回填土地基的基础设计探讨

杨智超

(攀枝花攀钢集团设计研究院有限公司，四川攀枝花617000)

1 基础类别

回填土是由一个地方人工或自然搬运到另一个地方由于搬运过程中的扰动，使回填土空隙增大。重新堆积后，回填土孔隙率大，土颗粒之间松散，导致的日后由于自然、人工作用，使得回填土场地产生大量沉降。由于搬运、堆积和自然作用、人工作用等不均匀性导致场地产生大量的不均匀沉降，而这个不均匀沉降使得建筑物不能正常使用。减少不均匀沉降的途径很多，本文仅探讨从加强基础方面达到减少不均匀沉降的目的。整体性好的基础形式有：条形基础，十字交叉形基础，板(片筏)式基础，箱型基础。条形基础只能解决一个方向的不均匀沉降，因此只适用一半是老土，一半是回填土的场地。十字交叉形基础、板(片筏)式基础、箱型基础能解决两个方向的不均匀沉降，它们适用于任何情况下的回填土地基。从刚度上分析，十字交叉形基础最小，板(片筏)式基础次之，箱式基础最大。一般情况下，十字交叉形基础适用于层数较少的建筑，板(片筏)式基础适用于层数较多的建筑，箱型基础适用于高层或超高层建筑。但是高层建筑特别是超高层建筑，甲方要求不沉降，一般不将高层建筑、超高层建筑建设在回填土上。

1 内力分析

1.1 计算简图的选取

回填土的形式是多种多样的，有的在原边坡上回填形成平台，有的在山谷中回填形成平台，有的在山凹处回填形成平台。其二，回填土沉降在时间上的不均匀性。因此，为了使新建建筑物在使用期间经历回填土的不均匀沉降能正常使用，其基础在使用过程中不破坏，它的强度就应满足各种情况。经分析，计算简图，见图1。

(a)两端简支

(b)三面简支

(c)四面简支

(d)一半悬挑

(a)横向悬臂

(b)纵向悬臂

(c)斜向悬臂

其中一半悬挑又分为：横向、纵向、斜向(见图2)。某一处地基沉降了，它对基础的支撑作用没有了，但只要基础不破坏，通过自身的强度及刚度将这部分地基作用转移至相邻地基，使相邻地基荷载增加，随之相邻地基的沉降也会增加。

2.2 内力计算

根据计算简图经计算分析，悬挑时内力最大，两端简支时次之，四面简支最小。其中按悬挑计算的基础内力是所有类型计算中最大的，所计算的基础内力能把实际情况包含即可，但越接近实际情况越经济。实际情况往往分为三种：(1)回填土下已固结的土层是缓坡。(2)回填土层下存在硬壳陡坎，如岩石陡坎。(3)回填土层下存在人工陡坎，如岩层边坡上作了挡土墙，挡土墙一侧为岩层，另一侧为回填土。对于第一种情况，计算简图为一半悬挑即可。第二、三种情况，根据岩层与回填土所占比例调整计算简图更为合适。但是最大悬挑长度不应超过建筑物总长度的一半。原则上，支座取为岩石陡坎向内0.5～1 m。这是考虑到岩体在受压情况下边缘的稳定。

2.3 强度设计

根据内力计算进行设计，通过计算机有限元分析能较为精确地分析出基础各个部位受力情况。但由于人们对回填土地基的认识较少，且地基有很多不确定性，所以应该计算出一个最不利截面，所有截面都按该截面通长配筋。

2.4 上部结构作用

从专业理论分析，任何建筑物均可以将回填土为持力层。但实际上还是有差异的。一是对回填土的认识还不清楚，特别是回填土的沉降规律——沉降与时间的关系、最终沉降量、沉降的不均匀性；二是上部结构与基础的共同作用还未被认识；三是上部结构内力与不均匀沉降的关系还未搞清楚。前面叙述的三点是理论上的基础，正是由于理论上有这么多未认识的领域，因此，在现阶段不宜大量使所有建筑物建在回填土上，但可将多层建筑物在采取一定的措施后，保证建筑物在正常使用年限内不开裂、不损坏、不垮塌。

多层建筑物的结构可以是砖混、钢筋砼框架、钢框架。砖混结构可建在回填土上，一般是高长比小于1，高宽比大于1，加上纵墙上开大量门窗以及砖砌体的抗拉性能较差，使得砖混结构抵抗不均匀沉降的能力较差。若在砖混结构上加上适当的钢筋砼构造柱、圈梁使得它们与墙体组成整体结构，可大大提高砖混结构抵抗不均匀沉降的能力，至于钢筋砼构造柱、圈梁在砖混结构建筑对抵抗不均与沉降所起到的作用，笔者将在另一篇文章中详细分析。钢筋砼框架与钢框架的区别有：前者侧向位移小，后者侧向位移大；前者易开裂，后者不易开裂。框架结构建筑物一般情况下墙体为轻质隔墙，在受荷初级阶段，墙体能起到一定作用，在其余阶段，由于墙体破坏或与框架脱离，就不起作用了。由于设计考虑的是极限状态，因此，框架结构建筑物的墙体作用不予考虑，对于个别墙体作用不可忽略(如：实心砖墙)，宜单独考虑。经结构分析，框架结构对地基产生的不均匀沉降变形的作用较小，可在实际工程中不予考虑。

