地基土均勻性評價.doc

地基的均勻性和穩(wěn)定性評價是巖土工程勘察報告較為重要的一項內容，從定性和定量兩方面對地基的均勻性和穩(wěn)定性進行了論敘，并對在不均勻地基的基礎設計中應采取的結構措施提出建議。關鍵詞 ：地基；地基均勻性；穩(wěn)定性；基礎設計；1 .天然地基的均勻性評價 在建筑物的天然地基淺基礎設計時，設計人員最關心的是由于地基變形引起的建筑物的變形(沉降量、沉降差、傾斜及局部傾斜) 而當前在進行建筑物的變形設計時多采用正常使用極限狀態(tài)的原則設計，即建筑物的變形是否超過變形允許范圍值，而造成地基變形最主要的原因之一就是地基存在不均勻的問題；巖土工程師在對地基的均勻性進行評價時由于巖土工程勘察規(guī)范和建筑地基基礎設計規(guī)范中沒有明確的評判標準可供參考，往往僅一筆帶過或者只停留在定性的評價上，缺乏必要的定量分析，給巖土工程設計帶來諸多不便。1.1地基均勻性的評價范圍 對天然地基的均勻性評價時應首先確定其評價的平面范圍和深度范圍，天然地基的均勻性評價平面范圍與抗震場地評價范圍既有相似而又有較大的差異，抗震的建筑場地評價多以自然村或某一街區(qū)為單位進行考慮，而建筑地基的均勻性評價時多以建筑物水平投影面積范圍為標準，也即通常以建筑物角點包絡線所占的面積為評價范圍；但地基均勻性的評價深度范圍與抗震覆蓋層厚度評價具有明顯不同的概念，必須有明確的定性概念，假若它的評價范圍與抗震覆蓋層厚度的評價范圍一致，則將造成過大的投資浪費，建筑抗震覆蓋層厚度的確定是以地面至地層界面剪切波速大于 500ms的巖土層頂面距離為準，而地基均勻性評價深度應掌握以下幾條原則：(1)地基主要受力層情況：對于條形基礎為基底下 3b(b為基礎底面寬度)，對于獨立基礎為基底下 15b，且評價深度均不小于 5m；(2)壓縮層深度范圍：對于天然地基淺基礎，獨立基礎或條形基礎其壓縮層深度按變形比法確定其評價深度：式中符號意義可參考“地基規(guī)范”（3）對大面積基礎其評價深度范圍按下式確定：式中b： 基礎寬度。且對于大面積基礎其評價范圍應不小于 1倍基礎寬度范圍。（4）對于樁基礎按等效實體深基礎的底面積按應力比確定評價深度 zn，即z 處的附加應力oz與土的 自重應力 oc 應符合下式要求：2 地基均勻性的評價內容地基的均勻性評價是巖土工程分析與評價的重要內容之一，在審核巖土工程勘察報告時，發(fā)現(xiàn)大部份巖土工程師對該部份的評價顯得空洞無物，或者根本就不涉及這方面的內容，使得基礎設計時對地基土的均勻性難以進行考慮，給建筑物的安全帶來隱患，根據(jù)有關規(guī)范和基礎設計經驗，地基的均勻性評價，其實就是地基土的壓縮性不均勻問題，結合場地特征，應首先確場地所在的工程地質單元，進而根據(jù)建筑物的荷載特征估算地基壓縮層深度范圍。2.1工程地質單元的劃分。根據(jù)現(xiàn)場調繪情況，確定場地是否跨越不同的地貌單元，再根據(jù)鉆孔揭露資料，繪制場地縱橫工程地質剖面圖，分析評價巖土質的成因、沉積年代、力學性質，分析地基巖土縱橫方向上物理力學性質的差異情況 ，分析建筑物基礎平面是否跨越不同的地貌單元和位于同一工程地質單元。2.2 地基均勻性評價深度的計算。根據(jù)建筑物的荷載特征，結合建筑物擬采用的基礎型式按式(1)(4)估算地基巖土的壓層深度范圍，分析評價壓縮層范圍內的地基巖土的物理力學性質，進而進行地基均勻性的定性及定量評價。2.3不均勻地基的評價。按下不列要求對地基的均勻性進行定性及定量評價：建筑物基礎平面跨越不同的地貌單元 ，巖土層的工程特性在縱橫方向上具明顯的差異為不均勻地基；建筑物所在場地構造破碎帶(非全新活動斷裂帶)發(fā)育或構造引起的節(jié)理裂隙發(fā)育導致巖體極為破碎(非風化破碎巖體)為不均勻地基；場地內有大面積的軟弱粘性土和填土分布，經人工處理過的地基均勻為不均勻地基；根據(jù)工程地質剖面圖，相鄰鉆孔的壓縮層范圍內巖土層界面坡度10時為不均勻地基； 建筑物平面范圍內各鉆孔壓縮摸量厚度加權平均值的最大值Emax與最小值Emin的比值作為不均勻系數(shù)，并結合同一工程地質單位巖土層厚度的統(tǒng)計變異系數(shù)進行分析評價，滿足表1條件的可評判為不均勻地基。 表一 地基不均勻系數(shù)界限值同一工程地質單位巖土層厚度統(tǒng)計變異系數(shù)0.10.10.30.30.50.5地基不均勻系數(shù)(K=Emax/Emink2.502.001.81.5 6、地基主要受力層范圍內的巖土層在基礎寬度方向上存在厚度明顯不同，層厚統(tǒng)計變異系數(shù)大于等于0.5，并且相鄰鉆孔間同一工程地質單元的巖土層厚度差值大于等于0.05b（b為基礎寬度）時，為不均勻地基，即滿足下兩式要求時為不均勻地基：b0.50|H1 H2|0.05b式中：H1 、H2 相鄰鉆孔同一工程地質單元巖土層厚度，m；b 基礎寬度。