地基土均勻性評價(jià)

1、地基的均勻性和穩(wěn)定性評價(jià)是巖土工程勘察報(bào)告較為重要的一項(xiàng)內(nèi)容，從定性和定量兩方面對地基的均勻性和穩(wěn)定性進(jìn)行了論敘，并對在不均勻地基的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中應(yīng)采取的結(jié)構(gòu)措施提出建議。關(guān)鍵詞 ：地基；地基均勻性；穩(wěn)定性；基礎(chǔ)設(shè)計(jì)；1 .天然地基的均勻性評價(jià)在建筑物的天然地基淺基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員最關(guān)心的是由于地基變形引起的建筑物的變形(沉降量、沉降差、傾斜及局部傾斜) 而當(dāng)前在進(jìn)行建筑物的變形設(shè)計(jì)時(shí)多采用正常使用極限狀態(tài)的原則設(shè)計(jì)，即建筑物的變形是否超過變形允許范圍值，而造成地基變形最主要的原因之一就是地基存在不均勻的問題；巖土工程師在對地基的均勻性進(jìn)行評價(jià)時(shí)由于巖土工程勘察規(guī)范和建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范中沒有明

2、確的評判標(biāo)準(zhǔn)可供參考，往往僅一筆帶過或者只停留在定性的評價(jià)上，缺乏必要的定量分析，給巖土工程設(shè)計(jì)帶來諸多不便。1.1 地基均勻性的評價(jià)范圍對天然地基的均勻性評價(jià)時(shí)應(yīng)首先確定其評價(jià)的平面范圍和深度范圍，天然地基的均勻性評價(jià)平面范圍與抗震場地評價(jià)范圍既有相似而又有較大的差異，抗震的建筑場地評價(jià)多以自然村或某一街區(qū)為單位進(jìn)行考慮，而建筑地基的均勻性評價(jià)時(shí)多以建筑物水平投影面積范圍為標(biāo)準(zhǔn)，也即通常以建筑物角點(diǎn)包絡(luò)線所占的面積為評價(jià)范圍；但地基均勻性的評價(jià)深度范圍與抗震覆蓋層厚度評價(jià)具有明顯不同的概念，必須有明確的定性概念，假若它的評價(jià)范圍與抗震覆蓋層厚度的評價(jià)范圍一致，則將造成過大的投資浪費(fèi)，建筑抗震

3、覆蓋層厚度的確定是以地面至地層界面剪切波速大于 500ms的巖土層頂面距離為準(zhǔn)，而地基均勻性評價(jià)深度應(yīng)掌握以下幾條原則：(1) 地基主要受力層情況：對于條形基礎(chǔ)為基底下 3b(b為基礎(chǔ)底面寬度)，對于獨(dú)立基礎(chǔ)為基底下 15b，且評價(jià)深度均不小于 5m；(2) 壓縮層深度范圍：對于天然地基淺基礎(chǔ)，獨(dú)立基礎(chǔ)或條形基礎(chǔ)其壓縮層深度按變形比法確定其評價(jià)深度：式中符號意義可參考“地基規(guī)范”（3）對大面積基礎(chǔ)其評價(jià)深度范圍按下式確定：式中b： 基礎(chǔ)寬度。且對于大面積基礎(chǔ)其評價(jià)范圍應(yīng)不小于 1倍基礎(chǔ)寬度范圍。（4）對于樁基礎(chǔ)按等效實(shí)體深基礎(chǔ)的底面積按應(yīng)力比確定評價(jià)深度 zn，即z 處的附加應(yīng)力oz與土的 自

4、重應(yīng)力 oc 應(yīng)符合下式要求：2 地基均勻性的評價(jià)內(nèi)容地基的均勻性評價(jià)是巖土工程分析與評價(jià)的重要內(nèi)容之一，在審核巖土工程勘察報(bào)告時(shí)，發(fā)現(xiàn)大部份巖土工程師對該部份的評價(jià)顯得空洞無物，或者根本就不涉及這方面的內(nèi)容，使得基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)對地基土的均勻性難以進(jìn)行考慮，給建筑物的安全帶來隱患，根據(jù)有關(guān)規(guī)范和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，地基的均勻性評價(jià)，其實(shí)就是地基土的壓縮性不均勻問題，結(jié)合場地特征，應(yīng)首先確場地所在的工程地質(zhì)單元，進(jìn)而根據(jù)建筑物的荷載特征估算地基壓縮層深度范圍。2.1 工程地質(zhì)單元的劃分。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)繪情況，確定場地是否跨越不同的地貌單元，再根據(jù)鉆孔揭露資料，繪制場地縱橫工程地質(zhì)剖面圖，分析評價(jià)巖土質(zhì)的成因、

