崔宇亮

（长治职业技术学院，山西 长治 046000）

0 引言

为了扩大城市用地资源，完善城市功能，我国中西部多个城市，提出了“平山造地，上山建城”的发展策略。晋东南地区是一个典型的例子。在沟谷填埋之前，新区的施工地区是一片典型的黄土地形，梁峁起伏，沟谷深切。在对沟壑填埋之后，对原有的黄土梁进行“切削”和土体粉碎，并按照一定的控制要求将其压缩到原来的山谷中，形成“人工平地”。此类场地的土体存在很大的差别，场地上的结构破坏和变形都与均匀土体不同。这类半挖半填的黄土地基容易出现基础差异沉降，影响地基上建筑物的安全。因此，本文在总结半挖半填的黄土地基变形及建筑物破坏机理的基础上，提出了处治建筑物沉降变形的策略。

1 半填半挖黄土地基变形及建筑破坏形式

1.1 “填土-黄土”地基变形及建筑破坏

所谓“填土-黄土”地基，即一边为山梁原状土，另一边为冲水沟填土地基。建筑物的基础一边设在原来的山梁上，另一边则在沟槽回填土上，如图1所示。

图1 “填土-黄土”地基模型图及建筑破坏示意图

对冲沟处进行填充并压缩其体积，但是由于局部土体并未完全固化，土层会发生固结沉降，同时土层的厚度不同，应力分布不均，导致建筑物基础两侧出现显著的差异沉降[1]。另外，由于冲沟断面的地下水埋深较大，导致挖方区与填方区之间的下沉差异更加明显，主要表现为填方区不均匀沉降严重。由于土体填充引起的变形使房屋产生倾角，结构受力重新分配，而重分配的荷载超过了混凝土的粘接强度从而发生拉伸开裂，导致建筑内壁出现倾斜的裂纹，如图1（b）所示。

非均质性沉降主要集中在靠近填埋区和开挖边界处，存在着较大的错动，墙体上有许多单斜向的裂纹[2]。在墙体上，窗户和檐口等主要部位的裂纹较为明显，单个房屋的主裂口多达3~5 条，随着差异沉降的持续增大，裂纹附近将产生应力集中现象，按照格里菲斯断裂理论，裂纹将在应力最密集的部位持续贯穿。

1.2 “填土-黄土-填土”地基变形及建筑破坏

“填土—黄土—填土”地基如图2 所示，即在原状土地基两边各有一条边坡，对边坡区域进行填土，但因填方土体的压实度很低，局部地区还没有完全固化，导致了大量的下陷，而开挖的土体是原始状态，基本不会出现高程度的沉降，因在在施工现场容易出现显著的差异沉降[3]。

图2 “填土-黄土-填土”地基变形及建筑破坏示意图

该类地基的不均沉降倾向是：两边沉降偏大，中间沉降较少。由于不均匀沉降，地基上的建筑物设施也会出现局部变形和损坏，以挖方区的中心为轴，发生倒八字形的开裂。这类裂缝总体上呈现上宽下窄的态势，在单侧壁上的发展趋势一致，应力集中处的裂缝发展最为普遍。

1.3 “黄土-填土-黄土”地基变形及建筑破坏

“黄土-填土-黄土”地基如图3所示。原状土的中间为沟体填土。这类地基的沉降趋势为：中间较大而两边较少的差异沉降，会使建筑物的横梁发生挠曲变形。因此，以挖方区的中心为轴，发生八字形开裂。裂缝在单侧壁上的发展趋势一致，最大应力集中处裂缝的发展最为普遍[4]。这类裂缝总体上呈现下宽、上窄的发展态势。

图3 黄土-填土-黄土地基变形及建筑破坏示意图

2 半填半挖黄土地基上建筑物沉降变形的防治策略

2.1 地基加固处理

通过对晋东南山地地区的调研，发现大部分高楼群都集中在挖方区域，而在半填半挖的区域中，多数楼层不会超过6层。现以6层砖砌体为例，介绍半填区低矮房屋地基的加固方法。

（1）灰土垫层。粉煤灰土垫层是指将地基下面所有的湿润土层或回填土全部或局部开挖，再通过筛滤，在适宜的含水率下混合灰泥，进行分级、碾碎后回填。该工艺使用条件限制较小，质量易于控制，成本低廉。

