巖土工程中地基的均勻性分析及處置措施探討

詹京奎

摘要：地基的均勻性是巖土工程工作中較為重要的一項內容，直接關系到建筑物的安全，不容馬虎。本文對地基均勻性的重要性進行論述，分析了產生地基不均勻沉降的原因，并結合工程實例及我國的《建筑地基基礎設計規范》《高層建筑巖土工程勘察規程》等參考資料，介紹分析了地基均勻性的評價范圍及方法，并對不均勻地基的處置措施進行簡要敘述。

關鍵詞：復雜地基；均勻性分析；評價范圍及方法；處置措施；構筑物安全

1.地基均勻性的重要性

正所謂萬丈高樓平地起，所有的構筑物的地基都是建立在穩定的地層上的，構筑物上部的荷載通過墻柱連接最終都作用于下伏穩定地層中，在穩定地層與構筑物連接部位的結構及地層，我們稱之為地基與基礎，地基與基礎的穩定性及均勻性是整個構筑物安全和滿足使用要求的關鍵之一[1]。

在當今的中國由于城鎮化建設及全面建成小康社會的共同需要，中國在近十年內基本實現了人口城市化的增速發展，但中國一直以來實行嚴格的土地管控制度，從而造成城市人口集中與土地資源緊缺的矛盾越來越突出。據不完全統計，2011年我國的城市人口有史以來第一次超過農村人口，在未來必然會有更多的農村人口遷移至城市。中國改革開放發展30多年，隨著社會生產力水平總體顯著提高，社會生產能力在很多方面進入世界前列，人民生活水平顯著提高，社會主要矛盾已經轉化為人民日益增長的美好生活需要和不平衡不充分的發展之間的矛盾；在這歷史性的城市化發展進程中，房地產事業在全國范圍內形成了空前的繁榮及建設規模，據2014年底不完全統計結果，中國的房地產住宅庫存規模上升了6.2億平方米。

由于城市人口集中與土地資源緊缺的矛盾，城市化進程的推進必然造成城市中適宜建設中高層住宅的天然地基逐漸減少，從而使越來越多的項目不得不將構筑物建造在較為復雜的地質條件之上。由于場地及地質條件的復雜程度（不均勻地基，不穩定地基等）與構筑物復雜程度（高度、體量）的提高，從而使簡單的基礎形式再也無法滿足構筑物結構安全性、穩定性和適用性的需求，因此造成地基的均勻性及處置措施對構筑物的安全尤為重要。

2.地基沉降不均勻產生的原因

在實際工程中地基沉降不均勻產生的原因是多種多樣的，有些是比較容易發現，并且是可以在構筑物施工過程中解決規避的，比如相鄰荷載對基礎的影響、填土地基等；有些是比較隱蔽的，且不易解決的，比如地質條件復雜，軟硬地基，建筑結構形體復雜，水文地質條件的變化等。

本文主要介紹本人在工程實例中遇到的沉降不均勻實例，簡單敘述不均勻沉降的幾點原因如下：

2.1地基巖土層復雜

地基巖土層的分布受區域沉降環境及發展環境的不同，其巖性、分布特征變化較大。

中國北方平原地區及沿海地區地基主要以土體為主，甚至部分地區存在軟土地基。工程上認為土是一種較為松散的顆粒組合體，各顆粒之間是存在空隙的，通過側限壓縮試驗可以很直觀的表明這一點（隨著荷載的增大，土體空隙比e減小，兩者關系如圖1所示）。由于土體的顆粒成分、性質及沉積環境的不一致，并且在地層中不規則的分布，因此工程上采用淺基礎形式，難以避免產生不均勻沉降。同時其受多種外界條件的影響，例如：加載速率對基礎沉降的影響，土體飽和度的影響，孔隙水壓力變化的影響等。

