論建筑地基基礎(chǔ)處理

吳素蘭

[摘要] 隨著我國(guó)社會(huì)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，我們?cè)絹?lái)越重視建筑地基基礎(chǔ)的處理工作。本文主要探討建筑地基基礎(chǔ)的處理。

[關(guān)鍵詞]建筑 地基 基礎(chǔ) 處理 工程

引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的迅猛發(fā)展，城市建設(shè)日益增多，對(duì)地基與基礎(chǔ)施工的重要性，也日益受到各方的重視和關(guān)注，要求必須科學(xué)地進(jìn)行施工，制訂有效的保證質(zhì)量和安全措施，按工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范要求認(rèn)真的進(jìn)行施工，以確保優(yōu)質(zhì)、安全、高速、低耗、高效益地順利完成工程施工任務(wù)。

1、地基和基礎(chǔ)的概念

1.1基礎(chǔ)指建筑底部與地基接觸的承重構(gòu)件，它的作用是把建筑上部的荷載傳給地基。因此地基必須堅(jiān)固、穩(wěn)定而可靠。

1.2基礎(chǔ)下面承受建筑物全部荷載的土體或巖體稱(chēng)為地基。地基不屬于建筑的組成部分，但它對(duì)保證建筑物的堅(jiān)固耐久具有非常重要的作用。是地球的一部分。承受建筑物基礎(chǔ)所傳遞的上部結(jié)構(gòu)荷載的土層（或巖層）。地基就其受力情況而言，在建筑物基礎(chǔ)荷載作用影響范圍內(nèi)的部分，稱(chēng)為持力層；在持力層以下的部分，稱(chēng)為下臥層。

1.3地基有天然地基和人工地基兩類(lèi)：天然地基。具有足夠的承載能力，在荷載作用下的壓縮變形不超過(guò)允許范圍，可以支承建筑物基礎(chǔ)的天然土（巖）層。凡能保證地基穩(wěn)定的巖石、碎石土、砂土、粘性土等都可作為天然地基。設(shè)計(jì)時(shí)要充分掌握地基土（巖）層的壓縮和沉降、抗剪和滑坡、土中含水量等因素，以保證地基安全可靠。人工地基。不具有充分承載能力的淤泥、淤泥質(zhì)土、沖填土、雜填土或其他高壓縮性的軟弱土層經(jīng)過(guò)人工加固處理而成的建筑物地基。設(shè)計(jì)時(shí)既要注意分析和合理利用基土的持力層，又要正確選擇加固處理措施。

2、地基設(shè)計(jì)中的沉降計(jì)算

2.1有關(guān)計(jì)算參數(shù)的確定

在進(jìn)行地基設(shè)計(jì)之前，先通過(guò)勘探和原位試驗(yàn)（如荷載試驗(yàn)，旁壓試驗(yàn)）或室內(nèi)壓縮試驗(yàn)，測(cè)定有關(guān)計(jì)算沉降的土工參數(shù)。試樣無(wú)側(cè)向變形的壓縮試驗(yàn)結(jié)果，可用壓縮曲線或稱(chēng)ｅ－ｐ（ｅ～ｌｏｇｐ）曲線表示，并得出反映土壓縮性高低的兩個(gè)指標(biāo)（壓縮系數(shù)ａｖ、壓縮指數(shù)Ｃ），同時(shí)為了研究土的回脹特性，亦可進(jìn)行減壓試驗(yàn)，得出土的回彈、再壓曲線。=

ａｖ＝（ｅ1－ｅ2）／（ｐ2－ｐ1）＝－Δｅ／ΔｐＣｃ＝（ｅ1－ｅ2）／（ｌｏｇｐ2－ｌｏｇｐ1）＝－Δｅ／ｌｏｇ（ｐ2／ｐ1）=

壓縮系數(shù)不是常量，它隨壓力增量的增大而減小。在我國(guó)《工業(yè)民用建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》按ａ1－2值的大?。矗?＝100ＫＰａ，Ｐ2＝200ＫＰａ），劃分土的壓縮性。而壓縮指數(shù)在較高的壓力范圍內(nèi)基本為常量。通過(guò)兩種圖示曲線可以算出：

