地基土含水量变化引起的建筑物裂缝分析

1、地基土含水量变化引起的建筑物裂缝分析         10-05-19 16:22:00     作者：张卫吉    编辑：studa20摘要:通过实例,介绍了四个地基土含水量变化导致的工程事故。诸事故的肇事原因都与水有关,一种是地下水被抽走,后又回灌,从而在土层内形成塌陷;一种是潜流的强力冲刷造成地基塌陷;一种是少见的大旱使膨胀土发生干缩;一种是土壤中碱液浓度过大造成土壤湿陷。所有这些现象是非常少见而难以预料的,对勘察设计者具有指导意

2、义。 关键词:地基土含水量变化 裂缝 地下水 膨胀土 化学污染 地基土含水量变化是指土层、边坡、地下水位以及土质、水质等受到天然或人为的破坏或改变,通常表现为:地下水位突然、大幅度地升降和潜流冲蚀;场地附近后期挖方;膨胀土层的起伏变化;工程本身后期超载或附近地面超载;化学污染等等。地基土含水量变化引起建筑物不均匀沉降,从而造成工程事故的实例很多,本文仅列举四个典型实例。 1 地下水变迁引起的建筑物裂缝分析 1.1 工程及裂缝概况 某小学有三座教学楼(平面布置见图1),均为三层砖混结构,条形基础,于1979年1月动工,同年底竣工,并已安全使用了8年。1987年10月10日、11日连续两天下大雨,

3、14日上午,三号楼的东半部突然发生裂缝,嵌入横墙的挑梁与墙发生错动(图2),南侧一处门与窗之间的墙在过梁标高处水平裂断并略向内倾斜,北侧有一块窗玻璃在正上课的时候被挤破。当天检查院内一号、二号教学楼未见裂缝,一个月之后,这二座教学楼也出现了裂缝,其形状及性质与三号楼相同。在这期间,三号楼的裂缝范围往西发展到了该楼的西半部的南墙,之后又发展到了其北墙,而东半部的裂缝越来越严重。值得注意的是,裂缝初期向北倾斜的门与窗间墙看上去又扶正了。总起来说,裂缝的特点为: (1)裂缝发生突然且发展迅速,涉及的范围大; (2)原来断裂后向北倾斜的门窗间墙后来又扶正了; (3)横墙上的裂缝有明显地来回水平错动的迹

4、象,既像遭过震害的房屋裂缝,又有点像采空区房屋的裂缝。 1.2 地基基础与地质环境 该工程采用天然地基,设计前未作专门的地质勘察,开槽时发现东半部的砂土很松散,因此对这一部分基础作了加深60cm和加宽10cm的处理,达到基础埋深1.75m。 事故后进行的勘探揭示,土层分布情况见表1。 在该楼西侧约50m处有一个臭水湾,1986年市政部门要将此湾进行改造、美化,便从86年6月开始,用大功率泵将湾水抽光,接着进行边抽水边挖深、削坡并砌筑乱石池壁,这样一直持续到86年12月底才改造完。改造完成后,立即向湾内注满了水。 1.3 裂缝原因分析 裂缝的出现及发展过程表明,该工程地基发生了剧烈的不均匀沉陷。

5、从地质分布情况看,该工程地基以砂类土为主,所以地基沉降应在工程完工后不久完成,假如地基中存在着未经查明的沟坑、暗浜、坟井等局部缺陷,这么长的时间也早应该表现出来了,不至于安全使用8年之久。所以,该建筑物裂缝肯定是由后来的地基土含水量变化所引发的。 经调查证实,这三座教学楼的地基确实经历过近距离、长时间的抽水,然后又注水和连降两次大雨的遭遇,裂缝就是从大雨之后开始出现的。距教学楼50m远的臭水湾,历来作为集纳附近区域的污水和雨水之用,积水被地下10米处的粘土层所隔,所以尽管该地区大旱十几年,周围地下水位已降至30米以下,但此湾中的水还是满的,附近的砂土层中必有一片浅层的滞水存在。 勘探结果表明,

