論建筑地基基礎處理

吳素蘭

[摘要] 隨著我國社會的不斷發展與進步，我們越來越重視建筑地基基礎的處理工作。本文主要探討建筑地基基礎的處理。

[關鍵詞]建筑 地基 基礎 處理 工程

引言

隨著我國經濟建設的迅猛發展，城市建設日益增多，對地基與基礎施工的重要性，也日益受到各方的重視和關注，要求必須科學地進行施工，制訂有效的保證質量和安全措施，按工程施工質量驗收規范要求認真的進行施工，以確保優質、安全、高速、低耗、高效益地順利完成工程施工任務。

1、地基和基礎的概念

1.1基礎指建筑底部與地基接觸的承重構件，它的作用是把建筑上部的荷載傳給地基。因此地基必須堅固、穩定而可靠。

1.2基礎下面承受建筑物全部荷載的土體或巖體稱為地基。地基不屬于建筑的組成部分，但它對保證建筑物的堅固耐久具有非常重要的作用。是地球的一部分。承受建筑物基礎所傳遞的上部結構荷載的土層（或巖層）。地基就其受力情況而言，在建筑物基礎荷載作用影響范圍內的部分，稱為持力層；在持力層以下的部分，稱為下臥層。

1.3地基有天然地基和人工地基兩類：天然地基。具有足夠的承載能力，在荷載作用下的壓縮變形不超過允許范圍，可以支承建筑物基礎的天然土（巖）層。凡能保證地基穩定的巖石、碎石土、砂土、粘性土等都可作為天然地基。設計時要充分掌握地基土（巖）層的壓縮和沉降、抗剪和滑坡、土中含水量等因素，以保證地基安全可靠。人工地基。不具有充分承載能力的淤泥、淤泥質土、沖填土、雜填土或其他高壓縮性的軟弱土層經過人工加固處理而成的建筑物地基。設計時既要注意分析和合理利用基土的持力層，又要正確選擇加固處理措施。

2、地基設計中的沉降計算

2.1有關計算參數的確定

在進行地基設計之前，先通過勘探和原位試驗（如荷載試驗，旁壓試驗）或室內壓縮試驗，測定有關計算沉降的土工參數。試樣無側向變形的壓縮試驗結果，可用壓縮曲線或稱ｅ－ｐ（ｅ～ｌｏｇｐ）曲線表示，并得出反映土壓縮性高低的兩個指標（壓縮系數ａｖ、壓縮指數Ｃ），同時為了研究土的回脹特性，亦可進行減壓試驗，得出土的回彈、再壓曲線。=

ａｖ＝（ｅ1－ｅ2）／（ｐ2－ｐ1）＝－Δｅ／ΔｐＣｃ＝（ｅ1－ｅ2）／（ｌｏｇｐ2－ｌｏｇｐ1）＝－Δｅ／ｌｏｇ（ｐ2／ｐ1）=

壓縮系數不是常量，它隨壓力增量的增大而減小。在我國《工業民用建筑地基基礎設計規范》按ａ1－2值的大小（即Ｐ1＝100ＫＰａ，Ｐ2＝200ＫＰａ），劃分土的壓縮性。而壓縮指數在較高的壓力范圍內基本為常量。通過兩種圖示曲線可以算出：

ａｖ＝0.435／ｐ·Ｃｃ為所研究壓力范圍內的平均壓力2.2不同固結條件下的沉降計算

如前所述目前工程中廣泛采用的分層總和法，該法按照壓縮曲線所取坐標的不同，又可分為ｅ－ｐ曲線法和ｅ－ｌｏｇｐ曲線法。

在進行地基沉降計算時，先要確定地基的沉降深度（即壓縮層的界定），對于天然沉積的土層，土體本身已在自重作用下壓縮穩定，所以地基中的初始應力δＺ隨深度的分布即為土的自重應力分布。而地基土的壓縮變形是由外界壓力（沉降計算壓力）在地基中引起的附加應力δＳ產生的，在理論上附加應力可深達無窮遠。但目前在水利工程中通常按豎向附加應力δＺ與自重應力δＳ之比確定地基沉降計算深度，對一般性粘土取δＺ＝0.2δＳ，對軟粘土取δＺ＝0.1δＳ。

