摘 要 在建筑行业中，由于地基塌陷等造成的建筑结构安全问题，严重的危及人员生命，甚至导致重大安全事故。这样的案例很多，在建设设计和施工中也颇受重视。本文以一个项目为例，分析地基土质的变化对建筑物造成的非结构安全性的不利影响和预防措施。
关键词 地基土质；下沉；开裂；原因分析；预防措施
在建筑学中“将承受上部结构荷载影响的那一部分土体，叫作地基。”在工程地质学中对地基的定义为：“由于建筑物的兴建，导致岩土中某一范围内原来的应力状态发生了变化。这部分由建筑物荷载引起应力变化的岩土体叫作地基。”基地的土质情况对建筑物的设计和施工影响很大，处理不当，将出现各种问题，给使用者造成不便。
1 项目建设和使用基本情况
本项目占地面积为49276平方米，总建筑面积为21232.54平方米，其中地上建筑面积为20801.5平方米，地下建筑面积为431.04平方米。由7个区域建筑组成，一、二、四区均为二层，五、六为二层建筑，七区为一下沉式体育馆，三区大部分为三层，局部四层，餐厅在一层。各区建筑交接处均设置100毫米宽变形缝。一区至六区层高为：一层、二层均为3.90米，三区局部三层、四层均为3.90米，七区地下一层为5.4米，地上一层为3.90米，室内外高差为0.45米。一层建筑主体檐口高度为4.35米、二层为8.25米、局部四层为16.05米。结构形式为：除七区，即体育馆，屋面采用钢结构焊接空心球网架、轻型复合彩钢屋面板除外，其余均为钢筋混凝土框架填充墙结构。建筑使用年限为50年。非承重的外围护墙采用200毫米厚的砂加气混凝土砌块，M5的混合砂浆砌筑。
项目于2010年8月正式开始使用，前三年只使用了一、二、三区的部分房间。从2014年开始使用的面积逐渐增加，至2016年使用了七个区域的绝大部分房间，仍有少部分房间尚未使用，或较少使用。在使用了6年后，通过结构安全鉴定得知，本建筑的结构不存在安全问题。
2 项目所在地区的地质情况
本项目所在地的土层分步为，第一层为素填土，厚度为0.7～1.7米，板顶标高为-0.52～-0.33米，填垫时间不足十年，土质不均匀，以黏性土为主，为可塑状态；第二层为粉质黏土，厚度为1～1.7米，板顶标高为-1.87～-1.09米，土质不均匀，属中压缩性土，承载力为90kPa；第三层为的第一部分为淤泥质黏土，厚度为3.4～4.4米，板顶标高为-3.17～-2.48米，土质不均，流塑状态，属高压缩性土，承载力为70kPa；第三层的第二部分为粉质黏土，厚度为6.5～8.2米，板顶标高为-7.02～-6.11米，土质不均，流塑状态，属中压缩性土，承载力为90kPa。这种通过填垫土形成的建设用地，在沿海地区，比较普遍，通常与本项目相同，选择桩基础，以保障建筑本身的沉降不影响结构安全[1]。
3 存在的问题和原因分析
3.1 室外散水及台阶下沉、开裂
（1）问题产生、发展过程和现状表现
据使用方介绍，室外散水和台阶下沉的现象从2011年就已发现，裂缝逐渐加大。2011年和2012年分别进行过两次整修，2012年将所有有问题的台阶，都进行重新修复。到2013年底散水下沉开裂的最大处已有50毫米左右，目前最大处已经达到100毫米，台阶两侧也破损严重（见图2、3）。建筑主入口处的弧形台阶平面面积较大，在结构柱外层，以花岗岩面砖为线，也出现最大30毫米的沉降。另一处虽然散水也发生沉降，但是并没有和建筑主体的外墙面脱离，而是窗下的墙体部位与窗户的下框开裂，而且裂缝的宽度与散水下沉的裂缝相同（见图4）。
（2）室外散水和台阶下沉的原因分析
在设计图纸中，对室外场地和建筑基础以外回填土的工程做法没有明确要求，对散水和台阶给出了营造做法，为：面层为60厚C20混凝土随打随抹，垫层为100厚的C10混凝土，下面就是素土夯实了。台阶的做法为，在面层和结合层以下，为100厚的C15混凝土，300厚3：7灰土垫层，最下面是素土夯实。在竣工圖中给出了室外各类场地的营造做法，其中绿地在1米厚种植土下面，为200毫米厚的石屑淋水层，0.2毫米的聚酯纤维无纺布，素土夯实；广场砖下面为300厚3：7灰土，分两步夯实，最后为素土夯实；草皮砖和沥青路面的地基处理均为180厚的二灰碎，360厚12%灰土，分两步夯实，360厚的5%戗灰。这种做法为普通地基的处理方法，处理的深度最大不超过1米，说明大部分室外场地的持力层作用在第一土层上。该层土虽以黏性土为主，但为可塑状态，在地质勘查报告中并未给出承载力的数值，不适于作为持力层。
