巖土工程中地基的均勻性分析及處置措施探討

詹京奎

摘要：地基的均勻性是巖土工程工作中較為重要的一項(xiàng)內(nèi)容，直接關(guān)系到建筑物的安全，不容馬虎。本文對(duì)地基均勻性的重要性進(jìn)行論述，分析了產(chǎn)生地基不均勻沉降的原因，并結(jié)合工程實(shí)例及我國(guó)的《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》《高層建筑巖土工程勘察規(guī)程》等參考資料，介紹分析了地基均勻性的評(píng)價(jià)范圍及方法，并對(duì)不均勻地基的處置措施進(jìn)行簡(jiǎn)要敘述。

關(guān)鍵詞：復(fù)雜地基；均勻性分析；評(píng)價(jià)范圍及方法；處置措施；構(gòu)筑物安全

1.地基均勻性的重要性

正所謂萬(wàn)丈高樓平地起，所有的構(gòu)筑物的地基都是建立在穩(wěn)定的地層上的，構(gòu)筑物上部的荷載通過(guò)墻柱連接最終都作用于下伏穩(wěn)定地層中，在穩(wěn)定地層與構(gòu)筑物連接部位的結(jié)構(gòu)及地層，我們稱之為地基與基礎(chǔ)，地基與基礎(chǔ)的穩(wěn)定性及均勻性是整個(gè)構(gòu)筑物安全和滿足使用要求的關(guān)鍵之一[1]。

在當(dāng)今的中國(guó)由于城鎮(zhèn)化建設(shè)及全面建成小康社會(huì)的共同需要，中國(guó)在近十年內(nèi)基本實(shí)現(xiàn)了人口城市化的增速發(fā)展，但中國(guó)一直以來(lái)實(shí)行嚴(yán)格的土地管控制度，從而造成城市人口集中與土地資源緊缺的矛盾越來(lái)越突出。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2011年我國(guó)的城市人口有史以來(lái)第一次超過(guò)農(nóng)村人口，在未來(lái)必然會(huì)有更多的農(nóng)村人口遷移至城市。中國(guó)改革開(kāi)放發(fā)展30多年，隨著社會(huì)生產(chǎn)力水平總體顯著提高，社會(huì)生產(chǎn)能力在很多方面進(jìn)入世界前列，人民生活水平顯著提高，社會(huì)主要矛盾已經(jīng)轉(zhuǎn)化為人民日益增長(zhǎng)的美好生活需要和不平衡不充分的發(fā)展之間的矛盾；在這歷史性的城市化發(fā)展進(jìn)程中，房地產(chǎn)事業(yè)在全國(guó)范圍內(nèi)形成了空前的繁榮及建設(shè)規(guī)模，據(jù)2014年底不完全統(tǒng)計(jì)結(jié)果，中國(guó)的房地產(chǎn)住宅庫(kù)存規(guī)模上升了6.2億平方米。

由于城市人口集中與土地資源緊缺的矛盾，城市化進(jìn)程的推進(jìn)必然造成城市中適宜建設(shè)中高層住宅的天然地基逐漸減少，從而使越來(lái)越多的項(xiàng)目不得不將構(gòu)筑物建造在較為復(fù)雜的地質(zhì)條件之上。由于場(chǎng)地及地質(zhì)條件的復(fù)雜程度（不均勻地基，不穩(wěn)定地基等）與構(gòu)筑物復(fù)雜程度（高度、體量）的提高，從而使簡(jiǎn)單的基礎(chǔ)形式再也無(wú)法滿足構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)安全性、穩(wěn)定性和適用性的需求，因此造成地基的均勻性及處置措施對(duì)構(gòu)筑物的安全尤為重要。

2.地基沉降不均勻產(chǎn)生的原因

在實(shí)際工程中地基沉降不均勻產(chǎn)生的原因是多種多樣的，有些是比較容易發(fā)現(xiàn)，并且是可以在構(gòu)筑物施工過(guò)程中解決規(guī)避的，比如相鄰荷載對(duì)基礎(chǔ)的影響、填土地基等；有些是比較隱蔽的，且不易解決的，比如地質(zhì)條件復(fù)雜，軟硬地基，建筑結(jié)構(gòu)形體復(fù)雜，水文地質(zhì)條件的變化等。

