關于地基選擇及處理的思考

龍學軍

（華中師范大學基建處，武漢 430079）

隨著我國工程建設領域的快速健康發展，房屋建筑的區域不斷擴大，特別是城市建筑向更高層尋求空間，遇到各種各樣不良地基或者特殊地基的可能性將越來越大。即使是地耐力R值較高的所謂天然地基，若用在高層建筑中，也需做人工處理，因此如何處理好各種不良地基將成為基建工程中的主要工作之一。時至當今，基礎工程造價逐漸上升，尤其在高層建筑的工程總造價中它已占到了30%～50%。由于各種不同結構物對地基的要求是不相同的，各地區的天然地層情況也有較大差別，這就造成了地基處理問題的復雜性，因此如何正確選擇地基處理的方法已成為日益突出的問題。處理是否恰當，不僅影響建筑物的使用和安全，而且還直接影響建設的速度和建筑物的造價。近年來我國建筑領域新技術新工藝不斷涌現，產生了許多在工程實踐中行之有效的、先進的地基處理方法。例如：強夯、振沖、旋噴、噴粉、深層攪拌、大直徑樁等等，但是任何一種處理方法都有它的適用范圍，沒有一種處理方法是萬能的，如何從中選出切合工程實際，既能滿足使用和安全的要求，又能方便施工，且經濟合理的方案來，是值得認真思考的問題。

1 必須掌握的基礎資料

在考慮處理地基方案時，必須通過地質勘察摸清工程地質情況、地震情況以及建筑物對地基的要求。

在地質勘察報告中應提供的資料有：

1）在一般的工程地質報告中，應提供各土層的物理力學指標和剖面圖、地下水情況和地震烈度。對一些復雜和特殊的地質，還應搞清不良地質的分布范圍和深度變化情況，補充某些必要的資料和數據。

2）對軟粘土及淤泥除一般的物理力學指標外（主要指e、y、w值），還需提出壓縮曲線或變形模量，如考慮采用樁基時，還應要求提出土和樁基表面的摩擦系數或摩擦力的大小。

3）對雜填土需要提出它的主要成分及顆粒組成、填筑年代、所填厚度和均勻度、密實性、有無濕陷性。

4）對沖填土需要提出它的成分、沖填方法、沖填過程以及沖填完成后的排水固結條件。

5）對松散砂土必須要求確定在當地地震烈度下，在當地地下水條件下能否產生液化，施工期間能否出現流砂。

6）對山區地質應提出基巖的坡向及基巖深度變化情況，對上部土層能否產生滑坡、泥石流等要作出評價。

7）對喀斯特地區除要求查明分布情況外，還必須對其穩定性作出評價。

8）對濕陷性黃土地基必須確定它是自重濕陷還是非自重濕陷，必須提出濕陷系數、濕陷等級和濕陷起始壓力值。

9）對用作防水或排水工程的地基必須要求提出各個土層的滲透系數。

10）對用作大型振動設備基礎的地基和有抗震設計要求的地基，還應提出各土層的動力特性指標，包括Cx，Cz，Cy分別為地基的抗剪、抗壓、抗彎剛度系數，Gd為動剪切模量，Ed為動彈性模量，Dz為阻尼比，Vp為縱波波速，Vs為橫波波速。

不同的結構形式對地基的沉降要求也是不同的，地基規范中已經給出了各種不同結構形式的最大絕對沉降值和相對的不均勻沉降比值。因此在選擇結構方案時，就必須考慮地基的實際情況，使所選的結構方案能適應地基本來的條件，使之相互協調以達到既能滿足使用和安全的要求，又能使地基處理的費用降至最低的目的。例如為了減少不均勻沉降，可以增加建筑物的整體剛度，在結構上增加圈梁，采有片伐基礎或箱形基礎等。

為了消除不良地基的影響，有時可以采用結構處理的方法而不是采用地基處理的方法，例如遇到局部暗渠或小型的洞穴等，可以采用過梁跨越的方法等。

2 各類地基處理方法的原理及適用范圍

正確選擇地基處理方案的前提是了解國內外已有的各種地基處理方法的原理、設計方法和適用范圍。目前可將常用的地基處理方法分為淺層處理法、排水固結法、強夯法、柔性樁法、剛性樁法等。

