岩土匀质性假设在建筑工程地基处理中的运用

张景信

（河南能源化工集团规划发展部，河南 郑州 450000）

岩土匀质性假设在建筑工程地基处理中的运用

张景信

（河南能源化工集团规划发展部，河南 郑州 450000）

本文简要介绍了地基的基本概念和岩土匀质性假设，阐述了工程勘察、设计、施工等不同阶段对建设工程地基岩土的匀质性要求，以及不匀质情况下对地基进行必要的改良处理，同时纠正了地基处理实际施工中的一些错误做法，有助于工程技术人员对岩土匀质性假设的深入理解和在地基处理实际施工中灵活运用。

地基处理；岩土匀质性假设；地基匀质性评价；局部软（硬）地基

1 地基的概念及岩土匀质性假设

1.1 地基的概念与地基分类

地基是指建筑物基础下面最终承受建筑物全部载荷的那部分土体或岩体（岩土体）。虽说地基不属于建筑物的组成部分，但它对保证建筑物的坚固耐久具有非常重要的作用，必须坚固、稳定且可靠，否则建筑物很可能出现影响使用的裂缝甚至倒塌。作为建筑地基的岩土体分为岩石、碎石土、砂土、粉土、黏性土和人工填土。一般岩土体的分布是一层一层分布的，直接承受基础荷载的建筑物基础下面的那一层土层或岩层称为基础的持力层。

地基一般可分为天然地基和人工地基两种。自然状态下即可满足承担建筑物全部荷载要求，不需要人工处理的地基称为天然地基；不能承受基础传递的全部荷载，需经人工处理后作为地基的称为人工地基。通过工程地质钻探，设计人员根据钻探报告提供的土层分布、土层力学性能指标及地下水位等情况，才能确定地基是否要处理，以及基础的形式和基础的埋深等。需要综合考虑技术经济各方面，并根据地基的实际构成情况具体分析，以确定合适的地基处理方法。

1.2 岩土匀质性假设

岩土体是黏弹塑性材料，但在实际工程设计时常常将岩土的工作状态考虑在弹性范围内。在勘察阶段和设计计算地基中的应力时，假设岩土体为连续的、线弹性的、均质的各向同性体，主要基于以下两点：

从工程学观点来看，在工程影响的范围内，天然土层需要进行局部化处理，将这个局部作为匀质体处理，可以引用均质体的理论进行力学的分析计算。一切岩土工程的勘察、取样试验、资料的统计分析等都是建立在均质体假定的基础上进行的。

从设计角度来看，所有的计算模型或理论均假设岩土体是均质的，都要按均质的理论来进行设计和计算，勘察报告中提供的承载力及其他指标也都是把岩土体的性质做了均质化处理后得到的。

2 勘察阶段岩土均匀性评价

岩土工程勘察的重要内容之一是对建筑场地均匀性进行评价，《岩土工程勘察规范》和《建筑地基基础设计规范》中对地基的均匀性评价都有明确的规定。勘察阶段建筑场地的均匀性评价是为了工程建设的需要，为方案或设计成果的比较提供建筑物性状的定量或半定量的计算结果。场地均匀性评价主要着眼于地质条件，均匀性评价的内容是分析地基岩土层力学性状的均匀性及对建筑物的影响，均匀性评价的结果是为工程设计与施工方案提供依据，即：提出设计时应注意什么问题，对基础选型有什么要求，可能采取什么工程措施等的建议。

3 地基设计的有关要求

3.1 地基设计的基本要求

现行建筑地基基础设计规范规定，建筑地基应具有足够的强度和稳定性，以及满足变形方面的要求。确定地基持力层、地基承载力特征值和进行地基验算（变形和稳定性验算）是地基基础设计的基本内容。在进行地基设计时必须从实际情况，同时考虑以下几点：

满足强度要求——地基应具有足够的承载力，即基底压力（基础底面处单位面积土体所受到的压力）不得超过地基容许承载力。从而保证建筑物不因地基承载力不足造成整体破坏或影响正常使用，具有足够防止整体破坏的安全储备。

