新黃土地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)淺談

王應(yīng)麟

（靜寧縣建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督管理站，甘肅 靜寧 743400）

0 引言

新黃土指晚更新世（Q3）和全新世（Q4）黃土。全新世（Q4）黃土包括濕陷性和新近堆積黃土，一般都具有濕陷性，孔隙比大含水較高時(shí)還具有震陷性等軟弱土特點(diǎn)。作為地基土其濕陷性、震陷性指標(biāo)判定、土軟硬分類、基礎(chǔ)選型抗震加強(qiáng)構(gòu)造措施地基處理和防排水工程設(shè)計(jì)不同一般地基土，需要依據(jù)專項(xiàng)規(guī)范結(jié)合實(shí)際工程地質(zhì)報(bào)告進(jìn)行具體設(shè)計(jì)，方能保證其上建筑物在合理使用年限內(nèi)正常安全使用；在總結(jié)黃土地區(qū)地基設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上明確相關(guān)土分類指標(biāo)、基礎(chǔ)選型方向、設(shè)計(jì)計(jì)算取值、防排水及地基處理要求，對(duì)指導(dǎo)設(shè)計(jì)實(shí)踐保證結(jié)構(gòu)安全有一定的作用。

1 濕陷性黃土、震陷土、軟弱土指標(biāo)判定基礎(chǔ)選型加強(qiáng)措施

1.1 濕陷性黃土

濕陷系數(shù)δs≥0.015的黃土為濕陷性黃土，δs<0.015黃土為非濕陷性黃土，當(dāng)自重濕陷量Δzs≤70 mm為非自重濕陷場(chǎng)地，Δzs>70 mm是自重濕陷場(chǎng)地。

1.2 震陷土

新黃土場(chǎng)地當(dāng)土空隙比e≥0.95，且含水量ω≥20%時(shí)，對(duì)抗震設(shè)防烈度≥8度地區(qū)的建筑，可判為震陷性黃土，應(yīng)根據(jù)震陷程度進(jìn)行地基處理或采取構(gòu)造措施。

1.3 軟弱土

1.4 基礎(chǔ)選型加強(qiáng)措施

為保證建筑物在使用期間地基不受遇水濕陷、震陷影響而出現(xiàn)不均勻沉降影響結(jié)構(gòu)安全和正常使用，在經(jīng)濟(jì)和場(chǎng)地地質(zhì)條件許可、地面下有埋深不太大密實(shí)砂卵石層等堅(jiān)硬土層作可靠持力層，新黃土場(chǎng)地3層以上建筑應(yīng)優(yōu)先選用樁基礎(chǔ)和樁筏基礎(chǔ)，3層以下或堅(jiān)硬土層埋深較大應(yīng)選用經(jīng)過(guò)地基處理的鋼筋混凝土梁板基礎(chǔ)和筏板基礎(chǔ)，除1層房屋外盡量不用磚條形基礎(chǔ)等抵抗地基變形能力差的剛性基礎(chǔ)；樁基頂應(yīng)設(shè)承臺(tái)用縱橫向穿過(guò)承臺(tái)的框架梁連接，樁身通長(zhǎng)配筋，配筋率≥0.3%，樁頂下3～5倍樁徑范圍箍筋間距加密至100 mm；鋼筋混凝土獨(dú)立基礎(chǔ)、條形基礎(chǔ)、筏板基礎(chǔ)用設(shè)置在墻柱底縱橫向穿過(guò)基礎(chǔ)的框架梁連接，同時(shí)在地面處墻柱下設(shè)置縱橫向框架梁，樁頂和墻柱下基礎(chǔ)間框架梁高≥（L為框梁跨度）寬≥250 mm，配筋取基礎(chǔ)頂墻柱底豎向荷載的按受拉構(gòu)件計(jì)算確定；基礎(chǔ)砼強(qiáng)度等級(jí)不低于C35底板厚度≥250 mm保證基礎(chǔ)安全可靠。

2 地基處理

2.1 處理方法設(shè)計(jì)指標(biāo)