1）淺層處理法的原理是靠機械的碾壓、振動和沖擊能量將土層壓實或用砂子、碎石等材料來置換表層的軟弱土，以達到提高地基承載能力，減少建筑物沉降量的目的。這類方法適用于軟弱土層厚度不大，上部荷載較小的表層加固，其加固深度一般在3m左右，其特點是可以減少建筑材料的耗用量，還可以利用工業廢料作為回填料，施工方法簡便，成本較低，工期較短，但是其壓實深度較小，所以當表層軟弱土層較厚、上部荷載量級較大、下臥層土質較差時不宜采用。具體包括表層壓實法、重錘夯實法、墊層法、開挖置換法和褥墊法。（其中墊層和開挖置換法的區別在于前者一般指不開挖而做成的墊層，而后者指先開挖然后回填并夯實的墊層，除此以外并無其它區別。）

（1）表層壓實法一般常用于道路、堆場等大面積的表層加固處理。

（2）重錘夯實法適用于地下水位高于－0.8m和飽和軟粘土的處理。

（3）墊層法中的填料選擇應注意在地下水滲流速度較大時，不能用細砂作回填料；高溫設備的設備基礎下的地基不能用素土作回填料，因為素土在高溫下要收縮；地下水位高時不能用遇水軟化的回填料；振動荷載下能產生大量變形的回填料不能采用。

（4）褥墊法只能用于山區巖石露頭且埋深不均勻地基的沉降量調整。

2）排水固結法的原理是軟粘土地基在荷載作用下，土中孔隙水慢慢排出，孔隙比逐漸減小，地基發生固結變形，并產生沉降，同時隨著超靜水壓力逐漸消散，土的有效應力逐漸增大，使地基的抗剪、抗壓強度逐漸升高，沉降逐漸減少。在正常情況下，這種固結變形的時間很長，為了加速固結，必須排水和增加垂直壓力，從而產生了排水固結法。這類方法顧名思義是由排水和加壓二個系統組成。排水系統可在天然地基中設豎向排水體（如：普通砂井、袋裝砂井、塑料排水板等），以及水平向排水體（如：砂墊層），目的是縮短排水距離，加快排水速度。加壓系統有堆載法、真空法、降低地下水法，目的是加速地基沉降，特別是加快施工期間的沉降以減少使用期間的沉降。

（1）排水固結法一般可用在飽和軟粘土地基的加固上。

（2）降低地下水法則適用于地下水位接近地面的飽和粉細砂地基。

（3）真空預壓法適用土體能在80kPa條件下固結，土層中無充足水源補給的透水夾層的飽和軟弱粘土地基。真空預壓法對周圍建筑物的影響比較小，可是施工條件比較復雜，因而適用范圍也較窄，并且由于受抽取真空條件的限制，一般地耐力R值增加不顯著，僅能提高至80～90kPa，再則施工工期也較長。

（4）砂井排水法對泥炭土、有機質粘土和高塑性土因其次固結沉降占相當大部分，所以是沒有明顯效果的。砂井排水法若采用普通砂井，由于因施工中容易造成灌砂率不足、縮頸或砂井不連續等質量問題，而且砂井直徑不能過分小，故而耗砂量較大，目前已被袋裝砂井所替代，從而克服了以上缺點，而且還可機械化施工，使施工進度加快不少。

（5）堆載預壓法施工雖然簡單，但需大量加荷，這樣荷載運輸量很大，施工工期也就長。降低地下水位法不需外加荷重，且整個過程中土的剪應力不變，土體不會產生剪切破壞，但是需要設置降水裝置，另一方面由于地下水位的降低可能引起鄰近建筑物的附加沉降，因此采用這種方法加固地基.必須引起足夠的重視。

（6）塑料排水板工藝，取消了砂子，造價更趨便宜，而效果同袋裝砂井一樣故而也獲得了推廣和大量采用。

3）強夯法的原理是利用機械夯擊突然釋放出來的巨大能量，使土體結構破壞。液化、強制壓縮或振密，這對飽和粘性土還有排水固結壓密的作用，從而使土的孔隙比減少，強度提高、變形減小，達到加固地基的目的。

