浅谈水运工程地基均匀性评价

Discussion on the Evaluation of Foundation Homogeneity for the Marine Traffic Engineering

胡建华,赵小波,李书轮HU Jianhua, ZHAO Xiaobo, LI Shulun（中交第二航务工程勘察设计院有限公司，湖北武汉430071）



浅谈水运工程地基均匀性评价

Discussion on the Evaluation of Foundation Homogeneity for the Marine Traffic Engineering

胡建华,赵小波,李书轮
HU Jianhua, ZHAO Xiaobo, LI Shulun
（中交第二航务工程勘察设计院有限公司，湖北武汉430071）

摘 要：通过对建筑规范地基均匀性评价的方法及工程案例的分析，拟定了水运工程地基均匀性评价的思路，初步提出了一般水运工程各阶段地基均匀性评价的要点。这对水运岩土工程勘察地基均匀性评价的规范性开展有一定的推动作用。

关键词：水运工程；地基均匀性；评价方法

1 概 述

地基均匀性是衡量建筑物基础荷载影响深度范围内的地基层综合变形特征差异程度的特征指标。其评价的实质是为了判断由于地基客观存在的变形差异引起的建筑物不均匀沉降，是否导致建筑结构变形过大、建筑倾斜，甚至出现地基失稳的可能性而进行的地基变形差异性分类评价。

地基均匀性对建构筑物变形差异的影响一方面与地基介质组成的均一性和岩土层分布厚度，以及岩土层组合特征情况的变化密切相关，另一方面又与建筑物基础型式及荷载大小有关。故建筑地基均匀性评价一般结合建筑物地基设计等级要求与地基不均匀影响程度，对地基均匀性按均匀或不均匀进行基本特征分类，便于在地基基础设计过程中区别对上部建筑沉降影响明显的复杂地基，提醒建设在不均匀地基上的建（构）筑物，尤其是对不均匀沉降较敏感的建（构）筑物应加强地基基础结构的变形控制设计。

2 地基均匀性评价的方法

《岩土工程勘察规范（GB 50021—2001）》（2009版）中对地基的复杂程度划分为一级、二级、三级，地基均匀性是重要划分条件之一，分别对应很复杂地基、中等复杂地基、简单地基，但并没有给出地基均匀性评价方法和标准［1］。

《建筑地基基础设计规程（GB 50007—2011）》中对地基基础设计等级划分为甲级、乙级、丙级，地基复杂性是重要的划分条件之一，如场地和地基条件复杂的一般建筑物地基亦定为设计等级要求最高的甲级。规范要求对地基设计等级为甲级、乙级的建筑物应按地基变形控制进行设计，对部分丙级建筑物可不进行地基变形计算；可不进行地基变形计算的丙级建筑物按建筑结构类型与地基承载力对应土层坡度要求不大于5%或10%［2］。地基均匀性虽与建筑物地基基础设计要求存在较密切的关系，但该规范对地基均匀性究竟如何进行判定也没有明确标准。

《高层建筑岩土工程勘察规范（JGJ 72—2004）》要求对不均匀地基，在岩土工程分析时应进行沉降和差异沉降及倾斜等特征的分析评价，提出相应的工程建议。同时明确提出了地基均匀性评价的标准，符合下列标准之一的地基，即可判定为不均匀地基［3］。

1）地基持力层跨越不同地貌单元或工程地质单元层，工程特性差异显著；

2）中—高压缩性地基，持力层底面或相邻基础底标高的坡度大于10%；

3）中—高压缩性地基，持力层及其下卧层在基础宽度方向上的厚度差大于基础宽度的5%；

4）建筑物基础荷载影响范围内压缩层可压缩性存在差异时，可计算代表性钻孔压缩模量当量值，取最大值与最小值的比值为地基不均匀系数，大于地基不均匀系数界限值时，按不均匀地基考虑。地基的不均匀系数见表1。