基礎(chǔ)下厚度≤6 m的新黃土地基土開(kāi)挖條件許可采用換土墊層處理，厚度大于6 m小于15 m的新黃土地基土除采用穿透其厚度的樁基礎(chǔ)外，一般采用沉管擠密樁法處理，場(chǎng)地條件許可時(shí)可用強(qiáng)夯法處理；濕陷厚度大于20 m或樁長(zhǎng)大于40 m濕陷性黃土地基按大厚度濕陷性黃土地基加大處理范圍增加防排水措施設(shè)計(jì)處理；要求換土墊層用素土或灰土分層壓實(shí)，壓實(shí)系數(shù)λC≥0.97，坑底距最高地下水位≥2 m，含水較大時(shí)先換填厚度≥0.5 m，粒徑≤50 mm級(jí)配連續(xù)的水泥石灰砂卵石墊層振動(dòng)碾實(shí)再用土或灰土分層用平碾壓實(shí)；擠密樁孔直徑D=0.4 m左右，間距S=等邊三角形排列從基坑一邊開(kāi)始，間隔分批進(jìn)行擠密，式中擠密后三孔間平均擠密系數(shù)：≥0.93，≥0.84，ρd0擠密前基底土的平均干密度（g/cm3），ρdmax擊實(shí)試驗(yàn)確定的最大干密度（g/cm3），擠密孔內(nèi)填素土灰土或水泥土，分層夯實(shí)要求壓實(shí)系數(shù)λc≥0.97，孔底距地下最高水位≥2 m，孔底土含水較高時(shí)，可先填厚度≥0.5 m，粒徑≤30 mm級(jí)配連續(xù)的水泥石灰砂卵石夯實(shí)后再分層填素土或灰土水泥土，樁頂上基底下滿設(shè)一層厚度≥0.5 m、3∶7灰土墊層；換土墊層和孔內(nèi)填土應(yīng)在最佳含水率狀態(tài)下施工，擠密樁成孔土適宜含水率12.4%～24%，低于12%應(yīng)浸水增濕，高于24%時(shí)會(huì)出現(xiàn)縮孔應(yīng)增設(shè)套管施工，環(huán)境要求減震降噪可采用靜壓成孔。

2.2 處理深度計(jì)算

基底下厚度＜15 m的濕陷性（Q41）黃土、震陷土采取抗震構(gòu)造措施，不計(jì)算樁基震陷負(fù)摩阻力，濕陷量按總濕陷量計(jì)算，式中 δsi濕陷系數(shù)，δsi＜0.015 土層不計(jì)，β 修正系數(shù)，基底土層厚0～5 m，β=1.5，5～10 m，β=1.0，10 m 以下 β=β0，β0土質(zhì)修正系數(shù)，hi土層厚；基底下厚度≥15 m的濕陷性黃土（震陷土（Q3、Q）4濕陷量按大厚度濕陷性黃土計(jì)算，總濕陷量式中 αi浸水系數(shù)，δzsi土自重濕陷系數(shù)，αi和 δzsi取值見(jiàn)表1。