6、本工程地基的粗砂层与臭水湾相通,臭水湾改造过程中抽水、注水所引起的地下水位的变化已经波及到了该工程地基的主要压缩层。当地下水抽走后,那部分土的计算重度由8kN/m3突增为18kN/m3,并在砂层中留下了可压缩孔隙,势必发生自重沉实或塌陷,从而出现空洞,但没有立即塌下来,是由于上部砂土的起拱作用。在连降两天大雨后,雨水迅速渗下去,浸湿了洞顶上土层,增加了土的重量,降低了砂土的摩擦力,其拱作用被破坏而塌陷,这是极有可能的一个方面;另一种可能是,抽掉水的砂土层,因自重沉落而出现某种程度的空洞,当重新注水时,地下水位回升,使空洞顶上的砂土自下而上的被浸湿,重量增加而塌陷。勘探结果表明,教学楼发生裂缝时

7、,湾中回注的水确已自西向东回到了该楼地下。 裂缝发展范围逐步扩大,遍及了整个校园的三座教学楼一事,证明了前面关于空洞逐渐塌陷的判断。三号楼西半部的土层和东半部不同,西部含粘粒多,东部含粘粒少,这与施工时发现的情况一致,这正是三号楼东半部裂缝出现早而且严重的原因。 三座教学楼裂缝发展越来越严重,最后全部拆除了。 1.4 小结 笔者遇到的因局部滞水或地基浸湿而造成的建筑物裂缝已有数起,有的使房屋整体倾斜,有的使房屋纵向均匀弯曲,导致纵墙开裂。该例中地下水变异的情况比较特殊,既有水位下降造成干塌的可能,又有回灌时的浸塌的可能,也有地面雨水向下浸渗导致塌陷的可能。由于砂土的沉落变形是突然的,所以墙体裂

8、缝的反应特别剧烈,特别严重。 2 水土流失引起的建筑物裂缝分析 2.1 工程及裂缝概况 某水库给水工程取水厂的综合楼、变电间和加氯间等坐落在鞋山南坡,原地形多为冲沟,六零年修建水库时,大量废弃的石渣被填入沟内,后来又经过大规模地填沟造地,在碎石上面覆盖了一层土。该工程平面位置及原山坡地形示于图3中。图中北围墙以外为上山坡,南围墙则为水库边的挡土墙,高2.5米,墙顶与建筑场地平。综合楼为二层(局部三层),施工前已探明,其下为碎石杂填土,较深且不密实,因而进行了强夯处理,其他二项工程均为平房,未进行专门勘探,只是开槽后局部进行了换土处理。 一九八九年七月十九日一场暴雨后,变电间和加氯间的墙体都出现

9、了裂缝,其中加氯间东南角和变电间西端的裂缝最为严重,缝宽达12mm,裂缝两侧的砌体错位达15mm,局部毛石基础下沉后与圈梁脱开55mm。室内地面也多处发生裂缝,混凝土路面则有两处沉陷而积水(如图3中虚线所示),此处挡土墙有一处被冲垮,潜水从缺口处流入水库,持续了多日不停。楼前花坛扭曲变形,平台、踏步及散水坡均出现了较大裂缝。但地基经强夯处理过的综合楼却安然无恙。 事故后沿北围墙及加氯间进行了补充勘探,揭示的原地形情况见图3。 2.2 裂缝原因分析 显然,该工程裂缝主要是由于地基不均匀沉降所致,引发沉陷的原因分析如下: (1)本工程背靠山坡,前临水库,座下是原来的冲沟。大雨后北面来的径流受到围墙的阻挡而潜入地下,地下的碎石土是疏松的,有些地方多半是碎石,含的粘土很少,经潜流的山洪冲刷而流失,这是导致地基沉陷的主要原因。 (2)该填土层多为碎石杂填土,压缩性高,强度低,压缩系数a1-2=0.686MPa-1,标贯击数N=1.6,加之暴雨后地面排水不畅,全部渗入地下。 (3)变电间西端坐落在一个大冲沟边缘的填土上,加氯间东南角则位于一边坡很陡的冲沟上,事故后探明此处的杂填土深达6.4m,所以,变电间西部和加氯间东南