0 引言

　　我国目前高层结构主楼与裙房地基存在不均匀沉降问题，虽然沉降后浇带是解决不均匀沉降比较通用的方法，但是规范规定沉降后浇带需要在主体结构封顶以后2个月浇筑，严重制约工期、增加施工成本和难度。况且计算建筑工程沉降的方法数值上存在较大差异。本文依托实际工程，通过现场实际沉降数据观测，对前期阶段、施工过程和主楼封顶后3个不同时期产生的沉降量以及沉降差异规律进行研究。

　　1 工程概况

　　某大型国际会展中心酒店兼办公楼主楼地下3层，地上17层，钢筋混凝土框架-核心筒结构;配套裙房地上6层，地下3层，钢筋混凝土框架-剪力墙结构，地下3层及地下2层为人防区。结构平面尺寸为154m×74m，其中沉降后浇带设置在主裙楼交接处裙房第1跨内。基础形式为天然地基+筏板，主楼筏板厚度1 800mm，裙房筏板厚度750mm，局部1 500mm，持力层为天然地基第(11)层黏土层，f_ak=230kPa，根据地勘钻探结果表明，场区第四系主要由全新统人工填土(Q₄^ml)、全新统海相沼泽化层(Q₄^mh)及上更新统洪冲积层(Q₃^al+pl)组成，场区基岩主要为白垩系青山群安山岩(K₁Q)。各岩土层主要物理力学指标如表1所示。裙房抗浮措施采用抗浮锚杆。

　　2 沉降观测方案

　　本项目依据设计图纸和相关规范要求，拟将基准点设在建筑物施工影响范围以外且便于长期保存的位置，避开交通干道、地下管线、施工材料堆场、施工材料运输线路、施工机械振动区以及其他可能使标志遭腐蚀和破坏的地方，方案布设3个水准基点，其深埋于原状土中，水准基点达到稳定(稳定期不宜少于15d)后进行水准基点连测，连测线路为闭合线路。采用天宝电子水准仪(DINI12)及配套的条形码铟钢尺，共设置沉降观测点74个。各沉降观测点布设在±0.000标高以上200～300mm的承重柱、核心筒上，采用隐蔽沉降观测点埋设方法，当进行沉降观测时，拔下保护盖，将螺母旋紧，进行观测。

　　  

　　表1 各土层主要物理力学指标 

　　 

　　 

　　

　　注:为压缩模量;E₀为变形模量;E为弹性模量;*为等效内摩擦角

　　表1 各土层主要物理力学指标

　　观测结束后，安上保护盖，确保沉降观测点不易被施工破坏，同时不影响建筑物的美观。根据沉降观测方案要求:(1)垫层施工完成后开始观测(施工段分区如图1所示);(2)施工期间主楼每施工1层观测1次，裙楼与主楼同一时间观测;(3)主体封顶楼至综合竣工期间，每1个月观测1次;(4)综合竣工以后，每3个月观测1次，直至稳定(建筑物竣工后1年，最后100d沉降速率<0.02mm/d、即可认为进入稳定时期)，预计观测1年，计4次。

　　

　　图1 现场施工段分区  

　　 

　　3 主群楼沉降量变化分析

　　由于工程现场条件受限，导致在实际进场的观测时间，主群楼已经施工到地上1层，为确保整个工程沉降数据的完整，对前期的试验观测数据参考张玉举关于地基回弹再压缩数据的推算方法进行了推算，按照实际沉降数据，以附加应力和自重应力、压缩模量与回弹模量的比值推算出前期的沉降量，为后续分析沉降量以及相应的主群楼沉降差异提供有力支持。

　　3.1 沉降随时间变化分析

　　根据表1中的土层分布，统计地基以上各土层厚度和重度，汇总如表2所示。一般认为土层抗渗系数k<10^-8m/s的土为相对隔水层(不透水层)，根据地勘报告，本工程持力层土层的渗透性系数如表3所示。

　　  

　　表2 南塔主楼区土体自重 

　　 

　　 

　　

　　表2 南塔主楼区土体自重

　　  

　　表3 各主要岩土层渗透系数经验值 

　　 

　　 

　　

　　表3 各主要岩土层渗透系数经验值

　　本工程渗透系数为k=2.3×10^-7>10^-8，即可认为本工程持力层是透水层，计算主楼地基以上土层自重应力为87.04kPa，南塔主楼基底产生的附加应力为151kPa，当施工完地下2层时产生的应力为81.38kPa，当施工完地下1层时产生的应力为95.78kPa，所以当施工完地下2层时，结构产生的自重与土体自重相当。

　　因此本文在分析过程中定义了平衡点为卸荷量与再加荷量相同，平衡点之前再压缩过程定义为前期沉降，本工程界定主楼平衡点为地下2层，裙房的平衡点为地上1层。

　　1)主楼各阶段沉降曲线分析

　　选取主楼A1区18号点、20号点、22号点、23号点处和主楼A2区12号点、13号点处随荷载的累计沉降曲线如图2,3所示。

　　从上图曲线分析可知，当筏板施工完成时，由于筏板质量大，结构产生的压缩变形比较大，沉降曲线直线下降，斜率较大。当结构施工至地下2层时，结构施工的荷载远小于筏板荷载，沉降曲线变化平缓。