表1 地基不均匀系数界限值

《高层建筑岩土工程勘察规范（JGJ 72—2004）》地基均匀性评价要求虽仅限于高层建筑的评价，实际与《建筑地基基础规范（GB 50007—2011）》规定甲级、乙级地基基础设计等级需进行沉降计算，对部分丙级建筑可不进行沉降验算的条件具有高度相似性及重合点。两者结合就是一般岩土工程勘察地基均匀性评价的基本方法。

3 地基均匀性评价案例

3.1 浅基础方案的地基均匀性评价案例

某港口陆域7层办公楼建筑岩土勘察场地地层条件见表2；基础拟采用条形基础，以①粉质黏土为基础地基持力层，建筑地基基础设计等级暂定为丙级。

表2 某港口办公楼场地钻孔地层表

按条形基础影响深度3b考虑，该地基的均匀性可主要考虑持力层①粉质黏土的厚度差率或坡度进行分析。场地①粉质黏土层属于中等压缩性地层，建筑物长度方向ZK1—ZK2的坡度约3.3%，ZK3—ZK4的坡度约8.7%；宽度方向ZK1—ZK3的坡度约5%，ZK2—ZK4的坡度约8%。

按《高层建筑岩土工程勘察规范（JGJ 72— 2014）》地基均匀性的判断标准，该场地在基础宽度方向的主要持力层地层坡度变化超过了5%，故可判定为不均匀地基，宜加强地基变形验算［3］。

若参考《建筑地基基础设计规程（GB 50007—2011）》丙级建筑可不进行地基变形验算的地基分类条件，该地基承载力160 kP≤fak＜200 kPa，对应6层以下的建筑，地层坡度小于10%时，可不需要进行变形验算；但该建筑为7层超出了上述条件，故需要进行变形验算，该地基应视为不均匀地基使用，同时建议该地基基础设计时应加强地基沉降验算，适当加强基础结构刚度［2］。

3.2 钻孔压缩模量当量值地基均匀性评价案例

某公司新建科研大楼20层，裙楼4层，统一设2层地下室，拟采用箱型基础，基底埋深8 m，基础以下钻孔地层分布见表3。地基采用箱基础按地基影响深度1b考虑，则地基压缩层影响深度大于30 m，底部基岩视为不可压缩层，则地基压缩层为基础底板以下的全部土层。压缩模量当量计算简化为厚度加权平均模量值及地基均匀性评价结果见表3。

另在垄岗区、山前坡地等地貌区，经常会遇到半岩半土的建筑地基场地，由于岩石压缩性极低或不可压缩，而土类在附加荷载作用下多少会发生一定的压缩变形。故同一单元结构的建筑地基基础同时置于这两类地基之上时，发生建筑结构变形开裂的例子甚多。这正是由于地基的不均匀或地基工程性质差异显著，而地基基础结构设计又未能重视时可能造成的不良工程后果。类似场地地基不均匀工程特点明显，但在岩土工程地基均匀性评价时仍应明确提出，以提醒设计人员从地基基础变形控制设计和结构刚度设计两方面控制地基不均匀沉降，以保证结构稳定安全。

表3 某科研大楼场地钻孔地层表厚度：m

4 水运工程地基均匀性评价

4.1 水运工程地基变形计算要求

重力式码头、桩基础码头、防波堤、挡墙，以及港区道路、轨道、堆场和陆域建筑物等临水建构筑物建设场地，常为中—高压缩性建筑地基场地。建筑在该类地基上的水工结构物因各种静力荷载、轨道荷载的作用会引起不同程度的地基沉降，故《港口工程地基规范（JTS 147—1—2010）》对建设在中～高压缩性地基上的各种水工结构物基本要求进行地基沉降计算［4］。地基沉降计算的目的是为了确定和预估水工建构筑物可能出现的最终沉降量、沉降差和倾斜情况，据以采取合理的工程措施。当地基沉降或差异沉降计算值大于限值时，可从结构构造措施、施工措施、地基处理，或考虑地基基础与上部结构的共同作用采取地基处理与结构措施相结合的方法，以适应或减小地基沉降与差异沉降，满足水工结构物的正常使用功能状态。

