论文部分内容阅读
【摘 要】黄河三角洲地区的砖混结构房屋，自基础施工完后变发生着沉降变形，并且随着时间的持续，变形仍在继续发展。由于地基的沉降变形，导致了房屋建成后墙体开裂。文中根据对三幢房屋的观测结果，对房屋的沉降情况做了分析、研究。
【关键词】黄河三角洲；砖混房屋；沉降；分析
概述
东营市地处黄河三角洲地区，自1983年东营市建市以来，黄河三角洲上已建设完成了近十亿平方米的多层砖混结构居住建筑和公共建筑。但是，这些已投入使用的砖混结构房屋，近十年来不断有墙体开裂现象出现。其中，胜利油田所属的孤岛社区、仙河社区、胜北社区尤为严重。据统计，顶层楼板开裂情况约占70%左右；两侧山墙开裂的约占40%左右；室内墙面裂缝在孤岛社区约占60%左右；外墙窗洞斜对角产生裂缝的房屋在孤岛社区约占80%左右，并且有不断增多的趋势。经分析，房屋出现开裂的原因之一时由于房屋地基的不均匀沉降引起，东营市地处黄河新近冲积的黄河三角洲平原上，土体含水量高、压缩变形大，地基变形持续时间长，由此导致了建筑物竣工时沉降变形发展不完全，会持续很长时间的现象。本文根据三幢房屋的实际观测资料，对黄河三角洲地区的地基变形情况进行了分析、研究。
1、房屋岩土工程条件
三幢房屋都处在黄河三角地区，岩土工程特征基本相近，其岩土勘察资料如下：
1层：粉质粘土 层厚较均匀，为0.70～0.90m，锥尖阻力qc=2.00MPa，工程性能较好。
2层：粉质粘土 层厚为0.50～0.60m，锥尖阻力qc=0.40MPa，土质不均匀且较软，属于中等压缩性土，工程性能一般。
3-1层：粉土 层厚0.80～0.90m，锥尖阻力qc=1.10MPa，土质不均匀，属于中等压缩性土，工程性能一般。压缩系数a0.1-0.2=0.31MPa-1，属于中高压缩性土，强度较低，工程性能一般。
3-2层：粉土 层厚2.00～2.20m，锥尖阻力qc=3.00MPa，土质较均匀，属于中等压缩性土，工程性能较好。
4层：淤泥质粘土 层厚0.50～0.60m，锥尖阻力qc=0.35MPa，属于中偏高等压缩性土，工程性能较差。
5层：粉质粘土 层厚1.40～1.50m，锥尖阻力qc=0.60MPa，属于中等压缩性土，工程性能一般。
6层：淤泥质粉质粘土 锥尖阻力qc=0.40MPa，属于高压缩性土，工程性能差。
7层：淤泥质粘土此层未穿透，锥尖阻力qc=0.40MPa，属于高压缩性土工程性能差。
2、三幢住宅沉降变形观测情况
自1992年以来，为掌握黄河三角洲地区房屋地基在持续荷载作用下的变形规律，对三幢具有代表性的建筑物进行了跟踪沉降观测。被观测的建筑物和其观测结果如下。
2.1胜利油田职工大学60型住宅楼
该建筑位于东营市西城区胜泰路西段北侧、舒苑小区院内,于1993年3月开工建设,1993年12月竣工交付使用,结构形式为五层混凝土砌块结构，钢筋混凝土筏板基础，天然地基承重。该楼设计时，为满足地基承载能力的要求，降低上部结构的静荷载值，设计中采用了混凝土空心砌块承重方案。该工程施工时在沿建筑物四周的墙上设置了8个沉降观测点、在距离建筑物50m远的地面上设置了1个水平沉降观测基准点。从基础完工开始沉降观测，一直持续至今，并逐年对沉降观测值进行对比、分析、研究，其结果可以作为本地区房屋建设、设计的可靠依据，本工程8个沉降观测点的沉降值研究、分析显示，三幢建筑物均呈现出了不均匀沉降现象，建筑物两端沉降量小，中间沉降量大，建筑物墙体出现了裂缝。该工程8个沉降观测点的沉降平均值见表5-1：
表5-1 胜利油田职工大学60型住宅楼沉降观测值
序号 观测时间（年.月） 沉降量（mm） 累计沉降量（mm） 备注
第1次 1993.4 0 0 基础完工
第2次 1993.6 5 5 主体3层完工
第3次 1993.8 8 13 主体5层完工
第4次 1994.2 12 25 工程竣工
第5次 1994.8 8 33 工程竣工半年
第6次 1995.8 5 38 工程竣工1年