5、沉積年代、力學(xué)性質(zhì)，分析地基巖土縱橫方向上物理力學(xué)性質(zhì)的差異情況 ，分析建筑物基礎(chǔ)平面是否跨越不同的地貌單元和位于同一工程地質(zhì)單元。2.2 地基均勻性評價(jià)深度的計(jì)算。根據(jù)建筑物的荷載特征，結(jié)合建筑物擬采用的基礎(chǔ)型式按式(1)(4)估算地基巖土的壓層深度范圍，分析評價(jià)壓縮層范圍內(nèi)的地基巖土的物理力學(xué)性質(zhì)，進(jìn)而進(jìn)行地基均勻性的定性及定量評價(jià)。2.3 不均勻地基的評價(jià)。按下不列要求對地基的均勻性進(jìn)行定性及定量評價(jià)： 建筑物基礎(chǔ)平面跨越不同的地貌單元 ，巖土層的工程特性在縱橫方向上具明顯的差異為不均勻地基； 建筑物所在場地構(gòu)造破碎帶(非全新活動(dòng)斷裂帶)發(fā)育或構(gòu)造引起的節(jié)理裂隙發(fā)育導(dǎo)致巖體極為破碎(非風(fēng)

6、化破碎巖體)為不均勻地基； 場地內(nèi)有大面積的軟弱粘性土和填土分布，經(jīng)人工處理過的地基均勻?yàn)椴痪鶆虻鼗?根據(jù)工程地質(zhì)剖面圖，相鄰鉆孔的壓縮層范圍內(nèi)巖土層界面坡度10°時(shí)為不均勻地基； 建筑物平面范圍內(nèi)各鉆孔壓縮摸量厚度加權(quán)平均值的最大值Emax與最小值Emin的比值作為不均勻系數(shù)，并結(jié)合同一工程地質(zhì)單位巖土層厚度的統(tǒng)計(jì)變異系數(shù)進(jìn)行分析評價(jià)，滿足表1條件的可評判為不均勻地基。表一 地基不均勻系數(shù)界限值同一工程地質(zhì)單位巖土層厚度統(tǒng)計(jì)變異系數(shù) 0.1 0.10.3 0.30.5 0.5 地基不均勻系數(shù)(K=Emax/Emin k 2.50 2.00 1.8 1.56、地基主要受力層范圍內(nèi)的

7、巖土層在基礎(chǔ)寬度方向上存在厚度明顯不同，層厚統(tǒng)計(jì)變異系數(shù)大于等于0.5，并且相鄰鉆孔間同一工程地質(zhì)單元的巖土層厚度差值大于等于0.05b（b為基礎(chǔ)寬度）時(shí)，為不均勻地基，即滿足下兩式要求時(shí)為不均勻地基：b0.50|H1 H2|0.05b式中：H1 、H2 相鄰鉆孔同一工程地質(zhì)單元巖土層厚度，m；b 基礎(chǔ)寬度。7、在同一鉆孔內(nèi)的地基土壓縮層范圍內(nèi)任意相鄰兩層巖土層的地基地壓縮模量比值滿足正式要求為不均勻地基：ES1 /ES2>3式中：ES1上層土壓縮模量；ES2下層土壓縮模量。8、對于樁基礎(chǔ)其樁底高差大于等于下式計(jì)算結(jié)果時(shí)應(yīng)判定為不均勻地基： H=Dtan式中：D樁徑；相鄰樁底中點(diǎn)連續(xù)與水

8、平線的夾角。2、不均勻地基的穩(wěn)定性評價(jià)對于被判為不均勻地基的場地，應(yīng)按規(guī)范要求進(jìn)行地基變形的驗(yàn)算評價(jià)，以免地基變形失效給建筑物帶來安全隱患，地基變形一般包括地基的壓縮變形，通常采用規(guī)范建議的等效分層總和法進(jìn)行，而地基失效驗(yàn)算即通常所說的地基穩(wěn)定性驗(yàn)算；當(dāng)規(guī)范不要求進(jìn)行地基變形驗(yàn)算的建筑，在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采取相應(yīng)的結(jié)構(gòu)加強(qiáng)措施。（1）不均勻地基巖土層承載力取值。眾所周知，建筑物設(shè)計(jì)時(shí)，最為常用的是簡化計(jì)算方法，即通常將上部結(jié)構(gòu)、地基和基礎(chǔ)三個(gè)完整的靜力平衡結(jié)構(gòu)體系人為地分為上部結(jié)構(gòu)、地基和基礎(chǔ)三部分進(jìn)行獨(dú)立求解，假定上部結(jié)構(gòu)的柱是嵌固在基礎(chǔ)上的，求解出的結(jié)構(gòu)內(nèi)力（柱的軸力、彎矩、剪力、轉(zhuǎn)角），這些