另外，对不均匀沉降较敏感的水工结构除进行最终沉降量的计算外，一般还要求进行差异沉降的验算。这主要考虑地基不均匀性，以及部分水工结构荷载分布本身也存在分布不均匀的情况。如重力式码头前后荷载作用常会很不相同且长度方向也会常有不同，均会引起不同的地基沉降；若地基前后、长度方向的压缩层厚度，或土层的工程性质同时存在较大差异，则更可能会加剧码头地基的不均匀沉降，造成码头倾斜或长度方向结构变形应力过大产生结构裂缝的情况。故重力式码头结构常要求据码头荷载分布情况、地基分布条件进行多各断面的合理选择进行地基沉降及差异沉降的计算，以预估码头可能的变形情况。

4.2 水运工程地基均匀性评价思路

虽然水工建（构）筑物变形控制多采用最终沉降量容许值进行限制，但地基差异沉降的不利影响不应忽视。尤其是明显不均匀地基可能带来的复杂岩土工程问题，更应引起工程设计的高度注意，加强沉降控制设计，避免差异沉降过大影响工程正常使用。故在水运工程勘察岩土工程评价中，也宜加强地基均匀性评价，区分对工程沉降影响较大的地基类型，为工程设计提出相对明确的岩土工程建议。参考建筑工程地基均匀性评价的思路，结合建筑工程地基均匀性评价标准，水运工程地基均匀性评价也可从：同一结构单元地基地貌条件变化，不同工程地质单元层工程特性差异的变化，中—高压缩性地基层厚度或坡度的变化，以及综合地基层变形特征的差异程度，来进行评价。

4.3 水运工程地基均匀性评价要点

结合建筑地基均匀性评价标准及水运工程的特点，初步提出水运工程地基均匀性评价的建议如下：

1）通过工程地质调查，结合勘探资料及主要水工建筑物布置，从地貌特征、主要地基层的工程特性、分布趋势等进行定性评价。当主要水工结构物地基持力层明显跨越不同地貌单元或工程地质单元层，且工程特性差异较明显时，可判定为不均匀地基。

2）当主要水工结构物长宽方向主要地基层的坡度变化，对于中—高压缩地基层，坡度大于10%时，宜判定为不均匀地基。

3）当主要水工结构物荷载影响范围内压缩层

可压缩性存在差异时，必要时也可通过地基范围内的钻孔压缩模量当量值进行地基均匀性评价，评价标准建议采用表1的限值标准。

5 结 语

地基均匀性是影响建（构）筑物结构不均匀沉降变形的重要因素，是地基基础设计的重要地质分析评价参考指标，也是岩土工程勘察地基分析评价的重要内容。当地基为不均匀地基时，宜结合建（构）筑物结构特点提出应对不均匀地基的合理工程措施建议，提醒加强结构变形控制设计，确保复杂地基上的建（构）筑物工程安全。水运岩土工程勘察也宜加强地基均匀性评价，当地基为不均匀地基时，亦要提出水工结构物应对不均匀地基沉降的合理措施与建议。

参考文献

［1］中华人民共和国建设部，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB 50021—2001岩土工程勘察规范［S］.北京：中国建筑工业出版社，2009.

［2］中华人民共和国建设部，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB 50007—2011建筑地基基础设计规程［S］.北京：中国建筑工业出版社，2011.

［3］中华人民共和国建设部.JGJ 72—2004高层建筑岩土工程勘察规程［S］.北京：中国建筑工业出版社，2004.

［4］中交天津港湾工程研究院有限公司.JTS 147—1—2010港口工程地基规范［S］.北京：人民交通出版社，2004.

中图分类号：U6

文献标志码：B

文章编号：1008-3707（2016）02-0019-03

收稿日期：2015-10-16

作者简介：胡建华（1982—），男，湖北武汉人，工程师，从事岩土工程及地质勘察工作。