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从工程实例中研究复杂地基的基础选型
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内容提示：桂平一中教学综合楼是广西工业设计院2002年设计的六层教学楼，在设计和施工过程中根据现场情况的变化，对基础型式进行了多次变更和处理。就本工程探讨复杂地基的基础选型。
摘要：桂平一中教学综合楼是广西工业设计院2002年设计的六层教学楼，在设计和施工过程中根据现场情况的变化，对基础型式进行了多次变更和处理。就本工程探讨复杂地基的基础选型。
关键词：地基；基础；选型；重要性
1地基的基础重要性
基础是建筑物和地基之间的连接体。基础把建筑物竖向体系传来的荷载传给地基。从平面上可见，竖向结构体系将荷载集中于点，或分布成线形，但作为最终支承机构的地基，提供的是一种分布的承载能力。
（1）如果地基的承载能力足够，则基础的分布方式可与竖向结构的分布方式相同。但有时由于土或荷载的条件，需要采用满铺的伐形基础。伐形基础有扩大地基接触面的优点，但与独立基础相比，它的造价通常要高的多，因此只在必要时才使用。不论哪一种情况，基础的概念都是把集中荷载分散到地基上，使荷载不超过地基的长期承载力。因此，分散的程度与地基的承载能力成反比。有时，柱子可以直接支承在下面的方形基础上，墙则支承在沿墙长度方向布置的条形基础上。当建筑物只有几层高时，只需要把墙下的条形基础和柱下的方形基础结合使用，就常常足以把荷载传给地基。这些单独基础可用基础梁连接起来，以加强基础抵抗地震的能力。只是在地基非常软弱，或者建筑物比较高的情况下，才需要采用伐形基础。多数建筑物的竖向结构，墙、柱都可以用各自的基础分别支承在地基上。中等地基条件可以要求增设拱式或预应力梁式的基础连接构件，这样可以比独立基础更均匀地分布荷载。
（2）如果地基承载力不足，就可以判定为软弱地基，就必须采取措施对软弱地基进行处理。软弱地基系指主要由淤泥、淤泥质土、冲填土、杂填土或其他高压缩性土层构成的地基。在建筑地基的局部范围内有高压缩性土层时，应按局部软弱土层考虑。（参考《建筑中文网》）勘察时，应查明软弱土层的均匀性、组成、分布范围和土质情况，根据拟采用的地基处理方法提供相应参数。冲填土尚应了解排水固结条件。杂填土应查明堆积历史，明确自重下稳定性、湿陷性等基本因素。
2案例分析
（1）工程简介：本教学楼为框架结构，首层层高4.2m，二～六层层高均为3.6m；部分为二层，首层为阶梯教室，二层为图书馆，层高均为6m。地基大部分为浅埋的硬塑粘土，地基承载力200kPa；教室部分约有1/3的地基为淤质粘土，地基承载力仅80kPa；粘土层下为微风化灰岩，埋深约6～8m。
（2）基础选型：根据岩土勘察资料，硬塑粘土为良好的持力层，而淤质粘土承载力低下，不经处理无法作为持力层，而灰岩承载力高，可作为良好的桩端持力层。由于六层教室荷载较大，又无法以淤质粘土为持力层，故初步选择以灰岩为桩端持力层，采用人工挖孔灌注桩，以充分利用灰岩的承载力。而阶梯教室、图书馆仅两层，竖向荷载较小，由于是大跨结构，柱脚弯矩较大，故选择以硬塑粘土为持力层，采用柱下独立基础，利用独立基础进行抗弯设计。两者层数不同，荷载不同，持力层不同，基础型式也不同，在两者之间设置了沉降缝，将两者完全分开。
（3）施工现场处理：在施工桩基时，由于灰岩坚硬，且部分灰岩存在溶洞，采取炸药爆破作为施工手段。在爆破施工时，附近的两层砖砌旧民居出现震动、墙体开裂的现象，遭到居民的投诉，不得不暂停施工。根据施工现场的实际情况，我院对地基进行局部开挖，探明淤质粘土是由于硬塑粘土低洼部分遭到水沟漏水长期浸泡而成，如果进行地基处理，还是可以作为持力层的。深层搅拌桩是通过专用的深层搅拌机械钻入软弱地基深部，喷射特定的固化剂同时将软弱土层和固化剂搅拌均匀，使软弱土层硬结而提高地基土的强度的地基处理工法，工艺成熟，施工简便，是一种经济可行的软弱地基处理技术。但根据以往经验，地基处理后建筑的沉降相对较大，为了避免出现不均匀沉降，在硬塑粘土和淤质粘土分界线上设置了沉降缝，基础型式转而改用柱下十字条形基础，以增大基础的整体性，减小不均匀沉降。
