對于某熱力公司化水車間地面沉陷的原因分析

趙剛

（陜西省建筑科學(xué)研究院710082西安）

1、概況

陜西省某熱力公司化水車間由車間（單層）與辦公區(qū)（二層）兩部分組成，均為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，采用柱下獨立基礎(chǔ)，地基處理采用砂石墊層。該工程2010年12月竣工后，各種專業(yè)設(shè)備安裝、調(diào)試完畢后即投入使用。在使用中發(fā)現(xiàn)除排水溝外，電纜溝內(nèi)積水嚴(yán)重，室內(nèi)地面明顯下沉，室外排水口旁邊塌陷等問題，使用單位對室外該塌陷嚴(yán)重部位開挖后發(fā)現(xiàn)排水溝下土層下陷，坑內(nèi)積水嚴(yán)重。遂立即對排水溝采取了臨時應(yīng)急措施，為防止沉降繼續(xù)惡化，暫停使用化水車間。為了保證安全生產(chǎn)，了解地面下沉的原因，并為后期處理提供技術(shù)依據(jù)，我單位對該化水車間地面沉陷的狀況進(jìn)行檢測鑒定。

2、重點檢測內(nèi)容

2.1現(xiàn)場情況調(diào)查

化水車間建筑由兩部分組成，辦公區(qū)為二層框架結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)區(qū)由一跨12m、一跨6m的框架結(jié)構(gòu)組成。生產(chǎn)區(qū)長71.4m，寬18m，除設(shè)備基礎(chǔ)外，地下沿縱向分別設(shè)有一道管溝、兩道電纜溝和三道排水溝。通過目測可見室內(nèi)地面有大面積下沉現(xiàn)象。墻根角部地面有拉開裂縫，最大寬度8mm~12mm，5-9/C-E軸（加藥車間）磚砌電纜溝下沉、裂縫、破損，在溝側(cè)壁位置，地面與溝壁沉降裂縫寬度15mm-25mm，粉刷層有破碎脫落現(xiàn)象，電纜溝內(nèi)角鐵支架銹蝕嚴(yán)重。通過對電纜溝的檢查及水跡等可知，生產(chǎn)區(qū)內(nèi)電纜溝均發(fā)生過大量積水，并導(dǎo)致下沉、裂縫、破損。

12/C-E軸處混凝土設(shè)備基礎(chǔ)中部有一條裂縫，長1.8m，縫寬5.0mm，裂縫形態(tài)：上寬下窄，在深度約400mm處消失。裂縫橫跨設(shè)備基礎(chǔ)并順沿至排水溝，排水溝裂縫雖經(jīng)廠方修復(fù)，但沉降未穩(wěn)定，仍可見修復(fù)材料被再次拉裂。

排水溝為現(xiàn)澆混凝土構(gòu)件，內(nèi)貼花崗巖板材，長度約70余米，17/A-C軸南山墻處為室外東、西出水口，東出水口外側(cè)混凝土排水溝上部已局部開裂，西出水口室外墻根附近積水、漏水嚴(yán)重。塌陷為一大坑，排水溝下部土層下陷嚴(yán)重。室內(nèi)排水溝經(jīng)仔細(xì)檢查和探井開挖，發(fā)現(xiàn)混凝土溝壁、溝底均有裂縫，縫寬1mm-2mm。在排空水狀態(tài)下，5-17/A-C軸（12m跨）西邊排水溝積水深度35mm-40mm，現(xiàn)狀下排水坡度變化呈波浪狀高低起伏；東邊排水溝整體排水不暢，有積水，深度20mm。

2.2建筑物傾斜變形檢測

對建筑物上部結(jié)構(gòu)的側(cè)向位移采用DJD2A經(jīng)緯儀進(jìn)行了觀測，并對廠房四周墻體、門窗洞口、地面散水進(jìn)行檢查，除10-11/A、17/A軸散水各有一條約2mm寬裂縫外，未見其它異常。通過該建筑物上部結(jié)構(gòu)側(cè)向位移觀測結(jié)果可知：其側(cè)向位移觀測值除一個測點超差為14mm外（含施工偏差），其余均滿足現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《工業(yè)建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》（GB50144-2008）中第7.3.9條關(guān)于結(jié)構(gòu)側(cè)向（水平）位移評定等級A級的要求（≤H/1000，H為基礎(chǔ)頂面至柱頂總高度）。