第7次 1996.8 4 42 工程竣工2年
第8次 1997.8 4 46 工程竣工3年
第9次 1998.8 3 49 工程竣工4年
第10次 1999.8 3 52 工程竣工5年
第11次 2000.8 2 54 工程竣工6年
第12次 2001.8 2 56 工程竣工7年
第13次 2002.8 3 59 工程竣工8年
第14次 2003.8 3 62 工程竣工9年
2.2胜利油田孤岛社区朝阳四村45号住宅楼
该建筑位于东营市河口区孤岛镇朝阳四村院内,于1992年3月开工建设,1992年11月竣工交付使用,结构形式为四层砖混结构，钢筋混凝土筏板基础，墙下设钢筋混凝土卧梁，天然地基承重，功能为胜利油田45型住宅楼。该工程地处已建房屋墙体开裂高发的孤岛地区，具有典型黄河三角洲的特点。本工程建设时，在建筑物上设置了6个观测点，在距建筑物50m的地方设置了1个水平基准观测点。该工程建成3年后顶层墙体上开始出现裂缝，建成第五年一至四层均出现了裂缝，至今裂缝仍在发展。该工程6个沉降观测点的沉降平均值见表5-2：
表5-2 孤岛社区朝阳四村45号楼沉降观测值
序号 观测时间（年.月） 沉降量（mm） 累计沉降量（mm） 备注
第1次 1992.4 0 0 基礎完工
第2次 1992.5 5 5 主体2层完工
第3次 1992.6 5 10 主体4层完工
第4次 1992.10 10 20 工程竣工
第5次 1993.4 10 30 工程竣工半年
第6次 1994.4 5 35 工程竣工1年
第7次 1995.4 5 40 工程竣工2年
第8次 1996.4 4 44 工程竣工3年
第9次 1997.4 3 47 工程竣工4年
第10次 1998.4 3 50 工程竣工5年
第11次 1999.4 3 53 工程竣工6年
第12次 2000.4 2 55 工程竣工7年
第13次 2001.4 3 58 工程竣工8年
第14次 2002.4 3 61 工程竣工9年
第15次 2003.4 3 64 工程竣工10年
2.3胜利油田孤岛社区朝阳七村70型住宅楼
该工程位于东营市河口区孤岛镇朝阳七村院内，于1997年11月开工建设，于1998年10月竣工交付使用，结构形式为五层带半地下室砖混结构，钢筋混凝土筏板基础，墙下设钢筋混凝土卧梁，天然地基承重。该工程共设置10个沉降观测点。建筑物竣工时一至五层的内外墙上均出现了正八字型的裂缝，裂缝在楼的两端重，中间较轻。10个沉降观测点的沉降观测平均值见表5-3：
表5-3 孤岛社区朝阳七村70型楼房
序号 观测时间（年.月） 沉降量（mm） 累计沉降量（mm） 备注
第1次 1998.12 0 0 基础完工
第2次 1999.5 8 8 主体3层完工
第3次 1999.8 10 18 主体5层完工
第4次 1999.10 9 27 工程竣工
第5次 2000.4 6 33 工程竣工半年
第6次 2001.4 5 38 工程竣工1年
第7次 2002.4 4 42 工程竣工2年
第8次 2003.4 4 46 工程竣工3年
第9次 2004.4 4 50 工程竣工4年
3、建筑物实测沉降变形分析
依据上述三个工程4～10年时间的观测资料，以观测时间T为横坐标（单位为：月），以沉降值S为纵坐标（单位为：mm），可以绘制出了三幢房屋的T—S曲线。由沉降变形曲线可以看出，地基沉降变形在房屋基础施工完成到建筑物竣工这一时间段内，沉降变形随时间变化较为快速，沉降值较大，沉降值与持续时间近似成正比状态；建筑物竣工以后，沉降变形随时间变化趋于平缓，单位时间内的沉降值速度变小，曲线走向平缓；建筑物在竣工后的第三年沉降曲线出现了一个拐点，这说明在第三年末以前，建筑物的沉降始终呈现增幅状态，第三年末以后建筑物的沉降呈现减幅状态，建筑物竣工10年时，地基沉降变形仍然还在发展。
4、孤岛社区朝阳四村45号住宅楼沉降变形曲线表达式