ｅ-ｐ曲線法

計算公式為第ｉ分層的壓縮量

Ｓｉ＝（ｅ1ｉ－ｅ2ｉ）／（1＋ｅ1ｉ）·Ｈｉ（1－1）Ｈｉ--第ｉ分層的厚度

地基的最終沉降量（1－2）

有時勘測單位提供的不是壓縮曲線，而是其他壓縮性指標，可換算為：

Ｓｉ＝ａｖ／（1＋ｅ1）·ΔＰ·Ｈｉ＝ｍｖ·ΔＰ·Ｈｉ＝1／Ｅｓ·ΔＰ·Ｈｉ

ΔＰ--壓力增量

ｍｖ--土的體積壓縮系數

ａｖ--土的壓縮系數

Ｅｓ--土的壓縮模量

在計算過程中應注意首先要根據建筑物基礎的尺寸，判別在計算基底壓力和地基中附加應力時是屬于空間問題還是平面問題，再按荷載性質求出基底壓力Ｐ的大小和分布。應當注意，當基礎有埋置深度Ｄｆ時，應當采用基底凈壓力Ｐｎ＝Ｐ－ｒ·Ｄｆ，然后求出計算點垂線上各分層的豎向附加應力δＺ，并繪出它的分布曲線，按算術平均計算出各分層的平均自重應力δｓｉ和平均附加應力δｚｉ進行累加，在ｅ－ｐ曲線中查出相應的初始孔隙比ｅ1ｉ和壓縮穩定后孔隙比ｅ2ｉ，從而計算出各分層壓縮量（式1－1），并進行累加后得出地基的最終沉降量（式1－2），必須注意自重應力δＳ應從原地面高程算起，附加應力δＺ應從基底高程算起，同時在三維變形狀態下，斯肯普登--貝倫建議將沉降值Ｓ乘以一個系數Ｃｐ，即修正固結沉降Ｓ＝Ｃｐ·Ｓ，根據我國《工業民用建筑地基基礎設計規范》規定，計算所得的沉降值Ｓ應乘以一個沉降計算經驗系數Ｍｓ，這樣才能較準確估算地基沉降量（ＭＳ＝1.3～0.2，其具體數值視土的壓縮模具Ｅｓ的不同范圍參見規范說明），一般來講軟粘土地基的Ｓ計算值偏小，而硬粘土的Ｓ計算值又偏大較多。

ｅ-ｌｏｇｐ曲線法

按ｅ-ｌｏｇｐ曲線法來計算地基的沉降與ｅ－ｐ曲線一樣，每一分層壓縮量計算公式仍為Ｓ＝（ｅ1－ｅ2）／（1＋ｅ1）·Ｈ，與前述利用ｅ－ｐ曲線或壓縮系數ａｖ計算的方法步驟基本相同，所不同的只是選用壓縮性指標和確定初始及最終孔隙比的手段不同，須由現場壓縮曲線求得。經推導可得出用ｅ-ｌｏｇｐ曲線或壓縮指數Ｃｖ的沉降計算公式為：

Ｓ＝Ｈ·ＣＣ／（1＋Ｅ0）·ｌｏｇ（ｐ0＋Δｐ）／ｐ0（2－1）

由于土的應力歷史對土的壓縮性能有較大影響，應先推估土的受荷歷史和計算未來在建筑物荷載作用下，土可能產生的新的壓縮變形。必須確定先期固結應力Ｐｃ，根據卡薩格蘭德提出的依據室內壓縮曲線特征的經驗圖解法，可在ｅ－ｌｏｇｐ曲線上圖解得出先期固結壓力Ｐｃ，根據反映土體固結程度的超固結比ＯＣＲ＝ｐｃ／ｐ0（Ｐ0為現有有效應力），當ＯＣＲ＝1時，為正常固結土，ＯＣＲ＞1時，為超固結土；由于土在鉆探、取樣、運輸、制備土樣和試驗過程中或多或少地會受到擾動，擾動愈大，曲線的位置就愈低，所以室內壓縮試驗成果不能反映現場條件下土的壓縮性能，還須對室內壓縮試驗所得ｅ－ｌｏｇｐ曲線加以修正為現場壓縮曲線。 確定了土的固結性質，并分別確定正常固結土和超固結土的現場壓縮曲線，這里僅示出推求結果。經過大量研究者的證實，無論土受何等程度的擾動，在室內進行壓縮試驗時，所得的多條ｅ－ｌｏｇｐ曲線在0.42ｅ0處附近都趨于一點，由此推算土的現場壓縮曲線勢必也通過該點。同時假定試樣的孔隙比還能保持現場原位條件下的數值ｅ0。另外在超固結土中由室內的回彈再壓曲線可知在曲線中存在一個滯后環，其斜率應為超固結土的超固結段壓縮量的膨脹指數Ｃｓ，超固結土在壓縮應力ΔＰ作用下的壓縮量就由超固結段的壓縮量Ｓ1和正常固結段的壓縮量Ｓ2兩部分總和而成。其計算公式為：

