天然地基可行性及地基均勻性評(píng)價(jià)探討

王建學(xué)

（濱州市建筑工程施工圖審查中心，山東濱州 256600）

隨著我國(guó)建設(shè)項(xiàng)目的逐漸增多，產(chǎn)生的大大小小的勘察單位不計(jì)其數(shù)，但是受市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)影響，巖土工程勘察市場(chǎng)相對(duì)較為混亂，不良競(jìng)爭(zhēng)經(jīng)常出現(xiàn)，勘察單位的技術(shù)水平參差不齊，主要體現(xiàn)在巖土工程勘察報(bào)告整理、統(tǒng)計(jì)、歸納、分析、評(píng)價(jià)等多方面內(nèi)容，尤其是規(guī)范對(duì)相關(guān)內(nèi)容做了具體的要求，并未對(duì)評(píng)價(jià)的依據(jù)予以明確，導(dǎo)致勘察報(bào)告的編制深度要求難以達(dá)到。巖土工程勘察報(bào)告應(yīng)對(duì)地基基礎(chǔ)方案分析評(píng)價(jià)提出安全可靠、技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理的一種或幾種地基基礎(chǔ)方案建議[1]，從常規(guī)的設(shè)計(jì)理念來講，地基基礎(chǔ)方案的選擇一般是首選天然地基，因此天然地基評(píng)價(jià)的內(nèi)容是巖土工程勘察報(bào)告重點(diǎn)之一，對(duì)設(shè)計(jì)采用地基方案具有一定的參考價(jià)值。地基均勻性是規(guī)范強(qiáng)制性條文要求[2]，因此，地基均勻性評(píng)價(jià)是勘察報(bào)告的重點(diǎn)內(nèi)容之一，是從工程地質(zhì)條件考慮受主要土層影響，上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不均勻沉降的可能性，根據(jù)不同的地質(zhì)條件，設(shè)計(jì)單位進(jìn)行地基設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采取相應(yīng)的措施，因此，地基均勻性評(píng)價(jià)結(jié)論是地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)重點(diǎn)關(guān)注的一項(xiàng)內(nèi)容。

1 天然地基可行性的影響因素

天然地基是否可行主要應(yīng)當(dāng)滿足兩方面的要求，即強(qiáng)度要求、變形要求。強(qiáng)度要求主要是指上部荷載產(chǎn)生的基底壓力是否小于天然地基基礎(chǔ)持力層及下臥層對(duì)承載力的要求；變形要求主要是根據(jù)上部結(jié)構(gòu)、地質(zhì)條件判定變形是否滿足建筑正常使用時(shí)的變形限值。因此天然地基可行性的主要影響因素應(yīng)從以下兩個(gè)方面進(jìn)行考慮：

（1）擬建建筑物的荷載、結(jié)構(gòu)類型、基礎(chǔ)形式。擬建建筑物的荷載一般情況下主要有面荷載、線荷載、單柱荷載，其荷載的性質(zhì)主要與建筑物的結(jié)構(gòu)類型有關(guān)。巖土工程詳細(xì)勘察階段，應(yīng)當(dāng)搜集擬建建筑物的荷載、基礎(chǔ)形式，一般情況下是由設(shè)計(jì)單位提供。有時(shí)因項(xiàng)目未進(jìn)行初步勘察或設(shè)計(jì)單位對(duì)當(dāng)?shù)毓こ痰刭|(zhì)條件不了解，其建筑物采用的基礎(chǔ)形式還不能確定，可根據(jù)上部結(jié)構(gòu)類型對(duì)可能采用的基礎(chǔ)形式提供相應(yīng)的荷載估算值，為巖土工程勘察工作量布置、巖土工程評(píng)價(jià)提供依據(jù)。

（2）工程地質(zhì)條件。受工程地質(zhì)條件影響，天然地基評(píng)價(jià)應(yīng)首先根據(jù)基礎(chǔ)埋置深度或結(jié)構(gòu)允許范圍內(nèi)調(diào)整基礎(chǔ)埋置深度是否具有可選擇的基礎(chǔ)持力層。對(duì)于同一建筑物，工程地質(zhì)條件越好、地基承載力越高、地基越均勻，其采用天然地基的可行性就越大。

2 天然地基可行性評(píng)價(jià)方法

天然地基可行性評(píng)價(jià)一般根據(jù)建筑物性質(zhì)、工程地質(zhì)條件可分為定性分析評(píng)價(jià)和定量分析評(píng)價(jià)。

