劉學(xué)軍，周海明

（新疆建筑科學(xué)研究院<有限責(zé)任公司>工程勘察測繪院，新疆烏魯木齊830002）

粗?；旌贤良扔薪ǎ?gòu)）筑物地基沉降原因分析實(shí)例

劉學(xué)軍*，周海明

（新疆建筑科學(xué)研究院<有限責(zé)任公司>工程勘察測繪院，新疆烏魯木齊830002）

粗?；旌贤辆哂刑厥獾奈锢砹W(xué)性質(zhì)，其穩(wěn)定性往往較差。通過對建筑于粗?；旌贤林系哪彻こ贪l(fā)生地基破壞的原因進(jìn)行分析，對粗粒混合土地基沉降的主要原因進(jìn)行了初步探討，提出了粗?；旌贤翝B透變形是地基不均勻沉降的主要原因。并對造成事故的勘察、設(shè)計(jì)、施工中人為原因進(jìn)行了初步分析，提出了類似工程實(shí)施過程中的注意事項(xiàng)，對工程后續(xù)治理提供了較準(zhǔn)確的依據(jù)。

既有建筑；粗?；旌贤?；地基沉降；原因分析；滲透變形

某選礦廠位于天山中部，經(jīng)過4年建設(shè)，于2014年7月完工，但僅試運(yùn)行4h，即發(fā)生地基下陷，主廠房內(nèi)球磨機(jī)、水池及其它設(shè)施在短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)大范圍下沉和位移，導(dǎo)致設(shè)備嚴(yán)重變形受損，生產(chǎn)停滯，造成選礦廠投產(chǎn)時(shí)間推遲1年半以上，后期地基處理花費(fèi)3000萬元以上，給業(yè)主造成巨大損失。

確定地基破壞原因，成為對選礦廠進(jìn)行后期處理，恢復(fù)生產(chǎn)的關(guān)鍵因素。

1　工程概況

選礦廠包括磨礦倉、主廠房、鐵精礦倉鋅精礦倉、鋅精礦濃縮池、?16m尾礦濃縮、環(huán)水泵站、加藥間、煤場、鍋爐間、過濾間、油品間、化驗(yàn)室、綜合修理間、員工宿舍、綜合樓、食堂及浴池及皮帶通廊支架等項(xiàng)目設(shè)施。

已建設(shè)施安全等級均為二級，采用框架或排架結(jié)構(gòu)，對差異沉降敏感程度敏感。除磨礦倉、主廠房、鐵精礦倉鋅精礦倉、礦槽及鍋爐間高度在25～35m外，其它設(shè)施高度在3～15m。設(shè)計(jì)采用天然地基，鋼筋混凝土矩形基礎(chǔ)?；A(chǔ)擬埋置深度一般在-2.0～-3.5m，地下構(gòu)筑物總砂泵站基礎(chǔ)埋深達(dá)-6.0m。

1.1勘察設(shè)計(jì)及施工情況

①根據(jù)勘察報(bào)告，擬建場地位于山前沖洪積扇，海拔高程在2870～2890m之間，場地土由沖填土和角礫構(gòu)成。角礫為良好的地基持力層，承載力fak=200kPa。

②廠房建筑采用框架或排架結(jié)構(gòu)，獨(dú)立柱基，擴(kuò)大基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋深為-2.5m，以角礫為地基持力層。

③設(shè)備基礎(chǔ)采用擴(kuò)大基礎(chǔ)，埋深-2.5m，以角礫為地基持力層。

④考慮到選礦廠運(yùn)行時(shí)使用大量水，在廠房內(nèi)設(shè)置了排水槽和非防水地坪。

1.2施工情況

因選礦廠所在位置海拔較高，氣溫較低，冬季漫長，夏季短暫，造成每年施工期極短，僅有4～5個(gè)月。廠房施工和設(shè)備安裝共計(jì)歷時(shí)4年。

根據(jù)施工資料反映，在基坑開挖時(shí)，主廠房基坑范圍內(nèi)，先后出現(xiàn)4處塌陷坑，面積最大的約5～6m2，深度1.0～3.0m左右，經(jīng)勘察單位現(xiàn)場地基驗(yàn)槽，判斷為勘察時(shí)探井塌陷，采用素混凝土回填處理。