2.3室內(nèi)地面下沉觀測與探查檢測

2.3.1室內(nèi)地面下沉觀測

為了解室內(nèi)地面相對不均勻沉降程度及地下土質(zhì)處理情況，正確分析地面下沉原因，對生產(chǎn)區(qū)主要區(qū)域采用DSZ2水準(zhǔn)儀對地面的相對沉降狀況進(jìn)行觀測。為準(zhǔn)確反映沉陷的部位和狀況，觀測區(qū)域以建筑物軸線為網(wǎng)格線布置測點，橫軸分別在排水溝、電纜溝旁增設(shè)測點。相對沉降觀測結(jié)果表明：最大相對沉降量為-104mm。

2.3.2探查檢測

建設(shè)場地屬渭河一級階地，廠房地基處理采用大開挖換填砂石墊層方法處理至-2.6m，基礎(chǔ)坐落在砂石墊層上，其下為天然中砂層，地基承載力特征值fak≥200kPa。地下水位埋深7.10m~10.90m，基底位于地下水位之上。室內(nèi)采用素土回填，壓實系數(shù)≥0.94。

為了解地下土質(zhì)及管、溝、設(shè)備基礎(chǔ)等情況，參考地面沉降的現(xiàn)狀特征，分別在室內(nèi)排水溝、設(shè)備基礎(chǔ)外側(cè)及辦公區(qū)室內(nèi)地面布設(shè)了5個探井，采用人工成孔的方法，進(jìn)行了探查。從室內(nèi)地下土質(zhì)探查可知：自上而下以次為花崗巖板材，約110mm~190mm厚混凝土墊層，其下為素土回填至-2.60m，再下為地基處理的砂石墊層，處理厚度為1.0m，下面為②層中砂持力層。

探井探查的同時，對埋入地下的設(shè)備基礎(chǔ)、排水溝的情況進(jìn)行了了解，1#探井處混凝土設(shè)備基礎(chǔ)（含墊層）埋深為-1.25m，下為1.35m厚素土回填；3#探井處混凝土設(shè)備基礎(chǔ)埋深為-1.0m，下設(shè)混凝土墊層，未穿透。從設(shè)計圖紙可知：各種設(shè)備基礎(chǔ)平面尺寸及埋深不等，設(shè)備基礎(chǔ)基底至砂石墊層約有1.35m~1.80m厚分層夯實的室內(nèi)回填素土。

室內(nèi)排水溝為現(xiàn)澆混凝土構(gòu)件，下設(shè)100mm厚素混凝土墊層，地溝結(jié)構(gòu)層厚度為100mm，內(nèi)襯花崗巖板材，溝長約70余米，內(nèi)經(jīng)尺寸b=500mm（或400mm）、h=600mm，從現(xiàn)場檢查、探查發(fā)現(xiàn)沿溝長度方向、混凝土溝壁、溝底及溝外側(cè)面分布有數(shù)條裂縫，長度不等，可見裂縫寬度約1mm~2mm。沉降未穩(wěn)定，經(jīng)修補(bǔ)后的裂縫再次開裂。

2.4室內(nèi)回填土施工質(zhì)量檢測

2.4.1生產(chǎn)區(qū)回填土施工質(zhì)量檢測

為了解地下土質(zhì)及管、溝、設(shè)備基礎(chǔ)等情況，參考地面沉降的現(xiàn)狀特征，分別在室內(nèi)排水溝、設(shè)備基礎(chǔ)外側(cè)布設(shè)了3個探井（槽），采用人工成孔的方法，進(jìn)行了探查。

從室內(nèi)地下土質(zhì)探查可知：自上而下以次為花崗巖板材，約110mm~190mm厚混凝土墊層，其下為素土回填至-2.60m，再下為地基處理的砂石墊層，處理厚度為1.0m，下面為②層中砂持力層。

為了解地下浸水情況，取探井內(nèi)的回填素土進(jìn)行了含水量、干密度試驗，取樣間距0.2m~0.3m，從檢測結(jié)果可知：本工程在正常情況下，經(jīng)人工處理的室內(nèi)回填土含水量不會受地表水或地下水的影響，相對穩(wěn)定。但本次生產(chǎn)區(qū)檢測土樣的含水量在同樣深度或不同深度處，含水量相比，變化差異明顯，在-2.1m深度的回填土中含水量變化幅度為15.5%~23.9%之間，說明回填土層受水浸影響及地面荷載影響較大，實測相對濕陷下沉量約104mm，不宜進(jìn)行壓實系數(shù)的判定。