ａｖ＝0.435／ｐ·Ｃｃ為所研究壓力范圍內(nèi)的平均壓力2.2不同固結(jié)條件下的沉降計(jì)算

如前所述目前工程中廣泛采用的分層總和法，該法按照壓縮曲線所取坐標(biāo)的不同，又可分為ｅ－ｐ曲線法和ｅ－ｌｏｇｐ曲線法。

在進(jìn)行地基沉降計(jì)算時(shí)，先要確定地基的沉降深度（即壓縮層的界定），對(duì)于天然沉積的土層，土體本身已在自重作用下壓縮穩(wěn)定，所以地基中的初始應(yīng)力δＺ隨深度的分布即為土的自重應(yīng)力分布。而地基土的壓縮變形是由外界壓力（沉降計(jì)算壓力）在地基中引起的附加應(yīng)力δＳ產(chǎn)生的，在理論上附加應(yīng)力可深達(dá)無(wú)窮遠(yuǎn)。但目前在水利工程中通常按豎向附加應(yīng)力δＺ與自重應(yīng)力δＳ之比確定地基沉降計(jì)算深度，對(duì)一般性粘土取δＺ＝0.2δＳ，對(duì)軟粘土取δＺ＝0.1δＳ。

ｅ-ｐ曲線法

計(jì)算公式為第ｉ分層的壓縮量

Ｓｉ＝（ｅ1ｉ－ｅ2ｉ）／（1＋ｅ1ｉ）·Ｈｉ（1－1）Ｈｉ--第ｉ分層的厚度

地基的最終沉降量（1－2）

有時(shí)勘測(cè)單位提供的不是壓縮曲線，而是其他壓縮性指標(biāo)，可換算為：

Ｓｉ＝ａｖ／（1＋ｅ1）·ΔＰ·Ｈｉ＝ｍｖ·ΔＰ·Ｈｉ＝1／Ｅｓ·ΔＰ·Ｈｉ

ΔＰ--壓力增量

ｍｖ--土的體積壓縮系數(shù)

ａｖ--土的壓縮系數(shù)

Ｅｓ--土的壓縮模量

在計(jì)算過(guò)程中應(yīng)注意首先要根據(jù)建筑物基礎(chǔ)的尺寸，判別在計(jì)算基底壓力和地基中附加應(yīng)力時(shí)是屬于空間問(wèn)題還是平面問(wèn)題，再按荷載性質(zhì)求出基底壓力Ｐ的大小和分布。應(yīng)當(dāng)注意，當(dāng)基礎(chǔ)有埋置深度Ｄｆ時(shí)，應(yīng)當(dāng)采用基底凈壓力Ｐｎ＝Ｐ－ｒ·Ｄｆ，然后求出計(jì)算點(diǎn)垂線上各分層的豎向附加應(yīng)力δＺ，并繪出它的分布曲線，按算術(shù)平均計(jì)算出各分層的平均自重應(yīng)力δｓｉ和平均附加應(yīng)力δｚｉ進(jìn)行累加，在ｅ－ｐ曲線中查出相應(yīng)的初始孔隙比ｅ1ｉ和壓縮穩(wěn)定后孔隙比ｅ2ｉ，從而計(jì)算出各分層壓縮量（式1－1），并進(jìn)行累加后得出地基的最終沉降量（式1－2），必須注意自重應(yīng)力δＳ應(yīng)從原地面高程算起，附加應(yīng)力δＺ應(yīng)從基底高程算起，同時(shí)在三維變形狀態(tài)下，斯肯普登--貝倫建議將沉降值Ｓ乘以一個(gè)系數(shù)Ｃｐ，即修正固結(jié)沉降Ｓ＝Ｃｐ·Ｓ，根據(jù)我國(guó)《工業(yè)民用建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，計(jì)算所得的沉降值Ｓ應(yīng)乘以一個(gè)沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)Ｍｓ，這樣才能較準(zhǔn)確估算地基沉降量（ＭＳ＝1.3～0.2，其具體數(shù)值視土的壓縮模具Ｅｓ的不同范圍參見(jiàn)規(guī)范說(shuō)明），一般來(lái)講軟粘土地基的Ｓ計(jì)算值偏小，而硬粘土的Ｓ計(jì)算值又偏大較多。

ｅ-ｌｏｇｐ曲線法

按ｅ-ｌｏｇｐ曲線法來(lái)計(jì)算地基的沉降與ｅ－ｐ曲線一樣，每一分層壓縮量計(jì)算公式仍為Ｓ＝（ｅ1－ｅ2）／（1＋ｅ1）·Ｈ，與前述利用ｅ－ｐ曲線或壓縮系數(shù)ａｖ計(jì)算的方法步驟基本相同，所不同的只是選用壓縮性指標(biāo)和確定初始及最終孔隙比的手段不同，須由現(xiàn)場(chǎng)壓縮曲線求得。經(jīng)推導(dǎo)可得出用ｅ-ｌｏｇｐ曲線或壓縮指數(shù)Ｃｖ的沉降計(jì)算公式為：