本文主要介紹本人在工程實(shí)例中遇到的沉降不均勻?qū)嵗?，?jiǎn)單敘述不均勻沉降的幾點(diǎn)原因如下：

2.1地基巖土層復(fù)雜

地基巖土層的分布受區(qū)域沉降環(huán)境及發(fā)展環(huán)境的不同，其巖性、分布特征變化較大。

中國(guó)北方平原地區(qū)及沿海地區(qū)地基主要以土體為主，甚至部分地區(qū)存在軟土地基。工程上認(rèn)為土是一種較為松散的顆粒組合體，各顆粒之間是存在空隙的，通過(guò)側(cè)限壓縮試驗(yàn)可以很直觀的表明這一點(diǎn)（隨著荷載的增大，土體空隙比e減小，兩者關(guān)系如圖1所示）。由于土體的顆粒成分、性質(zhì)及沉積環(huán)境的不一致，并且在地層中不規(guī)則的分布，因此工程上采用淺基礎(chǔ)形式，難以避免產(chǎn)生不均勻沉降。同時(shí)其受多種外界條件的影響，例如：加載速率對(duì)基礎(chǔ)沉降的影響，土體飽和度的影響，孔隙水壓力變化的影響等。

中國(guó)南方丘陵山區(qū)地基主要以沉積巖、變質(zhì)巖、巖漿巖為主形成山體，上部覆蓋厚度不均的風(fēng)化土體。該地區(qū)巖土層分布往往較多，并不單一存在于地基中；工程上其巖土層的分布厚度、層面起伏程度、是否存在軟弱下臥層等特征，決定其地基的均勻性。若某層巖土局部缺失，層面起伏較大，存在軟弱下臥層等，工程上采用淺基礎(chǔ)形式，在上部荷載的作用下，必然造成地基的不均勻沉降。

若勘察階段布置的勘察手段不合理、勘察工作量不足、地質(zhì)人員的粗心大意，極可能造成巖土層結(jié)構(gòu)分布特征無(wú)法查明?？辈靾?bào)告顯示的地基軟弱下臥層分布厚度與實(shí)際厚度不一致，設(shè)計(jì)人員驗(yàn)算地基沉降時(shí)不可避免的出現(xiàn)問(wèn)題，必然導(dǎo)致地基沉降差的產(chǎn)生。

2.2結(jié)構(gòu)形體復(fù)雜

21世紀(jì)是信息爆發(fā)的時(shí)代，也是眼球經(jīng)濟(jì)時(shí)代，隨著旅游業(yè)的發(fā)展，全世界、全國(guó)都在建造不同形態(tài)、不同高度的構(gòu)筑物。近幾年全世界范圍內(nèi)形成建造地標(biāo)性建筑的熱潮，各種結(jié)構(gòu)形體復(fù)雜，層高差異極大的構(gòu)筑物如雨后春筍般不斷冒出，同時(shí)構(gòu)筑物的高度也是在不斷的追求更高的發(fā)展，例如中國(guó)的北盤(pán)江大橋、中國(guó)的廣州塔、迪拜哈利法塔、沙特阿拉伯的王國(guó)塔等。

結(jié)構(gòu)形態(tài)的多樣化及復(fù)雜性，從而使結(jié)構(gòu)荷載不均勻，極可能造成基礎(chǔ)出現(xiàn)過(guò)大沉降差。同時(shí)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)過(guò)程中在基底上施加偏心荷載，也會(huì)產(chǎn)生不均勻的附加應(yīng)力，從而使基礎(chǔ)傾斜（為保證基礎(chǔ)的一邊不被抬起，一般采用e