強夯法的適用范圍比較廣，除了塑性指數Ip大于10的飽和軟粘土采用這一方法需持慎重態度外（如果需要采用必須與砂井法同時采用），其它土層的加固均可采用。采用強夯法設備簡單、施工方便、速度較快、加固效果顯著，但是此法在施工過程中會產生較大的振動和噪音，故而在較大城市的舊廠房改擴建中采用的可能性較小，因為它需要施工場地周圍15～20m以內最好沒有建筑物或地下設施。

4）柔性樁法的原理是用機械的振動、壓密設備，在土中成孔，然后在孔中填入砂子、石子或灰土等填料形成柔性樁，或者用旋噴、攪拌設備將水泥漿與土混合形成水泥土加固體和未加固的土共同形成復合地基，因柔性樁和水泥土加固體的剛度、強度均大于原土層，故原土中應力向柔性樁和加固體處集中，使原土應力減小，從而提高整個地基的承載力，減少沉降量。這種方法按不同的成孔機械又可分為振沖法、高壓噴射注漿法、深層攪拌法等。若按不同的填料則可分為砂樁、碎石樁、土樁、灰土樁等。

（1）振沖法根據加固土的性質又分為振沖擠密法和振沖置換法，前者適用于粘粒直徑小于0.005mm的含量不超過10%的砂性土和雜填土，由于有振密作用故最適用于松散砂土的加密和抗液化處理。后者適用于不排水抗剪強度大于20kPa的軟弱粘性土。

（2）高壓噴射注漿法除卵石不適用外，一般土質均可采用，由于此法可加固任何一層土，并且加固土體的形狀很靈活，如可形成樁、板、墻等等，故適用于深基坑開挖和防水工程中做防水帷幕，又由于此法施工操作面小，鑿一個10cm左右的洞，噴嘴能進去，就可做出大直徑的樁來，故特別適用于舊建筑物基礎的加固。

（3）深層攪拌法和高壓噴射注漿法相似，但深層攪拌法更適用于飽和軟粘土的加固，包括新吹填的超軟土，沼澤地帶的泥炭土，沉積的粉土和淤泥質土。土樁和灰土樁適用于處理地下水位以上、深度在5～15m以內的濕陷性黃土或人工填土地基。

（4）土樁主要用于消除黃土的的濕陷性，灰土樁主要用于提高人工填土地基的承載力，對于地下水位以下或含水量超過25%的土層不宜采用。砂樁適用于地下水位以下松散砂土的加固和抗液化，在軟弱粘性土中可提高地基承載能力，但是對減少沉降量效果不顯著，只能起砂井的加速固結作用。碎石樁適用范圍同振沖置換法。

柔性樁法一般造價比剛性樁便宜且節省鋼材、水泥，但是高壓噴射注漿法和深層攪拌法除外。土樁和灰土樁與換土墊層法相比，工期約可縮短一半，土方約可減少80%，勞動力可節約60%～80%，完成總沉降的時間也可縮短一半左右。振沖法在施工中有大量的污水排出，易污染環境。高壓噴射注漿法適合于深層地基的加固，特別是在加固某一層軟弱地基和舊建筑物基礎加固中，有時是不能用其它方法代替的，但此法水泥用量較大，且冒漿損失可達20%～30%，但加固體強度并不太高，泥漿和空壓機噪聲對周圍環境有一定污染。深層攪拌法的特點和高壓噴射注漿法相似，但沒有空壓機噪聲。用石灰粉作固化劑，對含水量高的軟土尤為顯著，施工中無振動，無污染，對周圍環境及建筑物也無不良影響。

5）剛性樁法的原理是用鋼樁、預制或現澆的鋼筋混凝土或砼樁借助樁表面與土壤的摩擦力和樁端地基的支承力，將基底的荷載穿過軟弱土層，直接傳至土質好的土層上。在打樁過程中樁端土層不斷受到壓縮便形成一彈性核，這樣就大大提高了樁端地基的承載能力，又因荷載避開了軟弱土層使沉降量大大減少，從而滿足了使用要求。由于剛性樁本身的強度遠遠超過樁間土的強度，所以一般不考慮承臺下樁間土的承載力，特別在濕陷性黃土地區更為有利。這類方法按不同的成樁條件，可以分為預制樁、灌注樁以及爆破樁。

