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地基的處理與設(shè)計(jì)
導(dǎo)語(yǔ)： 在地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中包括了對(duì)基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)和對(duì)地基的處理，二者是密不可分的。地基處理的好壞將直接關(guān)系到基礎(chǔ)的選型和造價(jià)。本文就地基的處理和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)進(jìn)行的討論。
一、引言
基礎(chǔ)是建筑物和地基之間的連接體�；A(chǔ)把建筑物豎向體系傳來(lái)的荷載傳給地基。從平面上可見，豎向結(jié)構(gòu)體系將荷載集中于點(diǎn)，或分布成線形，但作為最終支承機(jī)構(gòu)的地基，提供的是一種分布的承載能力。
如果地基的承載能力足夠，則基礎(chǔ)的分布方式可與豎向結(jié)構(gòu)的分布方式相同。但有時(shí)由于土或荷載的條件，需要采用滿鋪的伐形基礎(chǔ)。伐形基礎(chǔ)有擴(kuò)大地基接觸面的優(yōu)點(diǎn)，但與獨(dú)立基礎(chǔ)相比，它的造價(jià)通常要高的多，因此只在必要時(shí)才使用。不論哪一種情況，基礎(chǔ)的概念都是把集中荷載分散到地基上，使荷載不超過(guò)地基的長(zhǎng)期承載力。因此，分散的程度與地基的承載能力成反比。有時(shí)，柱子可以直接支承在下面的方形基礎(chǔ)上，墻則支承在沿墻長(zhǎng)度方向布置的條形基礎(chǔ)上。當(dāng)建筑物只有幾層高時(shí)，只需要把墻下的條形基礎(chǔ)和柱下的方形基礎(chǔ)結(jié)合使用，就常常足以把荷載傳給地基。這些單獨(dú)基礎(chǔ)可用基礎(chǔ)梁連接起來(lái)，以加強(qiáng)基礎(chǔ)抵抗地震的能力。只是在地基非常軟弱，或者建筑物比較高的情況下，才需要采用伐形基礎(chǔ)。多數(shù)建筑物的豎向結(jié)構(gòu)，墻、柱都可以用各自的基礎(chǔ)分別支承在地基上。中等地基條件可以要求增設(shè)拱式或預(yù)應(yīng)力梁式的基礎(chǔ)連接構(gòu)件，這樣可以比獨(dú)立基礎(chǔ)更均勻地分布荷載。
如果地基承載力不足，就可以判定為軟弱地基，就必須采取措施對(duì)軟弱地基進(jìn)行處理。軟弱地基系指主要由淤泥、淤泥質(zhì)土、沖填土、雜填土或其他高壓縮性土層構(gòu)成的地基。在建筑地基的局部范圍內(nèi)有高壓縮性土層時(shí)，應(yīng)按局部軟弱土層考慮�？辈鞎r(shí)，應(yīng)查明軟弱土層的均勻性、組成、分布范圍和土質(zhì)情況，根據(jù)擬采用的地基處理 方法 提供相應(yīng)參數(shù)。沖填土尚應(yīng)了解排水固結(jié)條件。雜填土應(yīng)查明堆積 歷史 ，明確自重下穩(wěn)定性、濕陷性等基本因素。
在初步 計(jì)算 時(shí)，最好先計(jì)算房屋結(jié)構(gòu)的大致重量，并假設(shè)它均勻的分布在全部面積上，從而等到平均的荷載值，可以和地基本身的承載力相比較。如果地基的容許承載力大于4倍的平均荷載值，則用單獨(dú)基礎(chǔ)可能比伐形基礎(chǔ)更經(jīng)濟(jì)；如果地基的容許承載力小于2倍的平均荷載值，那么建造滿鋪在全部面積上的伐形基礎(chǔ)可能更經(jīng)濟(jì)。如果介于二者之間，則用樁基或沉井基礎(chǔ)。
二、地基的處理方法
