天然地基可行性及地基均匀性评价探讨

王建学

（滨州市建筑工程施工图审查中心，山东滨州 256600）

随着我国建设项目的逐渐增多，产生的大大小小的勘察单位不计其数，但是受市场经济影响，岩土工程勘察市场相对较为混乱，不良竞争经常出现，勘察单位的技术水平参差不齐，主要体现在岩土工程勘察报告整理、统计、归纳、分析、评价等多方面内容，尤其是规范对相关内容做了具体的要求，并未对评价的依据予以明确，导致勘察报告的编制深度要求难以达到。岩土工程勘察报告应对地基基础方案分析评价提出安全可靠、技术可行、经济合理的一种或几种地基基础方案建议[1]，从常规的设计理念来讲，地基基础方案的选择一般是首选天然地基，因此天然地基评价的内容是岩土工程勘察报告重点之一，对设计采用地基方案具有一定的参考价值。地基均匀性是规范强制性条文要求[2]，因此，地基均匀性评价是勘察报告的重点内容之一，是从工程地质条件考虑受主要土层影响，上部结构产生不均匀沉降的可能性，根据不同的地质条件，设计单位进行地基设计时应采取相应的措施，因此，地基均匀性评价结论是地基基础设计时重点关注的一项内容。

1 天然地基可行性的影响因素

天然地基是否可行主要应当满足两方面的要求，即强度要求、变形要求。强度要求主要是指上部荷载产生的基底压力是否小于天然地基基础持力层及下卧层对承载力的要求；变形要求主要是根据上部结构、地质条件判定变形是否满足建筑正常使用时的变形限值。因此天然地基可行性的主要影响因素应从以下两个方面进行考虑：

（1）拟建建筑物的荷载、结构类型、基础形式。拟建建筑物的荷载一般情况下主要有面荷载、线荷载、单柱荷载，其荷载的性质主要与建筑物的结构类型有关。岩土工程详细勘察阶段，应当搜集拟建建筑物的荷载、基础形式，一般情况下是由设计单位提供。有时因项目未进行初步勘察或设计单位对当地工程地质条件不了解，其建筑物采用的基础形式还不能确定，可根据上部结构类型对可能采用的基础形式提供相应的荷载估算值，为岩土工程勘察工作量布置、岩土工程评价提供依据。

（2）工程地质条件。受工程地质条件影响，天然地基评价应首先根据基础埋置深度或结构允许范围内调整基础埋置深度是否具有可选择的基础持力层。对于同一建筑物，工程地质条件越好、地基承载力越高、地基越均匀，其采用天然地基的可行性就越大。

2 天然地基可行性评价方法

天然地基可行性评价一般根据建筑物性质、工程地质条件可分为定性分析评价和定量分析评价。

（1）定性分析评价。根据建筑物的上部荷载、工程地质条件并结合当地工程地基基础方案实际经验可以分三种情况进行说明，第一，对于其上部结构荷载较大、天然地基承载力特征值较小明显不能满足设计要求；第二，上部荷载较小、天然地基承载力特征值较大，明显可以采用天然地基的情况；第三，对于软土地区或其他特殊性岩土地区，根据地区经验，建筑物会产生明显的变形，如上海软土地区，勘察报告对此可提出建议不采用天然地基的要求。对于以上三种情况可以进行定性分析评价即可，避免过于繁琐臃肿。

（2）定量分析评价。定量分析一般是指天然地基的强度计算，分析地基主要受力层能否满足上部荷载的强度要求，即是否满足下式：

但不同地区或不同单位对其评价的方法或模式有所不同，其目的是基本一致，其计算方法一般是估算。对于不同的基础形式，考虑方法也有所不同，对于筏板基础，一般提供的荷载应为面荷载，该值即为pk，与修正后的地基承载力特征值fa进行对比即可得出天然地基的可行性。