剛性樁法可適用在軟弱地基上建造荷載大、沉降要求嚴格的建筑物，也可適用在處理黃土地基、砂土液化、復土層厚度不一，引起不均勻沉降；對沉降和沉降速率有嚴格要求的精密設備基礎或在使用過程中對允許振幅需要控制的功力設備基礎也大量地采用了樁基；隨著高層建筑的興起，采用樁基處理地基也是常見的一種處理方式。剛性樁樁端不能落在軟弱土層上，否則就會增大軟粘土層的沉降或者降低它的承載力。地基下臥層如有砂層，碎石層時，采用預制樁就很困難，應考慮采用鉆孔灌注樁；對土層不易成型的軟土、砂土、碎石等不宜采用爆破樁。剛性樁應用范圍很廣，且有成熟的設計和施工經驗，故較安全可靠。但是打樁時有振動和噪聲，影響鄰近建筑物和周圍環境，而且造價較高，尤其是預制樁，為了降低施工造價，從預制樁發展到灌注樁，但是灌注樁的施工質量不如預制樁那樣有保證，它會出現樁端殘留土、澆灌砼時會發生塌方、頸縮等質量事故，從而影響樁的質量，前些時出現的鉆孔注漿成樁法，是將砼在高壓狀態下從樁底灌至樁頂，從而克服了以上缺陷。鉆孔、挖孔、沖孔灌注樁，因樁孔底土層沒有擠密，所以樁端的承載力小于預制樁，為了克服這一缺點，因此發展了沉管灌注樁，使樁端的土層和預制樁一樣受壓形成彈性核，提高樁端地基的承載能力，但是這樣又產生了振動與噪聲。這類樁在地下水位以下的軟粘土中施工時，為了保證孔壁不塌方，需采用泥漿護壁，施工時有大量泥漿排出污染環境。在進行爆破樁施工時，則應特別注意炸藥、雷管的保管和人身安全等問題，因此大城市一般不允許采用爆破樁。

3 合理選擇常用地基處理方案的原則

1）掌握了地質勘察的基礎資料和各種地基處理方法的原理及其適用范圍，當然還應通過一定的設計計算，綜合考慮施工投入和經濟效益，使得我們在選擇建筑物地基處理方案時，必須考慮到“有的放矢，對癥下藥”這一原則，避免浪費大量人力、物力還得不到較好的效果。

2）選擇地基處理方案的原則有以下六個方面。

（1）首先必須摸清不良地基的基礎資料包括各種物理力學指標，分布范圍和深度，然后挑選適合這種地基處理的所有方法。

（2）根據建筑物和各專業對沉降的要求，確定處理深度，在保證地基強度、剛度和滿足使用要求的前提下，應優先考慮淺層處理法。

（3）尊重當地對地區性不良地基處理的習慣用方法和經驗，并盡可能地利用當地的材料和工業廢料。

（4）要考慮施工單位的施工條件，所具有的施工機具，技術力量，對各種處理方法的熟悉程度以及對進度的要求。

（5）根據施工場地周圍的建筑物，構筑物分布情況和環境，以及當地對環保的要求來決定方案。例如在大城市由于施工場地狹小，周圍建筑物較密集，而且既不允許有噪聲和污水排出，也不允許采用雷管和炸藥施工，若采用有振動的方案就會影響鄰近建筑物的安全，因此，有些地基處理方法像爆破樁、強夯等就不能采用。

（6）編制方案的可靠性和經濟性比較。根據以上一些原則采用層層篩選的辦法，最后找出最佳的地基處理方案來，可能是一種方法，也可能是二種方法同時采用，但是在一個工程中盡量采用一種方法，以方便施工。

地基處理是實踐領先于理論的學科。如何面對施工工藝技術的急速發展，解決好相關的設計計算分析的模型、理論與方法，是世紀之初巖土工程工作者面臨的一大復雜課題。

［1］ 葉文麟，葉觀寶.地基處理［M］.北京 中國建筑工業出版社，1997.

［2］ 樁基工程手冊編寫委員會.樁基工程手冊［M］.北京：中國建筑工業出版社，1995.

［3］ GB 50202—2002，建筑地基基礎工程施工質量驗收規范［S］.

［4］ 祖青山.建筑施工技術.北京：中國環境科學出版社，2002.

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