7、在同一鉆孔內的地基土壓縮層范圍內任意相鄰兩層巖土層的地基地壓縮模量比值滿足正式要求為不均勻地基：ES1 /ES23式中：ES1上層土壓縮模量； ES2下層土壓縮模量。8、對于樁基礎其樁底高差大于等于下式計算結果時應判定為不均勻地基：H=Dtan 式中：D樁徑；相鄰樁底中點連續(xù)與水平線的夾角。2、不均勻地基的穩(wěn)定性評價對于被判為不均勻地基的場地，應按規(guī)范要求進行地基變形的驗算評價，以免地基變形失效給建筑物帶來安全隱患，地基變形一般包括地基的壓縮變形，通常采用規(guī)范建議的等效分層總和法進行，而地基失效驗算即通常所說的地基穩(wěn)定性驗算；當規(guī)范不要求進行地基變形驗算的建筑，在基礎設計時應采取相應的結構加強措施。（1）不均勻地基巖土層承載力取值。眾所周知，建筑物設計時，最為常用的是簡化計算方法，即通常將上部結構、地基和基礎三個完整的靜力平衡結構體系人為地分為上部結構、地基和基礎三部分進行獨立求解，假定上部結構的柱是嵌固在基礎上的，求解出的結構內力（柱的軸力、彎矩、剪力、轉角），這些內力作用在基礎梁或基礎底板上，基礎梁或基礎底板同時承受地基反力，地基反力與上部結構荷載（含基礎自重及其縣挑部分以上的土自重）保持靜力平衡，并假定地基反力是按直線分布，即此時假定基礎是絕對剛性，而計算地基變形時又把基礎看作是柔 性的，即地基反力是均勻分布的，在對地基上進行承載力和變形驗算時，所采用的荷載組合也不同，進行承載力驗算時采用的荷載效應的標準組合，而在進行地基的變形驗算時，采用的荷載效應的標準永久組合，表明基礎剛度的不同地基土的發(fā)揮度也不同，也即地基土的承載力非定值，其隨基礎的剛度不同而變化根據(jù)上述簡化計算方法，僅僅考慮了總荷載與總反力之間的靜力平衡條件，而忽略了上部結構與基礎以及基礎與地基土之間的變形的連續(xù)性質，使得在利用地基土承載力取值時把地基土獨立看待，承載力取定值，導致地基土承載力取值偏高或偏低，給建筑物留下安全隱患或造成投資浪費，根據(jù)多年的設計經驗和地基反力觀測，地基土反力由于基礎剛度的不同，存在不同程度的集中現(xiàn)象，故基礎設計時地基土的承載力可根據(jù)基礎剛度和基礎型式的不同作如下調整：1、當基礎剛度較大時地基土承載力可采用偏高值；2、當基礎剛度較小時地基土的承載力可取偏低值；3、對獨立基礎，地基土承載力可取低值；4、而對于條形基礎或其它大面積基礎地基土承載力取高值。（2）不均勻地基的穩(wěn)定性計算。對于被判為不均勻的地基，除應按有關規(guī)范要求進行建筑物的沉降、差異沉降、傾斜等特征分析（具體分析計算方法可參照“地基規(guī)范”）外，更為重要的是應根據(jù)建筑物的重要性進行地基穩(wěn)定性驗算，國內外在這方面的文獻記錄較少，巖土工程師對這一重要內容往往均以對地基穩(wěn)定性“有利”與“不利”泛泛帶過，顯得空洞無物，設計人員無所適從，筆者依據(jù)多年基礎設計經驗及收集的一些文獻資料作一簡略介紹。Terzaghi等國外學者根據(jù)地基整體破壞原理，運用剛體平衡理論，假設塑性區(qū)展開濃度為1/3或1/4的基礎寬度進行地基承載力分析，這對地基整體穩(wěn)定性分析有極為重要的意義，“地基規(guī)范”建議地基穩(wěn)定性分析采用圓弧法進行驗算（圖1），即最危險的滑動面上諸力對滑動中心所產生的抗滑力矩MR與滑動力矩MR應符合下式： K=MR/MS1.2根據(jù)圖1所示，其穩(wěn)定安全系數(shù)可按下式計算：K= 式中：PPC基底附加壓力平均值；X附加壓力重心到滑弧圓心的水平距離；W1土條重量；Li土條內滑弧長度；H水平外力；C1 1土的抗剪強度；R圓弧半徑。運用該式進行整體穩(wěn)定性計算時，僅適用于小偏心荷載的建筑物，其關鍵是滑弧濃度的確定，滑弧濃度確定了其地基土整體破壞范圍也就確定了，根據(jù)多項工程地基土圓弧滑動穩(wěn)定性驗算及塑性區(qū)展形范圍，認為基礎外角點底面以下1/4基礎寬度范圍濃度內，且該點與地面的連線呈45 /2 夾角的驗算范圍可滿足建筑物安全使用要求；若經上式驗算所得地基穩(wěn)定性安全系數(shù)小于1.2，則應加大基礎埋深，繼續(xù)驗算直至滿足要求止；或采用增強滑帶土抗剪強度的辦法重新驗算地基穩(wěn)定性安全系數(shù)。地基持力層地層坡度小于10%，視為均勻性地基土。（2）持力層及第一下臥層在基礎寬度方向上的厚度差值小于0.05b，為均勻性地基土。（3）地基變形計算深度