（4）地基处理：经过计算，对淤质粘土采用深层搅拌桩进行地基处理。深层搅拌桩桩径d=500，桩长6000，间距750，按梅花状布置，面积置换率m=0.35，固化剂采用425标号水泥，掺入量为土重的12%，设计地基承载力=180kPa。施工严格按《建筑地基处理技术规范》进行施工及验收。深层搅拌桩施工完成90天后由地质勘察部门进行了现场载荷试验，试验结果表明地基承载力和沉降都满足设计指标。
本工程已于2004年竣工并投入使用，近期在工程回访时未发现墙体开裂、建筑倾斜等不良现象，沉降缝两边无明显沉降差，没有出现不均匀沉降，能够满足教学楼的正常使用，说明地基处理是成功的。
（5）结论:本工程从开工到竣工，历时两年。开始选择桩基础型式，是因为桩基础承载力高，施工方便快捷，比较经济。但由于爆破施工引起附近民居开裂，不得不进行基础变更，对已经开挖的桩孔采用砂石回填密实。在地基处理的同时，还要考虑到地基处理后的沉降稳定性，因而选择基础刚度和基础整体性更好的十字条形基础。考虑到硬塑粘土和进行地基处理后的淤质粘土之间的压缩模量不同，最终沉降量也不同，在两种地基土的分界线设置了沉降缝，以避免由于两边建筑最终沉降量不同造成建筑出现开裂。从本工程实例中可以看到，基础型式要根据建筑的上部结构型式和柱脚内力、地基土的承载力大小和埋深、有无软弱地基进行综合的比较，才能选出安全可靠、经济性较好的基础型式。
3其他建议
（1）基础选型、埋深、布置是否合理。一般红粘土层上的浅基础宜浅埋，充分利用硬壳层，但不得小于0.5m.基础类别不宜超过2种。注意放在不同持力层、荷载差别大、地基较软弱、持力层厚薄不均匀等情况的基础沉降差应有控制措施，如设置沉降缝或调整基底附加压力，采用墙下扩展基础、十字交叉基础、人工挖孔桩等基础形式。多层砌体结构优先采用无筋扩展基础，地基较软弱时应设置基础圈梁。高层建筑基础埋深满足《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002第5.1.3条，人工挖孔桩埋深由有可靠侧向限制的深度计算至承台底，无承台的可以算至柱纵向钢筋的锚固深度。浅基础基底不在同一深度时应放阶，局部软弱地基应处理。抗震设防区独立基础和人工挖孔桩应设置双向拉梁。
（2）地基承载力及变形计算要规范。符合《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002第3.0.2条、第3.0.4条、第5.2条、第5.3.1条、第5.3.4条。承载力应根据《岩土勘察报告》提供，基底交叉处面积不得重复计算。注意地基基础荷载效应的取用，地基承载力计算采用标准组合、地基变形计算采用准永久组合、基础内力和强度计算采用基本组合。注意需要进行地基变形计算的范围。
（3）地基处理设计时，应考虑上部结构，基础和地基的共同作用，必要时应采取有效措施，加强上部结构的刚度和强度，以增加建筑物对地基不均匀变形的适应能力。对已选定的地基处理方法，宜按建筑物地基基础设计等级，选择代表性场地进行相应的现场试验，并进行必要的测试，以检验设计参数和加固效果，同时为施工质量检验提供相关依据。
（4）常用的地基处理方法有：换填垫层法、强夯法、砂石桩法、振冲法、水泥土搅拌法、高压喷射注浆法、预压法、夯实水泥土桩法、水泥粉煤灰碎石桩法、石灰桩法、灰土挤密桩法和土挤密桩法、柱锤冲扩桩法、单液硅化法和碱液法等。地基处理后，建筑物的地基变形应满足现行有关规范的要求，并在施工期间进行沉降观测，必要时尚应在使用期间继续观测，用以评价地基加固效果和作为使用维护依据。复合地基设计应满足建筑物承载力和变形要求。地基土为欠固结土、膨胀土、湿陷性黄土、可液化土等特殊土时，设计要综合考虑土体的特殊性质，选用适当的增强体和施工工艺。复合地基承载力特征值应通过现场复合地基载荷试验确定，或采用增强体的载荷试验结果和其周边土的承载力特征值结合经验确定。 来源: 《建筑中文网》.
