建筑技术丨深厚填土厂房沉降原因分析及加固措施

 工程概况

该厂房长120 m，宽57 m，面积约6 840 m²，上部采用钢结构。设计桩基采用高强度预应力混凝土管桩，持力层为中风化泥岩，管桩桩径300 mm，桩长为管桩进入中风化泥岩大于300 mm；管桩承台长宽高分别为1 650 mm、1 200 mm以及800 mm，承台下两根管桩的桩中心间距为1 050 mm，桩中心距承台长边和宽边距离分别为600 mm和400 mm。管桩施工采用锤击法施工，最后三阵贯入度为2 cm/10锤；单桩竖向承载力特征值为800 kN。

根据该厂房地勘报告，地层从上至下依次为：素填土、粉质粘土、强风化泥岩以及中风化泥岩，各土层分布及桩基承载力信息见表1。

表1 土层分布及桩基承载力

根据该厂房现场调查和沉降监测发现，厂房周边道路产生沉降裂缝，长度大于3.0 m，宽度为30.0~60.0 mm；厂房地圈梁局部脱空，深度约1.5 m；厂房内墙面产生水平裂缝及斜裂缝，部分裂缝贯通，裂缝宽8.0~40.0 mm；厂房部分基础承台处混凝土产生沉降裂缝，宽3.0~20.0 mm；桩顶承台竖向沉降最大值大于700.0 mm，相邻承台沉降差最大值为311.0 mm，厂房地坪沉降差最大值为696.0 mm。

2 厂房现场检查

为查明该厂房沉降变形原因，采用钻探、重型动力触探、钢筋笼长度检测法以及开挖探坑，对厂房地层分布、地下水埋深、填土性质、桩端持力层等情况进行检查和分析。

2.1 地层分布

根据该厂房地层钻探和重型动力触探试验结果，该厂房0.0~10.4 m分布为素填土，以泥岩碎石块、粉质粘土为主，粉质粘土呈可塑~软塑状；10.4~16.7 m分布为粉质粘土，呈可塑至软塑状，层底有机质含量较高，并且较松散；16.7~19.0 m分布为强风化泥岩，呈碎块状、短柱状，手可捏碎；19.0 m以下分布为中风化泥岩，呈短柱状、柱状，锤击声脆，局部含钙质结构。根据钻孔水位检查，该厂房稳定水位埋深约为2.5 m。

2.2 填土填料性质

根据基桩填土开挖探坑检查结果，0~0.2 m为混凝土面层；0.2~0.9 m为回填卵石，粒径5~30 cm，充填细砂，夹泥岩碎石块及粘土；0.9~1.94 m为回填泥岩碎石块及粘土，褐红色，松散，稍湿，碎石块块径5~60 cm；开挖个别碎石块块径大于1.0 m，粘土为细粒粘土，填土级配较差。填土层重型动力触探试验修正击数为1.8~4.2，表明素填土具有松散且均匀性差的性质。基础形式为桩基，承台宽0.6 m，高0.8 m，埋深1.55 m，管桩直径0.3 m。

2.3 基桩持力层

根据钢筋笼长度检测法结果，检测桩身钢筋笼长度为11.85 m，并认为该长度即为基桩长度。结合地层钻探结果，该深度范围分布地层为粉质粘土层，由此可知基桩桩端土层为粉质粘土层，未进入中风化泥岩层。基桩检测曲线如图1所示。

图1 基桩桩底检测曲线

3 厂房沉降原因分析

3.1 填土性质

该厂房填土层厚度为10.4 m，属于深厚填土，并以泥岩碎石块和粉质粘土为主，碎石块块径差异较大，粘土颗粒与碎石块块径存在至少2~3个数量级的差距；且填土密实程度为松散，存在较大孔隙甚至空洞；由此可知，填土具有均匀性差、压缩性高、强度低以及尚未固结的特性。