因設(shè)計(jì)文件未提出水槽和地坪的防水要求，因此施工時(shí)僅按一般要求進(jìn)行防水處理，且水槽及地坪施工質(zhì)量較差，開裂情況較普遍。

1.3事故情況

在設(shè)備安裝調(diào)試完成后，于2014年7月進(jìn)行了試生產(chǎn)，開機(jī)試運(yùn)行4h，因管路系統(tǒng)發(fā)生問題，致使大量水滲入地下，發(fā)現(xiàn)地基下陷，10h后，主廠房內(nèi)球磨機(jī)、水池及其它設(shè)施出現(xiàn)大范圍下沉和位移，導(dǎo)致設(shè)備嚴(yán)重變形受損，其中1#球磨機(jī)東南角下沉60mm，2#球磨機(jī)東北角下沉80mm，無法繼續(xù)生產(chǎn)。

2　初步確定的地基破壞原因

根據(jù)工程所在場地位置、海拔、地形、地貌及巖土工程條件，初步判斷發(fā)生地基破壞的可能原因?yàn)椋?/p>

①工程所在地區(qū)海拔高、氣溫低，可能存在多年凍土，受水浸泡，多年凍土融化，造成地基突然沉降；

②地基土可能具濕（溶）陷性，受水浸泡后，地基土發(fā)生沉降；

③基礎(chǔ)施工完成后，肥槽填土未按設(shè)計(jì)要求碾壓合格，受水浸泡發(fā)生沉降，帶動基礎(chǔ)發(fā)生不均勻沉降。

按照以上分析，對工程進(jìn)行了地基調(diào)查工作。

3　地基調(diào)查

3.1地基調(diào)查工作內(nèi)容

地基調(diào)查主要進(jìn)行了以下現(xiàn)場工作：

①地質(zhì)及工程地質(zhì)調(diào)查測繪：進(jìn)入現(xiàn)場后，發(fā)現(xiàn)原勘察報(bào)告對場地地形地貌判斷有誤，首先進(jìn)行了工程場地的地質(zhì)及工程地質(zhì)調(diào)查測繪工作；

②人工探井：為地基調(diào)查的主要手段，沿建（構(gòu)）筑物及設(shè)備基礎(chǔ)周邊開挖探井，目的是直接觀察基礎(chǔ)下地層情況，了解地基沉降原因；

③鉆孔：為了解深層地基土的變化及進(jìn)行必要的原位測試工作，在有鉆孔施工條件的區(qū)域，布設(shè)了鉆孔作為地基調(diào)查手段；

④原位測試：地基調(diào)查時(shí)主要進(jìn)行了地基土浸水載荷試驗(yàn)和動力觸探，目的是查明地基土的濕（溶）陷性和地基土密實(shí)程度；

⑤現(xiàn)場試驗(yàn)：開挖試坑至已建建（構(gòu)）筑物基礎(chǔ)埋深部位，進(jìn)行現(xiàn)場試坑浸水試驗(yàn)，觀測地基土在無附加荷載條件下受水浸泡后的沉降變形特征；

⑥取樣試驗(yàn)及現(xiàn)場測試：在探井內(nèi)進(jìn)行含水量及地溫測量，同時(shí)采取土試樣進(jìn)行顆粒分析及土化學(xué)分析；對分布在粗?；旌贤林械募?xì)粒土夾層或透鏡體，人工采?、窦壴瓲钤嚇舆M(jìn)行土常規(guī)及黃土濕陷性試驗(yàn)。

3.2地基調(diào)查結(jié)果

在地基調(diào)查工作中，發(fā)現(xiàn)的主要問題：①場地地貌并非沖洪積扇，而是屬于山前坡積裙；②地基溫度測定結(jié)果表明，已建場地地表4m下地基土溫度均在0°C以上，不存在多年凍土。

③地基持力層土層并非勘察報(bào)告提出的角礫，而是粗?；旌贤痢５鼗{(diào)查時(shí)，共計(jì)采取51組試樣帶回土工實(shí)驗(yàn)室。經(jīng)室內(nèi)研磨及水洗篩分，角礫、礫砂中粒徑小于0.075mm的細(xì)粒土質(zhì)量超過總質(zhì)量的12.1%～52.8%，有82.1%的粗粒土試樣中粒徑小于0.075mm的細(xì)粒土質(zhì)量超過總質(zhì)量的25%。

