用构造措施解决不良地基的新思路

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摘 要：本文探讨了如何利用构造措施解决不良地基对建筑物的不利影响，为高填方、新填土、杂填土及采空塌陷区等不良地质上的小型砌体结构建筑建设提供一个新思路。

关键词：构造措施；不良地基；新思路

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.01.169

1 背景

神朔铁路是我国“八五”计划重点建设项目之一，是我国继大秦铁路之后第二条西煤东运大通道，主要担负神府东神矿区的煤炭外运任务，是神华集团矿、电、路、港、航、煤制油和煤化工系统工程的主要组成部分。1993年7月，我有幸参与到神朔铁路建设大业中来，在新设立的神木北建设管理处从事站后工程的建设，具体负责神木北站房屋建筑的技术管理工作。神木北站为区段站，是神朔铁路指挥控制、设备维修和后勤生活基地，其房屋建筑面积约占全线总面积的70%。

铁路建设中的房屋建筑大多位于高填方上，须进行复杂的地基处理。而铁路建设往往是先站前（线路、站场及桥、遂、涵等}、后站后（房建、给排水、“四电”工程等），往往在站前工程中就完成了挡墙、护坡等圬工工程，再加上当时的铁路工程建设管理粗放，建设单位缺位、监理不力、施工单位以包代管以及主观上的不重视造成站后房建工程等所需站场回填质量极差，全线除部分紧临线路的道岔清扫房、红外轴温监测房（单间平房，面积小于20平方米）等地基回填质量较好外，其余均须进行地基处理。以神木北站为例，施工单位擅自将劈山产生的乱石与普通土方一股脑回填，乱石风化严重、大小不匀，大的甚至能到十多方。

神木北站的房建地基处理以大开挖换填砂夹石为主，设计部门也不做单体设计，只是给一个统一的地基处理方案，开挖至老土下0.5米，然后层层回填砂砾石压实（后来也视条件采用过深层搅拌、旋喷桩、碎石震冲桩等）。造价高、污染重、受限多、环境压力大，由于换填要放坡，而且底面要大于地基的外轮廓线，所以地基处理工程在总造价中所占的比重和开挖受限程度等与建筑面积、层数（多层建筑）呈负相关，面积越大、层数（多层建筑）越多越划算。要命的是铁路行业专业界限严密，在条块关系中更重视“条”，强调的是垂直管理，设计了无数单层砖混结构小平房，地基处理的造价甚至远超房建工程的造价。以神木北站为例，初步设计共有房屋建筑233栋、135524.33平方米（至96年实际完成数与此略有出入），其中面积不足25平方米的35栋、657.89平方米，主要为道岔清扫房、列车待检室、油库、给水电控室、门卫以及旱厕（仅6平方米）等；25――60平方米的25栋、1117.73平方米；60――300平方米的83栋、12956.7平方米；300平方米以上的90栋、120792.01平方米，主要是机关办公楼、集体宿舍、住宅等多层建筑和单层工业厂房。显然，300平方米以下的建筑物按数量计为143栋，占总数的61.375，超过六成。按层数统计分析的结果与此类似，其余各站和区间由于不设办公楼、集体宿舍、住宅等，更是一片小平房，甚至出现平房住宅。作为一个非铁路出身的建筑结构工程师我曾认真地请教过有关专家，问为什么不将用途相近的房建合建以降低造价，回答说：“这是传统”。所以只能从建筑结构上另辟蹊径，在建筑结构上谋出路，优化建筑结构设计。

2 思路

高填方、新填土、杂填土及采空塌陷区等不良地质的主要危害是地基的不均匀沉降使得建筑结构受力不均产生局部破坏，进一步从受力、变形、位移三要素来分析，不难发现是地基的不均匀沉降导致基础下沉（位移）使得建筑结构产生变形遭到破坏，所以加强建筑结构的整体性可有效抵抗地基的不均匀沉降带来的危害。对于小型民用建筑来说，重要的是确保能安全使用，适当放宽正常使用的要求，换言之，也就是说在确保建筑结构整体性完好（安全）的前提下，可以接受建筑物如墙体开裂、地面塌陷等影响正常使用的缺陷，因为在安全使用前提下，一般的墙体开裂、地面塌陷等很容易修复，至于60平方米以下的小平房就算是拆了重建也是划算的。我的经验是地基的不均匀沉降使得建筑结构产生的局部破坏一般出现在建筑物建成后1个月左右，最先出现的一般是门窗口上的倒“八”字缝，3-6个月间发展最快，个别建筑物窗口下甚至会出现垂直裂缝，其后逐渐变缓，36个月后基本上就趋于稳定，所以必须特别注意建筑物建成后半年内的变化，修复工作也是在半年后为宜。

