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软土地基工程事故原因分析与处理方案1工程概况2地质条件3工程问题的原因分析3.1软粘土层的变形规律3.2墙体斜向裂缝产生的原因3.3室内地面下沉开裂4地基加固4.1问题桩基的处理方案4.2室内地面下沉开裂的处理方案4.3废桩切除4.4加固效果1工程概况某工厂位于珠江三角洲某保税区附近,场地原为海滩沼泽地,多年前填土成地,现在地面标高在5米以上。工厂占地面积1000多平方米,为一层砖混结构,采用桩础,φ300的预制桩;地面采用陶瓷地砖,直接在填土地基上铺设。厂房在2004年12月竣工,两个多月后发现部分墙体开裂严重,出现明显的斜向裂缝。室内地面也开始出现锅底状变形,墙边高里面低,差异沉降明显。本文对上面工程问题的产生原因进行分析,并介绍地基加固方案。2地质条件根据钻探结果,场地内地层按自上而下的顺序依次描述如下:人工填土:上部褐黄褐红色,主要由粘性土组成;下部为褐灰、褐黄色,由块石混少量粘性土组成,块石成分为花岗闪长岩,粒径0.8m～2.0m不等,呈棱角状,结构松散。各钻孔均遇见该层,层厚4.80～9.40米,其中块石层厚度介于4.0～6.3米。淤泥:灰黑色,含有机质及少量贝壳,略具臭味,呈饱和、流塑状态,层厚15.5～21.0米。粘土:褐黄色,含约15%的细砂,呈饱和、可塑状态,层厚2.00～7.00米。砂质粘性土:褐黄、灰白色,由花岗岩原地风化残积而成,原岩结构清晰可辨,呈饱和、硬塑状态,层厚1.80～7.90米。全风化花岗岩:褐黄、灰白色,绝大部分矿物已风化成土状,可见残余结构,手捏易碎且有砂感,岩芯呈土柱状,层厚1.00～4.30米。强风化花岗岩:褐黄、灰白色,大部分矿物已显著风化,节理裂隙极发育,岩芯呈土柱状及土夹碎块状,揭露厚度2.60～4.20米,层厚不详。3工程问题的原因分析本工程问题属于地基基础问题。地基基础问题分为两类:承载力问题和变形问题。地基承载力问题:当荷载增加,地基土的应力接近其抗剪强度时,地基土逐渐屈服;当荷载继续增加,地基土屈服区域达到一定范围时,地基就会发生突然的失稳破坏。承载力问题一般发生在施工期间。常见的地基变形问题是:地基基础在竣工后发生的沉降或差异沉降过大,超出了上部结构物的容许范围,从而导致结构物的损坏。由于地基软土的变形是一个缓慢的过程,在建筑施工期内其变形量还不足以对建筑物构成明显的影响,一般没有及时引起足够的重视。因此,变形问题经常在建筑物竣工后,甚至使用多年后才暴露出来,此时往往已造成严重的经济损失。本工程问题起因于过大的工后差异沉降,具体分析如下：3.1软粘土层的变形规律本场地在填土层下为15～21米厚的淤泥层,淤泥的物理力学性质见表1。该淤泥层的压缩性较大,而渗透性较差。由于这两大特性,在荷载作用下,淤泥层会发生较大的沉降,而且沉降的发展很慢。土体的压缩性与土体间孔隙比有关，土体是三相体：气/颗粒/水，压缩系数愈大，土的压缩性愈高工程中一般采用100～200kPa压力区间内对应的压缩系数a1−2来评价土的压缩性。分类如下：a1−20.1低压缩性土0.1≤a1−20.5属中压缩性土a1−2≥0.5属高压缩性土土的渗透性是指水在土孔隙中渗透流动的性能，渗透系数愈大，土体透水性愈强本场地淤泥层的沉降分析结果见图1。图中可见,场地总沉降约1450mm,在最初的5年内,每年的沉降在250～80mm之间。在那么大的沉降影响下,如不采取相应措施,往往会导致上部建筑物出现严重的工程问题。图1软基沉降曲线3.2墙体斜向裂缝产生的原因厂房地基采用桩基础,要求预制桩打穿淤泥层进入下卧强风化层。但由于局部地区有抛石层的存在,打桩无法穿越该抛石层,有些桩位移位了8次,打了8根桩,都无法打下去，这样就形成了有些桩进入了性质较好的持力层,有些桩则浮在抛石层上形成问题桩,下面还有十几米的淤泥层。上面工况条件下的地基承载力是可以满足设计要求的。打入强风化层的桩是按设计要求实施,承载力没有问题。浮在抛石层上的桩,因为有4～6米左右的刚度很好的抛石层支撑,且在一个桩位有多根桩,其承载力也是够的。在差异沉降方面则存在严重问题。打入强风化层的桩,其沉降来自桩身的压缩和桩端下持力土层的压缩变形,沉降量是很小的。