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岩土工程中地基的均匀性分析及处置措施探讨

发表时间：2020/6/15 来源：《基层建设》2020年第6期作者：王海博杜云龙

[导读] 摘要：由于场地及地质条件的复杂程度（不均匀地基，不稳定地基等）与构筑物复杂程度（高度、体量）的提高，从而使简单的基础形式再也无法满足构筑物结构安全性、稳定性和适用性的需求，因此造成地基的均匀性及处置措施对构筑物的安全尤为重要。

        中冶沈勘工程技术有限公司辽宁沈阳 110000
        摘要：由于场地及地质条件的复杂程度（不均匀地基，不稳定地基等）与构筑物复杂程度（高度、体量）的提高，从而使简单的基础形式再也无法满足构筑物结构安全性、稳定性和适用性的需求，因此造成地基的均匀性及处置措施对构筑物的安全尤为重要。本文对地基均匀性的重要性进行论述，分析了产生地基不均匀沉降的原因，并结合工程实例及我国的《建筑地基基础设计规范》《高层建筑岩土工程勘察规程》等参考资料，介绍分析了地基均匀性的评价范围及方法，并对不均匀地基的处置措施进行简要叙述。
        关键词：岩土工程；地基均匀性；地基处置
        1岩土工程勘察中地基处理的重要性
        在勘探岩土层时，要注意确保地基结构保持稳定。在勘察前，首先要对地质、土壤和周边生态环境情况做出科学的判断，然后在此基础上分析地基结构的稳定性和均衡性。在分析地基结构的稳定性和均衡性时如果出现问题，则势必影响地基结构的稳定性能，进而导致结构变形等问题发生。分析工作所需的信息和数据必须来自于精确的勘察过程，如此得出的结论才可能准确无误，地基的质量也才能得以保证。
        2地基处理的技术类型
        2.1振动压实法
        振动压实地基处理法适用于面积较大的填土地基处理，例如，在道路工程地基处理时，采用振动压实技术处理地基的效果非常好。在处理土质粘粒较少，或属于非黏性土地基时，可用振动压实法进行松散填土。这是因为对于面积大的地基而言，土壤密度小，具有良好的透水性，在采用振动压实法处理地基时，可以有效地提高土壤密度，增大填土地基的强度，提高土体的稳定性，最终降低土体变形的概率。
        2.2高压旋喷桩法
        随着技术和工艺的进步，近些年，出现了一种新的地基处理方法——高压旋喷桩处理法。该技术采用高压水枪作为主要工具，喷出高压水流或者其他带有高压的液体流束，如刀具切割或者长矛捅刺一样，将地基土体切割开或破开[1]。之后，灌注准备好水泥基质浆液，使之成为高强度的桩柱体或凝结体，进而如同强大的骨架，连接地基土层使得地基变得更加强固。
        3岩土工程地基沉降不均匀产生的原因
        3.1地基岩土层复杂
        地基岩土层的分布受区域沉降环境及发展环境的不同，其岩性、分布特征变化较大。中国北方平原地区及沿海地区地基主要以土体为主，甚至部分地区存在软土地基。工程上认为土是一种较为松散的颗粒组合体，各颗粒之间是存在空隙的，通过侧限压缩试验可以很直观的表明这一点（随着荷载的增大，土体空隙比e减小）。由于土体的颗粒成分、性质及沉积环境的不一致，并且在地层中不规则的分布，因此工程上采用浅基础形式，难以避免产生不均匀沉降。同时其受多种外界条件的影响，例如：加载速率对基础沉降的影响，土体饱和度的影响，孔隙水压力变化的影响等。南方丘陵山区地基主要以沉积岩、变质岩、岩浆岩为主形成山体，上部覆盖厚度不均的风化土体。该地区岩土层分布往往较多，并不单一存在于地基中；工程上其岩土层的分布厚度、层面起伏程度、是否存在软弱下卧层等特征，决定其地基的均匀性[2]。若某层岩土局部缺失，层面起伏较大，存在软弱下卧层等，工程上采用浅基础形式，在上部荷载的作用下，必然造成地基的不均匀沉降。若勘察阶段布置的勘察手段不合理、勘察工作量不足、地质人员的粗心大意，极可能造成岩土层结构分布特征无法查明。勘察报告显示的地基软弱下卧层分布厚度与实际厚度不一致，设计人员验算地基沉降时不可避免的出现问题，必然导致地基沉降差的产生。
        3.2结构形体复杂
        结构形态的多样化及复杂性，从而使结构荷载不均匀，极可能造成基础出现过大沉降差。