现在问题变成了如何能够提高建筑结构整体性？类似的问题我们在建筑物抗震中也遇到过，自然地参考《建筑抗震设计规范》，合理运用圈梁、构造柱等构造措施形成一个钢筋混凝土的骨架，再加上砌体、楼板等填充其间构成一个类似框架-剪力墙的结构，可有效地提升一般小型砖混结构的整体性。循此思路，我们在神木北站房屋建设中，对60栋不足60平方米的单层砖混结构进行了一些有益的探索，获得了极大的成功，除一栋19.6平方米的道岔清扫房因整体倾斜而重建外，其余均未发现任何问题，取得了良好的经济效益。

总而言之，在处理一般小型砖混结构建筑物不良地基时，我的思路是：一、合理运用圈梁、构造柱等构造措施提高建筑结构整体性；二、在确保安全前提下，适当放宽正常使用的要求。下面是我在神木北站房屋建设中的实践并结合处理其他不良地基造成的破坏的经验小结。

3 构造措施

3.1 适用范围

（1）建筑面积≤300平方米的砖混结构；

（2）开间≤3900mm、连续开间≤7200mm；

（3）进深≤7200mm；

（4）层高≤3.6m、檐高≤12.0m。

3.2 设计原则

（1）基础采用同类型同埋深，一般选用条型砌体基础，特殊情况下可采用混凝土条型基础；

（2）避免半填半挖地基；

（3）基础下换填500厚砂砾，上铺100厚C10混凝土垫层，宽度为基础外缘两侧各加100mm；

（4）普通砖和多孔砖的强度等级不应低于MU10，其砌筑砂浆强度等级不应低于M5；混凝土小型空心砌块的强度等级不应低于MU7.5，其砌筑砂浆强度等级不应低于Mb7.5；

（5）窗间墙的宽度须大于门窗洞口的宽度且大于1500mm；

（6）楼梯间不宜设置在房屋的尽端或转角处；

（7）楼板屋盖宜现浇钢筋混凝土，屋盖宜采用平顶式；

（8）平面、立面和竖向剖面的设计宜择优选用规则的形体；

（9）地基的不均匀沉降与水害密切相关，宜参考湿陷性黄土地基构造措施加宽散水、设置管道检漏沟等；

3.3 一般构造做法

3.3.1 圈梁

圈梁是沿建筑物外墙四周及部分或全部内墙设置的水平、连续、封闭的梁。

（1）圈梁的作用。

1）增强砌体房屋整体刚度，承受墙体中由于地基不均匀沉降等因素引起的弯曲应力，可有效防止和减轻墙体裂缝的出现，防止纵墙外闪倒塌；

2）提高建筑物的整体性，圈梁和构造柱连接形成纵向和横向构造框架，加强纵、横墙的联系，限制墙体尤其是外纵墙山墙在平面外的变形，提高砌体结构的抗压和抗剪强度，抵抗震动荷载和传递水平荷载；

3）起水平箍的作用，可减小墙、柱的压屈长度，提高墙、柱的稳定性，增强建筑物的水平刚度；

4）通过与构造柱的配合，提高墙、柱的抗震能力和承载力；

5）在温差较大地区防止墙体开裂。

（2）圈梁的设置。

1）条型砌体基础必须沿纵横轴线设置地圈梁一道；

2）屋盖及每层楼盖处均须沿纵横轴线设置圈梁，间距不应大于7200mm.

（3） 圈梁的构造。

1）圈梁应连续设置在墙的同一水平面上，并尽可能的形成封闭圈，当圈梁被门窗洞口截断时，应在洞口上部增设相同截面的附加圈梁，附加圈梁与截面圈梁的搭接长度不应小于其垂直间距的二倍，且不得小于1000mm；

2）纵横墙交接处的圈梁应有可靠的连接，并与构造柱可靠连接；

3）内走廊房屋沿横墙设置的圈梁，均应穿过走廊拉通；

4）圈梁的宽度宜与墙厚相同，当墙厚大于等于240mm时，圈梁的宽度不易小于2/3墙厚；屋盖及楼盖处圈梁高度不应小于120mm，地圈梁高度不应小于180mm；

5）屋盖及楼盖处现浇圈梁的混凝土强度等级不宜低于C20，钢筋级别一般为1级钢，混凝土保护层厚度为20 mm，并不得小于15mm，也不宜大于25mm；主筋一般选用4φ12（370墙为6φ12），箍筋选用φ6@250；

