從工程實例中研究復雜地基的基礎選型

摘要：桂平一中教學綜合樓是廣西工業設計院2002年設計的六層教學樓，在設計和施工過程中根據現場情況的變化，對基礎型式進行了多次變更和處理。就本工程探討復雜地基的基礎選型。

關鍵詞：地基；基礎；選型；重要性

中圖分類號：F293.3文獻標識碼：A文章編號：1672-3198（2007）10-0289-02

1地基的基礎重要性

基礎是建筑物和地基之間的連接體。基礎把建筑物豎向體系傳來的荷載傳給地基。從平面上可見，豎向結構體系將荷載集中于點，或分布成線形，但作為最終支承機構的地基，提供的是一種分布的承載能力。

（1）如果地基的承載能力足夠，則基礎的分布方式可與豎向結構的分布方式相同。但有時由于土或荷載的條件，需要采用滿鋪的伐形基礎。伐形基礎有擴大地基接觸面的優點，但與獨立基礎相比，它的造價通常要高的多，因此只在必要時才使用。不論哪一種情況，基礎的概念都是把集中荷載分散到地基上，使荷載不超過地基的長期承載力。因此，分散的程度與地基的承載能力成反比。有時，柱子可以直接支承在下面的方形基礎上，墻則支承在沿墻長度方向布置的條形基礎上。當建筑物只有幾層高時，只需要把墻下的條形基礎和柱下的方形基礎結合使用，就常常足以把荷載傳給地基。這些單獨基礎可用基礎梁連接起來，以加強基礎抵抗地震的能力。只是在地基非常軟弱，或者建筑物比較高的情況下，才需要采用伐形基礎。多數建筑物的豎向結構，墻、柱都可以用各自的基礎分別支承在地基上。中等地基條件可以要求增設拱式或預應力梁式的基礎連接構件，這樣可以比獨立基礎更均勻地分布荷載。

（2）如果地基承載力不足，就可以判定為軟弱地基，就必須采取措施對軟弱地基進行處理。軟弱地基系指主要由淤泥、淤泥質土、沖填土、雜填土或其他高壓縮性土層構成的地基。在建筑地基的局部范圍內有高壓縮性土層時，應按局部軟弱土層考慮。勘察時，應查明軟弱土層的均勻性、組成、分布范圍和土質情況，根據擬采用的地基處理方法提供相應參數。沖填土尚應了解排水固結條件。雜填土應查明堆積歷史，明確自重下穩定性、濕陷性等基本因素。

2案例分析

（1）工程簡介：本教學樓為框架結構，首層層高4.2m，二～六層層高均為3.6m；部分為二層，首層為階梯教室，二層為圖書館，層高均為6m。地基大部分為淺埋的硬塑粘土，地基承載力200kPa；教室部分約有1/3的地基為淤質粘土，地基承載力僅80kPa；粘土層下為微風化灰巖，埋深約6～8m。

（2）基礎選型：根據巖土勘察資料，硬塑粘土為良好的持力層，而淤質粘土承載力低下，不經處理無法作為持力層，而灰巖承載力高，可作為良好的樁端持力層。由于六層教室荷載較大，又無法以淤質粘土為持力層，故初步選擇以灰巖為樁端持力層，采用人工挖孔灌注樁，以充分利用灰巖的承載力。而階梯教室、圖書館僅兩層，豎向荷載較小，由于是大跨結構，柱腳彎矩較大，故選擇以硬塑粘土為持力層，采用柱下獨立基礎，利用獨立基礎進行抗彎設計。兩者層數不同，荷載不同，持力層不同，基礎型式也不同，在兩者之間設置了沉降縫，將兩者完全分開。

（3）施工現場處理：在施工樁基時，由于灰巖堅硬，且部分灰巖存在溶洞，采取炸藥爆破作為施工手段。在爆破施工時，附近的兩層磚砌舊民居出現震動、墻體開裂的現象，遭到居民的投訴，不得不暫停施工。根據施工現場的實際情況，我院對地基進行局部開挖，探明淤質粘土是由于硬塑粘土低洼部分遭到水溝漏水長期浸泡而成，如果進行地基處理，還是可以作為持力層的。深層攪拌樁是通過專用的深層攪拌機械鉆入軟弱地基深部，噴射特定的固化劑同時將軟弱土層和固化劑攪拌均勻，使軟弱土層硬結而提高地基土的強度的地基處理工法，工藝成熟，施工簡便，是一種經濟可行的軟弱地基處理技術。但根據以往經驗，地基處理后建筑的沉降相對較大，為了避免出現不均勻沉降，在硬塑粘土和淤質粘土分界線上設置了沉降縫，基礎型式轉而改用柱下十字條形基礎，以增大基礎的整體性，減小不均勻沉降。

