巖土勻質(zhì)性假設(shè)在建筑工程地基處理中的運(yùn)用

張景信

（河南能源化工集團(tuán)規(guī)劃發(fā)展部，河南 鄭州 450000）

巖土勻質(zhì)性假設(shè)在建筑工程地基處理中的運(yùn)用

張景信

（河南能源化工集團(tuán)規(guī)劃發(fā)展部，河南 鄭州 450000）

本文簡(jiǎn)要介紹了地基的基本概念和巖土勻質(zhì)性假設(shè)，闡述了工程勘察、設(shè)計(jì)、施工等不同階段對(duì)建設(shè)工程地基巖土的勻質(zhì)性要求，以及不勻質(zhì)情況下對(duì)地基進(jìn)行必要的改良處理，同時(shí)糾正了地基處理實(shí)際施工中的一些錯(cuò)誤做法，有助于工程技術(shù)人員對(duì)巖土勻質(zhì)性假設(shè)的深入理解和在地基處理實(shí)際施工中靈活運(yùn)用。

地基處理；巖土勻質(zhì)性假設(shè)；地基勻質(zhì)性評(píng)價(jià)；局部軟（硬）地基

1 地基的概念及巖土勻質(zhì)性假設(shè)

1.1 地基的概念與地基分類

地基是指建筑物基礎(chǔ)下面最終承受建筑物全部載荷的那部分土體或巖體（巖土體）。雖說(shuō)地基不屬于建筑物的組成部分，但它對(duì)保證建筑物的堅(jiān)固耐久具有非常重要的作用，必須堅(jiān)固、穩(wěn)定且可靠，否則建筑物很可能出現(xiàn)影響使用的裂縫甚至倒塌。作為建筑地基的巖土體分為巖石、碎石土、砂土、粉土、黏性土和人工填土。一般巖土體的分布是一層一層分布的，直接承受基礎(chǔ)荷載的建筑物基礎(chǔ)下面的那一層土層或巖層稱為基礎(chǔ)的持力層。

地基一般可分為天然地基和人工地基兩種。自然狀態(tài)下即可滿足承擔(dān)建筑物全部荷載要求，不需要人工處理的地基稱為天然地基；不能承受基礎(chǔ)傳遞的全部荷載，需經(jīng)人工處理后作為地基的稱為人工地基。通過(guò)工程地質(zhì)鉆探，設(shè)計(jì)人員根據(jù)鉆探報(bào)告提供的土層分布、土層力學(xué)性能指標(biāo)及地下水位等情況，才能確定地基是否要處理，以及基礎(chǔ)的形式和基礎(chǔ)的埋深等。需要綜合考慮技術(shù)經(jīng)濟(jì)各方面，并根據(jù)地基的實(shí)際構(gòu)成情況具體分析，以確定合適的地基處理方法。

1.2 巖土勻質(zhì)性假設(shè)

巖土體是黏彈塑性材料，但在實(shí)際工程設(shè)計(jì)時(shí)常常將巖土的工作狀態(tài)考慮在彈性范圍內(nèi)。在勘察階段和設(shè)計(jì)計(jì)算地基中的應(yīng)力時(shí)，假設(shè)巖土體為連續(xù)的、線彈性的、均質(zhì)的各向同性體，主要基于以下兩點(diǎn)：

從工程學(xué)觀點(diǎn)來(lái)看，在工程影響的范圍內(nèi)，天然土層需要進(jìn)行局部化處理，將這個(gè)局部作為勻質(zhì)體處理，可以引用均質(zhì)體的理論進(jìn)行力學(xué)的分析計(jì)算。一切巖土工程的勘察、取樣試驗(yàn)、資料的統(tǒng)計(jì)分析等都是建立在均質(zhì)體假定的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。

從設(shè)計(jì)角度來(lái)看，所有的計(jì)算模型或理論均假設(shè)巖土體是均質(zhì)的，都要按均質(zhì)的理論來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)和計(jì)算，勘察報(bào)告中提供的承載力及其他指標(biāo)也都是把巖土體的性質(zhì)做了均質(zhì)化處理后得到的。

2 勘察階段巖土均勻性評(píng)價(jià)

