减少衡阳地区建筑不均匀沉降的对策研究

2022-05-12 16:55:03 | 浏览次数：

内容提要：论文从衡阳地区地基处理和基础工程设计全局出发，首先详细分析了不均匀沉降对建筑的影响，接着根据衡阳地区地基的具体特点，并对某典型建筑进行沉降分析，发现在建筑工程的设计以及施工当中，进行不均匀沉降分析研究是十分必要的，并针对性地提出了一些处理措施。为更好地适应工程需要，设想用ABAQUS软件来模拟本地区建筑不均匀沉降问题，希望对本地区的建筑工程具有一定的指导作用。

关键词：不均匀沉降　沉降控制值　ABAQUS软件

近些年来，根据实地调查和查阅资料发现，在衡阳地区，如房屋开裂、路面塌陷、桥梁局部开裂等，都曾有发生。针对这些问题，人们根据本地区的具体情况也曾相应地采取了不同的解决办法，如：夯实、灌浆、降水以及打桩等各种地基处理，也取得了一定的效果，但并不完美。特别是有些建筑工程被处理后，在后期仍然出现不同程度的不均匀沉降，并引起了相应的工程问题。为此，从本地区的大局出发，根据一具体工程的不均匀沉降问题进行具体分析，并设想利用计算机软件，找出实际与理论的结合点，从而提出一些有效的解决办法，希望对以后的工程有一定的参考指导作用。

1.不均匀沉降原因分析

1.1衡阳地区地层特点

衡阳盆地位于湖南省东南部（图1），面积约7000km2。盆地内堆积了白垩纪至早第三纪的一层

图1　衡阳盆地地质简图

很厚的紫红、红棕色夹褐黄色或深灰色的泥岩、粉砂岩、砂岩、含砾砂岩和砾岩。下第三系含有铜砂岩、盐岩、钙芒硝和石膏。白垩纪厚2600m～5000m，下第三系厚2000m左右，主要为陆相河流、三角洲及湖泊相沉积，自上而下分别称为东井组、神皇组（下白垩统）、戴家坪组、东塘组（上白垩统），霞流市组及栗木坪组（下第三系）。

衡阳自然地质环境恶劣，衡阳市的土质岩性分为7类，包括第四纪松散堆积物、红岩、砂页岩、石灰岩、砂砾岩、花岗岩和变质岩。主要以分布于河流两岸的第四纪松散堆积物和市城区周围的红岩居多，两者面积达754×104km2，约占总面积的49.29%。其地质构造，按地质力学理论，衡阳位于南岭纬向构造带北缘，境内新华夏构造体系广为发育而又十分强大，加之地势周高中低，南高北低，所有这些均是溶洞、溶沟、溶槽和地下暗河等岩溶发育，水土流失发生的潜在条件。地形地质较复杂，大部分地段地层以灰岩为主，石芽、局部含煤地层分布采空区，沿线风化强烈。

1.2具体建筑工程基础沉降分析

现对衡阳市某一八层安置楼的地基作具体分析。

1.2.1地层岩土特性

根据资料，此建筑地基由地表往深处依次为：杂填土、耕土、粉质粘土、粉土、含砾、粉细砂及强风化泥岩，具体特性如下表1。并根据地质勘查资料，此建筑工程地质剖面如图2所示。

1.2.2基础沉降分析

由于此建筑基础东西面基础埋深、以及基础所处的地层有一定的差异，本文将按《建筑地基基础设计规范》推荐的地基最终沉降量计算方法分别计算此建筑东西两端的基础沉降量，此种方法是在分层总和法的基础上，引入沉降计算系数对计算结果进行修正而进行计算的。根据资料知道，此建筑单独基础底面尺寸为ｌｂ＝4ｍ2.5ｍ，具体埋深及土层分布见图3和图4，最终沉降量计算公式为：

经过计算得，东边基础沉降s=27mm，而西边基础沉降量为18mm，说明此建筑基础东西两端存在沉降差，差值为9mm.

1.3其他原因分析

该场地地基内，杂填土中含暂时孔隙滞水，主要有生活废水、大气降水补给，储水量有限；粉质粘土为相对隔水层，在砾、粉、细砂层中，含第四纪冲积层的孔隙水，储水量丰富，强风化泥岩、砂岩含少量风化裂隙水。根据经验，场地内地下水对混凝土及制品无侵蚀性，测得场地内地下水水位距地表1.0m-2.0m处。地下水的存在给基础沉降也带来了很大的隐患。

此外，根据地质资料，上部荷载呈不均匀分布，特别是东西方向荷载分布相差最大值达30kPa，这样导致基础的沉降带有很大的不均匀性。

2.消除不均匀沉降可采取的措施

2.1沉降观测

对不均匀或者软弱地基上的较重要的建筑（构）物，或者在施工过程当中曾出现过裂隙或局部失稳的建筑（构）物，以及没有建筑经验的重点建设地区的一级建筑（构）物，在施工过程中或者以后都需要进行沉降观测。通过研究沉降观测的大量数据掌握建筑（构）物的应力变化，来验证地基基础设计的可靠性，从而能很好地预防不均匀沉降。

2.2地基处理

当发现建筑物发生不均匀沉降后，首选的措施就是进行地基处理。根据不同的情况，可以采取不同的措施。例如，如果是杂填土或素填土地基，可以采用灰土桩，利用灰土桩在硬化过程中吸水，来减少含水量和提高地基土的硬度，从而提高其承载力和压缩模量，从而很好地控制基础的继续沉降；如果地基土是粉土，可以通过灌浆的形式，来提高其承载力，从而控制其沉降。针对不同步均匀沉降情况，现在有很多与其相应的解决办法，在此不再多述。

2.3按沉降控制值进行设计的必要性

由于以往一贯地根据等地基承载力计算基础沉降，从而不可避免地造成理论沉降和实际沉降的误差。根据实际情况进行精确的沉降计算，找出沉降差，再参照沉降控制值，指导工程设计，对消除不均匀沉降非常重要。

3计算机仿真模拟创想

3.1创想依据

随着计算机应用越来越广泛，以及功能越来越强大，充分利用计算机软件来模拟和处理一些工程问题是个很好的方法。为了更好地研究衡阳地区建筑不均匀沉降，拟利用ABAQUS软件，采用沉降计算和预估方法的研究的综合思路，并采取理论公式的分析推导，实测沉降资料的汇总和整理以及计算机仿真模拟等方法综合研究。

3.2计算机仿真模拟难点

利用ABAQUS软件来模拟本地区建筑不均匀沉降问题，收集大量工程数据是必不可少的重要一步；其次是要充分熟悉力学知识、有限元知识、以及ABAQUS软件；计算机仿真模拟难点所在是建模过程中地基模型的建立以及边界条件的确定。

４.结语

(1)衡阳地区整体地质很好，但局部地区存在地层分布不均，很容易造成建筑基础的不均匀沉降，这也是此地区大部分建（构）筑物因不均匀沉降而产生开裂的主要原因。

(2)为避免不均匀沉降，建筑施工前的前期工作很重要，包括地质勘察、基础设计、以及沉降观测部分都必须科学认真。

(3)按沉降控制值进行设计，可以避免由不均匀沉降引起的一些工程问题，从而可减少一些不必要的工程事故。

(4)利用ABAQUS软件来模拟本地区建筑不均匀沉降问题是一个很有研究价值的课题。