对于条形基础或独立基础提供荷载一般为Fk即单柱荷载或线荷载，需采取相关措施进行基底压力值换算。主要存在以下几种考虑方法：

①根据上部建筑的基础形式结合当地经验预估基础平面尺寸，并根据下式进行估算：

其值与修正后的地基承载力特征值fa进行对比，明确采用天然地基的可行性。

②与第一种方法相比，是属于公式的一种反算方式，是从设计角度反算基础尺寸的一种计算方法，即若采用天然地基基础底面积需满足：

如若判定的基础底面积过大，则可判定天然地基不可行。

③以上两种判别方法，如若相差不大时，可以考虑根据建筑物的结构特点建议改变基础形式采用筏板基础明确天然地基的可行性，必要时可提供其他可供选择的地基处理或桩基础方案建议。

详细勘察阶段，基础形式、尺寸、埋置深度等设计参数均未确定，变形仅可根据类似工程地区经验进行定性判定，对于变形不能确定是否满足设计要求时，勘察报告应当提供相应的变形计算参数，经设计单位计算后确定是否采用天然地基。

3 地基均匀性及影响因素

地基均匀性评价内容是强制性条文，必须进行相关内容评价，但是除了《高层建筑岩土工程勘察技术标准》对地基均匀性评价方法提出要求外，其他规范并未进行详细的规定或说明，说明其评价的方法并没有充分的经验可以参考，只能依据理论结合实际在工作中不断总结，提出合理的判定。

地基均匀性［4］是指考虑可能导致基础的差异沉降，对岩土空间分布均匀程度的评价。实际工程经验中，大多数与岩土工程有关的事故是变形问题，主要包括总沉降、差异沉降、倾斜和局部倾斜变形过大，导致不能满足建筑物正常使用。因此，地基均匀性评价的目的主要是从工程地质条件角度考虑由于主要压缩层范围内土层变形参数的差异，且不考虑结构调整、设计计算和施工误差的影响的条件下，导致建筑物产生不均匀沉降可行性，完全是岩土层分布及性质对建筑物影响的一个总体评价，为地基基础设计时的岩土空间分布提供正确的导向，切实保障地基基础设计的安全性及建筑物变形特征在允许范围内。综合以上论述，影响地基均匀性评价的主要因素有以下几个方面：

（1）地质成因或地貌类型对地基均匀性评价的影响。地质成因类型种类繁多，主要有冲积层、洪积层、坡积层、残积层、湖积层、沼泽相沉积层、海相沉积层等，不同的沉积类型，土层本身的强度、物理力学性质差异较大，尤其是当建筑物跨越不同的沉积类型时，其土层的变化更是极为明显，呈现出地层强度极其不均匀，容易造成建筑地基的不均匀；另外，还应当考虑特殊性土、不良地质作用等对地基进行评价的影响，如膨胀土、盐渍土、岩溶地区等。

（2）主要压缩层厚度差异对地基均匀性评价的影响。即使同一成因类型，成因的时代或受外力影响的不同造成岩土层地层竖向上的差异，这种竖向上地层差异一般情况下通过详细勘察能够查明，并查明其各地层的物理力学指标的差异，上下土层间的厚度差异、强度差异对地基变形有较大影响，因此应充分考虑这种情况下建筑地基的均匀性。

（3）土层本身对地基均匀性评价的影响。岩土工程勘察报告编制时，有时岩土层的划分相对较为粗略，造成物理力学指标统计变异系数过大，或存在透镜体、夹层、亚层等，说明其土层本身存在一定的不均匀性，也可能会对地基均匀性产生影响。

4 地基均匀性评价的方法

岩土工程勘察报告地基均匀性评价方法一般是参考高层建筑岩土工程勘察技术标准提出的天然地基判定为不均匀性地基的三种方法[5]：

（1）地基持力层跨越不同地貌单元或工程地质单元，工程特性差异明显。

（2）地基持力层虽属于同一地貌单元或工程地质单元，但存在下列情况之一：

①中—高压缩性地基，持力层底面或相邻基底高程的坡度大于10%；

②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值大于0.05b（b为基础宽度）。

（3）同一高层建筑虽处于同一地貌单元或同一工程地质单元，但各处地基土的压缩性有较大差异时，可在计算各钻孔地基变形深度范围内当量模量的基础上，根据其最大值与最小值的比值进行判定。

针对以上三种判别方法，谈谈自己的一点看法：

（1）第一条地基持力层跨越不同的地貌单元或地质单元，其各土层的物理力学指标差异一般情况下是相差较大的，应判定为不均匀地基，对此争议不大，如：半填半挖地基、土岩组合地基等。