关键词：地基；基础；选型；重要性
1地基的基础重要性
基础是建筑物和地基之间的连接体。基础把建筑物竖向体系传来的荷载传给地基。从平面上可见，竖向结构体系将荷载集中于点，或分布成线形，但作为最终支承机构的地基，提供的是一种分布的承载能力。
（1）如果地基的承载能力足够，则基础的分布方式可与竖向结构的分布方式相同。但有时由于土或荷载的条件，需要采用满铺的伐形基础。伐形基础有扩大地基接触面的优点，但与独立基础相比，它的造价通常要高的多，因此只在必要时才使用。不论哪一种情况，基础的概念都是把集中荷载分散到地基上，使荷载不超过地基的长期承载力。因此，分散的程度与地基的承载能力成反比。有时，柱子可以直接支承在下面的方形基础上，墙则支承在沿墙长度方向布置的条形基础上。当建筑物只有几层高时，只需要把墙下的条形基础和柱下的方形基础结合使用，就常常足以把荷载传给地基。这些单独基础可用基础梁连接起来，以加强基础抵抗地震的能力。只是在地基非常软弱，或者建筑物比较高的情况下，才需要采用伐形基础。多数建筑物的竖向结构，墙、柱都可以用各自的基础分别支承在地基上。中等地基条件可以要求增设拱式或预应力梁式的基础连接构件，这样可以比独立基础更均匀地分布荷载。
（2）如果地基承载力不足，就可以判定为软弱地基，就必须采取措施对软弱地基进行处理。软弱地基系指主要由淤泥、淤泥质土、冲填土、杂填土或其他高压缩性土层构成的地基。在建筑地基的局部范围内有高压缩性土层时，应按局部软弱土层考虑。（参考《建筑中文网》）勘察时，应查明软弱土层的均匀性、组成、分布范围和土质情况，根据拟采用的地基处理方法提供相应参数。冲填土尚应了解排水固结条件。杂填土应查明堆积历史，明确自重下稳定性、湿陷性等基本因素。
2案例分析
（1）工程简介：本教学楼为框架结构，首层层高4.2m，二～六层层高均为3.6m；部分为二层，首层为阶梯教室，二层为图书馆，层高均为6m。地基大部分为浅埋的硬塑粘土，地基承载力200kPa；教室部分约有1/3的地基为淤质粘土，地基承载力仅80kPa；粘土层下为微风化灰岩，埋深约6～8m。
（2）基础选型：根据岩土勘察资料，硬塑粘土为良好的持力层，而淤质粘土承载力低下，不经处理无法作为持力层，而灰岩承载力高，可作为良好的桩端持力层。由于六层教室荷载较大，又无法以淤质粘土为持力层，故初步选择以灰岩为桩端持力层，采用人工挖孔灌注桩，以充分利用灰岩的承载力。而阶梯教室、图书馆仅两层，竖向荷载较小，由于是大跨结构，柱脚弯矩较大，故选择以硬塑粘土为持力层，采用柱下独立基础，利用独立基础进行抗弯设计。两者层数不同，荷载不同，持力层不同，基础型式也不同，在两者之间设置了沉降缝，将两者完全分开。
（3）施工现场处理：在施工桩基时，由于灰岩坚硬，且部分灰岩存在溶洞，采取炸药爆破作为施工手段。在爆破施工时，附近的两层砖砌旧民居出现震动、墙体开裂的现象，遭到居民的投诉，不得不暂停施工。根据施工现场的实际情况，我院对地基进行局部开挖，探明淤质粘土是由于硬塑粘土低洼部分遭到水沟漏水长期浸泡而成，如果进行地基处理，还是可以作为持力层的。深层搅拌桩是通过专用的深层搅拌机械钻入软弱地基深部，喷射特定的固化剂同时将软弱土层和固化剂搅拌均匀，使软弱土层硬结而提高地基土的强度的地基处理工法，工艺成熟，施工简便，是一种经济可行的软弱地基处理技术。但根据以往经验，地基处理后建筑的沉降相对较大，为了避免出现不均匀沉降，在硬塑粘土和淤质粘土分界线上设置了沉降缝，基础型式转而改用柱下十字条形基础，以增大基础的整体性，减小不均匀沉降。
（4）地基处理：经过计算，对淤质粘土采用深层搅拌桩进行地基处理。深层搅拌桩桩径d=500，桩长6000，间距750，按梅花状布置，面积置换率m=0.35，固化剂采用425标号水泥，掺入量为土重的12%，设计地基承载力=180kPa。施工严格按《建筑地基处理技术规范》进行施工及验收。深层搅拌桩施工完成90天后由地质勘察部门进行了现场载荷试验，试验结果表明地基承载力和沉降都满足设计指标。