（4）地基處理：經過計算，對淤質粘土采用深層攪拌樁進行地基處理。深層攪拌樁樁徑d=500，樁長6000，間距750，按梅花狀布置，面積置換率m=0.35，固化劑采用425標號水泥，摻入量為土重的12%，設計地基承載力=180kPa。施工嚴格按《建筑地基處理技術規范》進行施工及驗收。深層攪拌樁施工完成90天后由地質勘察部門進行了現場載荷試驗，試驗結果表明地基承載力和沉降都滿足設計指標。

本工程已于2004年竣工并投入使用，近期在工程回訪時未發現墻體開裂、建筑傾斜等不良現象，沉降縫兩邊無明顯沉降差，沒有出現不均勻沉降，能夠滿足教學樓的正常使用，說明地基處理是成功的。

（5）結論:本工程從開工到竣工，歷時兩年。開始選擇樁基礎型式，是因為樁基礎承載力高，施工方便快捷，比較經濟。但由于爆破施工引起附近民居開裂，不得不進行基礎變更，對已經開挖的樁孔采用砂石回填密實。在地基處理的同時，還要考慮到地基處理后的沉降穩定性，因而選擇基礎剛度和基礎整體性更好的十字條形基礎。考慮到硬塑粘土和進行地基處理后的淤質粘土之間的壓縮模量不同，最終沉降量也不同，在兩種地基土的分界線設置了沉降縫，以避免由于兩邊建筑最終沉降量不同造成建筑出現開裂。從本工程實例中可以看到，基礎型式要根據建筑的上部結構型式和柱腳內力、地基土的承載力大小和埋深、有無軟弱地基進行綜合的比較，才能選出安全可靠、經濟性較好的基礎型式。

3其他建議

（1）基礎選型、埋深、布置是否合理。一般紅粘土層上的淺基礎宜淺埋，充分利用硬殼層，但不得小于0.5m.基礎類別不宜超過2種。注意放在不同持力層、荷載差別大、地基較軟弱、持力層厚薄不均勻等情況的基礎沉降差應有控制措施，如設置沉降縫或調整基底附加壓力，采用墻下擴展基礎、十字交叉基礎、人工挖孔樁等基礎形式。多層砌體結構優先采用無筋擴展基礎，地基較軟弱時應設置基礎圈梁。高層建筑基礎埋深滿足《建筑地基基礎設計規范》GB50007-2002第5.1.3條，人工挖孔樁埋深由有可靠側向限制的深度計算至承臺底，無承臺的可以算至柱縱向鋼筋的錨固深度。淺基礎基底不在同一深度時應放階，局部軟弱地基應處理。抗震設防區獨立基礎和人工挖孔樁應設置雙向拉梁。

（2）地基承載力及變形計算要規范。符合《建筑地基基礎設計規范》GB50007-2002第3.0.2條、第3.0.4條、第5.2條、第5.3.1條、第5.3.4條。承載力應根據《巖土勘察報告》提供，基底交叉處面積不得重復計算。注意地基基礎荷載效應的取用，地基承載力計算采用標準組合、地基變形計算采用準永久組合、基礎內力和強度計算采用基本組合。注意需要進行地基變形計算的范圍。

（3）地基處理設計時，應考慮上部結構，基礎和地基的共同作用，必要時應采取有效措施，加強上部結構的剛度和強度，以增加建筑物對地基不均勻變形的適應能力。對已選定的地基處理方法，宜按建筑物地基基礎設計等級，選擇代表性場地進行相應的現場試驗，并進行必要的測試，以檢驗設計參數和加固效果，同時為施工質量檢驗提供相關依據。

（4）常用的地基處理方法有：換填墊層法、強夯法、砂石樁法、振沖法、水泥土攪拌法、高壓噴射注漿法、預壓法、夯實水泥土樁法、水泥粉煤灰碎石樁法、石灰樁法、灰土擠密樁法和土擠密樁法、柱錘沖擴樁法、單液硅化法和堿液法等。地基處理后，建筑物的地基變形應滿足現行有關規范的要求，并在施工期間進行沉降觀測，必要時尚應在使用期間繼續觀測，用以評價地基加固效果和作為使用維護依據。復合地基設計應滿足建筑物承載力和變形要求。地基土為欠固結土、膨脹土、濕陷性黃土、可液化土等特殊土時，設計要綜合考慮土體的特殊性質，選用適當的增強體和施工工藝。復合地基承載力特征值應通過現場復合地基載荷試驗確定，或采用增強體的載荷試驗結果和其周邊土的承載力特征值結合經驗確定。