④粗?；旌贤林写嬖诖罅刻烊煌炼础Ｔ谡{(diào)查過程中，約50%的勘探點(diǎn)在不同位置、不同深度內(nèi)發(fā)現(xiàn)有天然土洞，其分布在平面及空間上無規(guī)律。已揭露土洞一般呈“紡錘”狀或錐形體，長約0.6～1.8m，寬0.3～1.2m，高度在2.2～3.6m，部分土洞被頂部塌落的松散土體充填。

⑤粗?；旌贤猎谔烊缓疇顟B(tài)下有較高的強(qiáng)度，承載力特征值達(dá)到200～300kPa，但受水浸潤后，其強(qiáng)度迅速降低，變形加劇，在200～250kPa荷載下即產(chǎn)生破壞。該土在200kPa壓力下浸水載荷試驗(yàn)的附加濕陷量ΔFs=2.15～3.52cm，其濕陷程度輕微—中等，計(jì)算濕陷啟始壓力為137～186kPa。綜合判定場地為非自重濕陷場地，Ⅲ級（嚴(yán)重）濕陷地基。

4　地基沉降原因分析

根據(jù)場地巖土工程條件和地基調(diào)查結(jié)果，綜合分析本工程發(fā)生地基沉降的原因?yàn)椋?/p>

①工程場地主要地層為洪坡積的粗?；旌贤粒w粒級配不連續(xù)，缺失中間粒徑，在地下水滲流情況下，易發(fā)生管涌。而在較長的地質(zhì)年代，因?yàn)榻邓痛杭救谘┰斐纱至；旌贤林写嬖诘叵滤疂B流，致使細(xì)粒土被帶走，但粗粒土形成的骨架尚能支撐，滲漏量加大但沒有發(fā)生破壞，在土體滲流通道中形成天然土洞。

②場地為高原草甸，地表具植被保護(hù)層，地形天然坡度大，有淺沖溝分布，地表徑流條件良好，滲入土中水量較少。選礦廠建廠施工過程中，對場地進(jìn)行大填大挖式的整平，將原來自然坡度平整成5個(gè)平臺。地表植被保護(hù)層被破壞，地表徑流成為平臺上的緩流，致使?jié)B入地層水量加大，進(jìn)一步加劇了粗?；旌贤恋臐B透破壞。

③在滲流條件下形成的天然土洞，有部分處于極限平衡狀態(tài)，當(dāng)改變其上覆土壓力或進(jìn)一步滲流，即可能造成土洞坍塌，形成地表土體沉陷，產(chǎn)生塌陷坑。在施工驗(yàn)槽時(shí)基坑內(nèi)出現(xiàn)的塌陷坑即是此原因造成，理應(yīng)引起重視，但勘察單位驗(yàn)槽時(shí)僅進(jìn)行了簡單判斷，失去了避免發(fā)生工程事故的一次最好機(jī)會。

④選礦廠廠房建設(shè)和設(shè)備安裝，增加了基礎(chǔ)下伏粗粒混合土的附加應(yīng)力，使更多天然土洞形成的自然壓力拱處于或接近于極限平衡狀態(tài)，廠房及設(shè)備均處于失穩(wěn)前的較危險(xiǎn)狀態(tài)。只要附加應(yīng)力或滲流條件發(fā)生變化，極有可能造成地基沉降。

⑤選礦廠廠房內(nèi)地坪及排水水槽未進(jìn)行防水處理或防水處理施工質(zhì)量較差，試生產(chǎn)時(shí)大量水體滲入粗粒混合土中，土洞上部粗粒混合土進(jìn)入飽和狀態(tài)，自重應(yīng)力大幅增加，隨即產(chǎn)生新的滲流破壞及土洞天然壓力拱失穩(wěn)塌陷，致使地基短時(shí)期內(nèi)發(fā)生較大不均勻沉降，造成事故發(fā)生。

⑥粗粒混合土具非自重濕陷性，為Ⅲ級（嚴(yán)重）濕陷地基，由土的自重壓力及上部結(jié)構(gòu)荷載產(chǎn)生的附加應(yīng)力超出地基土的濕陷啟始壓力，在大量水滲入地下后，地基產(chǎn)生濕陷變形，加劇了地基沉降，使事故進(jìn)一步惡化。