根据不同时间实际观测到的沉降数据，利用曲线集合中的最小二乘法，对孤岛社区朝阳四村45号住宅楼的沉降值进行整理，得出沉降与时间之间的最优拟合曲线表达式为：
当建筑物地基处于沉降不稳定状态时（年沉降值大于3mm），按照下式計算不同时期的实际沉降量(该工程上部荷载给地基施加的反力为45.5KN/m2)：
S=36.8795+0.6102(T-21)-0.0343189(T-21)2+0.000666034(T-21)3
T≤60月
当建筑物地基已达到沉降稳定状态时（年沉降值小于、等于3mm），达到沉降稳定状态后的沉降总量为按照上述公式计算出的沉降稳定以前的沉降总量（根据实际观测，一般情况下建筑物竣工5年以后基本进入沉降稳定状态），加上2/12T1（建筑物地基的沉降可计算至建筑物竣工后的第10年）。
该阶段的实际沉降量可按照下式计算：
S=36.8795+0.6102(T-21)-0.0343189(T-21)2+0.000666034(T-21)3+2/12T1
式中
S：建筑物基础完成后，第T个月时的实际沉降量总和单位mm；
T：建筑物基础完成后，持续时间，单位：月；
T1：从建筑物地基沉降稳定时开始，到所计算时持续时间，单位月；
依据上述经验公式，设计、施工和建设单位人员对与孤岛社区朝阳四村45号楼的自然条件、设计条件类似的建筑物可预估其未来的实际沉降量。但在这里需要强调一点，上述公式具有其应用的狭隘性，即仅是根据一种基础压力下(45.5Kpa)地基实际发生的沉降量归纳出的计算公式，由于受掌握材料的限制，未能对各种不同地基压力情况，总结出具有普遍能够应用的沉降计算公式。
5、结论
(1)黄河三角洲地区建筑物地基沉降变形值较大；
(2)建筑物竣工时所发生的沉降量，占建成后10年总沉降值的35%～38.5%左右，占建成后4年沉降值的51%左右；
(3)建筑物竣工完成后，地基沉降变形仍在继续发展，说明建筑物的地基固结、沉降尚未完全稳定；
(4)沉降持续时间长，建成两三年仍没有达到基本稳定状态；
(5)沉降变形在竣工第十年时仍在发生。
(6)由于地基变形大、且沉降时间长，致使建筑物长期处于不稳定状态，给出现裂缝的房屋加固带来了困难。
【关键词】黄河三角洲；砖混房屋；沉降；分析
概述
东营市地处黄河三角洲地区，自1983年东营市建市以来，黄河三角洲上已建设完成了近十亿平方米的多层砖混结构居住建筑和公共建筑。但是，这些已投入使用的砖混结构房屋，近十年来不断有墙体开裂现象出现。其中，胜利油田所属的孤岛社区、仙河社区、胜北社区尤为严重。据统计，顶层楼板开裂情况约占70%左右；两侧山墙开裂的约占40%左右；室内墙面裂缝在孤岛社区约占60%左右；外墙窗洞斜对角产生裂缝的房屋在孤岛社区约占80%左右，并且有不断增多的趋势。经分析，房屋出现开裂的原因之一时由于房屋地基的不均匀沉降引起，东营市地处黄河新近冲积的黄河三角洲平原上，土体含水量高、压缩变形大，地基变形持续时间长，由此导致了建筑物竣工时沉降变形发展不完全，会持续很长时间的现象。本文根据三幢房屋的实际观测资料，对黄河三角洲地区的地基变形情况进行了分析、研究。
1、房屋岩土工程条件
三幢房屋都处在黄河三角地区，岩土工程特征基本相近，其岩土勘察资料如下：
1层：粉质粘土 层厚较均匀，为0.70～0.90m，锥尖阻力qc=2.00MPa，工程性能较好。
2层：粉质粘土 层厚为0.50～0.60m，锥尖阻力qc=0.40MPa，土质不均匀且较软，属于中等压缩性土，工程性能一般。
3-1层：粉土 层厚0.80～0.90m，锥尖阻力qc=1.10MPa，土质不均匀，属于中等压缩性土，工程性能一般。压缩系数a0.1-0.2=0.31MPa-1，属于中高压缩性土，强度较低，工程性能一般。
3-2层：粉土 层厚2.00～2.20m，锥尖阻力qc=3.00MPa，土质较均匀，属于中等压缩性土，工程性能较好。
4层：淤泥质粘土 层厚0.50～0.60m，锥尖阻力qc=0.35MPa，属于中偏高等压缩性土，工程性能较差。