（2）第二条主要是从同一成因类型或工程地质单元情况下的判定标准，这里持力层概念相对较为有争议，持力层是直接承受基础荷载的有一定厚度的岩土层，下卧层是位于持力层以下，并处于压缩层或可能被剪损深度内的各层地基土。有时基础底面下仅有10～30cm，把其看作是基础持力层有所欠妥，应把其下一土层合并作为基础持力层，防止概念错误导致地基均匀性评价不合理。持力层或相邻基底高程的坡度大于10%，其一般情况下是属于山坡地基或局部的微地貌变化，其基础底面标高存在一定的高差，高差过大（超过10%）时，类似于半填半挖地基，应判定为不均匀地基；关于基础宽度方向上的厚度差值大于0.05b（b为基础宽度），对于基础底面标高一致时，持力层底面的坡度可等同于5%，较大于10%更为严格。勘察阶段，地基均匀性评价只能依据钻孔地层数据进行评价，其钻孔间的地层厚度变化可以推测确定，但其基础宽度方向上的厚度差值难以确定，故本条仅可通过工程地质剖面图确定基础持力层或下卧层坡度进行确定地基均匀性。

（3）第三条是一种模拟沉降计算的一种定量分析方法，但其前提条件基础尺寸、附加应力系数取值的取值方法都是未知，同样进一步实际压力段的压缩模量取值难度更大，难以实现。

5 对地基均匀性评价的几点其他建议

（1）土质本身造成的地基不均匀，其地层划分有时过于粗略，此时的土层本身的物理力学指标统计变异系数过大，可以根据经验判定为不均匀地基。

（2）有时因地层划分较薄，或者虽然上下土层的岩土定名不一致，但其物理力学指标相差不大，对建筑物变形计算差异不大，可根据经验判定为均匀地基。

（3）工程地质条件有时存在亚层或透镜体，主要是指与主要土层相比较属于相对软弱层或硬层时，亦有可能产生不均匀沉降，可判定为不均匀地基。

（4）处理后的地基应进行地基承载力和变形评价、处理范围和有效加固深度内地基均匀性评价[6]。其主要是验收检验的基本要求，采用地基处理时，处理结果的好坏无法在勘察阶段完成，因此，勘察报告可对处理后的地基检测成果进行地基均匀性评价提出建议。对于桩土复合地基，由于处理深度内的压缩模量与天然地基承载力和处理后复合地基承载力特征值具有一定的关系，在保证施工质量的前提下，亦可参照天然地基均匀性评价方法执行。

（5）桩基的地基均匀性评价，桩基础的沉降主要是桩端以下压缩层，桩端持力层选择时应选择强度高、厚度大的岩土层，因此，一般情况下，桩基础的地基均匀性评价可判定为均匀地基；但受工程地质条件影响，不排除桩端持力层选择差异较大的不同土层或持力层地层坡度过大，此时，应对桩端下土层结合天然地基评价方法对地基均匀性做出明确判断。

（6）地基均匀性评价的范围主要包括平面范围及深度范围，平面范围主要是建筑物外轮廓线范围内；根据建筑物的变形计算要求，深度范围主要是指基础压缩层范围内的主要土层，即基础底面以下或桩端以下，对中低压缩性土可取附加压力等于上覆有效自重应力20%的深度，对于高压缩性土可取附加压力等于上覆有效自重应力10%的深度。其勘察阶段仅仅是估算，能够满足评价要求即可。

6 结语

（1）天然地基评价的根本目的是根据工程地质条件、设计提供的上部荷载对建筑物采用天然地基的可行性提出明确的结论，并对天然地基基础持力层、基础形式、埋置深度等提出建议。更好地为建筑物基础方案对比提出可靠的依据。

（2）地基均匀性评价是勘察报告的重要内容之一，其评价方法相对较为单一，不可过于死搬硬套，且相关要素不清，无法进行精确定量分析评价，目前主要是考虑地质成因、岩土层构造、岩土本身物理力学指标等做定性判定即可，且判定的标准需不断进行经验总结，提出更为合理的判别方法。