3 沉降量控制

目前对回填土的沉降机理没有完全认识，回填土沉降规律——沉降量与时间的关系，还没有人去研究。回填土的最终沉降量人们还没有掌握。笔者就这些问题提出一些想法，恳请同行批评指正。

回填土的沉降机理是土颗粒、土块在外因影响下紧密接触及在外因影响下移动填充空隙。使土颗粒移动的外因有：水和力。水有雨水、地下水、地表水。力有机械碾压、人类活动、堆载、地球引力、地壳离心力。人类活动包括：生产、生活，如周边机器扰动、放炮等。

回填土沉降规律比较复杂，只能在有试验、测量、统计条件的单位或个人才能去做这方面的研究工作，笔者在此只是提出设想。回填土的沉降规律与土体的搬运方式有关系，搬运方式有人工搬运及自然搬运。人工搬运是指：将一处的土体用机械运到另一处堆积。堆积方式又分为夯实与自然堆积。夯实分为分层碾压和强夯。夯实后的回填土沉降量接近同类土体固结后的沉降量，远远小于自然堆积的回填土。自然搬运是指：土体的坍塌，洪水的冲击。土体的坍塌基本同人工搬运的自然堆积产生的沉降量，洪水冲击形成的回填土，一般是土粒较小，土体的空隙较小。因此，洪水冲击形成的回填土的沉降量小于人工搬运的自然堆积产生的沉降量。现在，一般认为10年为回填土的最终沉降年限，超过10年就认为回填土已固结，不再沉降。

回填土的沉降规律与土体的性质有关，岩石回填土的沉降量大于黏性土的回填土沉降量。回填土颗粒强度越高，沉降年限就越长。此外，回填土的沉降规律还与其表面是否封闭有关。回填土表面不封闭，不堆载，属于自然回填土。若回填土表面封闭或堆载了其他物质，这种情况属于封闭的回填土，封闭回填土固结年限大于自然回填土。其原因是封闭层阻隔了雨水对回填土的作用。回填土的沉降规律还与人类活动有关，若回填土场地周边有较大的挖掘机械在施工，或有开挖土方放炮等都影响回填土的固结。此外，地球板块运动，太阳、月亮等星球引力，地球自转、公转产生的离心力都能影响回填土固结。

在全国范围内，回填土地基所占比例很小，加上规范将回填土划为有害土，所以现在常规做法是对回填土进行治理，如桩基、CFG桩等，但对回填土地基沉降的研究工作还是非常必要的。

4 沉降差控制

在实际情况中，对建筑物真正构成威胁的不是沉降量而是沉降差，即不均匀沉降。规范中也严格规定了不同结构类型的沉降差，协调变形能力越差的结构形式对不均匀沉降控制越严格，如砌体结构由局部倾斜值控制；框架结构由相邻柱基的沉降差控制；多层或高层建筑由倾斜值控制，必要时才控制平均沉降量。

那么如何减少不均匀沉降便成为回填土地基是否成功的关键要素之一。控制不均匀沉降大致从三方面入手：一是通过总图位置调整，将荷载大的部位放在土质较好的地基上，荷载较少的部位放在土质较差的地基上。二是改变原有地基的不均匀性。将基底设计标高以下的不均匀地基挖掉数米，并回填砂夹石或矿渣分层碾压夯实，可大大减少不均匀沉降。三是通过结构形式调整。可选用调节不均匀沉降能力强的结构形式，把固接改为铰接。如排架。通过以上三点措施能有效地消减不均匀沉降对建筑物带来的危害。

5 实例

某办公楼，四层砖混结构，平面尺寸(长x宽)36 m×11.6 m，层高3 m，总高12 m，地基为最深28 m的新回填土。经多方案比较，在甲方允许沉降，倾斜的条件下，基础采用片筏式基础最为经济。基础设计为0.5 m厚，上下配φ25@100双向配筋。从基础开始施工就开始对沉降进行观察，结果发现，从开始施工就产生沉降，施工完成5年时观察得到最大沉降为1.27 m，建筑物一角向上位移为0.57 m。整个建筑物未发现由不均匀沉降产生的裂缝。

6 结论及建议

经分析和实践，在建筑物正常使用期间允许产生沉降的条件下，回填土可以作为其持力层。建议研究回填土的性能、沉降规律为回填土的利用提供理论基础。