巖土工程勘察的重要內(nèi)容之一是對(duì)建筑場(chǎng)地均勻性進(jìn)行評(píng)價(jià)，《巖土工程勘察規(guī)范》和《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》中對(duì)地基的均勻性評(píng)價(jià)都有明確的規(guī)定?？辈祀A段建筑場(chǎng)地的均勻性評(píng)價(jià)是為了工程建設(shè)的需要，為方案或設(shè)計(jì)成果的比較提供建筑物性狀的定量或半定量的計(jì)算結(jié)果。場(chǎng)地均勻性評(píng)價(jià)主要著眼于地質(zhì)條件，均勻性評(píng)價(jià)的內(nèi)容是分析地基巖土層力學(xué)性狀的均勻性及對(duì)建筑物的影響，均勻性評(píng)價(jià)的結(jié)果是為工程設(shè)計(jì)與施工方案提供依據(jù)，即：提出設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意什么問(wèn)題，對(duì)基礎(chǔ)選型有什么要求，可能采取什么工程措施等的建議。

3 地基設(shè)計(jì)的有關(guān)要求

3.1 地基設(shè)計(jì)的基本要求

現(xiàn)行建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，建筑地基應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，以及滿足變形方面的要求。確定地基持力層、地基承載力特征值和進(jìn)行地基驗(yàn)算（變形和穩(wěn)定性驗(yàn)算）是地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容。在進(jìn)行地基設(shè)計(jì)時(shí)必須從實(shí)際情況，同時(shí)考慮以下幾點(diǎn)：

滿足強(qiáng)度要求——地基應(yīng)具有足夠的承載力，即基底壓力（基礎(chǔ)底面處單位面積土體所受到的壓力）不得超過(guò)地基容許承載力。從而保證建筑物不因地基承載力不足造成整體破壞或影響正常使用，具有足夠防止整體破壞的安全儲(chǔ)備。

滿足變形要求——地基的沉降量控制在一定范圍內(nèi)（不得超過(guò)地基變形容許值），其次不同部位的地基沉降差不能太大，以免建筑物上部開(kāi)裂。從而保證建筑物不因地基變形而損壞或影響其正常使用（建筑物正常使用應(yīng)滿足其功能要求，常常是地基承載力還有潛力可挖，而變形已達(dá)到甚至超過(guò)正常使用的限值）。

滿足穩(wěn)定要求——地基應(yīng)有防止產(chǎn)生傾覆、失穩(wěn)方面的能力，無(wú)滑動(dòng)的危險(xiǎn)。

若上述要求不能同時(shí)達(dá)到，就要對(duì)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案作相應(yīng)的修改或進(jìn)行地基處理，以改善其結(jié)構(gòu)性質(zhì)，達(dá)到建筑物對(duì)地基設(shè)計(jì)的要求。

3.2 建筑物不均勻沉降及預(yù)防措施

如果建筑物地基持力層薄厚變化大，或地基軟硬不一，或建筑物荷載相差懸殊等原因，將會(huì)使地基產(chǎn)生過(guò)量的不均勻沉降，進(jìn)而導(dǎo)致建筑物傾斜，墻體、樓地面開(kāi)裂，影響正常使用。不均勻沉降產(chǎn)生的原因主要有以下幾個(gè)方面：

持力層地基土厚度分布不均勻，造成不同部位土體不均勻壓縮變形；持力層地基土下臥層分布不均勻，造成土體總壓縮變形的不均勻；持力層未選定在同一土層上；建筑物上部荷載分布不均勻，造成持力層地基土的附加應(yīng)力不均勻。

對(duì)于不均勻沉降，工程設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量采取措施消除或減輕，通常采取的措施有：進(jìn)行地基處理；根據(jù)地基、基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)共同作用的概念，采取建筑、結(jié)構(gòu)與施工措施；采用樁基礎(chǔ)或其他深基礎(chǔ)。一般情況下，應(yīng)優(yōu)先考慮采取地基處理措施。

3.3 地基處理設(shè)計(jì)

地基處理是指按照上部結(jié)構(gòu)對(duì)地基的要求，對(duì)軟弱或不良地基進(jìn)行必要的加固或改良，以保證地基穩(wěn)定，減少房屋的過(guò)大沉降或不均勻沉降。其主要目的是采取各種地基處理方法改善地基條件。