表1 處理深度計(jì)算

處理后剩余濕陷量=總濕陷量-已處理土層濕陷量，樁基計(jì)算震陷土負(fù)摩阻力。

2.3 地基承載力計(jì)算

采用樁基在非自重濕陷性黃土場(chǎng)地，當(dāng)自重濕陷量計(jì)算值Δzs≤50 mm時(shí)計(jì)入樁側(cè)飽和狀態(tài)土正摩阻力，在自重濕陷性黃土場(chǎng)地除不計(jì)正摩阻力外應(yīng)扣除樁身濕陷土層負(fù)摩阻力，式中 μ=樁身周長(zhǎng)（m），li樁長(zhǎng)范圍內(nèi) δzsi≥0.015 土層厚（m），qsi樁側(cè)土平均負(fù)摩阻力特征值，當(dāng)70 mm≤Δzs≤200 mm，灌注/預(yù)制樁 qsi=10/15 kPa，當(dāng) Δzs＞200 mm，灌注/預(yù)制樁qsi=15/20 kPa。樁基豎向承載力計(jì)算應(yīng)滿足a，式中Nk和Nkmax分別為標(biāo)準(zhǔn)組合樁頂豎向荷載和偏心最大豎向荷載，Ra為單樁豎向承載力特征值；當(dāng)樁長(zhǎng)范圍內(nèi)存在厚度大于15 m震陷土?xí)r，樁基豎向承載力尚應(yīng)進(jìn)行震前和震后組合驗(yàn)算；分別滿足：震前：Nk≤Ra，Nkmax≤1.2Ra；震后：≤1.25Ra，NEKmax+Qgn≤1.5Ra，式中 Nk和 NEKmax分別為地震作用下樁頂按標(biāo)準(zhǔn)組合計(jì)算豎向荷載和偏心最大豎向荷載。震陷產(chǎn)生負(fù)摩阻力下拉荷載，式中Ls震陷新黃土層厚度，Ls≥20 m時(shí)取Ls=20 m，震陷土樁基平均負(fù)摩阻力特征值，其中震陷量計(jì)算值在50~100 mm之間，灌注樁=12 kPa，震陷量計(jì)算>100 mm，灌注樁=15 kPa，樁基 Ra按靜載試驗(yàn)確定；采用換土墊層和擠密法整片處理的濕陷性黃土、震陷土地基承載力應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)原位測(cè)試確定的承載力特征值fak進(jìn)行修正，計(jì)算時(shí)寬度不修正，深度修正系數(shù)取1。修正后地基承載力特征值 fa=fak+γm（d-1.5），式中 fak 處理后墊層或擠密樁頂?shù)鼗休d力特征值，無(wú)試驗(yàn)資料一般土墊層、素土擠密樁fak≤180 kPa，且土墊層≤1.4倍處理前場(chǎng)地土地基承載力特征值，灰土墊層、灰土擠密樁fak≤250 kPa，且灰土墊層fak≤2倍處理前場(chǎng)地土地基承載力特征值，d自室外地坪算起的基礎(chǔ)埋深（m），γm基底以上土的平均加權(quán)重度，電算選項(xiàng)nb=0，nd=1，fak和γm按試驗(yàn)結(jié)果填入。處理后墊層和擠密樁下存在地基承載力小于fak值的軟弱下臥層時(shí)應(yīng)按 ρz+ρcz≤faz進(jìn)行驗(yàn)算，式中 ρz和 ρcz分別為標(biāo)準(zhǔn)組合荷載作用下臥層頂?shù)母郊訅毫Γ╧Pa）和處理后下臥層頂?shù)淖灾貕毫?，faz為下臥層頂按土類別和指標(biāo)，經(jīng)深度修正的地基承載力特征值，下臥層驗(yàn)算不滿足應(yīng)采取調(diào)整設(shè)計(jì)增加處理深度增大基礎(chǔ)底面積重新驗(yàn)算直至滿足要求。地基抗震計(jì)算時(shí)未處理軟弱新黃土抗震承載力調(diào)整系數(shù)ξa=1，地基抗震承載力faE=fa。

3 防排水設(shè)計(jì)

黃土地基的變形穩(wěn)定性和承載力高低與地基土含水量密切相關(guān)，應(yīng)從做好場(chǎng)地和工程本身施工過(guò)程防排水幾方面特別予以關(guān)注，相關(guān)要求應(yīng)在設(shè)計(jì)文件中明確。

3.1 場(chǎng)地防排水

要求平地排水暢通，建筑防護(hù)距離內(nèi)地表不積水，不設(shè)無(wú)可靠隔水措施的水池綠化灑水設(shè)施和直埋水管；坡地必須設(shè)符合防洪要求的截水溝、排導(dǎo)渠，建筑與護(hù)坡防護(hù)距離符合場(chǎng)地豎向設(shè)計(jì)和邊坡安全要求；建筑四周場(chǎng)地7 m內(nèi)排水坡度i≥0.02地面用不透水材料鋪裝，7 m外排水坡度i≥0.007，埋地水管水溝與建筑物距離≥按濕陷等級(jí)確定的最小防護(hù)距離并盡量明設(shè)，新建水渠與建筑距離在自重濕陷性場(chǎng)地不小于濕陷土層厚度3倍和25 m在非自重濕陷性場(chǎng)地≥12 m。