Ｓｉ＝Ｓ1＋Ｓ2＝Ｈｉ／（1＋ｅ0）·（Ｃｓ·ｌｏｇｐｃ／ｐ0＋Ｃｃ·ｌｏｇ（ｐ0＋Δｐ）／ｐｃ）（2－2）

當Δｐ較小，ｐ0＋Δｐ＜ｐｃ（先期固結壓力）時，則土始終處于超固結狀態，此時土層的壓縮量計算公式簡化為

ＳＩ＝Ｈｉ／（1＋ｅ0）·（Ｃｓ·ｌｏｇ（ｐ0＋Δｐ）／ｐｃ）（2－3）

關于初始沉降（瞬間沉降）及次固結沉降的計算

對于普通粘性土，固結沉降是其基礎沉降的一個主要部分，它對基礎寬大、而壓縮土層較薄，排水條件又較符合假定時較為適用。但是實際地基的地質條件往往較為復雜，有時可壓縮的軟土層分布較厚或土層分布不均，基底面又不是排水面，對較軟的粘性（亞粘性）土來說，次固結沉降在總沉降中占有一定比例，這時初始沉降就不可忽視；又如砂性較重的地基，由于固結排水速率很快，初始沉降與固結沉降這兩部分已融合一起難以區分，這些都必須計算初始沉降或次固結沉降。下面給出有關計算公式：

①初始沉降

Ｓｄ＝Ｐ·Ｂ·（1－ｕ2）／ＥＩ＝3／4·Ｐ·Ｂ·Ｉ／Ｅ（3－1）

Ｐ--基底壓力

Ｂ--基礎寬度

ｅ0--初始孔隙比

ｕ--土的泊松比

對飽和粘土ｕ＝0.5

Ｉ--影響系數，取決于基礎形狀和所研究點的位置。Ｅ--土的不排水變形模量（彈性模量，可用三軸或單軸不排水試驗求得）或采用旁壓儀在現場測得。

②次固結沉降

Ｓｔ＝Ｈ／（1＋ｅ0）·Ｃａ·ｌｏｇ（ｔ2／ｔ1）（3－2）ｔ1--次固結的起始時間

ｔ2--建筑物使用年限

Ｃａ--次固結系數，可用主固結和次固結引起的孔隙比與時間半對數關系曲線（ｅ－ｌｇｔ）求得。

當Ｃａ＜0.03時，粘性土的次固結沉降可以忽略。

此外除了上述兩種計算方法外，還有通過室內試驗模擬現場應力路徑，再量取土樣的垂直變形的應力路徑法等。

當然在工程設計中，有時我們不但需要預估建筑物基礎可能產生的最終沉降量或沉降差，而且還常常需要預估基礎達到最終沉降量所需的時間或者預估建筑物完工以后經過某一段時間可能產生的沉降量，即基礎的沉降量與時間關系的問題，目前多以飽和土體單向固結理論（一維固結理論）為基礎進行求解（當然還有二維、三維固結理論，分別用于解決土壩和砂井、塑管排水法加固地基問題），這里就不再一一敘述。

3、地基處理的目的及意義

建筑物的地基所面臨的問題有以下四方面：a強度及穩定性問題．b壓縮及不均勻沉降問題；c滲漏問題；d液化問題。當建筑物的天然地基存在上述四類問題之一或幾個時，即須采用地基處理措施以保證建筑物的安全與正常使用。我國地域遼闊，從沿海到內地，由山區到平原，分布著多種多樣的地基土，其抗剪強度、壓縮性以及透水睦等因土的種類不同而可能有很大的差別，地基條件區域眭較強。因而崩齷叁基礎這門學讎特別復雜。隨著我國國民經濟的發展，不僅事先要選擇在地質條件良好的場地上從事建設，而有時也不得不在地質條件不良的地基上進行修建；另外，隨著科學技術的日新月異，結構物的荷載目益增大，對變形的要求也越來越嚴，因而原來—般可評價為良好的地基，也可能在一定條件下，非進行地基處理不可。所以不僅要針對不同的地質條件、不同的結構物選定合適的基礎形式、尺寸和布置方案，而且要善于選取最恰當的地基處理方法。利用換填、夯實、擠密、排水、膠結、加筋和熱學等方法對地基土進行加固，用以改良地基土的工程特性。

結束語

隨著社會不斷的發展，地基基礎工程建設也越來越受到重視。沒有地基就不可能有高樓大廈。地基基礎工程作為建設工程的核心組成部分，是整個建筑工程的基礎，它的質量好壞直接影響到整個工程的大局，其內涵是滿足國家現行的有關地基基礎的技術標準，設計文件及工程合同中對安全、使用等綜合要求的能力,安全可靠、穩定地承擔全部建設工程在施工期限間和全壽命使用期限內正常使用的荷載。

參考文獻

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