2.4.2辦公區(qū)回填土施工質(zhì)量檢測

在辦公區(qū)距管溝較遠(yuǎn)的地方布設(shè)了2個探井進(jìn)行探查、檢測。

在人工開挖探井時發(fā)現(xiàn)4#探井、5#探井混凝土墊層與回填素土面完全脫離，出現(xiàn)約100mm~120mm的空隙層。該回填土層除4#探井從地面至-1.4m處含水量不大，其余含水量均較大，僅表層約100mm厚度回填土經(jīng)過壓實，其余土質(zhì)松散，土樣無法成型。為了準(zhǔn)確分析了解回填土層未受水浸泡與受水浸泡后的現(xiàn)狀比較，采用環(huán)刀法對探井內(nèi)回填土層壓實系數(shù)進(jìn)行了檢測，取樣間距0.3m。試驗結(jié)果表明：-2.6m的回填土層在土自重或地面荷載的作用影響下，即使發(fā)生了約100mm~120mm的濕陷沉降，土層密實度有所改善、提高的因素下，仍不滿足設(shè)計要求，其未受水浸泡部分壓實系數(shù)僅為0.81~0.83。

現(xiàn)場調(diào)查、試驗分析認(rèn)為：室內(nèi)回填土未夯壓密實，產(chǎn)生下陷變形，導(dǎo)致裂縫滲漏是室內(nèi)回填土不均勻下沉的主要原因，滲漏水浸入土層加劇了沉降的發(fā)展，并影響到室內(nèi)整個回填土層，產(chǎn)生了大面積的不均勻沉降。平面軸線布置及探井位置見附圖1。

2.5設(shè)備基礎(chǔ)臺座變形檢測

為了解設(shè)備基礎(chǔ)臺座變形對正在使用的設(shè)備的影響，采用DSZ2水準(zhǔn)儀對12m跨、6m跨及加藥車間各自獨立的基礎(chǔ)臺面不均勻沉降進(jìn)行了觀測。觀察結(jié)果表明，設(shè)備基礎(chǔ)臺座不均勻沉降差值在11~76mm之間。設(shè)備基礎(chǔ)下地基的不均勻沉降導(dǎo)致12/C-E軸（6m跨）處產(chǎn)生一條裂縫，裂縫橫跨設(shè)備基礎(chǔ)的中部，長1.8m，寬5.0mm，上寬下窄，深度約400mm，裂縫順延至排水溝內(nèi)。廠房投入使用不久，曾因不均勻沉降原因于2011年對12m跨東邊設(shè)備基礎(chǔ)的地基進(jìn)行過加固處理。

3、檢測結(jié)果分析

該工程地基處理采用大開挖換填砂石墊層方法處理，柱基礎(chǔ)埋深-2.6m，地基承載力特征值fak≥200kPa，通過檢測未發(fā)現(xiàn)建筑物有不均勻沉降和傾斜現(xiàn)象。

室內(nèi)采用素土回填，從-2.6m至地面。在使用方面根據(jù)生產(chǎn)工藝與設(shè)備荷載安裝的要求室內(nèi)地下設(shè)有平面尺寸、埋深不等的多個設(shè)備基礎(chǔ)，設(shè)備基礎(chǔ)底與砂石墊層之間為1.35m~1.8m的回填素土；同時地下設(shè)有一道管溝、兩道電纜溝、三道排水溝，溝底下為回填素土，各種溝埋深不同，回填素土厚度為1.55m~1.9m，最薄1.25m。

混凝土是一膠凝復(fù)合材料，本身具有硬化收縮的特征，室內(nèi)排水溝為現(xiàn)澆混凝土薄壁型構(gòu)件，當(dāng)收縮受到周圍的約束時，就會在板內(nèi)（溝壁或溝底）產(chǎn)生收縮應(yīng)力，當(dāng)超過混凝土抗裂強(qiáng)度時，就會產(chǎn)生收縮裂縫。混凝土在硬化過程中與溫度、濕度變化程度關(guān)系密切，與構(gòu)件自身尺寸相關(guān)。一般來說，構(gòu)件尺寸相對較長或較大容易出現(xiàn)裂縫。本工程每道排水溝長約70余米，采用普通混凝土，溝下為近2米的回填素土，施工中稍有疏忽，就會產(chǎn)生微裂縫。廠房投入使用后，水通過微裂縫向素土層浸入，土層遇水變軟、承載力降低、下陷，水溝變形，裂縫發(fā)展變大，漏水量變大，并向周邊、地下設(shè)備基礎(chǔ)等較疏松土層擴(kuò)展。在大面積地面上部設(shè)備自重荷載及設(shè)備循環(huán)工作荷載作用下（注水、排出水），沉降量加大，裂縫發(fā)展、變多，更大，水溝沉降變形明顯，當(dāng)排水量大或長時間積累下時，處于較低位的電纜溝就會進(jìn)水或積水，致磚砌體溝壁出現(xiàn)下陷、破損。10-15/C-E軸約24m長的水泵基礎(chǔ)在不均勻沉降作用下產(chǎn)生裂縫。其它長度較短的設(shè)備基礎(chǔ)則產(chǎn)生了程度不同的不均勻沉降。