利用軟弱土層作為持力層時(shí)，可按下列規(guī)定執(zhí)行：1）淤泥和淤泥質(zhì)土，宜利用其上覆較好土層作為持力層，當(dāng)上覆土層較薄，應(yīng)采取避免施工時(shí)對(duì)淤泥和淤泥質(zhì)土擾動(dòng)的措施；2）沖填土、建筑垃圾和性能穩(wěn)定的 工業(yè) 廢料，當(dāng)均勻性和密實(shí)度較好時(shí)，均可利用作為持力層；3）對(duì)于有機(jī)質(zhì)含量較多的生活垃圾和對(duì)基礎(chǔ)有侵蝕性的工業(yè)廢料等雜填土，未經(jīng)處理不宜作為持力層。局部軟弱土層以及暗塘、暗溝等，可采用基礎(chǔ)梁、換土、樁基或其他方法處理。在選擇地基處理方法時(shí)，應(yīng)綜合考慮場(chǎng)地工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件、建筑物對(duì)地基要求、建筑結(jié)構(gòu)類型和基礎(chǔ)型式、周圍環(huán)境條件、材料供應(yīng)情況、施工條件等因素，經(jīng)過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較 分析 后擇優(yōu)采用。
地基處理設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮上部結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)和地基的共同作用，必要時(shí)應(yīng)采取有效措施，加強(qiáng)上部結(jié)構(gòu)的剛度和強(qiáng)度，以增加建筑物對(duì)地基不均勻變形的適應(yīng)能力。對(duì)已選定的地基處理方法，宜按建筑物地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)，選擇代表性場(chǎng)地進(jìn)行相應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，并進(jìn)行必要的測(cè)試，以檢驗(yàn)設(shè)計(jì)參數(shù)和加固效果，同時(shí)為施工質(zhì)量檢驗(yàn)提供相關(guān)依據(jù)。
經(jīng)處理后的地基，當(dāng)按地基承載力確定基礎(chǔ)底面積及埋深而需要對(duì)地基承載力特征值進(jìn)行修正時(shí)，基礎(chǔ)寬度的地基承載力修正系數(shù)取零，基礎(chǔ)埋深的地基承載力修正系數(shù)取1.0；在受力范圍內(nèi)仍存在軟弱下臥層時(shí)，應(yīng)驗(yàn)算軟弱下臥層的地基承載力。對(duì)受較大水平荷載或建造在斜坡上的建筑物或構(gòu)筑物，以及鋼油罐、堆料場(chǎng)等，地基處理后應(yīng)進(jìn)行地基穩(wěn)定性計(jì)算。結(jié)構(gòu)工程師需根據(jù)有關(guān)規(guī)范分別提供用于地基承載力驗(yàn)算和地基變形驗(yàn)算的荷載值；根據(jù)建筑物荷載差異大小、建筑物之間的聯(lián)系方法、施工順序等，按有關(guān)規(guī)范和地區(qū)經(jīng)驗(yàn)對(duì)地基變形允許值合理提出設(shè)計(jì)要求。地基處理后，建筑物的地基變形應(yīng)滿足現(xiàn)行有關(guān)規(guī)范的要求，并在施工期間進(jìn)行沉降觀測(cè)，必要 時(shí)尚 應(yīng)在使用期間繼續(xù)觀測(cè)，用以評(píng)價(jià)地基加固效果和作為使用維護(hù)依據(jù)。復(fù)合地基設(shè)計(jì)應(yīng)滿足建筑物承載力和變形要求。地基土為欠固結(jié)土、膨脹土、濕陷性黃土、可液化土等特殊土?xí)r，設(shè)計(jì)要綜合考慮土體的特殊性質(zhì)，選用適當(dāng)?shù)脑鰪?qiáng)體和施工工藝。復(fù)合地基承載力特征值應(yīng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)復(fù)合地基載荷試驗(yàn)確定，或采用增強(qiáng)體的載荷試驗(yàn)結(jié)果和其周邊土的承載力特征值結(jié)合經(jīng)驗(yàn)確定。
