某工程基础沉降原因分析探讨
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[摘要]通过以工程实例为背景，在积累了详细观测资料基础上，对该工程完工交付使用后出现的问题进行了分析，希望各位同行、专家指导。
中图分类号：[TU196.2]文献标识码： A 文章编号：
一、概况
1、地质概况
该工程位置紧临江边，地质主要由滨海－河口相沉积成因的地层组成。据地质勘察报告显示，按地基土的土性特征、成因时代、埋藏分布条件及物理、力学性质从上往下大致分为：粉质粘土，中压缩性，层厚2.5m，力学性质较好；淤泥及淤泥质粘土，高压缩性，层厚39m，力学性质差；粘土，高压缩性，层厚12m，力学性质较差；④圆砾层，低压缩性，层厚大于6m，力学性质好。
可见，场地上部分布巨厚的软弱淤泥类土，土层强度低，压缩性高，需采取软基处理或加大结构强度等措施进行处理。
2、工程概况
该工程为一集装箱堆场，配置一台35t轨道式龙门吊，跨距33.5m。结构设计为南北两条长110m，高1.7m，顶底宽0.9m的轨道梁，梁顶轨道凹槽为二次现浇，梁基础为Ф600预应力PHC管桩，壁厚100mm，共112根，轨道梁两端桩基间距为2.5m，其余中间桩间距为5m，单根桩长56m，属摩擦端承桩，要求桩尖进入砾卵石层1m以上。
二、轨道梁沉降特征
该工程竣工交付使用3个月后，即发现龙门吊轨道梁基础发生了明显沉降且沉降非常不均匀。相关人员立即组织对轨道进行了标高复测，测量方案为轨顶每一米为一测点，结果显示，北侧轨道轨顶最高点与最低点差值为6cm，南侧轨道轨顶最高点与最低点差值为4cm，南北轨道平均标高差值为3cm。现场同时发现，梁顶轨道凹槽二次现浇部分有一处存在明显裂缝，裂缝宽度大于1mm，呈贯通状。另有一处轨道梁两施工段处发生明显上下错位，错位值为1－2cm，并且有倾斜可能。现场堆场也发生了大面积开裂和沉降，最大沉降处在30cm以上，并且堆场面层与南侧轨道梁之间也形成了一个2－10cm宽的缝隙，深约60cm余。
项目建设单位根据设计单位的意见决定继续对轨道梁的沉降进行观测，测点间距为十米一个，观测时间间隔为半个月。在近4个月观测中，结果显示北侧轨道平均标高又下沉14mm，南侧轨道平均标高下沉11mm，且最后三次的观测结果平均标高下沉值均为1mm（见表1），表明轨道梁的沉降已基本趋于稳定。
表1 沉降观测数据表
从观测数据结果分析表明，北侧轨道累计平均沉降约3cm，最大沉降处累计约8cm，南侧轨道累计平均沉降约4cm，最大沉降处累计约6cm，并且沉降明显处都集中在梁跨中同一段区域内。
三、沉降原因分析
据了解，由于该堆场在建造前就经过了较长时间的货物堆存使用，因此业主认为该场地地基沉降已基本完成，同时考虑节省工程费用，所以没有对地基进行软基处理。另一方面业主又考虑实际使用方便性，直接对堆场面层进行了硬化处理，而且结构厚度偏薄。基于这两点笔者认为是会造成龙门吊轨道梁发生沉降的重要原因。
1、桩侧负摩阻力的产生降低了桩基承载力
该堆场为集装箱重箱堆场，均布荷载约为10t，集中荷载约为35t，当堆场面层结构过薄而满足不了承载力要求时，势必会开裂破坏，从而失去承载效应，达不到分散和传递外部荷载的功能，此时堆场上部堆存荷载就直接作用到了地基土上。根据地质勘察报告显示，该处地基存在巨厚软弱土层，虽然建造前曾经过较长时间的使用，但并没有达到固结终结，也就是说随时间和外部荷载的作用地基还会不断沉降。软土地基具有高压缩性和高饱和性，承载力常为50－80kPa（5－8t/m2)，所以在外部强大荷载作用下，造成了堆场整体大量沉降，从而导致地基土与轨道梁桩基之间产生了相对位移，使桩基产生了向下的应力，即负摩阻力（下拉荷载），按《港口工程桩基规范》（JTJ254-98）4.2.4式单桩垂直极限承载力设计值公式：Qd=1/γR(U∑qfili+qRA)(式中U为桩身截面周长；qfi为单桩第i层土的极限侧摩阻力标准值；li为桩身穿过第i层土的长度；qR为单桩极限端阻力标准值；A为桩身截面面积）表明，在摩擦端承桩中（正）摩擦力占70%以上，因此负摩擦阻力的产生大大降低了桩基的承载力，在长期的荷载作用下造成轨道梁出现不均匀沉降。
2、桩的水平承载力与位移降低了桩基承载力
从现场破坏情况看，堆场的沉降及与轨道梁之间产生的宽裂缝，使堆场集水不断直接注入地基土中，土中含水量的增加使土的抗剪强度迅速降低，呈高灵敏度流塑状态。另外，由于堆场面层不能有效地抵抗外部荷载，在其作用下，地基土会因承载力不足而产生剪切破坏，往往是整体剪切破坏。这就造成了随着外部荷载的不断增加，在地基中形成一连续的滑动面，桩基周围土体的无侧限移动挤压，使桩基产生了外加水平荷载，当水平荷载达到足够大的时候，桩基就有可能发生水平位移并超出其水平位移容许值，或者是桩身开裂，使桩基处于一种破坏状态，从而会降低桩基承载力，使轨道梁呈现不均匀沉降。
3、轨道梁的偏心受压降低了桩基承载力
由于轨道梁身埋于土中，当一侧土体与梁身产生缝隙后，破坏了梁身原有的地基土静压力，同时另一侧土体则对梁身产生一种主动土压力，在机械设备生产过程中荷载的作用下，使梁身产生了侧向倾俯趋势，造成了梁与桩基的偏心受压，大大减小了桩基的承载力。同时在弯距的作用下，桩身容易桡曲变形，甚至开裂，使桩处于破坏状态，也会造成轨道梁的沉降。
四、结束语
该堆场轨道梁沉降还没有经过最后认定，目前还处在沉降观测和检测阶段，也是为了后面更准确地分析原因，提供出更合理的整改修善方案的保证。笔者上述分析是在所了解程度基础之上进行的主观片面分析，其它原因也不排除是由施工过程中施工质量问题引起，包括桩基桩尖进入砾卵石层的深度、沉桩过程中桩位的准确性等。
工程建设虽然有其许多不可预见性的问题出现，但我们首先要尊重科学，依靠科学，尽量减少带来不必要的麻烦。另一方面，即使出现了问题也并不可怕，只要实事求是地去分析原因，找出合理的解决办法，才能避免今后工程建设中出现类似问题，才能化弊为利。