中國南方丘陵山區地基主要以沉積巖、變質巖、巖漿巖為主形成山體，上部覆蓋厚度不均的風化土體。該地區巖土層分布往往較多，并不單一存在于地基中；工程上其巖土層的分布厚度、層面起伏程度、是否存在軟弱下臥層等特征，決定其地基的均勻性。若某層巖土局部缺失，層面起伏較大，存在軟弱下臥層等，工程上采用淺基礎形式，在上部荷載的作用下，必然造成地基的不均勻沉降。

若勘察階段布置的勘察手段不合理、勘察工作量不足、地質人員的粗心大意，極可能造成巖土層結構分布特征無法查明。勘察報告顯示的地基軟弱下臥層分布厚度與實際厚度不一致，設計人員驗算地基沉降時不可避免的出現問題，必然導致地基沉降差的產生。

2.2結構形體復雜

21世紀是信息爆發的時代，也是眼球經濟時代，隨著旅游業的發展，全世界、全國都在建造不同形態、不同高度的構筑物。近幾年全世界范圍內形成建造地標性建筑的熱潮，各種結構形體復雜，層高差異極大的構筑物如雨后春筍般不斷冒出，同時構筑物的高度也是在不斷的追求更高的發展，例如中國的北盤江大橋、中國的廣州塔、迪拜哈利法塔、沙特阿拉伯的王國塔等。

結構形態的多樣化及復雜性，從而使結構荷載不均勻，極可能造成基礎出現過大沉降差。同時基礎設計過程中在基底上施加偏心荷載，也會產生不均勻的附加應力，從而使基礎傾斜（為保證基礎的一邊不被抬起，一般采用e

2.3場地環境地質條件

場地周邊工程環境地質條件對場地巖土層的影響較大。例如：①樁基施工打樁產生的震動，可能會破壞土體的絮狀結構，造成土體強度明顯降低，查明周邊建筑施工是否采用打樁施工對場地巖土層的評價至關重要[5]。②場地地基中是否存在季節性的土體濕度變化，土體濕度變化對地基土影響較大。③周邊建筑及市政工程的施工是否會造成場地水文地質條件發生改變，是否存在地表水下滲到地基土中的風險，從而破壞地基土原有的工程特性。

3.地基均勻性的評價范圍及方法

3.1地基均勻性的評價范圍

在工程勘察過程中，首先需要確定該工程的勘察平面范圍及規范要求的垂直范圍（勘察深度），而后以勘察的平面范圍及垂直范圍作為構筑物地基的均勻性評價范圍。

3.2地基均勻性的評價方法

在工程中判斷地基是否為均勻地基，主要依據壓縮層范圍內地基巖土層的分布特征及性質的均勻性。本文通過工程實例進行簡單分析如下幾點評價分析方法：

（1）通過地貌單元及地質單元來判定地基均勻性：勘察過程中首先需確定工程場地是否跨越不同的地貌單元；其次根據鉆孔資料、場地工程地質剖面及實驗結果，判斷場地巖土層的成因、沉積年代、力學性質，分析同一水平面上地基巖土層的物理力學性質差異情況，確定建筑物基礎平面是否跨越不同的地貌單元及不同工程地質單元[4]，若建筑物基礎平面跨越不同地貌單元或不同工程地質單元，工程特性差異顯著，則判定場地地基屬不均勻地基。

工程實例1：某工程，場地地基內巖土構成自上而下分為：第四系人工雜填土、粉質粘土、卵石土，下伏基巖為二疊系上統吳家坪組（P2w）灰黃色、黑黃色硅質巖夾泥巖及灰色、中厚層狀灰巖，在同一水平面上巖土層完全不一致（如圖2所示），地基持力層由中風化灰巖及強風化硅質巖夾泥巖兩套地層組成，地基跨越兩套性質完全不同的持力層，因此判定為不均勻地基。

（2）通過地質構造發育情況判定地基均勻性：在工程中遇到由于斷層等地殼運動引起的場地構造破碎帶（非全新活動斷裂帶）發育或構造引起的節理裂隙發育，導致場地巖體極為破碎（非風化破碎巖體），判定場地地基為不均勻地基。

