5532.6032.9533.0632.0532.65⑦轴承台36.1037.4038.4038.8537.7538.01⑧轴承台19.3120.0120.8020.0220.2521.25⑤轴^⑥轴地坪59.8555.5050.1441.6935.8135.43⑥轴^⑦轴地坪74.9174.3069.9758.7549.5647.28⑦轴^⑧轴地坪73.1372.3667.9656.4446.5844.25

主要节点处沉降量数据统计表如表1所示。

从图2与表1可以看出：

1)在均布荷载下，地坪的沉降量大于承台的沉降量，产生了不均匀沉降，最大不均匀沉降发生在⑦轴、⑧轴承台与地坪之间；

2)⑤轴和⑧轴承台沉降量仅为⑥轴、⑦轴沉降量的一半左右，造成了主体结构的不均匀沉降；

3)无论地基处理深度多少，厂房地面均有沉降发生；主体结构地基沉降受地坪地基处理深度的影响不大，但对地坪沉降影响大。

通过以上分析，得出以下几点结论：

1)桩长搅拌桩地基处理深度越大，地面沉降量越小；

2)厂房主体结构基础为承台+混凝土预制管桩，厂房地坪为水泥搅拌桩加固的复合基础，这两者不同类型的基础，使得地坪沉降量大于承台沉降量，造成了不均匀沉降；

3)水泥搅拌桩地基处理深度增加，有利于减少厂房地面的沉降量，有利于减小主体结构基础与地坪基础类型不同引起的地面沉降差；

4)厂房主体结构柱所受竖向荷载不同(如边柱⑧轴所受竖向荷载为中柱⑦轴的一半左右)使得主体结构基础的沉降不同，也加大了地面不均匀沉降。

3 施工质量对不均匀沉降的影响

厂房地坪下地基采用水泥土搅拌桩进行加固，水泥桩直径500 mm，间距1 100 mm～1 300 mm，桩长有8 m和12 m两种。

2008年厂房地面发生不均匀沉降后，委托方委托第三方检测单位对厂房沉降较大区域⑥轴～⑧轴/轴～轴的地坪及水泥搅拌桩进行了施工质量抽样检测，检测内容和结果如下：

1)地坪面层混凝土厚度、强度，检测结果表明均符合设计要求。

2)检测结果表明钢筋直径符合设计要求，钢筋网实测间距略大于设计值。钢筋网只起混凝土地坪抗裂作用，所以不会对不均匀沉降造成不利影响。

3)水泥搅拌桩质量检测，其具体检测结果如下(选取⑥轴～⑧轴间沉降比较大地坪处3根编号为584号，2 772号和3 035号的水泥搅拌桩作质量检测)：

从3根水泥搅拌桩的检测报告中可以看出，水泥搅拌桩仅在584号桩端0.8 m以上、2 772号桩端1.2 m以上、3 035号桩端1.3 m以上，发现数段柱状水泥土，其余部分均为散状土，其完整性较差。

故水泥搅拌桩的地基处理深度可能会影响厂房地面的不均匀沉降程度。

4 气候与地面沉降的关系分析

该厂房位于苏州工业园区，地下水位平均埋深为0.8 m～0.9 m，年变幅为1 m～2 m。根据苏州市的气象资料，苏州全市1956年—2009年平均雨量分配如图3所示。

从图3中可以看出，苏州地区降水各月份分配不均，降水集中在夏秋季，春冬两季易发生干旱，易造成地下水位线的下降，地下水位线下降则容易引起地基土孔隙比增加，压缩模量急剧降低，如水泥搅拌桩处理不当，很容易加大地基沉降。

根据《苏州市统计年鉴》统计得到苏州市2006年—2011年年降水量柱状图，如图4所示。

1)2007年年降水量低于平均降水量，其冬季和2008年春季降水量明显偏少，故可能会加大厂房地坪的沉降量，该厂房2008年夏发现不均匀沉降严重，故时间点比较吻合；2)2008年10月～2009年3月，苏州发生30年一遇冬春连旱，一部分航道水位降至50年最低，故此期间厂房下地基地下水位线会明显下降，可能会加大地基沉降量；3)2010年8月～2011年5月19日，苏州降水总量不足常年同期的一半，为苏州60年一遇特大旱灾，可能是造成2010年年底厂房再次发生不均匀沉降的原因之一。

综上所述，每当正值干旱或特大旱灾，厂房的沉降量会急剧增加，正常的厂房沉降曲线应该是先快后慢，然后趋于平稳，而本工程厂房的沉降曲线随气候变化有多次波动，每当旱季沉降增加，雨季又趋于平缓，说明厂房的沉降可能和气候因素有很大的关系，且水泥搅拌桩复合地基的处理质量对在地下水位线下降过程中的地面沉降有较大影响。

5 软土地基下厂房设计建议

综上所述，在软土地基下工程地质情况、厂房设计、施工及气候条件均可能成为造成厂房不均匀沉降的因素，故在此提出设计建议如下：

1)主体结构基础下应做钢筋混凝土桩，桩长应穿过软土层并放到坚硬土层或基岩上，确保主体结构不发生不均匀沉降。

2)在生产厂房主体结构基础和厂房地坪基础间设置沉降缝，减少不同基础类型所引起的厂房地基不均匀沉降量。

3)当设备荷载较大时，宜设置单独的基础，并按相关规范设置沉降缝与地坪基础断开。

4)软土地基应做地基加固措施时，加固深度应大于地下水最大深度，防止地下水深度变化引起地基沉降。

5)在实际使用中应该按照设计均布合作的承载能力堆放设备和原材料等，尽量避免局部设备或原材料过重导致该处地坪超过设计均布承载能力的荷载，造成不均匀沉降。

[1]折学森.软土地基沉降计算.北京：人民交通出版社,1998.

[2]王春明.多层砖混住宅水泥搅拌桩复合地基沉降观测与分析.天津：天津大学硕士学位论文,2003.

[3]侯学渊,杨 敏.软土地基变形控制设计理论和工程实践.上海：同济大学出版社，1996.

[4]于晓曦.沉降预测的三种方法.建筑技术开发,2004，31(5)：118-119.

[5]黄绍铭,高大钊.软土地基与地下工程.第2版.北京:中国建筑工业出版社,2005.

The causes of uneven settlement long-term of certain factory building in Suzhou and reference suggestion of design

Wang Xiaowei Wang Xu Wang Zhimei

(CivilEngineeringCollegeofCityCollegeofScienceandTechnologyofChongqingUniversity，Chongqing402160,China)

The causes of uneven settlement long-term of certain factory building which was on soft foundation in Suzhou from geological conditions, structure design, construction quality, climate impact and so on were analysised by scene investigation, random sampling and finite element analysis in this paper. Reference suggestion of design of factory building which was on soft-soil foundation was proposed in this paper.

uneven settlement， soft-soil foundation， finite element analysis

1009-6825(2015)21-0068-03

2015-05-12

王肖巍(1984- )，男，助教

TU471.8

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