Ｓ＝Ｈ·ＣＣ／（1＋Ｅ0）·ｌｏｇ（ｐ0＋Δｐ）／ｐ0（2－1）

由于土的應(yīng)力歷史對(duì)土的壓縮性能有較大影響，應(yīng)先推估土的受荷歷史和計(jì)算未來(lái)在建筑物荷載作用下，土可能產(chǎn)生的新的壓縮變形。必須確定先期固結(jié)應(yīng)力Ｐｃ，根據(jù)卡薩格蘭德提出的依據(jù)室內(nèi)壓縮曲線特征的經(jīng)驗(yàn)圖解法，可在ｅ－ｌｏｇｐ曲線上圖解得出先期固結(jié)壓力Ｐｃ，根據(jù)反映土體固結(jié)程度的超固結(jié)比ＯＣＲ＝ｐｃ／ｐ0（Ｐ0為現(xiàn)有有效應(yīng)力），當(dāng)ＯＣＲ＝1時(shí)，為正常固結(jié)土，ＯＣＲ＞1時(shí)，為超固結(jié)土；由于土在鉆探、取樣、運(yùn)輸、制備土樣和試驗(yàn)過(guò)程中或多或少地會(huì)受到擾動(dòng)，擾動(dòng)愈大，曲線的位置就愈低，所以室內(nèi)壓縮試驗(yàn)成果不能反映現(xiàn)場(chǎng)條件下土的壓縮性能，還須對(duì)室內(nèi)壓縮試驗(yàn)所得ｅ－ｌｏｇｐ曲線加以修正為現(xiàn)場(chǎng)壓縮曲線。 確定了土的固結(jié)性質(zhì)，并分別確定正常固結(jié)土和超固結(jié)土的現(xiàn)場(chǎng)壓縮曲線，這里僅示出推求結(jié)果。經(jīng)過(guò)大量研究者的證實(shí)，無(wú)論土受何等程度的擾動(dòng)，在室內(nèi)進(jìn)行壓縮試驗(yàn)時(shí)，所得的多條ｅ－ｌｏｇｐ曲線在0.42ｅ0處附近都趨于一點(diǎn)，由此推算土的現(xiàn)場(chǎng)壓縮曲線勢(shì)必也通過(guò)該點(diǎn)。同時(shí)假定試樣的孔隙比還能保持現(xiàn)場(chǎng)原位條件下的數(shù)值ｅ0。另外在超固結(jié)土中由室內(nèi)的回彈再壓曲線可知在曲線中存在一個(gè)滯后環(huán)，其斜率應(yīng)為超固結(jié)土的超固結(jié)段壓縮量的膨脹指數(shù)Ｃｓ，超固結(jié)土在壓縮應(yīng)力ΔＰ作用下的壓縮量就由超固結(jié)段的壓縮量Ｓ1和正常固結(jié)段的壓縮量Ｓ2兩部分總和而成。其計(jì)算公式為：

Ｓｉ＝Ｓ1＋Ｓ2＝Ｈｉ／（1＋ｅ0）·（Ｃｓ·ｌｏｇｐｃ／ｐ0＋Ｃｃ·ｌｏｇ（ｐ0＋Δｐ）／ｐｃ）（2－2）

當(dāng)Δｐ較小，ｐ0＋Δｐ＜ｐｃ（先期固結(jié)壓力）時(shí)，則土始終處于超固結(jié)狀態(tài)，此時(shí)土層的壓縮量計(jì)算公式簡(jiǎn)化為

ＳＩ＝Ｈｉ／（1＋ｅ0）·（Ｃｓ·ｌｏｇ（ｐ0＋Δｐ）／ｐｃ）（2－3）

關(guān)于初始沉降（瞬間沉降）及次固結(jié)沉降的計(jì)算

對(duì)于普通粘性土，固結(jié)沉降是其基礎(chǔ)沉降的一個(gè)主要部分，它對(duì)基礎(chǔ)寬大、而壓縮土層較薄，排水條件又較符合假定時(shí)較為適用。但是實(shí)際地基的地質(zhì)條件往往較為復(fù)雜，有時(shí)可壓縮的軟土層分布較厚或土層分布不均，基底面又不是排水面，對(duì)較軟的粘性（亞粘性）土來(lái)說(shuō)，次固結(jié)沉降在總沉降中占有一定比例，這時(shí)初始沉降就不可忽視；又如砂性較重的地基，由于固結(jié)排水速率很快，初始沉降與固結(jié)沉降這兩部分已融合一起難以區(qū)分，這些都必須計(jì)算初始沉降或次固結(jié)沉降。下面給出有關(guān)計(jì)算公式：