地基處理設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮上部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)和地基的共同作用，必要時(shí)采取有效措施，加強(qiáng)上部結(jié)構(gòu)的剛度和強(qiáng)度，以增加建筑物對(duì)地基不均勻變形的適應(yīng)能力。具體方法選擇時(shí)，綜合考慮場(chǎng)地工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件、建筑物對(duì)地基要求、建筑結(jié)構(gòu)類型和基礎(chǔ)形式、周圍環(huán)境條件、材料供應(yīng)情況、施工條件等因素，經(jīng)過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較分析后擇優(yōu)采用。

對(duì)于那種十分明顯的不均勻地基，例如軟硬不均的地基，部分基巖出露的地基，半填半挖的地基，硬層或軟弱層的厚度變化比較大的地基等，應(yīng)分析是否會(huì)產(chǎn)生過(guò)量的不均勻沉降。在基礎(chǔ)選型、甚至上部結(jié)構(gòu)選型時(shí)應(yīng)該選擇適應(yīng)性比較強(qiáng)的結(jié)構(gòu)體系或基礎(chǔ)類型，或在設(shè)計(jì)時(shí)采取一些特殊的工程措施，如設(shè)置褥墊層以調(diào)節(jié)不均勻沉降，或在建筑物適當(dāng)部位設(shè)置沉降縫以適應(yīng)地基的不均勻沉降。

地基處理后地基變形應(yīng)滿足現(xiàn)行有關(guān)規(guī)范的要求，并在施工期間進(jìn)行沉降觀測(cè)，必要時(shí)尚應(yīng)在使用期間繼續(xù)觀測(cè)，用以評(píng)價(jià)地基加固效果和作為使用維護(hù)依據(jù)。

4 地基驗(yàn)槽與地基勻質(zhì)性評(píng)價(jià)

驗(yàn)槽是建筑施工第一階段基槽開(kāi)挖后的重要工序，也是一般巖土工程勘察工作的最后一個(gè)環(huán)節(jié)。建筑物基坑（槽）開(kāi)挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高，經(jīng)有關(guān)單位聯(lián)合驗(yàn)槽合格后方可進(jìn)行基礎(chǔ)工程施工。驗(yàn)槽的目的是為了普遍探明基槽的土質(zhì)和特殊土情況，判斷地基是否異常是否需要進(jìn)行局部處理，如原鉆探是否需補(bǔ)充、原基礎(chǔ)設(shè)計(jì)是否需修正等。

地基驗(yàn)槽通常以觀察法為主，對(duì)于基底以下不可見(jiàn)土層配合釬探，對(duì)明顯不均勻持力層、淺部有軟弱下臥層等情況改用輕型動(dòng)力觸探。驗(yàn)槽前要先察明結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)說(shuō)明和地質(zhì)勘察報(bào)告中的地基承載力和持力層是否一致；建筑位置與勘察范圍是否相符；場(chǎng)地是否有軟弱下臥層等。驗(yàn)槽時(shí)觀察槽壁、槽底土質(zhì)類型、均勻程度和有關(guān)異常土質(zhì)是否存在，核對(duì)基坑土質(zhì)及地下水情況是否與勘察報(bào)告相符；檢查基槽之中是否有舊建筑基礎(chǔ)、地窖、廢井、洞穴、橡皮土、地下掩埋物及人防工程等，將其所處部位、深度、特征及處理方法描述清楚；對(duì)釬探資料中的異常點(diǎn)位進(jìn)行復(fù)查。對(duì)經(jīng)過(guò)技術(shù)處理的地基以及驗(yàn)槽中存在的問(wèn)題處理后，應(yīng)進(jìn)行復(fù)驗(yàn)。

通過(guò)地基驗(yàn)槽，在前一階段巖土工程勘察工作的基礎(chǔ)上，對(duì)地基勻質(zhì)性進(jìn)一步做出評(píng)價(jià)，確定是否繼續(xù)下挖或進(jìn)行技術(shù)處理。

5 地基處理施工

5.1 地基處理常用施工方法

地基處理的常用方法主要有：換土墊層法、強(qiáng)夯法、砂石樁法、水泥土攪拌法、預(yù)壓法、水泥粉煤灰碎石樁法、石灰樁法、灰土擠密樁法等等。其中，換土墊層法是將基礎(chǔ)下面一定厚度的軟弱土層挖除，然后以中砂、粗砂、礫石、碎石或卵石、灰土以及其他性能穩(wěn)定、無(wú)侵蝕性的材料填實(shí)，分層夯實(shí)，每層夯實(shí)密度必須達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。換土墊層法適用于淺層軟弱地基及不均勻地基的處理，其主要作用是提高或均衡地基承載力，減少建筑物沉降或不均勻沉降。