（2）表面重锤法。在基坑（沟渠）中，需要进行夯实的自然土体高于地基地表高度，对这部份土体通过重锤进行多次击打，增加土体的密度，改善其力学性能，降低地基的变形。

（3）回填法。在施工地基跨越冲水渠时，如果冲槽面积不大，深度不大，可在嵌塞中填充块砂、块石、砾石等填充物。在地下水水位较浅的情况下，应首先开挖土体，并采用分层填砂、块石、砾石的方法夯实填土上层。当冲沟面积大，现场的水文状况不佳时，可以先开挖一部分的淤泥，用浆砌体填充到冲沟断面，再用泥砖进行上层夯填。

2.2 场地防渗及排水设计

当土体处于饱和时，其抗压能力下降，而上覆载荷会使其发生较大的变形；其次，土壤饱和度的提高对下覆土（特别是填方区）载荷的增加，使地基的变形随之增大。因此，在半填、半挖的地基条件下，采用科学、合理的防渗方法，对于防治地基的不均匀沉降有着十分重要的作用。

2.2.1 场地的防渗

在土方工程设计中，要特别重视挖掘方和开挖衔接部位的防渗设计。岩石的渗透率会在边界处出现变化，如果施工现场的防渗措施不当，很容易导致地表积水沿着挖填结合面渗入，进而削弱地基的土体抗变形能力。通过对现场勘测调查发现，一些填方土具有一定的湿陷度，如果填方基础遇到水分，很容易发生湿陷，导致填方区的沉降增加，从而增加差异沉降。因此，在施工过程，填方区域的地面高度要比挖方区高，填方区域的地面要向挖方区排水沟槽倾斜，以保证填方区域不能有水流流入。

2.2.2 排水设计

采空区的窑洞和平房大多是村民的住所，没有完善的排水设施，只能在房子附近随意搭建排水管；而多层楼通常采用集中排水管线进行建筑区排水。因此，要充分重视雨水的渗流情况，确保房子在以后的使用中能够顺利地排水，并且不会对周边的建筑造成任何的干扰。要保障日常排水的通畅，需对排水沟进行合理布置。

（1）排水沟的布置要依据现场的地势而定，地势平缓的地方要采用直线布置，减少输水的路程，拐弯时要做到平滑，连续的弯道不能太长，通常不能超出500m。

（2）在设置排水管时，要有适当的斜率，以确保排水畅通，并防止水流太快而导致沟槽底部被冲蚀。

（3）在污水汇集或流入市政管道时，参照有关技术标准，交叉角不能超过45°，如有可能，可采用半径R=10b的圆形弧形（b为沟槽的顶部宽度）向下游的其他河道排水。在具体排水结构设计中，还是要参照有关的技术规程来进行计算。

2.3 建筑结构设计控制

建筑结构设计时，要充分考虑减少不均匀沉降对建筑物的影响，从而采取适合于半填半挖黄土地区的建筑结构形式。

2.3.1 控制长高比

此次调研发现，一些社区2、3层建筑由于不均匀下沉而造成损坏，经测量，其中一些3层楼的长高比为3.5，这样的建筑结构更容易因差异沉降发生变形破坏。因此，多层砖混结构的长高比不宜超过3，这是填挖区建筑设计时需特别注意的问题。

2.2.2 沉降槽设置

在开挖和开挖边界处设沉降槽，可以减少因不均匀沉降引起的建筑物损坏。参照《砌体结构设计规范》（GB 50023-2011），对湿滑黄土地段的沉降槽设置，除在有陡度的地方设沉降槽，其余则在40~50m 间距范围内设一条沉降槽。

2.2.3 避免建筑物的搭接

在施工过程中，要尽量避免建筑物的搭接点，例如：牛腿搭梁、装配式平台等。一般的做法是修建一个地下室，这样不仅可以增加建筑物的占地，还可以减少地下室的基础重量，从而达到降低或消除地基上的沉降量。

2.2.4 灵活的建筑基础形式

半填或开挖基础形式可以进行灵活的调节，交叉梁基础、箱型、筏板等基础具有良好的整体性能和较高的刚度，能够在一定范围内通过软基、非均质基础提高结构的抗变形性能，降低差异沉降对建筑造成的变形破坏。

3 结束语

总结了“填土-黄土”、“填土-黄土-填土”、“黄土-填土-黄土”等3种半填半挖黄土地基变形的破坏形式及其机理。根据晋东南的实际情况，总结了粉煤灰垫层法、重锤表面夯实法、回填法和横跨法等4种适合于低矮房屋的地基加固方法。结果显示：采用灰土垫层和重锤打桩方式对地基进行加固，沉降明显降低，其差异沉降约为0.7cm，低于设计要求的沉降值。同时，在建筑设计时，做好场地的防渗设计和排水设计，以及通过控制填方区地基上的建筑长高比例，设置合理的沉降槽和灵活的建筑基础形式等几个角度提出了防治建筑沉降的策略。