本工程已于2004年竣工并投入使用，近期在工程回访时未发现墙体开裂、建筑倾斜等不良现象，沉降缝两边无明显沉降差，没有出现不均匀沉降，能够满足教学楼的正常使用，说明地基处理是成功的。
（5）结论:本工程从开工到竣工，历时两年。开始选择桩基础型式，是因为桩基础承载力高，施工方便快捷，比较经济。但由于爆破施工引起附近民居开裂，不得不进行基础变更，对已经开挖的桩孔采用砂石回填密实。在地基处理的同时，还要考虑到地基处理后的沉降稳定性，因而选择基础刚度和基础整体性更好的十字条形基础。考虑到硬塑粘土和进行地基处理后的淤质粘土之间的压缩模量不同，最终沉降量也不同，在两种地基土的分界线设置了沉降缝，以避免由于两边建筑最终沉降量不同造成建筑出现开裂。从本工程实例中可以看到，基础型式要根据建筑的上部结构型式和柱脚内力、地基土的承载力大小和埋深、有无软弱地基进行综合的比较，才能选出安全可靠、经济性较好的基础型式。
3其他建议
（1）基础选型、埋深、布置是否合理。一般红粘土层上的浅基础宜浅埋，充分利用硬壳层，但不得小于0.5m.基础类别不宜超过2种。注意放在不同持力层、荷载差别大、地基较软弱、持力层厚薄不均匀等情况的基础沉降差应有控制措施，如设置沉降缝或调整基底附加压力，采用墙下扩展基础、十字交叉基础、人工挖孔桩等基础形式。多层砌体结构优先采用无筋扩展基础，地基较软弱时应设置基础圈梁。高层建筑基础埋深满足《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002第5.1.3条，人工挖孔桩埋深由有可靠侧向限制的深度计算至承台底，无承台的可以算至柱纵向钢筋的锚固深度。浅基础基底不在同一深度时应放阶，局部软弱地基应处理。抗震设防区独立基础和人工挖孔桩应设置双向拉梁。
（2）地基承载力及变形计算要规范。符合《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002第3.0.2条、第3.0.4条、第5.2条、第5.3.1条、第5.3.4条。承载力应根据《岩土勘察报告》提供，基底交叉处面积不得重复计算。注意地基基础荷载效应的取用，地基承载力计算采用标准组合、地基变形计算采用准永久组合、基础内力和强度计算采用基本组合。注意需要进行地基变形计算的范围。
（3）地基处理设计时，应考虑上部结构，基础和地基的共同作用，必要时应采取有效措施，加强上部结构的刚度和强度，以增加建筑物对地基不均匀变形的适应能力。对已选定的地基处理方法，宜按建筑物地基基础设计等级，选择代表性场地进行相应的现场试验，并进行必要的测试，以检验设计参数和加固效果，同时为施工质量检验提供相关依据。
（4）常用的地基处理方法有：换填垫层法、强夯法、砂石桩法、振冲法、水泥土搅拌法、高压喷射注浆法、预压法、夯实水泥土桩法、水泥粉煤灰碎石桩法、石灰桩法、灰土挤密桩法和土挤密桩法、柱锤冲扩桩法、单液硅化法和碱液法等。地基处理后，建筑物的地基变形应满足现行有关规范的要求，并在施工期间进行沉降观测，必要时尚应在使用期间继续观测，用以评价地基加固效果和作为使用维护依据。复合地基设计应满足建筑物承载力和变形要求。地基土为欠固结土、膨胀土、湿陷性黄土、可液化土等特殊土时，设计要综合考虑土体的特殊性质，选用适当的增强体和施工工艺。复合地基承载力特征值应通过现场复合地基载荷试验确定，或采用增强体的载荷试验结果和其周边土的承载力特征值结合经验确定。 来源: 《建筑中文网》.
原文网址：http://www.pipcn.com/research/200906/12727.htm
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