（1）定性分析評(píng)價(jià)。根據(jù)建筑物的上部荷載、工程地質(zhì)條件并結(jié)合當(dāng)?shù)毓こ痰鼗A(chǔ)方案實(shí)際經(jīng)驗(yàn)可以分三種情況進(jìn)行說明，第一，對(duì)于其上部結(jié)構(gòu)荷載較大、天然地基承載力特征值較小明顯不能滿足設(shè)計(jì)要求；第二，上部荷載較小、天然地基承載力特征值較大，明顯可以采用天然地基的情況；第三，對(duì)于軟土地區(qū)或其他特殊性巖土地區(qū)，根據(jù)地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，建筑物會(huì)產(chǎn)生明顯的變形，如上海軟土地區(qū)，勘察報(bào)告對(duì)此可提出建議不采用天然地基的要求。對(duì)于以上三種情況可以進(jìn)行定性分析評(píng)價(jià)即可，避免過于繁瑣臃腫。

（2）定量分析評(píng)價(jià)。定量分析一般是指天然地基的強(qiáng)度計(jì)算，分析地基主要受力層能否滿足上部荷載的強(qiáng)度要求，即是否滿足下式：

但不同地區(qū)或不同單位對(duì)其評(píng)價(jià)的方法或模式有所不同，其目的是基本一致，其計(jì)算方法一般是估算。對(duì)于不同的基礎(chǔ)形式，考慮方法也有所不同，對(duì)于筏板基礎(chǔ)，一般提供的荷載應(yīng)為面荷載，該值即為pk，與修正后的地基承載力特征值fa進(jìn)行對(duì)比即可得出天然地基的可行性。

對(duì)于條形基礎(chǔ)或獨(dú)立基礎(chǔ)提供荷載一般為Fk即單柱荷載或線荷載，需采取相關(guān)措施進(jìn)行基底壓力值換算。主要存在以下幾種考慮方法：

①根據(jù)上部建筑的基礎(chǔ)形式結(jié)合當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)預(yù)估基礎(chǔ)平面尺寸，并根據(jù)下式進(jìn)行估算：

其值與修正后的地基承載力特征值fa進(jìn)行對(duì)比，明確采用天然地基的可行性。

②與第一種方法相比，是屬于公式的一種反算方式，是從設(shè)計(jì)角度反算基礎(chǔ)尺寸的一種計(jì)算方法，即若采用天然地基基礎(chǔ)底面積需滿足：

如若判定的基礎(chǔ)底面積過大，則可判定天然地基不可行。

③以上兩種判別方法，如若相差不大時(shí)，可以考慮根據(jù)建筑物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)建議改變基礎(chǔ)形式采用筏板基礎(chǔ)明確天然地基的可行性，必要時(shí)可提供其他可供選擇的地基處理或樁基礎(chǔ)方案建議。

詳細(xì)勘察階段，基礎(chǔ)形式、尺寸、埋置深度等設(shè)計(jì)參數(shù)均未確定，變形僅可根據(jù)類似工程地區(qū)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行定性判定，對(duì)于變形不能確定是否滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，勘察報(bào)告應(yīng)當(dāng)提供相應(yīng)的變形計(jì)算參數(shù)，經(jīng)設(shè)計(jì)單位計(jì)算后確定是否采用天然地基。

3 地基均勻性及影響因素

地基均勻性評(píng)價(jià)內(nèi)容是強(qiáng)制性條文，必須進(jìn)行相關(guān)內(nèi)容評(píng)價(jià)，但是除了《高層建筑巖土工程勘察技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)地基均勻性評(píng)價(jià)方法提出要求外，其他規(guī)范并未進(jìn)行詳細(xì)的規(guī)定或說明，說明其評(píng)價(jià)的方法并沒有充分的經(jīng)驗(yàn)可以參考，只能依據(jù)理論結(jié)合實(shí)際在工作中不斷總結(jié)，提出合理的判定。

地基均勻性［4］是指考慮可能導(dǎo)致基礎(chǔ)的差異沉降，對(duì)巖土空間分布均勻程度的評(píng)價(jià)。實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)中，大多數(shù)與巖土工程有關(guān)的事故是變形問題，主要包括總沉降、差異沉降、傾斜和局部?jī)A斜變形過大，導(dǎo)致不能滿足建筑物正常使用。因此，地基均勻性評(píng)價(jià)的目的主要是從工程地質(zhì)條件角度考慮由于主要壓縮層范圍內(nèi)土層變形參數(shù)的差異，且不考慮結(jié)構(gòu)調(diào)整、設(shè)計(jì)計(jì)算和施工誤差的影響的條件下，導(dǎo)致建筑物產(chǎn)生不均勻沉降可行性，完全是巖土層分布及性質(zhì)對(duì)建筑物影響的一個(gè)總體評(píng)價(jià)，為地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)的巖土空間分布提供正確的導(dǎo)向，切實(shí)保障地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的安全性及建筑物變形特征在允許范圍內(nèi)。綜合以上論述，影響地基均勻性評(píng)價(jià)的主要因素有以下幾個(gè)方面：

