建筑工程地基设计A、B、C

【摘要】笔者通过工程实践总结了直接影响地基处理的方案选型和造价问题。例如湿陷性黄土、砂土、砾石等地基处理方法均不相同。要求我们深读地勘资料，对土质进行深入了解，做出合理的地基处理。

【关键词】振冲桩；载体桩；换填垫层法

1. 工程概况

笔者在陕西省宝鸡市凤翔县新都市花园的21#楼工程设计中，遇到了较为复杂的地质情况。该工程场地地貌单元属Ⅰ级黄土台塬中后部，微地貌属古河道，地基湿陷性平面分布极不均匀，为北段弱，南段强，地基湿陷等级为Ⅰ级（轻微），勘察深度范围内，地基土中普遍夹淤泥质粉质粘土、粉细砂、砾砂、含泥圆砾薄层或透镜体，地基土物理力学性质水平方向变化较大，整体属中部硬，东西两边软场地，为典型河流相冲击冲洪成因地层，20.0米以上为非均匀地基土，20.0以下基本为均匀地基土。该21#楼是15层剪力墙住宅，地基设计等级为乙级，摆向为一单元在西南角，七单元在东北角，为倾斜50度，楼总高43.000m，带一层地下室，地下室底标高为-2.400m，楼总长164.500m，用沉降缝分为七段，每单元一段，南部2个单元地基土以粉质粘土为主，强度低，均以可塑为主，局部硬可塑，局部软塑，平面从南向北，从软塑～硬可塑，没有较硬的地基土层选做桩端持力层，中间单元地基土均为圆砾，七单元也是软土层。本场地地基，正像我们常说的“牛背梁”地基，两边软，中间硬。

2. 常用地基处理方法

（1）遇到这种地基，可将基础根据不同地基土层情况彻底断开，一、二单元与三～六单元、七单元间沉降缝从上而下贯通基础筏板，使这三段建筑能够自由沉降，这样即使地基产生局部不均匀沉降，也不至使筏板及上部结构断裂。载体桩、钻孔灌注桩、CFG桩复合地基、振冲桩都是这种地基的常用桩型。

（2）载体桩，是近年来发展起来的一种新型桩基形式，由混凝土桩身和载体构成，载体是由混凝土、夯实填充料、挤密土体三部分构成的承载体。载体桩桩长为混凝土桩身长度加载体高度。它在钢筋混凝土沉管桩扩底的基础上，对扩底进行填料，包括碎砖、碎混凝土块、水泥拌合物、碎石、卵石及矿渣等，填料量应以三击贯入度控制，夯实挤密，从而大大提高桩基的承载力。

（3）钻孔灌注桩，是一种直接在现场桩位上就地成孔，然后在孔内浇筑混凝土或安放钢筋笼再浇注混凝土而成的桩。具有施工低噪音、低振动、单桩承载力大、挤土影响小、含钢量低等特点，但成桩工艺较复杂。

（4）CFG桩复合地基，是介于刚性桩与柔性桩之间的一种桩型，由碎石、石屑、砂、粉煤灰掺水泥加水拌和做填料，一般不用计算配筋，CFG桩与桩间土一起通过褥垫层形成复合地基共同工作。

（5）振冲桩，是利用振冲器借以高压水成孔，然后投以碎石使之密实，在土体中形成一个密实的桩体。振冲桩的桩体与桩间土共同构成复合地基，以提高地基的承载力。

3. 本工程地基实践

3.1 本工程地基处理选取多方案进行比较，理论认为振冲桩有5方面优点：

（1）振动力直接作用于地基深层软弱土的部位，对软弱土施加的振动侧向挤压力大，因而使土密实的效果与其它地基处理方法相比最好。

（2）对不均匀的天然地基土，在平面和深层范围内，地基的振密程度可随地基软硬程度用不同的填料量进行调整，使用相同的密实电流值控制，以达到较为均匀的地基，满足工程对地基变形的要求。

