建筑地基验收检测不满足设计要求的基础处理案例

刘 兵

（广东省城乡规划设计研究院 广州510290）

0 引言

广东省惠州市博罗县某医院住院楼为地上11 层框架剪力墙结构，设有1 层地下室车库，为博罗县2019 年县政府重点督办的PPP 项目，工期要求严格控制。CFG 桩复合地基施工完毕后桩基检测不能满足原设计要求，接下来如何确保结构安全同时又不至于对工期及造价带来较大影响，是设计调整方案须面对的主要挑战。

1 场地地质条件简述及基础设计

场地地下室底板以下分布有2～10 m 厚的粉质粘土层，由残积层及部分洪积层构成，其中洪积层承载力特征值为180 kPa，残积层为220 kPa，其下为强风化（1～3 m）、中风化泥质粉砂岩（见图1）。

图1 场地典型地质条件剖面Fig.1 Tipical Geological Conditions Section of the Site

工程含地下室共12 结构层，竖向折算荷载按15 kN/m2近似取值，为 12×15 kN/m2=180 kPa，底板以下粉质粘土层承载力能满足上部结构要求，因此采用筏板基础可以满足设计要求；地基变形压缩层厚度若算至中风化泥质粉砂岩面，上覆土层厚度4～9 m，平均厚度约6 m；筏板尺寸约23 m×78 m，压缩土层平均厚度约为基础筏板宽度的25%，按一维压缩近似不考虑地基土应力扩散，最不利钻孔剖面计算最大沉降约150 mm，虽未超过规范200 mm 限值，但局部过大沉降可能会给基础结构带来过大内力甚至开裂，同时也可能影响日后正常使用。为减少沉降变形并充分考虑工程经济性，基础筏板下采用间距2 500 mm 矩形布置的CFG复合地基疏桩减沉方案，单桩承载力特征值450 kN，桩长4～10 m，以中风化泥岩为桩端持力层。

2 地基基础验收检测出现的问题及思考应对

CFG 桩施工完毕，地基基础检测验收单桩承载力特征值为360 kN，较设计要求承载力450 kN 低20%，桩间土4点压板试验结果均能满足要求。接下来设计如何选择加固补强方案，除了安全考量还应该考虑工期、造价、施工的便利可行性。通常对原设计调整最小的方案是补20%的CFG桩来满足原设计要求，但桩基重新进场补桩及相应的验收检测势必对工程造价控制及工期造成严重影响。考虑本工程基础桩基仅是为了控制沉降，设计基础补强方案只需聚焦工程最终沉降变形的准确评估和控制。

目前基础沉降的计算方法很多，例如弹性理论法、现场载荷试验法、数值计算法等［1］，而用原位压板试验求取地基土的变形参数，用于地基沉降计算是克服取样扰动的较好方法，压板载荷试验的应力状态与基础受力状态非常类似，过去也有很多学者探讨过用压板试验去计算沉降的方法，包括Terzaghi-peck 等人［2］、焦五一［3］、张在明［4］等，实际工程较常用的做法是以弹性半空间理论按压板载荷试验P-s曲线，获得地基础土的变形模量E0=I0（1-u2）pd/s［5］，并按s=（1-u2）pdω/E0［6］计算沉降变形，但此法没有很好地解决尺寸效应问题，也有一定局限性。因此杨光华等人提出原位切线模量法和割线模量法，分别根据硬土及软土的沉降变形不同特点，建立了不同荷载水平与变形模量关系的本构模型［7，8］，较好地解决了基于变形模量的沉降变形计算中基础尺寸效应问题。但是压板载荷试验获取变形模量法的基础沉降计算，基于无限半空间弹性体假定的三维空间应力状态，本工程基础下为有限压缩土层，平均压缩土层厚度仅约为基础宽度的25%，沉降变形更接近一维压缩状态，因此并不适合采用基于变形模量的计算方法，采用压缩模量的沉降计算法与本工程相对薄压缩层的变形特点更吻合。

3 根据载荷试验得出压缩模量，并对基础的工后沉降进行分析

筏板下桩间土层共计4 处压板载荷实验点，压板尺寸1 m×1 m，最大试验荷载360 kPa下对应的基础沉降分别为17.19 mm，30.10 mm，9.00 mm，19.83 mm，为了评估最大可能沉降，选取P-s曲线下降最快压板试验点为参考，对应最大沉降变形值为30.10 mm（特征值对应的沉降8.0 mm）。

相应沉降变形计算选用的压缩模量Ea可根据压板P-s曲线，按布辛奈斯克理论解反算：

刚性压板下P-s曲线最大加载360 kPa 对应的最大沉降s360=0.03 m，近似为柔性荷载下平均沉降sm-360，对应的中心点最大沉降为ss-360=sm-360×（1.12/0.95）=0.035 m［10］。

若压缩变形计算土层厚度取基底下3倍压板宽度的主要受力土层范围，h=3 m，查得平均附加应力系数为α=0.080 5，计算对应Ea=10.0 MPa；若压缩变形计算土层厚度取基础下压缩土层平均厚度6 m，h=6 m，查得平均附加应力系数为α=0.043 5，计算对应Ea=10.74 MPa。

若取P=180 kPa与基底实际标准压应力平均值接近，对应的压板沉降变形s180=0.008 m，相应于柔性荷载作用最大中心沉降ss-180=sm-180×（1.12/0.95）=0.009 43 m，算得 3 m 和 6 m 压缩 土 层 下 ，Ea分 别为 18.40 MPa、19.93 MPa。

根据实际载荷试验反算土层压缩模量Ea=10.00～19.93 MPa，均较地勘给出（取土样经过扰动）实验室试验结果Ea=6.88 MPa 为大，因此基础沉降变形计算依据现场载荷试验反算取10.0 MPa 偏于保守，同时偏于安全不考虑未达设计要求的CFG 疏桩对压缩模量的影响，平均沉降s=P·h/Ea（按不考虑应力扩散的一维压缩），最大预估沉降变形s=180×6/10 000=0.108 m。

4 基础设计调整

考虑适当增大筏板面积15%，则压缩土层计算应力相应减少13%，沉降变形s=180×（1-0.13）×6/10 000=0.094 m，另考虑整体结构实际施工抬高30 mm 预留沉降，考虑裙楼基础沉降20～30 mm，则预估最终主楼与裙楼剩余沉降高差在20～40 mm，待沉降基本完成、沉降后浇带封闭后易于在楼层装修层内消化，不至于对日后使用造成影响。

此外由于加大筏板基础面积15%，相应将基础板厚由原设计的700 mm 增大至800 mm，适当增加基础刚度有利于减缓不均匀沉降变形。筏板基础计算分析采用有限板元计算模型，不考虑上部结构刚度对基础刚度的贡献，分别以文克勒弹性地基及倒楼盖法受力模型进行计算分析，并对基础筏板进行包络设计。

5 结语

在工程建设过程中，设计常遇到由于各种原因造成的实际施工质量检测与设计要求不相符的情形，满足结构安全性、经济性且易于操作的应对方案，须结合具体的工程及事件，同时要求专业设计人员须具备较强的职业责任心，方能采取最佳应对措施。本案应对基础桩基承载力检测不满足原设计要求的问题，并未简单地要求施工方按原设计要求补强，而是聚焦原设计沉降控制的核心关键问题，充分利用验收检测产生的数据来调整原设计方案，为业主找到了对工期及造价影响最小的最优处理方案。