5层：粉质粘土 层厚1.40～1.50m，锥尖阻力qc=0.60MPa，属于中等压缩性土，工程性能一般。
6层：淤泥质粉质粘土 锥尖阻力qc=0.40MPa，属于高压缩性土，工程性能差。
7层：淤泥质粘土此层未穿透，锥尖阻力qc=0.40MPa，属于高压缩性土工程性能差。
2、三幢住宅沉降变形观测情况
自1992年以来，为掌握黄河三角洲地区房屋地基在持续荷载作用下的变形规律，对三幢具有代表性的建筑物进行了跟踪沉降观测。被观测的建筑物和其观测结果如下。
2.1胜利油田职工大学60型住宅楼
该建筑位于东营市西城区胜泰路西段北侧、舒苑小区院内,于1993年3月开工建设,1993年12月竣工交付使用,结构形式为五层混凝土砌块结构，钢筋混凝土筏板基础，天然地基承重。该楼设计时，为满足地基承载能力的要求，降低上部结构的静荷载值，设计中采用了混凝土空心砌块承重方案。该工程施工时在沿建筑物四周的墙上设置了8个沉降观测点、在距离建筑物50m远的地面上设置了1个水平沉降观测基准点。从基础完工开始沉降观测，一直持续至今，并逐年对沉降观测值进行对比、分析、研究，其结果可以作为本地区房屋建设、设计的可靠依据，本工程8个沉降观测点的沉降值研究、分析显示，三幢建筑物均呈现出了不均匀沉降现象，建筑物两端沉降量小，中间沉降量大，建筑物墙体出现了裂缝。该工程8个沉降观测点的沉降平均值见表5-1：
表5-1 胜利油田职工大学60型住宅楼沉降观测值
序号 观测时间（年.月） 沉降量（mm） 累计沉降量（mm） 备注
第1次 1993.4 0 0 基础完工
第2次 1993.6 5 5 主体3层完工
第3次 1993.8 8 13 主体5层完工
第4次 1994.2 12 25 工程竣工
第5次 1994.8 8 33 工程竣工半年
第6次 1995.8 5 38 工程竣工1年
第7次 1996.8 4 42 工程竣工2年
第8次 1997.8 4 46 工程竣工3年
第9次 1998.8 3 49 工程竣工4年
第10次 1999.8 3 52 工程竣工5年
第11次 2000.8 2 54 工程竣工6年
第12次 2001.8 2 56 工程竣工7年
第13次 2002.8 3 59 工程竣工8年
第14次 2003.8 3 62 工程竣工9年
2.2胜利油田孤岛社区朝阳四村45号住宅楼
该建筑位于东营市河口区孤岛镇朝阳四村院内,于1992年3月开工建设,1992年11月竣工交付使用,结构形式为四层砖混结构，钢筋混凝土筏板基础，墙下设钢筋混凝土卧梁，天然地基承重，功能为胜利油田45型住宅楼。该工程地处已建房屋墙体开裂高发的孤岛地区，具有典型黄河三角洲的特点。本工程建设时，在建筑物上设置了6个观测点，在距建筑物50m的地方设置了1个水平基准观测点。该工程建成3年后顶层墙体上开始出现裂缝，建成第五年一至四层均出现了裂缝，至今裂缝仍在发展。该工程6个沉降观测点的沉降平均值见表5-2：
表5-2 孤岛社区朝阳四村45号楼沉降观测值
序号 观测时间（年.月） 沉降量（mm） 累计沉降量（mm） 备注
第1次 1992.4 0 0 基礎完工
第2次 1992.5 5 5 主体2层完工
第3次 1992.6 5 10 主体4层完工
第4次 1992.10 10 20 工程竣工
第5次 1993.4 10 30 工程竣工半年
第6次 1994.4 5 35 工程竣工1年
第7次 1995.4 5 40 工程竣工2年
第8次 1996.4 4 44 工程竣工3年
第9次 1997.4 3 47 工程竣工4年
第10次 1998.4 3 50 工程竣工5年
第11次 1999.4 3 53 工程竣工6年
第12次 2000.4 2 55 工程竣工7年
第13次 2001.4 3 58 工程竣工8年
第14次 2002.4 3 61 工程竣工9年
第15次 2003.4 3 64 工程竣工10年
2.3胜利油田孤岛社区朝阳七村70型住宅楼