3.2 工程防排水

黃土工程地基不均勻沉降事故大部分是地面排水不暢管道漏水，雨水和管道地溝水滲入地基引起的，除做好場(chǎng)地排水外工程本身防排水也很重要。建筑周圍安全防護(hù)距離內(nèi)不得直埋，應(yīng)采用地溝敷設(shè)水暖管道，安全防護(hù)距離外應(yīng)采用設(shè)在人行道上埋深≥1.5 m設(shè)置剛性基礎(chǔ)有保護(hù)作用的芯管直埋敷設(shè)，埋地段不留接頭，接頭一律設(shè)在檢查井內(nèi)。地溝下是已處理土層的，采用位于基礎(chǔ)上的整體鋼筋混凝土槽形底板磚壁地溝或鋼筋混凝土地溝，采用樁基礎(chǔ)地溝底是未處理的新黃土應(yīng)采用整體鋼筋混凝土地溝，地溝內(nèi)凈尺寸必須符合半通行檢漏地溝要求，最小高度h≥1.2 m，最小寬度單側(cè)安管不小于1.0 m，雙側(cè)安管不小于1.4 m，溝底排水坡度i≥0.02連續(xù)坡向室外6 m以外，地溝內(nèi)暖氣管在上，給水管居中排水管在下安裝就近直接排出。管材：供暖主管選用無(wú)縫（SC）鋼管，給水管應(yīng)選用符合要求的鋁塑復(fù)合（PAP）管，鋼塑復(fù)合（SP）管，地溝和地下室內(nèi)排水管應(yīng)選用球墨鑄鐵管或不銹鋼管，地漏選用水封高度≥50 mm的不銹鋼材料，室內(nèi)地溝在轉(zhuǎn)折處或長(zhǎng)度≤20 m無(wú)水地面設(shè)活動(dòng)蓋板檢修口，室外地溝距建筑≥6 m設(shè)檢查井，室內(nèi)管道沿墻明設(shè)，室外管道在人行道1.5 m下敷設(shè)。防水材料室內(nèi)外分別選用無(wú)毒高分子防水涂膜和土工布并連續(xù)設(shè)置。

3.3 施工防水

施工場(chǎng)地應(yīng)高出周圍場(chǎng)地，嚴(yán)禁雨水和施工用水排入地基土，施工臨時(shí)水池澆料場(chǎng)應(yīng)分別設(shè)在距離基坑12/25 m外，攪拌站距離基坑≥10 m，給水管取土坑距離基坑邊在自重濕陷性黃土和非自重濕陷性黃土場(chǎng)地分別不小于7/10 m和12/25m，澆水材料堆放在距基坑邊≥5 m處，基礎(chǔ)上已開(kāi)挖部分土滿槽回填壓實(shí)系數(shù)λC≥0.93。

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)新黃土濕陷性、震陷性、軟弱性危害，參考相關(guān)規(guī)范和最新研究成果明確濕陷性黃土飽和新黃土是軟弱土，場(chǎng)地屬抗震不利地段應(yīng)采取包含地基基礎(chǔ)在內(nèi)的整體加強(qiáng)措施；提出新黃土地基土不處理不能直接作為基礎(chǔ)持力層、條件許可場(chǎng)地基礎(chǔ)應(yīng)優(yōu)先選用樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)思路；總結(jié)工程經(jīng)驗(yàn)細(xì)化常用新黃土樁基礎(chǔ)承載力計(jì)算和鋼筋混凝土基礎(chǔ)加強(qiáng)措施，換土墊層擠密樁地基處理設(shè)計(jì)控制指標(biāo)，濕陷量計(jì)算處理深度，處理后復(fù)合地基承載力確定電算取值等地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)具體問(wèn)題，應(yīng)用在工程設(shè)計(jì)中對(duì)明確新黃土地基處理方法、基礎(chǔ)選型、優(yōu)化地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)計(jì)算提高工作效率，減少地基不均勻沉降變形事故保證建筑正常安全使用有一定作用。

[1]錢鴻縉.濕陷性黃土地基[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1987.

[2]鄭晏武.中國(guó)黃土的濕陷性[M].北京：地質(zhì)出版社，1982.

[3]GB 50025—2004，濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范[S].

[4]DB 62/T25—3055—2011，建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)程[S].

[5]DB 62/T25—3060—2012，大厚度濕陷性黃土場(chǎng)地工程處理技術(shù)規(guī)程[S].