淺談水運工程地基均勻性評價

Discussion on the Evaluation of Foundation Homogeneity for the Marine Traffic Engineering

胡建華,趙小波,李書輪HU Jianhua, ZHAO Xiaobo, LI Shulun（中交第二航務工程勘察設計院有限公司，湖北武漢430071）

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淺談水運工程地基均勻性評價

Discussion on the Evaluation of Foundation Homogeneity for the Marine Traffic Engineering

胡建華,趙小波,李書輪
HU Jianhua, ZHAO Xiaobo, LI Shulun
（中交第二航務工程勘察設計院有限公司，湖北武漢430071）

摘 要：通過對建筑規(guī)范地基均勻性評價的方法及工程案例的分析，擬定了水運工程地基均勻性評價的思路，初步提出了一般水運工程各階段地基均勻性評價的要點。這對水運巖土工程勘察地基均勻性評價的規(guī)范性開展有一定的推動作用。

關鍵詞：水運工程；地基均勻性；評價方法

1 概 述

地基均勻性是衡量建筑物基礎荷載影響深度范圍內的地基層綜合變形特征差異程度的特征指標。其評價的實質是為了判斷由于地基客觀存在的變形差異引起的建筑物不均勻沉降，是否導致建筑結構變形過大、建筑傾斜，甚至出現(xiàn)地基失穩(wěn)的可能性而進行的地基變形差異性分類評價。

地基均勻性對建構筑物變形差異的影響一方面與地基介質組成的均一性和巖土層分布厚度，以及巖土層組合特征情況的變化密切相關，另一方面又與建筑物基礎型式及荷載大小有關。故建筑地基均勻性評價一般結合建筑物地基設計等級要求與地基不均勻影響程度，對地基均勻性按均勻或不均勻進行基本特征分類，便于在地基基礎設計過程中區(qū)別對上部建筑沉降影響明顯的復雜地基，提醒建設在不均勻地基上的建（構）筑物，尤其是對不均勻沉降較敏感的建（構）筑物應加強地基基礎結構的變形控制設計。

2 地基均勻性評價的方法

《巖土工程勘察規(guī)范（GB 50021—2001）》（2009版）中對地基的復雜程度劃分為一級、二級、三級，地基均勻性是重要劃分條件之一，分別對應很復雜地基、中等復雜地基、簡單地基，但并沒有給出地基均勻性評價方法和標準［1］。

《建筑地基基礎設計規(guī)程（GB 50007—2011）》中對地基基礎設計等級劃分為甲級、乙級、丙級，地基復雜性是重要的劃分條件之一，如場地和地基條件復雜的一般建筑物地基亦定為設計等級要求最高的甲級。規(guī)范要求對地基設計等級為甲級、乙級的建筑物應按地基變形控制進行設計，對部分丙級建筑物可不進行地基變形計算；可不進行地基變形計算的丙級建筑物按建筑結構類型與地基承載力對應土層坡度要求不大于5%或10%［2］。地基均勻性雖與建筑物地基基礎設計要求存在較密切的關系，但該規(guī)范對地基均勻性究竟如何進行判定也沒有明確標準。

《高層建筑巖土工程勘察規(guī)范（JGJ 72—2004）》要求對不均勻地基，在巖土工程分析時應進行沉降和差異沉降及傾斜等特征的分析評價，提出相應的工程建議。同時明確提出了地基均勻性評價的標準，符合下列標準之一的地基，即可判定為不均勻地基［3］。

1）地基持力層跨越不同地貌單元或工程地質單元層，工程特性差異顯著；

2）中—高壓縮性地基，持力層底面或相鄰基礎底標高的坡度大于10%；

3）中—高壓縮性地基，持力層及其下臥層在基礎寬度方向上的厚度差大于基礎寬度的5%；

4）建筑物基礎荷載影響范圍內壓縮層可壓縮性存在差異時，可計算代表性鉆孔壓縮模量當量值，取最大值與最小值的比值為地基不均勻系數(shù)，大于地基不均勻系數(shù)界限值時，按不均勻地基考慮。地基的不均勻系數(shù)見表1。