常用的地基處理方法有：換填墊層法、強(qiáng)夯法、砂石樁法、振沖法、水泥土攪拌法、高壓噴射注漿法、預(yù)壓法、夯實(shí)水泥土樁法、水泥粉煤灰碎石樁法、石灰樁法、灰土擠密樁法和土擠密樁法、柱錘沖擴(kuò)樁法、單液硅化法和堿液法等。
1 換填墊層法適用于淺層軟弱地基及不均勻地基的處理。其主要作用是提高地基承載力，減少沉降量，加速軟弱土層的排水固結(jié)，防止凍脹和消除膨脹土的脹縮。
2 強(qiáng)夯法適用于處理碎石土、砂土、低飽和度的粉土與粘性土、濕陷性黃土、雜填土和素填土等地基。強(qiáng)夯置換法適用于高飽和度的粉土，軟-流塑的粘性土等地基上對(duì)變形控制不嚴(yán)的工程，在設(shè)計(jì)前必須通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定其適用性和處理效果。強(qiáng)夯法和強(qiáng)夯置換法主要用來(lái)提高土的強(qiáng)度，減少壓縮性，改善土體抵抗振動(dòng)液化能力和消除土的濕陷性。對(duì)飽和粘性土宜結(jié)合堆載預(yù)壓法和垂直排水法使用。
3 砂石樁法適用于擠密松散砂土、粉土、粘性土、素填土、雜填土等地基，提高地基的承載力和降低壓縮性，也可用于處理可液化地基。對(duì)飽和粘土地基上變形控制不嚴(yán)的工程也可采用砂石樁置換處理，使砂石樁與軟粘土構(gòu)成復(fù)合地基，加速軟土的排水固結(jié)，提高地基承載力。
4 振沖法分加填料和不加填料兩種。加填料的通常稱為振沖碎石樁法。振沖法適用于處理砂土、粉土、粉質(zhì)粘土、素填土和雜填土等地基。對(duì)于處理不排水抗剪強(qiáng)度不小于20kPa的粘性土和飽和黃土地基，應(yīng)在施工前通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定其適用性。不加填料振沖加密適用于處理粘粒含量不大于10%的中、粗砂地基。振沖碎石樁主要用來(lái)提高地基承載力，減少地基沉降量，還可用來(lái)提高土坡的抗滑穩(wěn)定性或提高土體的抗剪強(qiáng)度。
5 水泥土攪拌法分為漿液深層攪拌法（簡(jiǎn)稱濕法）和粉體噴攪法（簡(jiǎn)稱干法）。水泥土攪拌法適用于處理正常固結(jié)的淤泥與淤泥質(zhì)土、粘性土、粉土、飽和黃土、素填土以及無(wú)流動(dòng)地下水的飽和松散砂土等地基。不宜用于處理泥炭土、塑性指數(shù)大于25的粘土、地下水具有腐蝕性以及有機(jī)質(zhì)含量較高的地基。若需采用時(shí)必須通過(guò)試驗(yàn)確定其適用性。當(dāng)?shù)鼗奶烊缓啃∮?0%（黃土含水量小于25%）、大于70%或地下水的pH值小于4時(shí)不宜采用于法。連續(xù)搭接的水泥攪拌樁可作為基坑的止水帷幕，受其攪拌能力的限制，該法在地基承載力大于140kPa的粘性土和粉土地基中的應(yīng)用有一定難度。
6 高壓噴射注漿法適用于處理淤泥、淤泥質(zhì)土、粘性土、粉土、砂土、人工填土和碎石土地基。當(dāng)?shù)鼗泻休^多的大粒徑塊石、大量植物根莖或較高的有機(jī)質(zhì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果確定其適用性。對(duì)地下水流速度過(guò)大、噴射漿液無(wú)法在注漿套管周圍凝固等情況不宜采用。高壓旋噴樁的處理深度較大，除地基加固外，也可作為深基坑或大壩的止水帷幕， 目前 最大處理深度已超過(guò)30m。
