巖土勻質性假設在建筑工程地基處理中的運用

張景信

（河南能源化工集團規劃發展部，河南 鄭州 450000）

巖土勻質性假設在建筑工程地基處理中的運用

張景信

（河南能源化工集團規劃發展部，河南 鄭州 450000）

本文簡要介紹了地基的基本概念和巖土勻質性假設，闡述了工程勘察、設計、施工等不同階段對建設工程地基巖土的勻質性要求，以及不勻質情況下對地基進行必要的改良處理，同時糾正了地基處理實際施工中的一些錯誤做法，有助于工程技術人員對巖土勻質性假設的深入理解和在地基處理實際施工中靈活運用。

地基處理；巖土勻質性假設；地基勻質性評價；局部軟（硬）地基

1 地基的概念及巖土勻質性假設

1.1 地基的概念與地基分類

地基是指建筑物基礎下面最終承受建筑物全部載荷的那部分土體或巖體（巖土體）。雖說地基不屬于建筑物的組成部分，但它對保證建筑物的堅固耐久具有非常重要的作用，必須堅固、穩定且可靠，否則建筑物很可能出現影響使用的裂縫甚至倒塌。作為建筑地基的巖土體分為巖石、碎石土、砂土、粉土、黏性土和人工填土。一般巖土體的分布是一層一層分布的，直接承受基礎荷載的建筑物基礎下面的那一層土層或巖層稱為基礎的持力層。

地基一般可分為天然地基和人工地基兩種。自然狀態下即可滿足承擔建筑物全部荷載要求，不需要人工處理的地基稱為天然地基；不能承受基礎傳遞的全部荷載，需經人工處理后作為地基的稱為人工地基。通過工程地質鉆探，設計人員根據鉆探報告提供的土層分布、土層力學性能指標及地下水位等情況，才能確定地基是否要處理，以及基礎的形式和基礎的埋深等。需要綜合考慮技術經濟各方面，并根據地基的實際構成情況具體分析，以確定合適的地基處理方法。

1.2 巖土勻質性假設

巖土體是黏彈塑性材料，但在實際工程設計時常常將巖土的工作狀態考慮在彈性范圍內。在勘察階段和設計計算地基中的應力時，假設巖土體為連續的、線彈性的、均質的各向同性體，主要基于以下兩點：

從工程學觀點來看，在工程影響的范圍內，天然土層需要進行局部化處理，將這個局部作為勻質體處理，可以引用均質體的理論進行力學的分析計算。一切巖土工程的勘察、取樣試驗、資料的統計分析等都是建立在均質體假定的基礎上進行的。

從設計角度來看，所有的計算模型或理論均假設巖土體是均質的，都要按均質的理論來進行設計和計算，勘察報告中提供的承載力及其他指標也都是把巖土體的性質做了均質化處理后得到的。

2 勘察階段巖土均勻性評價

巖土工程勘察的重要內容之一是對建筑場地均勻性進行評價，《巖土工程勘察規范》和《建筑地基基礎設計規范》中對地基的均勻性評價都有明確的規定。勘察階段建筑場地的均勻性評價是為了工程建設的需要，為方案或設計成果的比較提供建筑物性狀的定量或半定量的計算結果。場地均勻性評價主要著眼于地質條件，均勻性評價的內容是分析地基巖土層力學性狀的均勻性及對建筑物的影響，均勻性評價的結果是為工程設計與施工方案提供依據，即：提出設計時應注意什么問題，對基礎選型有什么要求，可能采取什么工程措施等的建議。

3 地基設計的有關要求

3.1 地基設計的基本要求

現行建筑地基基礎設計規范規定，建筑地基應具有足夠的強度和穩定性，以及滿足變形方面的要求。確定地基持力層、地基承載力特征值和進行地基驗算（變形和穩定性驗算）是地基基礎設計的基本內容。在進行地基設計時必須從實際情況，同時考慮以下幾點：