浮在抛石层上的桩,其沉降主要来自桩身压缩和下卧淤泥层的压缩变形;由于淤泥层深厚且压缩性很大,因此这些桩的沉降量非常大。这就造成了在一个基础范围内,存在很大的差异沉降,从而导致墙体开裂。3.3室内地面下沉开裂对于桩基良好的房间,墙体的荷载是通过梁、承台和桩传递到下卧持力层的,桩、地梁和墙体的沉降都很小;地基土面则由于淤泥层的压缩变形而产生很大的沉降,这样地面和地梁之间会产生很大的差异沉降。而地面结构层坐在地面和地梁上，因为两者之间的差异沉降，地面结构层先形成锅底状;当差异沉降发展到一定程度时,地面结构层将发生开裂。4地基加固4.1问题桩基的处理方案如前面分析,墙体开裂的主要原因是同一个基础中，桩的持力层不同，差异沉降大。有效的处理办法必须能消除基础的差异沉降或减小差异沉降在容许的范围内。根据这个思路，可以有两类处理办法:第一类方法:处理“问题桩”下卧淤泥层,改善其工程性质,减小压缩变形。处理方法有注浆法、高压旋喷法等，通过钻孔穿过抛石层，将水泥浆注进下卧淤泥层，将淤泥变成水泥土，形成工程性质良好的持力层。但是,由于问题桩下卧淤泥层有十多米厚，这类方法的处理效果难以保证，工程造价也会很高。注浆法是将某些能固化的浆液注入岩土地基的裂缝或孔隙中，以改善其物理力学性质的方法。注浆的目的是防渗、堵漏、加固和纠正建筑物偏斜。注浆机理有：填充注浆、渗透注浆、压密注浆和劈裂注浆。注浆材料有粒状浆材和化学浆材，粒状浆材主要是水泥浆，化学浆材包括硅酸盐（水玻璃）和高分子浆材。高压旋喷桩，是以高压旋转的喷嘴将水泥浆喷入土层与土体混合，形成连续搭接的水泥加固体。第二类方法为替换桩方法,在问题桩附近通过钻孔穿过抛石层,形成一根进入工程性质良好的持力层的替换桩。针对本工程的具体情况,这类方法有树根桩、钢管桩等。树根桩和钢管桩的成桩方法相近,都是先钻孔,下钢筋笼或钢管,再注浆。两者的主要区别见下表。桩型树根桩钢管桩桩径150～300mm90～130mm估算单桩承载力115～270kN60～100kN单价68～115元/米90～120元/米表2树根桩与钢管桩比较树根桩是一种类似树根呈不同方位或直斜交错分布的钻孔桩群。树根桩桩径一般都在150～300毫米左右，桩长不一，常用于房屋纠偏、地基沉陷处理和边坡加固等。树根桩施工方法相似于钻孔灌注桩，施工程序是用钻机钻孔、下钢筋笼(束)、灌注混凝土；亦可以先下钢筋笼和预设注浆管，再向孔内投砾并采取后压浆工艺成桩。钢管桩，由钢管、企口榫槽、企口榫销构成，钢管直径的左端管壁上竖向连接企口槽，企口槽的横断面为一边开口的方框形，在企口槽的侧面设有加强筋，钢管直径的右端管壁上且偏半径位置竖向连接有企口销，企口销的槽断面为工字形。据初步估算,每根问题桩需要支承的荷载约300～400kN。对照表2可知,桩径稍大的树根桩的承载力可在200kN以上,可以用两根树根桩置换一根问题桩。而钢管桩最大承载力仅100kN左右,需要四根来替代一根问题桩。在造价方面,替换一根30米长的问题桩,采用钢管桩需要13200元,而采用树根桩仅需5400元。4.2室内地面下沉开裂的处理方案由于场地下卧有深厚的淤泥层,且没有作任何处理,室内地面下沉已不可避免。可以采取处理措施控制淤泥层的压缩变形,进而减少地面沉降,但这些处理造价非常昂贵。而根据工厂的功能要求,也没有必要将地面的工后沉降控制在很小的范围。因此,处理本问题的主要思路应是消除室内地面的锅底状变形,控制地面结构层的开裂,保证厂房的正常使用即可。根据上面思路和相关经验,最经济又有效的办法是；沿墙边或横梁的外沿将地面结构层和墙体分离,设置一条隔离缝,用泡沫材料充填。这样可以保证室内地面比较均匀地下沉,不会发生开裂。4.3废桩切除问题废桩不但起不到承载作用,反而增加了基础的向下荷载。问题桩位仅浮在6米深的抛石层上,桩侧的填土将跟随淤泥层的压缩而下沉,对废桩产生向下的摩擦力。据估算,每根桩因负摩擦而产生的向下的荷载约2～3吨。每个问题桩位的废桩有2～8根,将给替换新桩增加5～24吨的荷载。这对处理后的基础是非常不利的,必须在替换桩承载力达到设计要求后切断。4.4加固效果该厂房的地基加固按照上面推荐处理方案实施。该地基加固已有三个月。监测结果表明,加固后的桩基基本上没有工后沉降;而厂房地面则下沉了26毫米,基本上是均匀沉降。谢谢大家！