7 預(yù)壓法適用于處理淤泥、淤泥質(zhì)土、沖填土等飽和粘性土地基。按預(yù)壓方法分為堆載預(yù)壓法及真空預(yù)壓法。堆載預(yù)壓分塑料排水帶或砂井地基堆載預(yù)壓和天然地基堆載預(yù)壓。當(dāng)軟土層厚度小于4m時(shí)，可采用天然地基堆載預(yù)壓法處理，當(dāng)軟土層厚度超過(guò)4m時(shí)，應(yīng)采用塑料排水帶、砂井等豎向排水預(yù)壓法處理。對(duì)真空預(yù)壓工程，必須在地基內(nèi)設(shè)置排水豎井。預(yù)壓法主要用來(lái)解決地基的沉降及穩(wěn)定 問(wèn)題 。
8 夯實(shí)水泥土樁法適用于處理地下水位以上的粉土、素填土、雜填土、粘性土等地基。該法施工周期短、造價(jià)低、施工文明、造價(jià)容易控制，目前在北京、河北等地的舊城區(qū)危改小區(qū)工程中得到不少成功的應(yīng)用。
9 水泥粉煤灰碎石樁（CFG樁）法適用于處理粘性土、粉土、砂土和已自重固結(jié)的素填土等地基。對(duì)淤泥質(zhì)土應(yīng)根據(jù)地區(qū)經(jīng)驗(yàn)或現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定其適用性�；A(chǔ)和樁頂之間需設(shè)置一定厚度的褥墊層，保證樁、同承擔(dān)荷載形成復(fù)合地基。該法適用于條基、獨(dú)立基礎(chǔ)、箱基、筏基，可用來(lái)提高地基承載力和減少變形。對(duì)可液化地基，可采用碎石樁和水泥粉煤灰碎石樁多樁型復(fù)合地基，達(dá)到消除地基土的液化和提高承載力的目的。
10 石灰樁法適用于處理飽和粘性土、淤泥、淤泥質(zhì)土、雜填土和素填土等地基。用于地下水位以上的土層時(shí)，可采取減少生石灰用量和增加摻合料含水量的辦法提高樁身強(qiáng)度。該法不適用于地下水下的砂類土。
11 灰土擠密樁法和土擠密樁法適用于處理地下水位以上的濕陷性黃土、素填土和雜填土等地基，可處理的深度為5～15m。當(dāng)用來(lái)消除地基土的濕陷性時(shí)，宜采用土擠密樁法；當(dāng)用來(lái)提高地基土的承載力或增強(qiáng)其水穩(wěn)定性時(shí)，宜采用灰土擠密樁法；當(dāng)?shù)鼗恋暮看笥?4%、飽和度大于65%時(shí)，不宜采用這種方法�；彝翑D密樁法和土擠密樁法在消除土的濕陷性和減少滲透性方面效果基本相同，土擠密樁法地基的承載力和水穩(wěn)定性不及灰土擠密樁法。
12 柱錘沖擴(kuò)樁法適用于處理雜填土、粉土、粘性土、素填土和黃土等地基，對(duì)地下水位以下的飽和松軟土層，應(yīng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定其適用性。地基處理深度不宜超過(guò)6m。
13 單液硅化法和堿液法適用于處理地下水位以上滲透系數(shù)為0.1～2m／d的濕陷性黃土等地基。在自重濕陷性黃土場(chǎng)地，對(duì)Ⅱ級(jí)濕陷性地基，應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)確定堿液法的適用性。
14在確定地基處理方案時(shí)，宜選取不同的多種方法進(jìn)行比選。對(duì)復(fù)合地基而言，方案選擇是針對(duì)不同土性、設(shè)計(jì)要求的承載力提高幅質(zhì)、選取適宜的成樁工藝和增強(qiáng)體材料。
三、基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)
房屋基礎(chǔ)設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件、建筑體型與功能要求、荷載大小和分布情況、相鄰建筑基礎(chǔ)情況、施工條件和材料供應(yīng)以及地區(qū)抗震烈度等綜合考慮，選擇經(jīng)濟(jì)合理的基礎(chǔ)型式。 砌體結(jié)構(gòu)優(yōu)先采用剛性條形基礎(chǔ)，如灰土條形基礎(chǔ)、Cl5素混凝土條形基礎(chǔ)、毛石混凝土條形基礎(chǔ)和四合土條形基礎(chǔ)等，當(dāng)基礎(chǔ)寬度大于2.5m時(shí)，可采用鋼筋混凝土擴(kuò)展基礎(chǔ)即柔性基礎(chǔ)。