2.3場(chǎng)地環(huán)境地質(zhì)條件

場(chǎng)地周邊工程環(huán)境地質(zhì)條件對(duì)場(chǎng)地巖土層的影響較大。例如：①樁基施工打樁產(chǎn)生的震動(dòng)，可能會(huì)破壞土體的絮狀結(jié)構(gòu)，造成土體強(qiáng)度明顯降低，查明周邊建筑施工是否采用打樁施工對(duì)場(chǎng)地巖土層的評(píng)價(jià)至關(guān)重要[5]。②場(chǎng)地地基中是否存在季節(jié)性的土體濕度變化，土體濕度變化對(duì)地基土影響較大。③周邊建筑及市政工程的施工是否會(huì)造成場(chǎng)地水文地質(zhì)條件發(fā)生改變，是否存在地表水下滲到地基土中的風(fēng)險(xiǎn)，從而破壞地基土原有的工程特性。

3.地基均勻性的評(píng)價(jià)范圍及方法

3.1地基均勻性的評(píng)價(jià)范圍

在工程勘察過(guò)程中，首先需要確定該工程的勘察平面范圍及規(guī)范要求的垂直范圍（勘察深度），而后以勘察的平面范圍及垂直范圍作為構(gòu)筑物地基的均勻性評(píng)價(jià)范圍。

3.2地基均勻性的評(píng)價(jià)方法

在工程中判斷地基是否為均勻地基，主要依據(jù)壓縮層范圍內(nèi)地基巖土層的分布特征及性質(zhì)的均勻性。本文通過(guò)工程實(shí)例進(jìn)行簡(jiǎn)單分析如下幾點(diǎn)評(píng)價(jià)分析方法：

（1）通過(guò)地貌單元及地質(zhì)單元來(lái)判定地基均勻性：勘察過(guò)程中首先需確定工程場(chǎng)地是否跨越不同的地貌單元；其次根據(jù)鉆孔資料、場(chǎng)地工程地質(zhì)剖面及實(shí)驗(yàn)結(jié)果，判斷場(chǎng)地巖土層的成因、沉積年代、力學(xué)性質(zhì)，分析同一水平面上地基巖土層的物理力學(xué)性質(zhì)差異情況，確定建筑物基礎(chǔ)平面是否跨越不同的地貌單元及不同工程地質(zhì)單元[4]，若建筑物基礎(chǔ)平面跨越不同地貌單元或不同工程地質(zhì)單元，工程特性差異顯著，則判定場(chǎng)地地基屬不均勻地基。

工程實(shí)例1：某工程，場(chǎng)地地基內(nèi)巖土構(gòu)成自上而下分為：第四系人工雜填土、粉質(zhì)粘土、卵石土，下伏基巖為二疊系上統(tǒng)吳家坪組（P2w）灰黃色、黑黃色硅質(zhì)巖夾泥巖及灰色、中厚層狀灰?guī)r，在同一水平面上巖土層完全不一致（如圖2所示），地基持力層由中風(fēng)化灰?guī)r及強(qiáng)風(fēng)化硅質(zhì)巖夾泥巖兩套地層組成，地基跨越兩套性質(zhì)完全不同的持力層，因此判定為不均勻地基。

（2）通過(guò)地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育情況判定地基均勻性：在工程中遇到由于斷層等地殼運(yùn)動(dòng)引起的場(chǎng)地構(gòu)造破碎帶（非全新活動(dòng)斷裂帶）發(fā)育或構(gòu)造引起的節(jié)理裂隙發(fā)育，導(dǎo)致場(chǎng)地巖體極為破碎（非風(fēng)化破碎巖體），判定場(chǎng)地地基為不均勻地基。

工程實(shí)例2：某工程場(chǎng)地地基內(nèi)巖土構(gòu)成分為素填土、卵石土、全風(fēng)化泥質(zhì)頁(yè)巖夾硅質(zhì)巖、強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)頁(yè)巖夾硅質(zhì)巖、粘土、卵石土（位于基巖層面以上，硅質(zhì)巖以下）、強(qiáng)風(fēng)化炭質(zhì)頁(yè)巖、強(qiáng)風(fēng)化石灰?guī)r、中風(fēng)化破碎灰?guī)r、溶洞、強(qiáng)風(fēng)化構(gòu)造角礫巖、強(qiáng)風(fēng)化炭質(zhì)灰?guī)r；由于受區(qū)域構(gòu)造（斷層、向斜核部）影響，地層錯(cuò)動(dòng)、倒轉(zhuǎn)，工程地質(zhì)上反映為地層的雜亂無(wú)序，地層巖體極為破碎，因此判定為不均勻地基。