9、內(nèi)力作用在基礎(chǔ)梁或基礎(chǔ)底板上，基礎(chǔ)梁或基礎(chǔ)底板同時(shí)承受地基反力，地基反力與上部結(jié)構(gòu)荷載（含基礎(chǔ)自重及其縣挑部分以上的土自重）保持靜力平衡，并假定地基反力是按直線分布，即此時(shí)假定基礎(chǔ)是絕對剛性，而計(jì)算地基變形時(shí)又把基礎(chǔ)看作是柔 性的，即地基反力是均勻分布的，在對地基上進(jìn)行承載力和變形驗(yàn)算時(shí)，所采用的荷載組合也不同，進(jìn)行承載力驗(yàn)算時(shí)采用的荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合，而在進(jìn)行地基的變形驗(yàn)算時(shí)，采用的荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)永久組合，表明基礎(chǔ)剛度的不同地基土的發(fā)揮度也不同，也即地基土的承載力非定值，其隨基礎(chǔ)的剛度不同而變化根據(jù)上述簡化計(jì)算方法，僅僅考慮了總荷載與總反力之間的靜力平衡條件，而忽略了上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)以及基礎(chǔ)與

10、地基土之間的變形的連續(xù)性質(zhì)，使得在利用地基土承載力取值時(shí)把地基土獨(dú)立看待，承載力取定值，導(dǎo)致地基土承載力取值偏高或偏低，給建筑物留下安全隱患或造成投資浪費(fèi)，根據(jù)多年的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和地基反力觀測，地基土反力由于基礎(chǔ)剛度的不同，存在不同程度的集中現(xiàn)象，故基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)地基土的承載力可根據(jù)基礎(chǔ)剛度和基礎(chǔ)型式的不同作如下調(diào)整：1、當(dāng)基礎(chǔ)剛度較大時(shí)地基土承載力可采用偏高值；2、當(dāng)基礎(chǔ)剛度較小時(shí)地基土的承載力可取偏低值；3、對獨(dú)立基礎(chǔ)，地基土承載力可取低值；4、而對于條形基礎(chǔ)或其它大面積基礎(chǔ)地基土承載力取高值。（2）不均勻地基的穩(wěn)定性計(jì)算。對于被判為不均勻的地基，除應(yīng)按有關(guān)規(guī)范要求進(jìn)行建筑物的沉降、差異沉降、傾斜

11、等特征分析（具體分析計(jì)算方法可參照“地基規(guī)范”）外，更為重要的是應(yīng)根據(jù)建筑物的重要性進(jìn)行地基穩(wěn)定性驗(yàn)算，國內(nèi)外在這方面的文獻(xiàn)記錄較少，巖土工程師對這一重要內(nèi)容往往均以對地基穩(wěn)定性“有利”與“不利”泛泛帶過，顯得空洞無物，設(shè)計(jì)人員無所適從，筆者依據(jù)多年基礎(chǔ)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)及收集的一些文獻(xiàn)資料作一簡略介紹。Terzaghi等國外學(xué)者根據(jù)地基整體破壞原理，運(yùn)用剛體平衡理論，假設(shè)塑性區(qū)展開濃度為1/3或1/4的基礎(chǔ)寬度進(jìn)行地基承載力分析，這對地基整體穩(wěn)定性分析有極為重要的意義，“地基規(guī)范”建議地基穩(wěn)定性分析采用圓弧法進(jìn)行驗(yàn)算（圖1），即最危險(xiǎn)的滑動(dòng)面上諸力對滑動(dòng)中心所產(chǎn)生的抗滑力矩MR與滑動(dòng)力矩MR應(yīng)符合下式

12、：K=MR/MS1.2根據(jù)圖1所示，其穩(wěn)定安全系數(shù)可按下式計(jì)算：K=式中：PPC基底附加壓力平均值；X附加壓力重心到滑弧圓心的水平距離；W1土條重量；Li土條內(nèi)滑弧長度；H水平外力；C1 1土的抗剪強(qiáng)度；R圓弧半徑。運(yùn)用該式進(jìn)行整體穩(wěn)定性計(jì)算時(shí)，僅適用于小偏心荷載的建筑物，其關(guān)鍵是滑弧濃度的確定，滑弧濃度確定了其地基土整體破壞范圍也就確定了，根據(jù)多項(xiàng)工程地基土圓弧滑動(dòng)穩(wěn)定性驗(yàn)算及塑性區(qū)展形范圍，認(rèn)為基礎(chǔ)外角點(diǎn)底面以下1/4基礎(chǔ)寬度范圍濃度內(nèi)，且該點(diǎn)與地面的連線呈45º /2 夾角的驗(yàn)算范圍可滿足建筑物安全使用要求；若經(jīng)上式驗(yàn)算所得地基穩(wěn)定性安全系數(shù)小于1.2，則應(yīng)加大基礎(chǔ)埋深，繼續(xù)驗(yàn)算直至滿足要求止；或采用增強(qiáng)滑帶土抗剪強(qiáng)度的辦法重新驗(yàn)算地基穩(wěn)定性安全系數(shù)。地基持力層地層坡度小于10%，視