经仔细勘察发现，建筑外立面与大面积室外场地相接的部分，下沉量相对均匀，最大可以达到100毫米，最小的也有60毫米，只有台阶的沉降相对较小，最大的也达50毫米（见图5）。不论哪种室外地面，如路面、广场砖、绿地、散水等均未发现明显凹凸不平的地方。只有被建筑物围合的室外部分沉降量较小，但也有10-20毫米。这说明本项目散水、台阶、场地地面等下沉的主要原因为地基的整体下沉。原因一是第三土层的第一部分为流塑状态的土层，当其承压后，自身会随着时间发生一定的沉降。但随着时间的推移，这种沉降将趋于稳定；二是承载室外地面的第二和第一土层分别为粉质黏土层和回填土，经过雨水的多年沉积，土层也会逐渐沉实，而发生地面沉降。
（3）窗下墙体与窗户下框开裂的原因分析
中学部五区实验室弧形外窗处，共五个窗户，在中间的一窗户下，虽然散水也下沉了，但是散水并没有和建筑主体的外墙面脱离，而是窗下的墙体部位与窗户的下框开裂，而且裂缝逐渐增大，大约在圆弧中央的位置，达到最大，约100毫米。从裂缝中能看到安装窗户时使用的锚栓和密封材料，都已暴露在外。经在变形最大点和开始产生变形两处剔凿后发现，此窗下墙体以窗框为界分为两个部分，窗框以里为砌体结构，以外为80毫米宽混凝土梁外包保温材料。开裂下沉的为窗框以外的部分。经查，设计图纸中只显示窗下为混凝土梁。所以推测，由于该段为弧形，而混凝土梁一次性浇筑成弧形有一定困难，则在具体施工中采用的方法为，按照弧形走向分段浇筑，然后对内用砌体结构，对外用保温材料和抹灰等方式完成最终的造型。而弧形的中间段梁最靠外，而安装窗户的人并不知道墙的具体构造，每个窗户的位置都应相同，所以导致这一段的窗框正好安装在了砌体结构和混凝土梁的中间。安装窗户用的锚栓也正好有几个打在这两层结构的中间部位，使这里成为比散水和外墙连接处更为薄弱。当地面整体下沉时，这里便首先产生了裂缝。随着地面下沉的增加，此裂缝也不断加大。
3.2 墙面出现斜裂纹的原因分析。
据使用方介绍，该建筑在使用后一年，墙上就出现了裂纹，并开始进行维修。到目前虽仍有裂纹，但数量在减少。在现场勘察过程中发现，墙面上有斜向45℃的裂纹（见图6、7），有竖向垂直地面的通体裂纹，有梁下局部裂纹等。
这其中的斜裂缝是由于沉降不均造成的。该建筑虽然选用了桩基，而且通过沉降观测看，其建筑整体沉降值也达到了设计要求。但建筑中不同部位仍有沉降不均的现象，有的累计沉降值相差一倍多。所以当框架柱之间产生了较小的不均匀沉降时，梁柱的变形会使墙体受到剪应力，如果墙体的整体性很好，将导致墙体出现45℃的斜裂缝。但这些裂缝不影响结构安全，经过一定时间后，沉降趋于稳定，裂缝就基本不再继续发展。
3.3 室内雨水管排水不畅和漏水问题的原因分析。
据使用方反应，近两三年发现，沿建筑图中D轴附近设置的室内雨水管，在一区、三区、五区的一层都有漏水现象，尤其当下大雨时，雨水从立管下部连接处冒出来。阴湿了墙面，反复阴湿就导致墙表面的腻子和漆脱落。另外，在2011年左右，建筑物主入口一侧的厕所也曾经发生排水不畅问题，多次疏通仍无效果。后经开挖后发现，室外排水管道由于下沉被切断造成堵塞。
由于室外地面沉降，土体压缩雨水管变形使排水不畅。當雨水量过大时不能及时排出，停留在立管中，从粘接薄弱的地方溢出。
4 预防措施
项目建设是一个系统工程，每个建设项目，从立项开始，到投入使用，要经过项目论证、可行性研究、设计、开工准备、施工、监理、调试运行等各个阶段。前一阶段的工作成果，是后一阶段的工作依据，后一阶段工作也是前一阶段成果的深化和细化。在进行施工图设计时，应根据地质勘查报告的内容，针对不同的地质情况，对各专业的构造做法采取必要的预防措施。同时，还要针对这种措施的技术、经济的可行性进行甄别和选择。
针对这种情况，提出三种预防措施：
（1）将散水、台阶等与建筑物相连的部位，和外排的雨水和污水管道处，采用全部换填土至第二土层，并分步夯实，有必要的，还可以增加灰土和二灰碎的厚度。
（2）将台阶的结构部分与建筑主体结构构件相连接，也可减少台阶开裂的问题。
（3）将外墙外表面处理到散水以下一定位置，预留可能预见到的散水沉降的量。
遇到这种地质情况时，需要设计单位加以重视，不仅结构专业，其他专业也要采取相应应对措施。在设计阶段可以预见，并能采取相应防范措施解决的问题，比在施工中发现问题再变更设计，甚至在使用过程中遇到问题再维修，投入的精力和资金少，效率高。因此，希望进一步关注地基土质对建筑物产生的不利影响，注重设计阶段的细节处理，提高建筑产品的质量和品质。
参考文献
[1] 本局编委会编.建筑施工手册[M].北京：中国建筑工业出版社，1992：29.
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