该工程位于东营市河口区孤岛镇朝阳七村院内，于1997年11月开工建设，于1998年10月竣工交付使用，结构形式为五层带半地下室砖混结构，钢筋混凝土筏板基础，墙下设钢筋混凝土卧梁，天然地基承重。该工程共设置10个沉降观测点。建筑物竣工时一至五层的内外墙上均出现了正八字型的裂缝，裂缝在楼的两端重，中间较轻。10个沉降观测点的沉降观测平均值见表5-3：
表5-3 孤岛社区朝阳七村70型楼房
序号 观测时间（年.月） 沉降量（mm） 累计沉降量（mm） 备注
第1次 1998.12 0 0 基础完工
第2次 1999.5 8 8 主体3层完工
第3次 1999.8 10 18 主体5层完工
第4次 1999.10 9 27 工程竣工
第5次 2000.4 6 33 工程竣工半年
第6次 2001.4 5 38 工程竣工1年
第7次 2002.4 4 42 工程竣工2年
第8次 2003.4 4 46 工程竣工3年
第9次 2004.4 4 50 工程竣工4年
3、建筑物实测沉降变形分析
依据上述三个工程4～10年时间的观测资料，以观测时间T为横坐标（单位为：月），以沉降值S为纵坐标（单位为：mm），可以绘制出了三幢房屋的T—S曲线。由沉降变形曲线可以看出，地基沉降变形在房屋基础施工完成到建筑物竣工这一时间段内，沉降变形随时间变化较为快速，沉降值较大，沉降值与持续时间近似成正比状态；建筑物竣工以后，沉降变形随时间变化趋于平缓，单位时间内的沉降值速度变小，曲线走向平缓；建筑物在竣工后的第三年沉降曲线出现了一个拐点，这说明在第三年末以前，建筑物的沉降始终呈现增幅状态，第三年末以后建筑物的沉降呈现减幅状态，建筑物竣工10年时，地基沉降变形仍然还在发展。
4、孤岛社区朝阳四村45号住宅楼沉降变形曲线表达式
根据不同时间实际观测到的沉降数据，利用曲线集合中的最小二乘法，对孤岛社区朝阳四村45号住宅楼的沉降值进行整理，得出沉降与时间之间的最优拟合曲线表达式为：
当建筑物地基处于沉降不稳定状态时（年沉降值大于3mm），按照下式計算不同时期的实际沉降量(该工程上部荷载给地基施加的反力为45.5KN/m2)：
S=36.8795+0.6102(T-21)-0.0343189(T-21)2+0.000666034(T-21)3
T≤60月
当建筑物地基已达到沉降稳定状态时（年沉降值小于、等于3mm），达到沉降稳定状态后的沉降总量为按照上述公式计算出的沉降稳定以前的沉降总量（根据实际观测，一般情况下建筑物竣工5年以后基本进入沉降稳定状态），加上2/12T1（建筑物地基的沉降可计算至建筑物竣工后的第10年）。
该阶段的实际沉降量可按照下式计算：
S=36.8795+0.6102(T-21)-0.0343189(T-21)2+0.000666034(T-21)3+2/12T1
式中
S：建筑物基础完成后，第T个月时的实际沉降量总和单位mm；
T：建筑物基础完成后，持续时间，单位：月；
T1：从建筑物地基沉降稳定时开始，到所计算时持续时间，单位月；
依据上述经验公式，设计、施工和建设单位人员对与孤岛社区朝阳四村45号楼的自然条件、设计条件类似的建筑物可预估其未来的实际沉降量。但在这里需要强调一点，上述公式具有其应用的狭隘性，即仅是根据一种基础压力下(45.5Kpa)地基实际发生的沉降量归纳出的计算公式，由于受掌握材料的限制，未能对各种不同地基压力情况，总结出具有普遍能够应用的沉降计算公式。
5、结论
(1)黄河三角洲地区建筑物地基沉降变形值较大；
(2)建筑物竣工时所发生的沉降量，占建成后10年总沉降值的35%～38.5%左右，占建成后4年沉降值的51%左右；
(3)建筑物竣工完成后，地基沉降变形仍在继续发展，说明建筑物的地基固结、沉降尚未完全稳定；
(4)沉降持续时间长，建成两三年仍没有达到基本稳定状态；
(5)沉降变形在竣工第十年时仍在发生。
(6)由于地基变形大、且沉降时间长，致使建筑物长期处于不稳定状态，给出现裂缝的房屋加固带来了困难。