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摘要：當前工業建筑的設計與施工，必須考慮到工業生產的工藝流程、建筑的使用環境等因素，對于其中任何一個環節的疏忽，都可能造成嚴重的后果。本文通過對某熱力公司化水車間地面沉陷后的檢測工作，對該類型建筑在設計、施工及安全使用中應注意的一些問題進行探討。...

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（二層）兩部分組成，均為鋼筋混凝土框架結構，采用柱下獨立基礎，地基處理采用砂石墊層。該工程2010年12月竣工后，各種專業設備安裝、調試完畢后即投入使用。在使用中發現除排水溝外，電纜溝內積水嚴重，室內地面明顯下沉，室外排水口旁邊塌陷等問題，使用單位對室外該塌陷嚴重部位開挖后發現排水溝下土層下陷，坑內積水嚴重。遂立即對排水溝采取了臨時應急措施，為防止沉降繼續惡化，暫停使用化水車間。為了保證安全生產，了解地面下沉的原因，并為后期處理提供技術依據，我單位對該化水車間地面沉陷的狀況進行檢測鑒定。

2、重點檢測內容

2.1現場情況調查

化水車間建筑由兩部分組成，辦公區為二層框架結構，生產區由一跨12m、一跨6m的框架結構組成。生產區長71.4m，寬18m，除設備基礎外，地下沿縱向分別設有一道管溝、兩道電纜溝和三道排水溝。通過目測可見室內地面有大面積下沉現象。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象，電纜溝內角鐵支架銹蝕嚴重。通過對電纜溝的檢查及水跡等可知，生產區內電纜溝均發生過大量積水，并導致下沉、裂縫、破損。

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

排水溝為現澆混凝土構件，內貼花崗巖板材，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、漏水嚴重。塌陷為一大坑，排水溝下部土層下陷嚴重。室內排水溝經仔細檢查和探井開挖，發現混凝土溝壁、溝底均有裂縫，縫寬1mm-2mm。在排空水狀態下，5-17/A-C軸（12m跨）西邊排水溝積水深度35mm-40mm，現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

對建筑物上部結構的側向位移采用DJD2A經緯儀進行了觀測，并對廠房四周墻體、門窗洞口、地面散水進行檢查，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構側向位移觀測結果可知：其側向位移觀測值除一個測點超差為14mm外（含施工偏差），其余均滿足現行國家標準《工業建筑可靠性鑒定標準》（GB50144-2008）中第7.3.9條關于結構側向（水平）位移評定等級A級的要求（≤H/1000，H為基礎頂面至柱頂總高度）。

2.3室內地面下沉觀測與探查檢測

2.3.1室內地面下沉觀測

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

2.3.2探查檢測

建設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。室內采用素土回填，壓實系數≥0.94。

為了解地下土質及管、溝、設備基礎等情況，參考地面沉降的現狀特征，分別在室內排水溝、設備基礎外側及辦公區室內地面布設了5個探井，采用人工成孔的方法，進行了探查。從室內地下土質探查可知：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，對埋入地下的設備基礎、排水溝的情況進行了了解，1#探井處混凝土設備基礎（含墊層）埋深為-1.25m，下為1.35m厚素土回填；3#探井處混凝土設備基礎埋深為-1.0m，下設混凝土墊層，未穿透。從設計圖紙可知：各種設備基礎平面尺寸及埋深不等，設備基礎基底至砂石墊層約有1.35m~1.80m厚分層夯實的室內回填素土。

室內排水溝為現澆混凝土構件，下設100mm厚素混凝土墊層，地溝結構層厚度為100mm，內襯花崗巖板材，溝長約70余米，內經尺寸b=500mm（或400mm）、h=600mm，從現場檢查、探查發現沿溝長度方向、混凝土溝壁、溝底及溝外側面分布有數條裂縫，長度不等，可見裂縫寬度約1mm~2mm。沉降未穩定，經修補后的裂縫再次開裂。

2.4室內回填土施工質量檢測

2.4.1生產區回填土施工質量檢測

為了解地下土質及管、溝、設備基礎等情況，參考地面沉降的現狀特征，分別在室內排水溝、設備基礎外側布設了3個探井（槽），采用人工成孔的方法，進行了探查。

從室內地下土質探查可知：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，取探井內的回填素土進行了含水量、干密度試驗，取樣間距0.2m~0.3m，從檢測結果可知：本工程在正常情況下，經人工處理的室內回填土含水量不會受地表水或地下水的影響，相對穩定。但本次生產區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，不宜進行壓實系數的判定。