5.2 換填方法處理局部軟硬不均勻地基

局部換填處理，不論以硬換軟，或是以軟換硬，其目的都是為了獲得整個(gè)建筑物的均勻沉降。一般情況下，在一個(gè)建筑場(chǎng)地內(nèi)，硬地基少，軟地基多，宜采用以軟換硬的換土法（又叫褥墊）；若軟地基少，硬地基多，宜采用以硬換軟的換土法；若軟硬地基各一半，宜采用設(shè)置沉降縫與局部換上相結(jié)合的方法。

對(duì)于局部過(guò)軟地基，如建筑地基內(nèi)局部存在松填土、暗溝（塘）、古井或拆除舊基礎(chǔ)后的坑穴，采用換填法進(jìn)行地基處理時(shí)的具體方法是，將坑中松軟土挖除，使坑底及四壁均見(jiàn)天然土，回填與天然土壓縮性相近的材料，當(dāng)天然土為砂土?xí)r用砂或級(jí)配砂石回填；當(dāng)天然土為較密實(shí)的黏性土，用3：7灰土分層回填夯實(shí)；天然土為中密可塑的黏性土或新近沉積黏性土，可用1：9或2：8灰土分層回填夯實(shí)。

對(duì)于局部過(guò)硬地基，如建筑地基內(nèi)局部遇基巖、舊基礎(chǔ)、老灰土等，應(yīng)盡可能挖去，回填與地基天然土壓縮性相近的材料，以防建筑物由于局部落于堅(jiān)硬地基上，造成不均勻沉降而使建筑物開(kāi)裂；或?qū)?jiān)硬地基部分鑿去30～50 cm深，再回填砂或砂土混合物作軟性褥墊，起到調(diào)整地基變形作用，使建筑物沉降均勻，避免裂縫。

5.3 注意避免錯(cuò)誤做法

地基處理須遵循的最基本原則是保持建筑地基整體變形均勻。但在實(shí)際工程施工中違背該原則的做法時(shí)有發(fā)生，如：

對(duì)于局部過(guò)軟地基，將局部松軟土挖除后，為了加快施工速度，錯(cuò)誤地填筑毛石砌體、磚砌體或澆筑混凝土（地基由局部過(guò)軟變成了局部過(guò)硬）。此做法不但未解決地基不均勻問(wèn)題，還增加了工程施工費(fèi)用，加大了建筑物下部土層負(fù)荷。

對(duì)于局部過(guò)硬地基，如基礎(chǔ)下局部遇基巖、舊基礎(chǔ)、老灰土等，錯(cuò)誤地認(rèn)為地基承載力滿足設(shè)計(jì)要求可以不進(jìn)行處理，或圖省事、省費(fèi)用而不進(jìn)行處理，給建筑物以后的使用留下隱患，易造成建筑物不均勻沉降，嚴(yán)重者甚至傾斜或開(kāi)裂。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，巖土勻質(zhì)性假設(shè)是工程勘察和地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)階段的重要理論依據(jù)之一，工程技術(shù)人員有必要深刻理解巖土勻質(zhì)性假設(shè)的本質(zhì)，以便在工程地基處理方案制定和實(shí)際施工中靈活運(yùn)用。

[1]齊森.建筑工程地基處理中預(yù)應(yīng)力管樁的運(yùn)用探討[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2004（6）.

[2]陳探，王競(jìng).淺談建筑工程項(xiàng)目基礎(chǔ)設(shè)計(jì)[J].河南建材，2010（12）.

[3]地基處理和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)_建虎網(wǎng)_建虎網(wǎng)《網(wǎng)絡(luò)（http：//blog. sina.com）》2013-04-17.

[4]地基處理和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)（1）_建筑工程論文《網(wǎng)絡(luò)（http：// www.reader8.c）》2012-05-01.

[5]地基處理和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)_中國(guó)論文下載中心_工程建筑論文《網(wǎng)絡(luò)（http：//www.studa.net）》2012-07-05.

TU753.3

A

1671-0037（2014）10-64-2

張景信（1967-），男，本科，工程師，研究方向：建設(shè)工程項(xiàng)目技術(shù)管理。