表1 地基不均勻系數(shù)界限值

《高層建筑巖土工程勘察規(guī)范（JGJ 72—2004）》地基均勻性評價要求雖僅限于高層建筑的評價，實際與《建筑地基基礎規(guī)范（GB 50007—2011）》規(guī)定甲級、乙級地基基礎設計等級需進行沉降計算，對部分丙級建筑可不進行沉降驗算的條件具有高度相似性及重合點。兩者結合就是一般巖土工程勘察地基均勻性評價的基本方法。

3 地基均勻性評價案例

3.1 淺基礎方案的地基均勻性評價案例

某港口陸域7層辦公樓建筑巖土勘察場地地層條件見表2；基礎擬采用條形基礎，以①粉質黏土為基礎地基持力層，建筑地基基礎設計等級暫定為丙級。

表2 某港口辦公樓場地鉆孔地層表

按條形基礎影響深度3b考慮，該地基的均勻性可主要考慮持力層①粉質黏土的厚度差率或坡度進行分析。場地①粉質黏土層屬于中等壓縮性地層，建筑物長度方向ZK1—ZK2的坡度約3.3%，ZK3—ZK4的坡度約8.7%；寬度方向ZK1—ZK3的坡度約5%，ZK2—ZK4的坡度約8%。

按《高層建筑巖土工程勘察規(guī)范（JGJ 72— 2014）》地基均勻性的判斷標準，該場地在基礎寬度方向的主要持力層地層坡度變化超過了5%，故可判定為不均勻地基，宜加強地基變形驗算［3］。

若參考《建筑地基基礎設計規(guī)程（GB 50007—2011）》丙級建筑可不進行地基變形驗算的地基分類條件，該地基承載力160 kP≤fak＜200 kPa，對應6層以下的建筑，地層坡度小于10%時，可不需要進行變形驗算；但該建筑為7層超出了上述條件，故需要進行變形驗算，該地基應視為不均勻地基使用，同時建議該地基基礎設計時應加強地基沉降驗算，適當加強基礎結構剛度［2］。

3.2 鉆孔壓縮模量當量值地基均勻性評價案例

某公司新建科研大樓20層，裙樓4層，統(tǒng)一設2層地下室，擬采用箱型基礎，基底埋深8 m，基礎以下鉆孔地層分布見表3。地基采用箱基礎按地基影響深度1b考慮，則地基壓縮層影響深度大于30 m，底部基巖視為不可壓縮層，則地基壓縮層為基礎底板以下的全部土層。壓縮模量當量計算簡化為厚度加權平均模量值及地基均勻性評價結果見表3。

另在壟崗區(qū)、山前坡地等地貌區(qū)，經(jīng)常會遇到半巖半土的建筑地基場地，由于巖石壓縮性極低或不可壓縮，而土類在附加荷載作用下多少會發(fā)生一定的壓縮變形。故同一單元結構的建筑地基基礎同時置于這兩類地基之上時，發(fā)生建筑結構變形開裂的例子甚多。這正是由于地基的不均勻或地基工程性質差異顯著，而地基基礎結構設計又未能重視時可能造成的不良工程后果。類似場地地基不均勻工程特點明顯，但在巖土工程地基均勻性評價時仍應明確提出，以提醒設計人員從地基基礎變形控制設計和結構剛度設計兩方面控制地基不均勻沉降，以保證結構穩(wěn)定安全。

表3 某科研大樓場地鉆孔地層表厚度：m

4 水運工程地基均勻性評價

4.1 水運工程地基變形計算要求

重力式碼頭、樁基礎碼頭、防波堤、擋墻，以及港區(qū)道路、軌道、堆場和陸域建筑物等臨水建構筑物建設場地，常為中—高壓縮性建筑地基場地。建筑在該類地基上的水工結構物因各種靜力荷載、軌道荷載的作用會引起不同程度的地基沉降，故《港口工程地基規(guī)范（JTS 147—1—2010）》對建設在中～高壓縮性地基上的各種水工結構物基本要求進行地基沉降計算［4］。地基沉降計算的目的是為了確定和預估水工建構筑物可能出現(xiàn)的最終沉降量、沉降差和傾斜情況，據(jù)以采取合理的工程措施。當?shù)鼗两祷虿町惓两涤嬎阒荡笥谙拗禃r，可從結構構造措施、施工措施、地基處理，或考慮地基基礎與上部結構的共同作用采取地基處理與結構措施相結合的方法，以適應或減小地基沉降與差異沉降，滿足水工結構物的正常使用功能狀態(tài)。