5　結(jié)論

①在巖土工程勘察過程中，對工程所處地貌單元的判定十分重要。不同地貌單元由于沉積環(huán)境不同，地層物理力學(xué)性質(zhì)差異較大，所帶來的巖土工程問題也不同。對于本工程，所處場地為坡積裙，有巨厚的粗?；旌贤练植际终＃至；旌贤恋奶厥庑再|(zhì)，自然成為本工程的主要巖土工程問題。而勘察時(shí)判斷場地所處地貌為沖洪積扇，十分自然地將粗?；旌贤僚卸榱W(xué)性質(zhì)優(yōu)良的沖洪積角礫，為本次事故的主要原因。

②在巖土工程勘察工作中，對場地地層的定名，應(yīng)在現(xiàn)場觀察的基礎(chǔ)上結(jié)合適當(dāng)?shù)耐凉ぴ囼?yàn)進(jìn)行。本工程在勘察過程中，僅僅依靠野外觀察和現(xiàn)場常規(guī)篩分試驗(yàn)，將主要地層定名為角礫，未進(jìn)行室內(nèi)水洗篩分試驗(yàn)，致使地層定名錯(cuò)誤，將粗粒混合土定名為角礫，錯(cuò)失了粗?；旌贤翈淼囊幌盗泄こ虇栴}。

③在近山區(qū)進(jìn)行工程建設(shè)時(shí)，應(yīng)盡量避免大填大挖，如必須進(jìn)行大范圍的場地整平，應(yīng)采取措施確保場地原有水流通道暢通，或先行建設(shè)排水通道，避免地表水流大量滲入地下，帶來新的工程問題。

④地基驗(yàn)槽是檢驗(yàn)勘察成果準(zhǔn)確性的關(guān)鍵步驟，應(yīng)引起足夠重視。在驗(yàn)槽過程中，發(fā)現(xiàn)特殊情況應(yīng)小心處置，不能輕易下結(jié)論。處理方案應(yīng)切合實(shí)際，抓住工程主要問題。在本工程中，施工驗(yàn)槽時(shí)，發(fā)現(xiàn)基底出現(xiàn)4處塌陷坑，未引起足夠重視，卻輕率的下結(jié)論為勘察時(shí)探井垮塌，實(shí)際上，只需對探井位置和塌陷坑位置坐標(biāo)進(jìn)行簡單對比分析，即可發(fā)現(xiàn)問題。但輕率的判斷卻使工程錯(cuò)過了最后一次發(fā)現(xiàn)問題的機(jī)會。

⑤對于類似選礦廠這樣生產(chǎn)時(shí)需大量用水的工業(yè)廠房，在設(shè)計(jì)施工時(shí)，應(yīng)有必要的地表防水措施，防止生產(chǎn)用水短時(shí)期內(nèi)大量滲入地下，帶來工程隱患。本工程中，廠房地坪不防水，水槽等排水措施施工質(zhì)量差，致使試生產(chǎn)時(shí)大量生產(chǎn)用水滲入地下，是本工程出現(xiàn)問題的重要誘因。

6　結(jié)語

確定地基發(fā)生沉降事故的真實(shí)原因，對事故的后期處理十分重要，本工程確定了地基沉降原因后，有的放矢地采取了標(biāo)本兼治的處理方案，取得了良好效果。而地基處理時(shí)的大量工作，進(jìn)一步驗(yàn)證了最初對沉降原因分析的準(zhǔn)確性。

［1］GB5047-2008水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范［S］.北京：中國計(jì)劃出版社，2009.

［2］李廣信.高等土力學(xué)［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2004.

［3］李廣信.巖土工程50講——巖壇漫話［M］.2版.北京：人民交通出版社，2010.

［4］顧寶和.巖土工程典型案例述評［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2015.

［5］高大釗.實(shí)用土力學(xué)［M］.北京：人民交通出版社股份有限公司，2014.

TU433

A

1004-5716（2016）02-0026-03

2015-10-09

劉學(xué)軍（1970-），男（漢族），新疆烏魯木齊人，高級工程師，現(xiàn)從事巖土工程方面的生產(chǎn)和科研工作。