滿足強度要求——地基應具有足夠的承載力，即基底壓力（基礎底面處單位面積土體所受到的壓力）不得超過地基容許承載力。從而保證建筑物不因地基承載力不足造成整體破壞或影響正常使用，具有足夠防止整體破壞的安全儲備。

滿足變形要求——地基的沉降量控制在一定范圍內（不得超過地基變形容許值），其次不同部位的地基沉降差不能太大，以免建筑物上部開裂。從而保證建筑物不因地基變形而損壞或影響其正常使用（建筑物正常使用應滿足其功能要求，常常是地基承載力還有潛力可挖，而變形已達到甚至超過正常使用的限值）。

滿足穩定要求——地基應有防止產生傾覆、失穩方面的能力，無滑動的危險。

若上述要求不能同時達到，就要對基礎設計方案作相應的修改或進行地基處理，以改善其結構性質，達到建筑物對地基設計的要求。

3.2 建筑物不均勻沉降及預防措施

如果建筑物地基持力層薄厚變化大，或地基軟硬不一，或建筑物荷載相差懸殊等原因，將會使地基產生過量的不均勻沉降，進而導致建筑物傾斜，墻體、樓地面開裂，影響正常使用。不均勻沉降產生的原因主要有以下幾個方面：

持力層地基土厚度分布不均勻，造成不同部位土體不均勻壓縮變形；持力層地基土下臥層分布不均勻，造成土體總壓縮變形的不均勻；持力層未選定在同一土層上；建筑物上部荷載分布不均勻，造成持力層地基土的附加應力不均勻。

對于不均勻沉降，工程設計時應盡量采取措施消除或減輕，通常采取的措施有：進行地基處理；根據地基、基礎與上部結構共同作用的概念，采取建筑、結構與施工措施；采用樁基礎或其他深基礎。一般情況下，應優先考慮采取地基處理措施。

3.3 地基處理設計

地基處理是指按照上部結構對地基的要求，對軟弱或不良地基進行必要的加固或改良，以保證地基穩定，減少房屋的過大沉降或不均勻沉降。其主要目的是采取各種地基處理方法改善地基條件。

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。具體方法選擇時，綜合考慮場地工程地質和水文地質條件、建筑物對地基要求、建筑結構類型和基礎形式、周圍環境條件、材料供應情況、施工條件等因素，經過技術經濟指標比較分析后擇優采用。

對于那種十分明顯的不均勻地基，例如軟硬不均的地基，部分基巖出露的地基，半填半挖的地基，硬層或軟弱層的厚度變化比較大的地基等，應分析是否會產生過量的不均勻沉降。在基礎選型、甚至上部結構選型時應該選擇適應性比較強的結構體系或基礎類型，或在設計時采取一些特殊的工程措施，如設置褥墊層以調節不均勻沉降，或在建筑物適當部位設置沉降縫以適應地基的不均勻沉降。

地基處理后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。

4 地基驗槽與地基勻質性評價

驗槽是建筑施工第一階段基槽開挖后的重要工序，也是一般巖土工程勘察工作的最后一個環節。建筑物基坑（槽）開挖至設計標高，經有關單位聯合驗槽合格后方可進行基礎工程施工。驗槽的目的是為了普遍探明基槽的土質和特殊土情況，判斷地基是否異常是否需要進行局部處理，如原鉆探是否需補充、原基礎設計是否需修正等。

地基驗槽通常以觀察法為主，對于基底以下不可見土層配合釬探，對明顯不均勻持力層、淺部有軟弱下臥層等情況改用輕型動力觸探。驗槽前要先察明結構設計說明和地質勘察報告中的地基承載力和持力層是否一致；建筑位置與勘察范圍是否相符；場地是否有軟弱下臥層等。驗槽時觀察槽壁、槽底土質類型、均勻程度和有關異常土質是否存在，核對基坑土質及地下水情況是否與勘察報告相符；檢查基槽之中是否有舊建筑基礎、地窖、廢井、洞穴、橡皮土、地下掩埋物及人防工程等，將其所處部位、深度、特征及處理方法描述清楚；對釬探資料中的異常點位進行復查。對經過技術處理的地基以及驗槽中存在的問題處理后，應進行復驗。