6）地圈梁的混凝土强度等级不宜低于C30，钢筋级别一般为1级钢，混凝土保护层厚度为35 mm；主筋一般选用4φ18（370墙为6φ18），箍筋选用φ6@200；

3.3.2 构造柱

构造柱是指在纵横墙交接处及墙身的转角部位设置的竖直钢筋混凝土柱状构件，与圈梁连接，共同加强建筑结构的稳定性和整体性。

（1） 构造柱的作用。

1）构造柱从竖向加强墙身的连接，与圈梁一起构成空间骨架，提高了建筑物的整体刚度和墙体的延性，约束墙身裂缝的开展，从而增强建筑物抵抗地基不均匀沉降的能力；

2）构造柱能够有效提高砌体的抗剪强度，减少砌体受剪切破坏带来的损害，提高幅度与砌体高宽比、竖向压力和开洞情况有关。

（2） 构造柱的设置。

1）一般于纵横轴线交叉处设置构造柱，柱网间距不应大于7200mm；

2）墙体转角处及楼梯间四角；

3）纵横墙及不同厚度墙体交接处；

4）较大洞口两侧、无约束墙端部；

5）构造柱与墙体拉结筋为2φ6@500，沿墙体全长贯通。

（3） 构造柱的构造。

1）构造柱与圈梁连接处，构造柱的纵筋应在圈梁纵筋内侧穿过，保证构造柱纵筋上下贯通；

2）构造柱与墙连接处宜砌成马牙槎，并应沿墙高每隔500mm，设2φ6拉结钢筋，每边伸入墙内不小于1米或伸至洞口边。

3）构造柱的截面宜采用240×240mm，施工时应先砌墙后浇柱，构造柱的混凝土强度等级不宜低于C20，钢筋级别一般为1级钢，混凝土保护层厚度为20mm，并不得小于15mm，也不宜大于25mm；纵向钢筋应采用4φ12，箍筋间距不宜大于250mm，且在柱上、下端宜适当加密；

4）地圈梁埋深低于室外地面下500mm时，可将构造柱竖向钢筋直接锚固在地圈梁内；地圈梁埋深低于室外地面下500伸入时，宜将构造柱穿地圈梁伸入室外地面下500mm，在柱根设置120厚的混凝土座，并将柱的竖向钢筋锚固在该座内；当墙体附有管沟时，构造柱埋置深度应大于沟的深度。

3.4 特殊构造做法

3.4.1 圈梁兼作过梁

圈梁兼作过梁时，过梁部分的钢筋应按计算用量另行增配，增配钢筋应伸入洞口两边各250mm。

3.4.2 预制混凝土楼板

不良地基上的建筑物一般采用现浇钢筋混凝土楼板，特殊情况下可采用抗震型预制混凝土楼板。

（1）外墙圈梁断面采用L形，圈梁板底处断面仍为240mm×240mm，凸起处为宽120mm×板厚；主筋一般选用6φ12，箍筋选用φ6@250；预制板须筋（胡子筋）须锚入圈梁；

（2）承重墙上预制板须筋须相互焊接，并用C30细石混凝土灌注；

（3）预制板板缝间配置2φ10的主筋，锚入圈梁，箍筋采用S形，按φ6@250配置，并用C30细石混凝土灌注。

3.4.3 现浇钢筋混凝土条型基础

现浇钢筋混凝土条型基础一般采用有梁式，可利用在肋梁中配筋取代地圈梁，除满足设计和构造（腰筋）要求外，主筋同样不得低于4φ18（370墙为6φ18），箍筋不得低于φ6@200。

3.5 构造措施还必须符合国家现行有关标准的规定和设计要求

4 问题与展望

通过在神木北站房屋建设中的实践，证明了利用构造措施解决不良地基对建筑物不利影响是可行的。由于当初只是探索性质，虽然受到方方面面的大力支持，但毕竟是自个独自探索，所以较为保守，选取的样本数量少，面积小，特别是样本建成后基本上没有出现问题，严重缺乏其受破坏的观测资料，完整性有待提高，样本的代表性也有不足，尚须进一步完善。其实，铁路建设中的高填方上的许多小平房仅是用来安装无人值守设备的，要解决的只是房雨防盗的问题，让设备厂家仿照箱式变压器做个盒子就是了。

我生活工作在神东矿区，采空区塌陷造成房屋建筑开裂、坍塌时有发生，给当地人民群众的生产生活带来极大痛苦，严重恶化了地企关系。采空区塌陷造成房屋建筑开裂本质上仍然是地基的不均匀沉降使得建筑结构受力不均产生局部破坏，其作用机理完全相同，不同的是一般的地基处理措施很难解决采空区塌陷问题，利用构造措施解决不良地基对建筑物不利影响在采空区塌陷地区的应用前景广阔。

5 结论

利用构造措施加强建筑结构的整体性可有效抵抗地基的不均匀沉降，在实践验证的基础上，不断总结正反两方面的经验，进一步优化措施方案（如采用片筏基础、箱基础等），拓宽适用范围，为解决不良地基对建筑物不利影响提供一个新思路。

参考文献：

[1]中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑抗震设计规范GB 50011-2010.

[2]中华人民共和国住房和城乡建设部.砌体结构设计规范GB 50003-2011.

[3]铁道部第一勘察设计院.神朔铁路神木北站房屋项目表[J].