工程實例2：某工程場地地基內巖土構成分為素填土、卵石土、全風化泥質頁巖夾硅質巖、強風化泥質頁巖夾硅質巖、粘土、卵石土（位于基巖層面以上，硅質巖以下）、強風化炭質頁巖、強風化石灰巖、中風化破碎灰巖、溶洞、強風化構造角礫巖、強風化炭質灰巖；由于受區域構造（斷層、向斜核部）影響，地層錯動、倒轉，工程地質上反映為地層的雜亂無序，地層巖體極為破碎，因此判定為不均勻地基。

（3）通過壓縮層厚度來判定地基的均勻性：由于地基巖土層較多，且分布厚度不一致而在貴州地區最典型的喀斯特地貌，在貴州地區廣布紅粘土層，且其分布厚度受地形及基巖風化程度影響較大；工程中有些建筑結構荷載不大，則可以考慮淺基礎形式，需要通過判斷地基受力層的壓縮影響范圍深度來判定場地地基的均勻性。

工程實例3：場地地基內巖土構成自上而下分為：第四系人工素填土、紅粘土，下伏基巖為寒武系婁山關組（∈ls）灰色、灰白色、厚層狀白云巖，紅粘土地基均勻性評價進行分析分析如下：場地紅粘土呈可塑狀，粘性較好，穩定性較好，據野外土芯鑒別，擬建場地紅粘土偶見裂隙，致密狀，結構分類為Ⅰ類；據土工試驗統計結果Ir=wL/wP=1.95，Ir=1.4+ 0.0066wL=1.76，Ir>Ir；據DB22/46-2004表3.1.2-3，紅粘土復浸水特性類別為Ⅰ類；據DB22/46-2004表3.1.2-4結合《建筑地基基礎設計規范》式5.3.8：Zn=b（2.5-0.4lnb）及埋深分布特征對擬建場地紅粘土進行均勻性分析如表1所示。

據表1分析，擬建場地紅粘土層均為土巖結合不均勻地基。

4.不均勻地基的處置措施

隨著學科建設和發展及工程的需要，現在關于不均勻地基處理的手段及基礎形式已發展的較為全面及成熟。地基處理的常用方法有孔內深層強夯法、換填墊層法、強夯法、振沖法、高壓噴射注漿法、預壓法、CFG樁法、擠密樁法、單液硅化法和堿液法等，這些方法廣泛應用于北方及沿海地區的土質地基中，本文簡單介紹下本人在工程實例中應用的一種方法。

樁基礎的沉降變形計算結果可以用于調整優化基礎形式及樁長、樁徑，以實現沉降變形控制設計；工程實例中軟硬地基、構造破碎帶等復雜地基，均可以通過樁基來進行調節控制沉降量。下面簡單介紹一個工程實例計算分析對比：

軟硬地基分布的地層樁基沉降差異明顯（如圖3所示），而通過調節不同樁長及樁徑重新分析計算后，沉降差異得到有效控制，控制效果如圖4所示。

據計算結果，樁基礎在加大埋深，同時考慮負摩阻力影響下，達到減小基底附加壓力的效果，使得樁基持力層沉降得到有效控制，加大樁長前后的沉降控制效果最大達到37.45mm，效果明顯。

5.結束語

以上為筆者本著學習的態度所寫的一些關于從事巖土工程勘察工作以來對于地基均勻性評價及處理的一點淺見，僅供各位同行參考，若有其他建議和不同意見，可以跟本人聯系，大家互相學習，進步。

參考文獻：

[1]黃生根，吳鵬，戴國亮.基礎工程原理與方法[M].武漢：中國地質大學出版社， 2009.

[2]東南大學，浙江大學，湖南大學，蘇州科技學院.土力學（第二版）[M].北京：中國建筑工業出版社， 2005.

[3]GB50007-2011.建筑地基基礎設計規范[S]. 2011.

[4]JGJ 72-2004.高層巖土工程勘察規范[S]. 2016.

[5]趙陽，劉魁，等.半巖半土地基不均勻沉降的變剛度復合地基方案研究[J].河北工程大學學報（自然科學版）， 2018， 35（03）：23-28.