①初始沉降

Ｓｄ＝Ｐ·Ｂ·（1－ｕ2）／ＥＩ＝3／4·Ｐ·Ｂ·Ｉ／Ｅ（3－1）

Ｐ--基底壓力

Ｂ--基礎(chǔ)寬度

ｅ0--初始孔隙比

ｕ--土的泊松比

對(duì)飽和粘土ｕ＝0.5

Ｉ--影響系數(shù)，取決于基礎(chǔ)形狀和所研究點(diǎn)的位置。Ｅ--土的不排水變形模量（彈性模量，可用三軸或單軸不排水試驗(yàn)求得）或采用旁壓儀在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得。

②次固結(jié)沉降

Ｓｔ＝Ｈ／（1＋ｅ0）·Ｃａ·ｌｏｇ（ｔ2／ｔ1）（3－2）ｔ1--次固結(jié)的起始時(shí)間

ｔ2--建筑物使用年限

Ｃａ--次固結(jié)系數(shù)，可用主固結(jié)和次固結(jié)引起的孔隙比與時(shí)間半對(duì)數(shù)關(guān)系曲線（ｅ－ｌｇｔ）求得。

當(dāng)Ｃａ＜0.03時(shí)，粘性土的次固結(jié)沉降可以忽略。

此外除了上述兩種計(jì)算方法外，還有通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)?zāi)M現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)力路徑，再量取土樣的垂直變形的應(yīng)力路徑法等。

當(dāng)然在工程設(shè)計(jì)中，有時(shí)我們不但需要預(yù)估建筑物基礎(chǔ)可能產(chǎn)生的最終沉降量或沉降差，而且還常常需要預(yù)估基礎(chǔ)達(dá)到最終沉降量所需的時(shí)間或者預(yù)估建筑物完工以后經(jīng)過(guò)某一段時(shí)間可能產(chǎn)生的沉降量，即基礎(chǔ)的沉降量與時(shí)間關(guān)系的問(wèn)題，目前多以飽和土體單向固結(jié)理論（一維固結(jié)理論）為基礎(chǔ)進(jìn)行求解（當(dāng)然還有二維、三維固結(jié)理論，分別用于解決土壩和砂井、塑管排水法加固地基問(wèn)題），這里就不再一一敘述。

3、地基處理的目的及意義

建筑物的地基所面臨的問(wèn)題有以下四方面：a強(qiáng)度及穩(wěn)定性問(wèn)題．b壓縮及不均勻沉降問(wèn)題；c滲漏問(wèn)題；d液化問(wèn)題。當(dāng)建筑物的天然地基存在上述四類(lèi)問(wèn)題之一或幾個(gè)時(shí)，即須采用地基處理措施以保證建筑物的安全與正常使用。我國(guó)地域遼闊，從沿海到內(nèi)地，由山區(qū)到平原，分布著多種多樣的地基土，其抗剪強(qiáng)度、壓縮性以及透水睦等因土的種類(lèi)不同而可能有很大的差別，地基條件區(qū)域眭較強(qiáng)。因而崩齷叁基礎(chǔ)這門(mén)學(xué)讎特別復(fù)雜。隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，不僅事先要選擇在地質(zhì)條件良好的場(chǎng)地上從事建設(shè)，而有時(shí)也不得不在地質(zhì)條件不良的地基上進(jìn)行修建；另外，隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異，結(jié)構(gòu)物的荷載目益增大，對(duì)變形的要求也越來(lái)越嚴(yán)，因而原來(lái)—般可評(píng)價(jià)為良好的地基，也可能在一定條件下，非進(jìn)行地基處理不可。所以不僅要針對(duì)不同的地質(zhì)條件、不同的結(jié)構(gòu)物選定合適的基礎(chǔ)形式、尺寸和布置方案，而且要善于選取最恰當(dāng)?shù)牡鼗幚矸椒?。利用換填、夯實(shí)、擠密、排水、膠結(jié)、加筋和熱學(xué)等方法對(duì)地基土進(jìn)行加固，用以改良地基土的工程特性。

結(jié)束語(yǔ)

隨著社會(huì)不斷的發(fā)展，地基基礎(chǔ)工程建設(shè)也越來(lái)越受到重視。沒(méi)有地基就不可能有高樓大廈。地基基礎(chǔ)工程作為建設(shè)工程的核心組成部分，是整個(gè)建筑工程的基礎(chǔ)，它的質(zhì)量好壞直接影響到整個(gè)工程的大局，其內(nèi)涵是滿足國(guó)家現(xiàn)行的有關(guān)地基基礎(chǔ)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)文件及工程合同中對(duì)安全、使用等綜合要求的能力,安全可靠、穩(wěn)定地承擔(dān)全部建設(shè)工程在施工期限間和全壽命使用期限內(nèi)正常使用的荷載。

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