（3）施工机具简单，操作方便，施工速度较快，加固质量易控制，目前的施工技术最深可达30m。

（4）不需钢材和水泥，仅用碎石、卵石、角砾、圆砾、砾砂、粗砂和中砂等当地硬质材料，因而造价较低，与钢筋混凝土桩基相比较，一般可节约投资三分之一。

（5）在天然软弱地基中，经振冲填以碎石、或卵石等粗骨料，成桩后改变了地基排水条件，可加速地震时超孔隙水压力的消散，有利于地基抗震和防止液化。

3.2 出人意料，振冲桩经检测，以粉质粘土为主的地基未达到设计要求，我们到现场查看，对现场深挖3米，以便查看桩基情况，查找不合格原因，看到部分桩桩间距超过设计要求过大，部分桩径不满足设计要求，还有断桩现象，还对施工过程是否规范表示怀疑，高压水冲击成孔、清孔就是一个关键环节，水量未控制好，大量水渗入地基土，同样影响地基承载力。决定在以粉质粘土为主的地基范围内（地勘现场划分）加固，在振冲桩之间补载体桩，上部3米用砂石垫层回填，下面见图1载体桩平面定位图。

3.3 施工载体桩要控制好与振冲桩之间的关系，碰到振冲桩载体桩将会打不下去，又会碰到种种困难。为减少经济损失，载体桩打完后可不再做单桩承载力检验，因为下部已有振冲桩，承载力计算值肯定偏高，上部还有3 米砂石垫层，故可不做单桩承载力检验，仅需在垫层做完后，按砂石垫层做承载力检验即可。经检验最终满足了设计要求，为合格地基。

3.4 现将本工程地基竣工实测结果抄录于后： 21#楼正负0.000为105.980，筏板底标高为-6.900m，两端头土层分布为：101.11～99.01为素填土，99.01～97.51为黄土状粉质粘土，97.51～89.71为粉质粘土，89.71～83.81为淤泥质粉质粘土。中间土层分布为：101.39～99.69为素填土，99.69～97.49为黄土状粉质粘土，97.49～96.09为含圆砾粉质粘土，96.09～88.09为圆砾层。振冲桩桩长两端为14米，中间为7米，载体桩桩长为14米。

3.5 2012年1月4日进行主体验收，直至7月29日期间沉降观测共18次，每次检测28个点。下面列出2012年7月29日每个点最终沉降量，如表1、工程平面示意图见图2。

由上表可看出此工程沉降基本均匀，满足规范要求。

4. 值得讨论的选择

振冲桩优点很多，但是施工工艺需要利用振冲器振冲及高压水冲击成孔，造孔完成后，还需反复起落振冲器用压力水进行冲洗，直至流出的水澄清，在施工过程中如果渗入地基土的水量过多，即使填料充足，振冲密实，还可能会造成桩基最终检测不合格，必须做好排水处理，否则大量水渗入地基土对地基的影响，是这个桩型的弊端。我们试想若不采用振冲桩，直接采用载体桩处理此地基结果会怎么样？载体桩特别适用于建造在粉质粘土、施工时不产生液化的粉土及承载力不高的软弱地基上，对中间单元为砾石层的地基不太适用，穿透会非常困难。基于这种情况我们可以将中间单元采用换填垫层法的方法处理，将填土等挖除至砾石层，然后用级配砂石回填，两边采用载体桩打密，这样整片场地就类似于砂石层地基。用不同的地基处理办法达到整楼相同地基的效果，这应该是处理地基的一个不错的选择，有待工程实践或实验验证。

5. 编后语

通过读前面杜艳、刘娜、白晓静等三位青年专家论文，深为她们提出的建筑结构设计中的“结构杆系最佳组合”设计理论而高兴。她们从不同的实际工程设计中，都论证了“结构杆系最佳组合”设计理论，具有较深的有前途的学术与实用价值。很值得我们呈献给读者诸君。她们的恩师，我国知名建筑力学学者王润昌教授说：这是抛砖引玉。假若在有兴趣的读者中，拟参加“结构杆系最佳组合”设计理论讨论，深望与我们联系，以文会友，推动学术发展。