室內(nèi)-2.6m以下為砂石墊層，雖排水溝多處出現(xiàn)了間歇性的大量漏水，在-2.1m深度的回填土中含水量變化幅度為15.5%~23.9%之間，但砂層透水性能良好，從探井檢查回填土至砂石墊層上表面，未發(fā)現(xiàn)積水現(xiàn)象。

根據(jù)以上檢測分析認(rèn)為：室內(nèi)排水溝的滲漏使回填素土產(chǎn)生了輕微沉降，素填土遇水承載力降低加劇了沉降，并影響到室內(nèi)整個回填土層，導(dǎo)致地面及設(shè)備基礎(chǔ)產(chǎn)生了大面積的不均勻沉降，給安置在室內(nèi)的管道、設(shè)備帶來了不利影響。

4、修復(fù)相關(guān)問題

①鑒于室內(nèi)排水溝已不能滿足使用要求，為保證其耐久性及正常使用性，為消除對設(shè)備基礎(chǔ)的繼續(xù)影響，對其它溝內(nèi)各類管、線的侵蝕等隱患，建議拆除重建排水溝。考慮到化水車間生產(chǎn)工藝與設(shè)備的專業(yè)性和特殊性要求，應(yīng)請設(shè)計單位進(jìn)行專項設(shè)計。溝、管施工填埋前應(yīng)進(jìn)行閉水試驗，室內(nèi)排水溝處回填土宜用灰土處理。

②室內(nèi)地面及設(shè)備基礎(chǔ)浸水后素填土層發(fā)生沉降，但設(shè)備基礎(chǔ)下素填土最厚1.8m，溝下最厚1.9m，剩余濕陷量有限，其下為透水性良好的砂石墊層，沉陷發(fā)生后，在地面上部荷載的作用下，其濕陷性、壓縮性有所改善。杜絕滲漏水后一般不會產(chǎn)生明顯的差異沉降，可考慮不采取處理措施。

③考慮到設(shè)備基礎(chǔ)上安裝的設(shè)備、管道對變形的敏感程度（安裝使用等技術(shù)要求），如不能滿足，需要重新安裝調(diào)試，應(yīng)在施工處理完排水溝等以后進(jìn)行。

④設(shè)備基礎(chǔ)臺座裂縫可采用“壓力注漿法”修補(bǔ)裂縫；電纜溝等裂縫、破損部位可采用局部修補(bǔ)的方法處理。

⑤在使用期間，加強(qiáng)定期檢查、檢漏、維護(hù)工作。

5、結(jié)語

當(dāng)前工業(yè)建筑的設(shè)計與施工，必須考慮到工業(yè)生產(chǎn)的工藝流程、建筑的使用環(huán)境等因素，對于其中任何一個環(huán)節(jié)的疏忽，都可能造成嚴(yán)重的后果。總結(jié)事故教訓(xùn)，我們應(yīng)該在工業(yè)建筑的設(shè)計、施工以及使用階段，充分考慮到工業(yè)生產(chǎn)及工藝流程的特點，杜絕經(jīng)驗主義。針對本工程，我們相關(guān)各方就應(yīng)該充分重視室內(nèi)回填土的施工質(zhì)量與排水溝的設(shè)置問題，同時還應(yīng)該重視黃土的濕陷性問題。

依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)：

[1]國家標(biāo)準(zhǔn)《工業(yè)建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》GB50144-2008.

[2]國家標(biāo)準(zhǔn)《土工試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50123-1999.

[3]國家標(biāo)準(zhǔn)《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》GB50025-2004.

(本文來源：陜西省土木建筑學(xué)會    文徑網(wǎng)絡(luò)：劉軍 呂琳琳 編輯   劉真 文徑 審核)