（1）地質(zhì)成因或地貌類型對(duì)地基均勻性評(píng)價(jià)的影響。地質(zhì)成因類型種類繁多，主要有沖積層、洪積層、坡積層、殘積層、湖積層、沼澤相沉積層、海相沉積層等，不同的沉積類型，土層本身的強(qiáng)度、物理力學(xué)性質(zhì)差異較大，尤其是當(dāng)建筑物跨越不同的沉積類型時(shí)，其土層的變化更是極為明顯，呈現(xiàn)出地層強(qiáng)度極其不均勻，容易造成建筑地基的不均勻；另外，還應(yīng)當(dāng)考慮特殊性土、不良地質(zhì)作用等對(duì)地基進(jìn)行評(píng)價(jià)的影響，如膨脹土、鹽漬土、巖溶地區(qū)等。

（2）主要壓縮層厚度差異對(duì)地基均勻性評(píng)價(jià)的影響。即使同一成因類型，成因的時(shí)代或受外力影響的不同造成巖土層地層豎向上的差異，這種豎向上地層差異一般情況下通過詳細(xì)勘察能夠查明，并查明其各地層的物理力學(xué)指標(biāo)的差異，上下土層間的厚度差異、強(qiáng)度差異對(duì)地基變形有較大影響，因此應(yīng)充分考慮這種情況下建筑地基的均勻性。

（3）土層本身對(duì)地基均勻性評(píng)價(jià)的影響。巖土工程勘察報(bào)告編制時(shí)，有時(shí)巖土層的劃分相對(duì)較為粗略，造成物理力學(xué)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)變異系數(shù)過大，或存在透鏡體、夾層、亞層等，說明其土層本身存在一定的不均勻性，也可能會(huì)對(duì)地基均勻性產(chǎn)生影響。

4 地基均勻性評(píng)價(jià)的方法

巖土工程勘察報(bào)告地基均勻性評(píng)價(jià)方法一般是參考高層建筑巖土工程勘察技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)提出的天然地基判定為不均勻性地基的三種方法[5]：

（1）地基持力層跨越不同地貌單元或工程地質(zhì)單元，工程特性差異明顯。

（2）地基持力層雖屬于同一地貌單元或工程地質(zhì)單元，但存在下列情況之一：

①中—高壓縮性地基，持力層底面或相鄰基底高程的坡度大于10%；

②中—高壓縮性地基，持力層及其下臥層在基礎(chǔ)寬度方向上的厚度差值大于0.05b（b為基礎(chǔ)寬度）。

（3）同一高層建筑雖處于同一地貌單元或同一工程地質(zhì)單元，但各處地基土的壓縮性有較大差異時(shí)，可在計(jì)算各鉆孔地基變形深度范圍內(nèi)當(dāng)量模量的基礎(chǔ)上，根據(jù)其最大值與最小值的比值進(jìn)行判定。

針對(duì)以上三種判別方法，談?wù)勛约旱囊稽c(diǎn)看法：

（1）第一條地基持力層跨越不同的地貌單元或地質(zhì)單元，其各土層的物理力學(xué)指標(biāo)差異一般情況下是相差較大的，應(yīng)判定為不均勻地基，對(duì)此爭(zhēng)議不大，如：半填半挖地基、土巖組合地基等。

（2）第二條主要是從同一成因類型或工程地質(zhì)單元情況下的判定標(biāo)準(zhǔn)，這里持力層概念相對(duì)較為有爭(zhēng)議，持力層是直接承受基礎(chǔ)荷載的有一定厚度的巖土層，下臥層是位于持力層以下，并處于壓縮層或可能被剪損深度內(nèi)的各層地基土。有時(shí)基礎(chǔ)底面下僅有10～30cm，把其看作是基礎(chǔ)持力層有所欠妥，應(yīng)把其下一土層合并作為基礎(chǔ)持力層，防止概念錯(cuò)誤導(dǎo)致地基均勻性評(píng)價(jià)不合理。持力層或相鄰基底高程的坡度大于10%，其一般情況下是屬于山坡地基或局部的微地貌變化，其基礎(chǔ)底面標(biāo)高存在一定的高差，高差過大（超過10%）時(shí)，類似于半填半挖地基，應(yīng)判定為不均勻地基；關(guān)于基礎(chǔ)寬度方向上的厚度差值大于0.05b（b為基礎(chǔ)寬度），對(duì)于基礎(chǔ)底面標(biāo)高一致時(shí)，持力層底面的坡度可等同于5%，較大于10%更為嚴(yán)格?？辈祀A段，地基均勻性評(píng)價(jià)只能依據(jù)鉆孔地層數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)價(jià)，其鉆孔間的地層厚度變化可以推測(cè)確定，但其基礎(chǔ)寬度方向上的厚度差值難以確定，故本條僅可通過工程地質(zhì)剖面圖確定基礎(chǔ)持力層或下臥層坡度進(jìn)行確定地基均勻性。