进一步分析可知，场地内地下水位较高，由于填土松散，地下水可较好地分布在填土层，增加填土自重，加剧填土的固结变形。

3.2 桩基选型及施工工艺

根据桩基设计和施工方法，基桩直径较小、桩长较长，采用锤击法施工将基桩击入中风化泥岩层较为困难；尤其是填土中存在较大泥岩孤石，当基桩桩端击入孤石时，极易将孤石误判为中风化泥岩层，致使桩端位于填土层。

根据基桩钢筋笼检测，基桩桩端位于粉质粘土层，该层的桩端承载力特征值为60 kPa，远小于中风化泥岩层的800 kPa。由此可知，基桩桩端持力层承载力严重不足。

3.3 厂房使用荷载

根据厂房情况调查，该厂房用途为锂电池加工处理作业车间，厂房内不均匀堆放锂电池生产材料，平均荷载约为2.5 MPa，但基桩设计单桩承载力仅为800.0 kN，厂房地面仅为厚约80 cm的素混凝土，其下即为深厚填土。由此可知，厂房使用荷载远大于设计基桩的承载力，造成了基桩和地坪的严重沉降变形。

3.4 综合分析

根据上述该厂房沉降原因分析结果，填土具有均匀性差、压缩性高、强度低以及尚未固结的不良性质，在地下水和较大附加荷载的作用下，厂房地坪和基础产生了严重的沉降变形。

由于基桩主要桩长位于深厚填土中，当填土沉降变形时将在桩周产生较大负摩阻力，加之基桩桩端持力层承载力严重不足，该厂房的基桩产生了严重沉降变形。

4 加固措施

根据该厂房沉降原因分析结果，对厂房沉降桩基和地坪进行加固处理，加固原则为依据现有桩基，充分考虑填土性质、地下水、附加荷载的影响，以控制桩基承台和地坪变形为目标，对桩基进行加固补强。

4.1 微型钢管桩加固

在桩基承台周边设置直径为180 mm的微型钢管桩，桩端进入中风化泥岩层2.0 m，无缝钢管直径为150 mm，壁厚5 mm，中风化泥岩层以上钢管设置长螺旋式溢浆孔。

加固前应按规范对基础进行沉降监测，如有异常应停止施工；填土局部孔隙或空洞较大，可采用注浆加固，进一步提高地基变形能力；第一次注浆初凝后再进行二次注浆，浆液水灰比为0.65~0.70，注浆压力为1.1~1.3 MPa。

4.2 筏板加固

厂房地坪采用筏板加固，筏板为厚50 cm的钢筋混凝土，并采用植筋、凿毛以及界面胶的方式将筏板与新增的微型钢管桩连接成整体共同受力。

4.3 注浆加固

针对厂房地圈梁局部严重脱空区，采用注浆加固将脱空区，并进行多次注浆，以保证地圈梁底部承载力受力良好。

4.4 建议

加固后，应对厂房基桩承台、地圈梁、室内地坪、室外道路、地下水位进行至少2个水文年的变形监测，若发现异常，需及时预警并采取相关措施。同时，严格控制厂房内使用荷载，确保使用极限荷载低于设计值。

5 结论

以深厚填土地区某厂房发生严重沉降变形为例，通过地层分布、地下水埋深、填土性质以及基桩持力层检测等方法分析了厂房沉降的主要原因，并提出了相关加固措施，主要结论如下。

（1）由于该厂房场地内的填土具有均匀性差、压缩性以及尚未固结的性质，并在地下水和附加荷载的作用下，填土产生较大的自重固结变形，引起厂房地坪沉降。

（2）由于该厂房基桩大部分桩长位于填土中，在填土自重固结变形的影响下，基桩桩周产生较大负摩阻力，并且桩端地基承载力不足，引起基桩沉降变形。

（3）根据该厂房沉降变形的原因分析结果，提出微型钢管桩加固桩基，筏板加固地坪，二者共同受力的加固处理措施；同时，针对地圈梁脱空区采用注浆加固措施，并对加固后厂房的使用荷载和变形监测提出了相关建议。