满足变形要求——地基的沉降量控制在一定范围内（不得超过地基变形容许值），其次不同部位的地基沉降差不能太大，以免建筑物上部开裂。从而保证建筑物不因地基变形而损坏或影响其正常使用（建筑物正常使用应满足其功能要求，常常是地基承载力还有潜力可挖，而变形已达到甚至超过正常使用的限值）。

满足稳定要求——地基应有防止产生倾覆、失稳方面的能力，无滑动的危险。

若上述要求不能同时达到，就要对基础设计方案作相应的修改或进行地基处理，以改善其结构性质，达到建筑物对地基设计的要求。

3.2 建筑物不均匀沉降及预防措施

如果建筑物地基持力层薄厚变化大，或地基软硬不一，或建筑物荷载相差悬殊等原因，将会使地基产生过量的不均匀沉降，进而导致建筑物倾斜，墙体、楼地面开裂，影响正常使用。不均匀沉降产生的原因主要有以下几个方面：

持力层地基土厚度分布不均匀，造成不同部位土体不均匀压缩变形；持力层地基土下卧层分布不均匀，造成土体总压缩变形的不均匀；持力层未选定在同一土层上；建筑物上部荷载分布不均匀，造成持力层地基土的附加应力不均匀。

对于不均匀沉降，工程设计时应尽量采取措施消除或减轻，通常采取的措施有：进行地基处理；根据地基、基础与上部结构共同作用的概念，采取建筑、结构与施工措施；采用桩基础或其他深基础。一般情况下，应优先考虑采取地基处理措施。

3.3 地基处理设计

地基处理是指按照上部结构对地基的要求，对软弱或不良地基进行必要的加固或改良，以保证地基稳定，减少房屋的过大沉降或不均匀沉降。其主要目的是采取各种地基处理方法改善地基条件。

地基处理设计时，应考虑上部结构、基础和地基的共同作用，必要时采取有效措施，加强上部结构的刚度和强度，以增加建筑物对地基不均匀变形的适应能力。具体方法选择时，综合考虑场地工程地质和水文地质条件、建筑物对地基要求、建筑结构类型和基础形式、周围环境条件、材料供应情况、施工条件等因素，经过技术经济指标比较分析后择优采用。

对于那种十分明显的不均匀地基，例如软硬不均的地基，部分基岩出露的地基，半填半挖的地基，硬层或软弱层的厚度变化比较大的地基等，应分析是否会产生过量的不均匀沉降。在基础选型、甚至上部结构选型时应该选择适应性比较强的结构体系或基础类型，或在设计时采取一些特殊的工程措施，如设置褥垫层以调节不均匀沉降，或在建筑物适当部位设置沉降缝以适应地基的不均匀沉降。

地基处理后地基变形应满足现行有关规范的要求，并在施工期间进行沉降观测，必要时尚应在使用期间继续观测，用以评价地基加固效果和作为使用维护依据。

4 地基验槽与地基匀质性评价

验槽是建筑施工第一阶段基槽开挖后的重要工序，也是一般岩土工程勘察工作的最后一个环节。建筑物基坑（槽）开挖至设计标高，经有关单位联合验槽合格后方可进行基础工程施工。验槽的目的是为了普遍探明基槽的土质和特殊土情况，判断地基是否异常是否需要进行局部处理，如原钻探是否需补充、原基础设计是否需修正等。

地基验槽通常以观察法为主，对于基底以下不可见土层配合钎探，对明显不均匀持力层、浅部有软弱下卧层等情况改用轻型动力触探。验槽前要先察明结构设计说明和地质勘察报告中的地基承载力和持力层是否一致；建筑位置与勘察范围是否相符；场地是否有软弱下卧层等。验槽时观察槽壁、槽底土质类型、均匀程度和有关异常土质是否存在，核对基坑土质及地下水情况是否与勘察报告相符；检查基槽之中是否有旧建筑基础、地窖、废井、洞穴、橡皮土、地下掩埋物及人防工程等，将其所处部位、深度、特征及处理方法描述清楚；对钎探资料中的异常点位进行复查。对经过技术处理的地基以及验槽中存在的问题处理后，应进行复验。