（3）通過(guò)壓縮層厚度來(lái)判定地基的均勻性：由于地基巖土層較多，且分布厚度不一致而在貴州地區(qū)最典型的喀斯特地貌，在貴州地區(qū)廣布紅粘土層，且其分布厚度受地形及基巖風(fēng)化程度影響較大；工程中有些建筑結(jié)構(gòu)荷載不大，則可以考慮淺基礎(chǔ)形式，需要通過(guò)判斷地基受力層的壓縮影響范圍深度來(lái)判定場(chǎng)地地基的均勻性。

工程實(shí)例3：場(chǎng)地地基內(nèi)巖土構(gòu)成自上而下分為：第四系人工素填土、紅粘土，下伏基巖為寒武系婁山關(guān)組（∈ls）灰色、灰白色、厚層狀白云巖，紅粘土地基均勻性評(píng)價(jià)進(jìn)行分析分析如下：場(chǎng)地紅粘土呈可塑狀，粘性較好，穩(wěn)定性較好，據(jù)野外土芯鑒別，擬建場(chǎng)地紅粘土偶見(jiàn)裂隙，致密狀，結(jié)構(gòu)分類(lèi)為Ⅰ類(lèi)；據(jù)土工試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果Ir=wL/wP=1.95，Ir=1.4+ 0.0066wL=1.76，Ir>Ir；據(jù)DB22/46-2004表3.1.2-3，紅粘土復(fù)浸水特性類(lèi)別為Ⅰ類(lèi)；據(jù)DB22/46-2004表3.1.2-4結(jié)合《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》式5.3.8：Zn=b（2.5-0.4lnb）及埋深分布特征對(duì)擬建場(chǎng)地紅粘土進(jìn)行均勻性分析如表1所示。

據(jù)表1分析，擬建場(chǎng)地紅粘土層均為土巖結(jié)合不均勻地基。

4.不均勻地基的處置措施

隨著學(xué)科建設(shè)和發(fā)展及工程的需要，現(xiàn)在關(guān)于不均勻地基處理的手段及基礎(chǔ)形式已發(fā)展的較為全面及成熟。地基處理的常用方法有孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法、換填墊層法、強(qiáng)夯法、振沖法、高壓噴射注漿法、預(yù)壓法、CFG樁法、擠密樁法、單液硅化法和堿液法等，這些方法廣泛應(yīng)用于北方及沿海地區(qū)的土質(zhì)地基中，本文簡(jiǎn)單介紹下本人在工程實(shí)例中應(yīng)用的一種方法。

樁基礎(chǔ)的沉降變形計(jì)算結(jié)果可以用于調(diào)整優(yōu)化基礎(chǔ)形式及樁長(zhǎng)、樁徑，以實(shí)現(xiàn)沉降變形控制設(shè)計(jì)；工程實(shí)例中軟硬地基、構(gòu)造破碎帶等復(fù)雜地基，均可以通過(guò)樁基來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)控制沉降量。下面簡(jiǎn)單介紹一個(gè)工程實(shí)例計(jì)算分析對(duì)比：

軟硬地基分布的地層樁基沉降差異明顯（如圖3所示），而通過(guò)調(diào)節(jié)不同樁長(zhǎng)及樁徑重新分析計(jì)算后，沉降差異得到有效控制，控制效果如圖4所示。

據(jù)計(jì)算結(jié)果，樁基礎(chǔ)在加大埋深，同時(shí)考慮負(fù)摩阻力影響下，達(dá)到減小基底附加壓力的效果，使得樁基持力層沉降得到有效控制，加大樁長(zhǎng)前后的沉降控制效果最大達(dá)到37.45mm，效果明顯。

5.結(jié)束語(yǔ)

以上為筆者本著學(xué)習(xí)的態(tài)度所寫(xiě)的一些關(guān)于從事巖土工程勘察工作以來(lái)對(duì)于地基均勻性評(píng)價(jià)及處理的一點(diǎn)淺見(jiàn)，僅供各位同行參考，若有其他建議和不同意見(jiàn)，可以跟本人聯(lián)系，大家互相學(xué)習(xí)，進(jìn)步。

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