另外，對不均勻沉降較敏感的水工結構除進行最終沉降量的計算外，一般還要求進行差異沉降的驗算。這主要考慮地基不均勻性，以及部分水工結構荷載分布本身也存在分布不均勻的情況。如重力式碼頭前后荷載作用常會很不相同且長度方向也會常有不同，均會引起不同的地基沉降；若地基前后、長度方向的壓縮層厚度，或土層的工程性質同時存在較大差異，則更可能會加劇碼頭地基的不均勻沉降，造成碼頭傾斜或長度方向結構變形應力過大產(chǎn)生結構裂縫的情況。故重力式碼頭結構常要求據(jù)碼頭荷載分布情況、地基分布條件進行多各斷面的合理選擇進行地基沉降及差異沉降的計算，以預估碼頭可能的變形情況。

4.2 水運工程地基均勻性評價思路

雖然水工建（構）筑物變形控制多采用最終沉降量容許值進行限制，但地基差異沉降的不利影響不應忽視。尤其是明顯不均勻地基可能帶來的復雜巖土工程問題，更應引起工程設計的高度注意，加強沉降控制設計，避免差異沉降過大影響工程正常使用。故在水運工程勘察巖土工程評價中，也宜加強地基均勻性評價，區(qū)分對工程沉降影響較大的地基類型，為工程設計提出相對明確的巖土工程建議。參考建筑工程地基均勻性評價的思路，結合建筑工程地基均勻性評價標準，水運工程地基均勻性評價也可從：同一結構單元地基地貌條件變化，不同工程地質單元層工程特性差異的變化，中—高壓縮性地基層厚度或坡度的變化，以及綜合地基層變形特征的差異程度，來進行評價。

4.3 水運工程地基均勻性評價要點

結合建筑地基均勻性評價標準及水運工程的特點，初步提出水運工程地基均勻性評價的建議如下：

1）通過工程地質調查，結合勘探資料及主要水工建筑物布置，從地貌特征、主要地基層的工程特性、分布趨勢等進行定性評價。當主要水工結構物地基持力層明顯跨越不同地貌單元或工程地質單元層，且工程特性差異較明顯時，可判定為不均勻地基。

2）當主要水工結構物長寬方向主要地基層的坡度變化，對于中—高壓縮地基層，坡度大于10%時，宜判定為不均勻地基。

3）當主要水工結構物荷載影響范圍內壓縮層

可壓縮性存在差異時，必要時也可通過地基范圍內的鉆孔壓縮模量當量值進行地基均勻性評價，評價標準建議采用表1的限值標準。

5 結 語

地基均勻性是影響建（構）筑物結構不均勻沉降變形的重要因素，是地基基礎設計的重要地質分析評價參考指標，也是巖土工程勘察地基分析評價的重要內容。當?shù)鼗鶠椴痪鶆虻鼗鶗r，宜結合建（構）筑物結構特點提出應對不均勻地基的合理工程措施建議，提醒加強結構變形控制設計，確保復雜地基上的建（構）筑物工程安全。水運巖土工程勘察也宜加強地基均勻性評價，當?shù)鼗鶠椴痪鶆虻鼗鶗r，亦要提出水工結構物應對不均勻地基沉降的合理措施與建議。

參考文獻

［1］中華人民共和國建設部，中華人民共和國國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局.GB 50021—2001巖土工程勘察規(guī)范［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2009.

［2］中華人民共和國建設部，中華人民共和國國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局.GB 50007—2011建筑地基基礎設計規(guī)程［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011.

［3］中華人民共和國建設部.JGJ 72—2004高層建筑巖土工程勘察規(guī)程［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2004.

［4］中交天津港灣工程研究院有限公司.JTS 147—1—2010港口工程地基規(guī)范［S］.北京：人民交通出版社，2004.

中圖分類號：U6

文獻標志碼：B

文章編號：1008-3707（2016）02-0019-03

收稿日期：2015-10-16

作者簡介：胡建華（1982—），男，湖北武漢人，工程師，從事巖土工程及地質勘察工作。