对补偿基础的探讨

李桂茹 王志林

1 概述

补偿基础的概念明确,优点很多,理论依据也很简单,在20世纪50年代就已普遍应用,效果也很好。可能其唯一的缺点是首层地面在冬季时比较寒冷,因此在北方寒冷地区推广比较慢。但不能因此完全否定其积极的一面。例如:必须在零层板下开通风孔、零层板下是一坛臭水等等。似乎连个别审图的人还对补偿基础提出种种苛求,开发商听了片面的介绍也不想采用补偿基础的方案。实际上就是在彻底否定补偿基础的方案,甚至像下行政命令一样,下令不准采用。因此,本人执意撰文来谈一点自己的看法,以便希望能恢复其名誉,使其有机会为我们社会主义建设继续发挥作用。

2 补偿基础的概念及其历史沿革

在学习地基及基础这门课时已经知道,例如在中心受压的情况下基底底面积的确定依据是:p=(F+G)/A或写成A≥F/(fa-γGd)(其中符号的意义可见一般的教科书或规范[1,3])。补偿基础就是利用其在施工完基础后不再回填土壤,而是将零层地面做成楼面的形式,一般称它为零层板。这样在上式中的G就可以减小甚至取成零,这就使基底面积减小很多。这不仅可以节约投资,而且本来无法采用天然地基方案的情况,改变成可以采用天然地基的方案。

我们知道在选择基础方案时,无论从经济或技术的角度上,均应首先考虑天然地基上的浅基础,然后再考虑天然地基上的深基础或人工地基上的浅基础。因为后者总是比前者要费钱、费时。只有在浅层找不到合适的持力层时,天然地基上的浅基础才成为无法实现的事实。在70年代前,我们只盖约为4层楼高的住房。由于那时的墙厚较厚,每平方米加到地基上的载荷也可达到八九十千巴。天津有些地区的地基承载力较差,有所谓老八吨的说法,就是指地基承载力为80kPa,有时正好差一点,所以也作了一些补偿基础的方案。从施工的结果看,其效果也是很好的。唯一的缺点就是居民反映地面在冬天较冷。70年代后,掀起了住宅建设的高潮。砌体房屋的楼层层数做到了6层～7层,但是墙厚一般只有240mm。对持力层的强度要求一般是130kPa,可是天津地区,在浅层很难找到这样的持力层。因此,深搅方案、短桩处理、疏桩处理、CFG桩等的地基处理方案相应产生[2]。补偿基础本应可有用武之地了,可是由于上面谈到的原因,只有少数住宅得到了采用。再由于设计人员本身对补偿基础就存在误解,也就无法有力地说服开发商来采用此种基础形式。

按基础埋深1.5 m～2.0m计算,顶层的土层容重取16 kN/m3,γGd就可以有30kPa左右,将筏板基础稍挑出一点就可以利用一般天津地区的持力层了。而且,目前机械挖土的成本很便宜。再挖深一点,例如挖到3 m～4m,γGd就可以有 50kPa左右,完全可以利用较差的老八吨地基了。而且,一般黏性土的渗透系数都不大,用明沟排水就可以解决问题。天然地基上的浅基础采用补偿基础后不仅可以节约大量的投资,而且还可以减少沉降量,对结构的安全也有保证。因此,对补偿基础这个方案还值得进一步加以讨论。

3 对补偿基础缺陷的进一步分析

对于补偿基础的优点,上面已提了不少。对缺点,一般归纳如下:主要是在地板下积了一潭水,还称作是死水、臭水。因此,一票就否定了。可是要知道这种意见是主观的、不科学的。他并没有分析水变臭的原因。地板下有水是事实,但要变臭是有条件的。与外界相通是使水变臭的主要原因。有些人,一方面提出水要变臭,可另一方面又提出在零层板下要开洞通风。要知道在零层板下开洞通风,企图想用通风来吹干地下水是不可能的。开洞以后,水与外界接触,就会生长藻类,进行光合作用。藻类的生长与死亡,就会引来菌类对藻类的分解而产生臭气。假如对零层板以下封闭起来,消除了藻类生长的条件,水是不会变臭的。零层板下的水是与地下水相通的,是相互渗透的,应该是属于活水。当然还可以要求在砌筑基础时,竖缝可以不必灌满。这对砌体强度影响不大,而透水性可增加很多。封堵以后,即使进去少量生物,其死亡以后分解产生的臭气也是有限的,绝不会形成一潭臭水的情况,而是会自然消化的。封堵以后,密闭的空间里,水蒸气当然是饱和的。但是其温度并不高,水蒸气压也不会过高。要说成通过零层板的渗透产生首层的潮湿是过分的。当然增加一层隔蒸汽层也并不费事。再引用文献[4]中的一段论述“城市化增加了房屋和道路等不透水面积和排水工程,特别是暴雨排水工程,从而减少渗透,增加流速。地下水得不到地表水足够的补给,破坏了自然界水分的循环,致使地表总径流量和峰值的流量增加,而滞后时间缩短。”而补偿基础中的积水,对于稳定地下水位,调节径流时间起到了有利的作用。可见从环保的角度看,补偿基础也是对城市建设有利的。其他的地基处理方式,只能在土地中留下大块的不透水体,妨碍了地下水的渗透,对环保不利。最后谈谈地面发冷的问题。土壤具有一定的热阻,可以达到较高的地表温度,这是事实。但是在目前,三步节能的要求下,就靠土壤这一点热阻是不够的,还得在地面上采取保温措施。有时就套用保温屋面的作法,但用它来做在首层,是否能耐久还值得讨论。补偿基础的零层板下面是临空的,做隔蒸汽层、保温层都很方便。例如,在模板的隔离层上放上钢丝网,摊上一层薄薄的砂浆放上保温材料,再放一层网与砂浆作为找平层,就可以当作零层板的模板了。保温材料不受力,耐久性就好了,零层板的刚度大,上面做各种石材面层都不会裂。补偿基础在这里显出了它的优越性。

4 结语

补偿基础是一种值得推广的一种基础形式,无论从经济、技术与环保的角度来看,都是一种具有优势的基础方案。尤其是目前,机械开挖的能力大幅度提高的情况下,补偿基础可多出50kPa～60kPa的承载能力,使天然地基上的浅基础方案可以实现。至于它的缺点随着人们节能要求的提高而消失了,也随着人们对它的误解而解决了,它是值得青睐的一种基础形式。

[1]华南理工大学,东南大学,浙江大学,等.地基与基础[M].第3版.北京:中国建筑工业出版社,1998.

[2]曾国照,蒋国澄,叶政青.地基处理手册[M].北京:中国建筑工业出版社,1988.

[3]GB 50007-2002,建筑地基基础设计规范[S].

[4]窦贻俭,李春华.环境科学原理[M].南京:南京大学出版社,1998.

[5][美]H.F.温特科恩,方晓阳.基础工程手册[M].钱鸿缙,叶书麟,译.北京:中国建筑工业出版社,1983.