通過地基驗槽，在前一階段巖土工程勘察工作的基礎上，對地基勻質性進一步做出評價，確定是否繼續下挖或進行技術處理。

5 地基處理施工

5.1 地基處理常用施工方法

地基處理的常用方法主要有：換土墊層法、強夯法、砂石樁法、水泥土攪拌法、預壓法、水泥粉煤灰碎石樁法、石灰樁法、灰土擠密樁法等等。其中，換土墊層法是將基礎下面一定厚度的軟弱土層挖除，然后以中砂、粗砂、礫石、碎石或卵石、灰土以及其他性能穩定、無侵蝕性的材料填實，分層夯實，每層夯實密度必須達到設計標準。換土墊層法適用于淺層軟弱地基及不均勻地基的處理，其主要作用是提高或均衡地基承載力，減少建筑物沉降或不均勻沉降。

5.2 換填方法處理局部軟硬不均勻地基

局部換填處理，不論以硬換軟，或是以軟換硬，其目的都是為了獲得整個建筑物的均勻沉降。一般情況下，在一個建筑場地內，硬地基少，軟地基多，宜采用以軟換硬的換土法（又叫褥墊）；若軟地基少，硬地基多，宜采用以硬換軟的換土法；若軟硬地基各一半，宜采用設置沉降縫與局部換上相結合的方法。

對于局部過軟地基，如建筑地基內局部存在松填土、暗溝（塘）、古井或拆除舊基礎后的坑穴，采用換填法進行地基處理時的具體方法是，將坑中松軟土挖除，使坑底及四壁均見天然土，回填與天然土壓縮性相近的材料，當天然土為砂土時用砂或級配砂石回填；當天然土為較密實的黏性土，用3：7灰土分層回填夯實；天然土為中密可塑的黏性土或新近沉積黏性土，可用1：9或2：8灰土分層回填夯實。

對于局部過硬地基，如建筑地基內局部遇基巖、舊基礎、老灰土等，應盡可能挖去，回填與地基天然土壓縮性相近的材料，以防建筑物由于局部落于堅硬地基上，造成不均勻沉降而使建筑物開裂；或將堅硬地基部分鑿去30～50 cm深，再回填砂或砂土混合物作軟性褥墊，起到調整地基變形作用，使建筑物沉降均勻，避免裂縫。

5.3 注意避免錯誤做法

地基處理須遵循的最基本原則是保持建筑地基整體變形均勻。但在實際工程施工中違背該原則的做法時有發生，如：

對于局部過軟地基，將局部松軟土挖除后，為了加快施工速度，錯誤地填筑毛石砌體、磚砌體或澆筑混凝土（地基由局部過軟變成了局部過硬）。此做法不但未解決地基不均勻問題，還增加了工程施工費用，加大了建筑物下部土層負荷。

對于局部過硬地基，如基礎下局部遇基巖、舊基礎、老灰土等，錯誤地認為地基承載力滿足設計要求可以不進行處理，或圖省事、省費用而不進行處理，給建筑物以后的使用留下隱患，易造成建筑物不均勻沉降，嚴重者甚至傾斜或開裂。

6 結語

綜上所述，巖土勻質性假設是工程勘察和地基基礎設計階段的重要理論依據之一，工程技術人員有必要深刻理解巖土勻質性假設的本質，以便在工程地基處理方案制定和實際施工中靈活運用。

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[5]地基處理和基礎設計_中國論文下載中心_工程建筑論文《網絡（http：//www.studa.net）》2012-07-05.

TU753.3

A

1671-0037（2014）10-64-2

張景信（1967-），男，本科，工程師，研究方向：建設工程項目技術管理。