通过地基验槽，在前一阶段岩土工程勘察工作的基础上，对地基匀质性进一步做出评价，确定是否继续下挖或进行技术处理。

5 地基处理施工

5.1 地基处理常用施工方法

地基处理的常用方法主要有：换土垫层法、强夯法、砂石桩法、水泥土搅拌法、预压法、水泥粉煤灰碎石桩法、石灰桩法、灰土挤密桩法等等。其中，换土垫层法是将基础下面一定厚度的软弱土层挖除，然后以中砂、粗砂、砾石、碎石或卵石、灰土以及其他性能稳定、无侵蚀性的材料填实，分层夯实，每层夯实密度必须达到设计标准。换土垫层法适用于浅层软弱地基及不均匀地基的处理，其主要作用是提高或均衡地基承载力，减少建筑物沉降或不均匀沉降。

5.2 换填方法处理局部软硬不均匀地基

局部换填处理，不论以硬换软，或是以软换硬，其目的都是为了获得整个建筑物的均匀沉降。一般情况下，在一个建筑场地内，硬地基少，软地基多，宜采用以软换硬的换土法（又叫褥垫）；若软地基少，硬地基多，宜采用以硬换软的换土法；若软硬地基各一半，宜采用设置沉降缝与局部换上相结合的方法。

对于局部过软地基，如建筑地基内局部存在松填土、暗沟（塘）、古井或拆除旧基础后的坑穴，采用换填法进行地基处理时的具体方法是，将坑中松软土挖除，使坑底及四壁均见天然土，回填与天然土压缩性相近的材料，当天然土为砂土时用砂或级配砂石回填；当天然土为较密实的黏性土，用3：7灰土分层回填夯实；天然土为中密可塑的黏性土或新近沉积黏性土，可用1：9或2：8灰土分层回填夯实。

对于局部过硬地基，如建筑地基内局部遇基岩、旧基础、老灰土等，应尽可能挖去，回填与地基天然土压缩性相近的材料，以防建筑物由于局部落于坚硬地基上，造成不均匀沉降而使建筑物开裂；或将坚硬地基部分凿去30～50 cm深，再回填砂或砂土混合物作软性褥垫，起到调整地基变形作用，使建筑物沉降均匀，避免裂缝。

5.3 注意避免错误做法

地基处理须遵循的最基本原则是保持建筑地基整体变形均匀。但在实际工程施工中违背该原则的做法时有发生，如：

对于局部过软地基，将局部松软土挖除后，为了加快施工速度，错误地填筑毛石砌体、砖砌体或浇筑混凝土（地基由局部过软变成了局部过硬）。此做法不但未解决地基不均匀问题，还增加了工程施工费用，加大了建筑物下部土层负荷。

对于局部过硬地基，如基础下局部遇基岩、旧基础、老灰土等，错误地认为地基承载力满足设计要求可以不进行处理，或图省事、省费用而不进行处理，给建筑物以后的使用留下隐患，易造成建筑物不均匀沉降，严重者甚至倾斜或开裂。

6 结语

综上所述，岩土匀质性假设是工程勘察和地基基础设计阶段的重要理论依据之一，工程技术人员有必要深刻理解岩土匀质性假设的本质，以便在工程地基处理方案制定和实际施工中灵活运用。

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[2]陈探，王竞.浅谈建筑工程项目基础设计[J].河南建材，2010（12）.

[3]地基处理和基础设计_建虎网_建虎网《网络（http：//blog. sina.com）》2013-04-17.

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[5]地基处理和基础设计_中国论文下载中心_工程建筑论文《网络（http：//www.studa.net）》2012-07-05.

TU753.3

A

1671-0037（2014）10-64-2

张景信（1967-），男，本科，工程师，研究方向：建设工程项目技术管理。