多層內(nèi)框架結(jié)構(gòu)，如地基土較差時(shí)，中柱宜選用柱下鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)，中柱宜用鋼筋混凝土柱。 框架結(jié)構(gòu)、無(wú)地下室、地基較好、荷載較小可采用單獨(dú)柱基，在抗震設(shè)防區(qū)可按《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》第6.1.1l條設(shè)柱基拉梁。 無(wú)地下室、地基較差、荷載較大為增強(qiáng)整體性，減少不均勻沉降，可采用十字交叉梁條形基礎(chǔ)。
如采用上述基礎(chǔ)不能滿足地基基礎(chǔ)強(qiáng)度和變形要求，又不宜采用樁基或人工地基時(shí)，可采用筏板基礎(chǔ)（有梁或無(wú)梁）。 框架結(jié)構(gòu)、有地下室、上部結(jié)構(gòu)對(duì)不均勻沉降要求嚴(yán)、防水要求高、柱網(wǎng)較均勻，可采用箱形基礎(chǔ)；柱網(wǎng)不均勻時(shí)，可采用筏板基礎(chǔ)。 有地下室，無(wú)防水要求，柱網(wǎng)、荷載較均勻、地基較好，可采用獨(dú)立柱基，抗震設(shè)防區(qū)加柱基拉梁。或采用鋼筋混凝土交叉條形基礎(chǔ)或筏板基礎(chǔ)。
筏板基礎(chǔ)上的柱荷載不大、柱網(wǎng)較小且均勻，可采用板式筏形基礎(chǔ)。當(dāng)柱荷載不同、柱距較大時(shí)，宜采用梁板式筏基。 無(wú)論采用何種基礎(chǔ)都要處理好基礎(chǔ)底板與地下室外墻的連結(jié)節(jié)點(diǎn)。 框剪結(jié)構(gòu)無(wú)地下室、地基較好、荷載較均勻，可選用單獨(dú)柱基，墻下條基，抗震設(shè)防地區(qū)柱基下設(shè)拉梁并與墻下條基連結(jié)在一起。
無(wú)地下室，地基較差，荷載較大，柱下可選用交叉條形基礎(chǔ)并與墻下條基連結(jié)在一起，以加強(qiáng)整體性，如還不能滿足地基承載力或變形要求，可采用筏板基礎(chǔ)。剪力墻結(jié)構(gòu)無(wú)地下室或有地下室，無(wú)防水要求，地基較好，宜選用交叉條形基礎(chǔ)。當(dāng)有防水要求時(shí)，可選用筏板基礎(chǔ)或箱形基礎(chǔ)。高層建筑一般都設(shè)有地下室，可采用筏板基礎(chǔ)；如地下室設(shè)置有均勻的鋼筋混凝土隔墻時(shí)，采用箱形基礎(chǔ)。
當(dāng)?shù)鼗^差，為滿足地基強(qiáng)度和沉降要求，可采用樁基或人工處理地基。 多棟高樓與裙房在地基較好（如卵石層等）、沉降差較小、基礎(chǔ)底標(biāo)高相等時(shí)基礎(chǔ)可不分縫（沉降縫）。當(dāng)?shù)鼗话�，通過(guò)計(jì)算或采取措施（如高層設(shè)混凝土樁等）控制高層和裙房間的沉降差，則高層和裙房基礎(chǔ)也可不設(shè)縫，建在同一箋基上。施工時(shí)可設(shè)后澆帶以調(diào)整高層與裙房的初期沉降差。
當(dāng)高層與裙房或地下車庫(kù)基礎(chǔ)為整塊筏板鋼筋混凝土基礎(chǔ)時(shí)，在高層基礎(chǔ)附近的裙房或地下車庫(kù)基礎(chǔ)內(nèi)設(shè)后澆帶，以調(diào)整地基的初期不均勻沉降和混凝土初期收縮。
[地基的處理與設(shè)計(jì)]
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