（3）第三條是一種模擬沉降計(jì)算的一種定量分析方法，但其前提條件基礎(chǔ)尺寸、附加應(yīng)力系數(shù)取值的取值方法都是未知，同樣進(jìn)一步實(shí)際壓力段的壓縮模量取值難度更大，難以實(shí)現(xiàn)。

5 對(duì)地基均勻性評(píng)價(jià)的幾點(diǎn)其他建議

（1）土質(zhì)本身造成的地基不均勻，其地層劃分有時(shí)過于粗略，此時(shí)的土層本身的物理力學(xué)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)變異系數(shù)過大，可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判定為不均勻地基。

（2）有時(shí)因地層劃分較薄，或者雖然上下土層的巖土定名不一致，但其物理力學(xué)指標(biāo)相差不大，對(duì)建筑物變形計(jì)算差異不大，可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判定為均勻地基。

（3）工程地質(zhì)條件有時(shí)存在亞層或透鏡體，主要是指與主要土層相比較屬于相對(duì)軟弱層或硬層時(shí)，亦有可能產(chǎn)生不均勻沉降，可判定為不均勻地基。

（4）處理后的地基應(yīng)進(jìn)行地基承載力和變形評(píng)價(jià)、處理范圍和有效加固深度內(nèi)地基均勻性評(píng)價(jià)[6]。其主要是驗(yàn)收檢驗(yàn)的基本要求，采用地基處理時(shí)，處理結(jié)果的好壞無法在勘察階段完成，因此，勘察報(bào)告可對(duì)處理后的地基檢測(cè)成果進(jìn)行地基均勻性評(píng)價(jià)提出建議。對(duì)于樁土復(fù)合地基，由于處理深度內(nèi)的壓縮模量與天然地基承載力和處理后復(fù)合地基承載力特征值具有一定的關(guān)系，在保證施工質(zhì)量的前提下，亦可參照天然地基均勻性評(píng)價(jià)方法執(zhí)行。

（5）樁基的地基均勻性評(píng)價(jià)，樁基礎(chǔ)的沉降主要是樁端以下壓縮層，樁端持力層選擇時(shí)應(yīng)選擇強(qiáng)度高、厚度大的巖土層，因此，一般情況下，樁基礎(chǔ)的地基均勻性評(píng)價(jià)可判定為均勻地基；但受工程地質(zhì)條件影響，不排除樁端持力層選擇差異較大的不同土層或持力層地層坡度過大，此時(shí)，應(yīng)對(duì)樁端下土層結(jié)合天然地基評(píng)價(jià)方法對(duì)地基均勻性做出明確判斷。

（6）地基均勻性評(píng)價(jià)的范圍主要包括平面范圍及深度范圍，平面范圍主要是建筑物外輪廓線范圍內(nèi)；根據(jù)建筑物的變形計(jì)算要求，深度范圍主要是指基礎(chǔ)壓縮層范圍內(nèi)的主要土層，即基礎(chǔ)底面以下或樁端以下，對(duì)中低壓縮性土可取附加壓力等于上覆有效自重應(yīng)力20%的深度，對(duì)于高壓縮性土可取附加壓力等于上覆有效自重應(yīng)力10%的深度。其勘察階段僅僅是估算，能夠滿足評(píng)價(jià)要求即可。

6 結(jié)語

（1）天然地基評(píng)價(jià)的根本目的是根據(jù)工程地質(zhì)條件、設(shè)計(jì)提供的上部荷載對(duì)建筑物采用天然地基的可行性提出明確的結(jié)論，并對(duì)天然地基基礎(chǔ)持力層、基礎(chǔ)形式、埋置深度等提出建議。更好地為建筑物基礎(chǔ)方案對(duì)比提出可靠的依據(jù)。

（2）地基均勻性評(píng)價(jià)是勘察報(bào)告的重要內(nèi)容之一，其評(píng)價(jià)方法相對(duì)較為單一，不可過于死搬硬套，且相關(guān)要素不清，無法進(jìn)行精確定量分析評(píng)價(jià)，目前主要是考慮地質(zhì)成因、巖土層構(gòu)造、巖土本身物理力學(xué)指標(biāo)等做定性判定即可，且判定的標(biāo)準(zhǔn)需不斷進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，提出更為合理的判別方法。