2.4.2辦公區回填土施工質量檢測

在辦公區距管溝較遠的地方布設了2個探井進行探查、檢測。

在人工開挖探井時發現4#探井、5#探井混凝土墊層與回填素土面完全脫離，出現約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厚度回填土經過壓實，其余土質松散，土樣無法成型。為了準確分析了解回填土層未受水浸泡與受水浸泡后的現狀比較，采用環刀法對探井內回填土層壓實系數進行了檢測，取樣間距0.3m。試驗結果表明：-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，仍不滿足設計要求，其未受水浸泡部分壓實系數僅為0.81~0.83。

現場調查、試驗分析認為：室內回填土未夯壓密實，產生下陷變形，導致裂縫滲漏是室內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展，并影響到室內整個回填土層，產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設備基礎臺座變形檢測

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

3、檢測結果分析

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

室內采用素土回填，從-2.6m至地面。在使用方面根據生產工藝與設備荷載安裝的要求室內地下設有平面尺寸、埋深不等的多個設備基礎，設備基礎底與砂石墊層之間為1.35m~1.8m的回填素土；同時地下設有一道管溝、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。

混凝土是一膠凝復合材料，本身具有硬化收縮的特征，室內排水溝為現澆混凝土薄壁型構件，當收縮受到周圍的約束時，就會在板內（溝壁或溝底）產生收縮應力，當超過混凝土抗裂強度時，就會產生收縮裂縫。混凝土在硬化過程中與溫度、濕度變化程度關系密切，與構件自身尺寸相關。一般來說，構件尺寸相對較長或較大容易出現裂縫。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，裂縫發展變大，漏水量變大，并向周邊、地下設備基礎等較疏松土層擴展。在大面積地面上部設備自重荷載及設備循環工作荷載作用下（注水、排出水），沉降量加大，裂縫發展、變多，更大，水溝沉降變形明顯，當排水量大或長時間積累下時，處于較低位的電纜溝就會進水或積水，致磚砌體溝壁出現下陷、破損。10-15/C-E軸約24m長的水泵基礎在不均勻沉降作用下產生裂縫。其它長度較短的設備基礎則產生了程度不同的不均勻沉降。

室內-2.6m以下為砂石墊層，雖排水溝多處出現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，未發現積水現象。

根據以上檢測分析認為：室內排水溝的滲漏使回填素土產生了輕微沉降，素填土遇水承載力降低加劇了沉降，并影響到室內整個回填土層，導致地面及設備基礎產生了大面積的不均勻沉降，給安置在室內的管道、設備帶來了不利影響。

4、修復相關問題

①鑒于室內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，為消除對設備基礎的繼續影響，對其它溝內各類管、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工藝與設備的專業性和特殊性要求，應請設計單位進行專項設計。溝、管施工填埋前應進行閉水試驗，室內排水溝處回填土宜用灰土處理。

②室內地面及設備基礎浸水后素填土層發生沉降，但設備基礎下素填土最厚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生明顯的差異沉降，可考慮不采取處理措施。

③考慮到設備基礎上安裝的設備、管道對變形的敏感程度（安裝使用等技術要求），如不能滿足，需要重新安裝調試，應在施工處理完排水溝等以后進行。

④設備基礎臺座裂縫可采用“壓力注漿法”修補裂縫；電纜溝等裂縫、破損部位可采用局部修補的方法處理。

⑤在使用期間，加強定期檢查、檢漏、維護工作。

5、結語

當前工業建筑的設計與施工，必須考慮到工業生產的工藝流程、建筑的使用環境等因素，對于其中任何一個環節的疏忽，都可能造成嚴重的后果。總結事故教訓，我們應該在工業建筑的設計、施工以及使用階段，充分考慮到工業生產及工藝流程的特點，杜絕經驗主義。針對本工程，我們相關各方就應該充分重視室內回填土的施工質量與排水溝的設置問題，同時還應該重視黃土的濕陷性問題。

依據標準：

[1]國家標準《工業建筑可靠性鑒定標準》GB50144-2008.

[2]國家標準《土工試驗方法標準》GB/T50123-1999.

[3]國家標準《濕陷性黃土地區建筑規范》GB50025-2004.

(本文來源：陜西省土木建筑學會    文徑網絡：劉軍 呂琳琳 編輯   劉真 文徑 審核)

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