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同时基础设计过程中在基底上施加偏心荷载，也会产生不均匀的附加应力，从而使基础倾斜（为保证基础的一边不被抬起，一般采用e<B/6），构筑物在风荷载（尤其高耸建筑）、结构层差等偏心荷载的作用下，基础在发生沉降后会形成一个倾斜的平面。
        3.3场地环境地质条件
        场地周边工程环境地质条件对场地岩土层的影响较大。例如：①桩基施工打桩产生的震动，可能会破坏土体的絮状结构，造成土体强度明显降低，查明周边建筑施工是否采用打桩施工对场地岩土层的评价至关重要。②场地地基中是否存在季节性的土体湿度变化，土体湿度变化对地基土影响较大[3]。③周边建筑及市政工程的施工是否会造成场地水文地质条件发生改变，是否存在地表水下渗到地基土中的风险，从而破坏地基土原有的工程特性。
        4地基均匀性的评价范围及方法
        4.1地基均匀性的评价范围
        在工程勘察过程中，首先需要确定该工程的勘察平面范围及规范要求的垂直范围（勘察深度），而后以勘察的平面范围及垂直范围作为构筑物地基的均匀性评价范围。在工程过程中勘察范围往往大于地基的评价范围，建筑地基的均匀性范围评价范围往往等于建筑物水平投影面积范围；同时勘察工作中的垂直范围（勘察深度）也要大于地基均匀性评价垂直范围，地基均匀性评价的垂直范围一般根据岩土层的分布特征及构筑物结构荷载来确定，主要受地基主要受力层（条形基础为基底下3b，独立基础为基底下1.5b）及压缩层（按变形比法确定Δsln=0.025∑Δsli）两个因素控制。
        4.2地基均匀性的评价方法
        在工程中判断地基是否为均匀地基，主要依据压缩层范围内地基岩土层的分布特征及性质的均匀性。本文通过工程实例进行简单分析如下几点评价分析方法：（1）通过地貌单元及地质单元来判定地基均匀性：勘察过程中首先需确定工程场地是否跨越不同的地貌单元；其次根据钻孔资料、场地工程地质剖面及实验结果，判断场地岩土层的成因、沉积年代、力学性质，分析同一水平面上地基岩土层的物理力学性质差异情况，确定建筑物基础平面是否跨越不同的地貌单元及不同工程地质单元，若建筑物基础平面跨越不同地貌单元或不同工程地质单元，工程特性差异显著，则判定场地地基属不均匀地基。
        5岩土工程不均匀地基的处置措施
        目前阶段，关于不均匀地基处理的手段及基础形式已发展的较为全面及成熟。地基处理的常用方法有孔内深层强夯法、换填垫层法、强夯法、振冲法、高压喷射注浆法、预压法、CFG桩法、挤密桩法、单液硅化法和碱液法等，这些方法广泛应用于北方及沿海地区的土质地基中，本文简单介绍下本人在工程实例中应用的一种方法。桩基础的沉降变形计算结果可以用于调整优化基础形式及桩长、桩径，以实现沉降变形控制设计；工程实例中软硬地基、构造破碎带等复杂地基，均可以通过桩基来进行调节控制沉降量[4]。下面简单介绍一个工程实例计算分析对比：软硬地基分布的地层桩基沉降差异明显，而通过调节不同桩长及桩径重新分析计算后，沉降差异得到有效控制。据计算结果，桩基础在加大埋深，同时考虑负摩阻力影响下，达到减小基底附加压力的效果，使得桩基持力层沉降得到有效控制。
        结束语：
        以上为笔者本着学习的态度所写的一些关于从事岩土工程勘察工作以来对于地基均匀性评价及处理的一点浅见，仅供各位同行参考，若有其他建议和不同意见，可以跟本人联系，大家互相学习，进步。
        参考文献：
        [1]张祎凡.对岩土工程勘察地基均匀性及稳定性的探讨[J].城市建设理论研究（电子版），2018（27）：176.
        [2]张邑维.关于岩土工程地基处理分析与应用的探讨[J].中国高新区，2018（10）：212.
        [3]郭凡荣.关于岩土工程中的地基处理方法探析[J].城市建设理论研究（电子版），2017（02）：194.
        [4]李华.岩土工程勘察地基均匀性及稳定性评价分析[J].低碳世界，2016（23）：88-89.