　　

　　图2 主楼A1区中心点处各点的累计沉降曲线  

　　 

　　

　　图3 主楼A2区中心点处各点的累计沉降曲线  

　　 

　　提取图2,3的沉降曲线数据对主楼结构前期沉降、施工过程沉降、平稳阶段沉降3种不同工况进行分析，如表4所示。

　　  

　　表4 主楼各工况沉降量占比 

　　 

　　 

　　mm

　　

　　表4 主楼各工况沉降量占比

　　由于每个测点计算的占比不同，本文取各测点占比的平均值进行分析，本工程基底以下覆土厚度为250mm，岩石沉降占总沉降量为21%时，从上述数据可知，前期沉降占总沉降的35%左右，施工过程阶段沉降量占总沉降的62%左右，沉降平稳阶段沉降量占总沉降量的3%左右。施工过程阶段沉降量占比最大，当主楼封顶后，沉降总量已经基本释放完毕。

　　2)裙房各个阶段沉降分析

　　从裙房六区分别取1个点进行分析，根据观测数据，提取裙房观测点40,42,55,53,69,63处随荷载的累计沉降值，分析裙房在结构前期沉降、施工过程沉降、平稳阶段沉降数据对比如表5所示。

　　  

　　表5 裙房各工况沉降量占比 

　　 

　　 

　　mm

　　

　　表5 裙房各工况沉降量占比

　　计算方法同上，分析表5数据可知:在裙房地基以下工程覆土厚度为360mm，沉降量占比为16%时，裙房前期沉降量约占总沉降量达53%，由于基底覆土厚度比较大，前期沉降占总沉降量的比值比较大。施工过程沉降量约占总沉降量的43%，平稳阶段沉降量约占总沉降量的4%。

　　3)沉降量随时间的平面变化规律分析

　　应用BIM建立三维沉降量视图，根据观测数据，绘制主楼封顶时和最终结构观测的沉降平面等值线、3D沉降示意(见图4～7)。

　　

　　图4 主楼封顶时的沉降平面等值线  

　　 

　　

　　图5 主楼封顶时的3D沉降示意  

　　 

　　

　　图6 最终结构观测沉降等值线  

　　 

　　由以上沉降平面分别曲线可以看出:主楼最大沉降点位于主楼核心筒位置处，主楼区沉降曲线近似“锅底”形，裙房最大沉降点位于中心点位置处，裙房区沉降曲线也近似“锅底”形;且主裙楼交界处，沉降变化曲线比较平缓，表明沉降变化在主裙楼间是连续的。

　　

　　图7 最终结构观测3D等值线  

　　 

　　4 主群沉降差异变化规律分析

　　4.1 主楼封顶、后浇带封闭及最终的沉降差异值分析

　　沉降后浇带封闭前(主楼封顶)、封闭后及封闭后第1～3月(最终值)的沉降量、沉降差及相对沉降差如表6所示。

　　  

　　表6 不同时刻沉降差 

　　 

　　 

　　

　　表6 不同时刻沉降差

　　由表6中数据可知，在沉降后浇带封闭前(主楼封顶)时，主裙楼之间的沉降差为3.8mm，对应的相对沉降量达0.04‰;结构在主楼封顶后提前封闭了沉降后浇带，主裙楼之间的沉降差降至2.9mm，对应的相对沉降量达0.03‰;沉降稳定后，主裙楼之间的沉降差降为2.6mm，对应的相对沉降差达0.027‰。

　　上述数据都满足了既满足了GB50007—2011《建筑地基基础设计规范》的沉降差异的要求，也满足了王铁梦《工程结构裂缝控制》中，给出的取消沉降后浇带的条件。根据工程地质条件对主裙楼联体基础的沉降计算(采用结构与地基共同作用的程序计算)结果也证明，取消沉降后浇带结构裂缝是满足要求的。

　　4.2 沉降差异随时间变化曲线分析

　　根据统计数据，绘制主裙楼沉降差随时间的变化曲线(见图8)，得出实际工况下主裙楼沉降差变化规律。

　　1)从曲线整体来看，在施工过程中，主裙楼间累计沉降差在不断增加。

　　2)从沉降差变化曲线可知，在施工过程中，累计沉降差最大值出现在主楼封顶时。

　　3)沉降后浇带封闭后，沉降曲线上升，表明沉降差减小。由于后浇带封闭后，主群楼连成一个整体，共同承担结构受力。主楼向裙房传递一部分的荷载，从而主楼沉降量变化不大，裙房沉降量有所增加，主裙楼之间的相对沉降差减小。

　　

　　图8 主裙楼沉降差变化曲线  

　　 

　　5 施工措施

　　根据施工过程中沉降差分析，最大沉降差异也可能出现在施工过程中。因此，建造过程中要控制主裙楼的高度差，使其小于设计的主裙楼高度差。

　　1)如建造过程中的主裙楼高度差不能满足要求，需要按照实际情况进行沉降计算和相应的结构分析。

　　2)为减少主裙楼的沉降差异，裙楼结构施工中应先安排与主楼相邻区域的施工，避免将该区域作为施工临时场区，使其施工滞后。如主楼相邻区域作为临时场区时，不宜施工该区域的底板。