地基基礎持力層選擇與變形設計

1、地基基礎變形設計與持力層的選擇報告內容 引言 天然地基淺基礎持力層的選擇 復合地基淺基礎持力層的選擇 樁基礎樁端持力層的選擇 結語 引言地基基礎設計規(guī)范規(guī)定：所有建筑物的地基計算均應滿足承載力計算的有關規(guī)定；設計等級為甲級、乙級的建筑物均應按地基變形設計。地基持力層的選擇，不僅要考慮滿足承載力的要求，更要滿足地基變形的要求。不論是天然地基、復合地基還是樁基礎，持力層選擇不當，即便是承載力能夠滿足要求，依然會引起建筑物產生較大的沉降和不均勻沉降變形。持力層的選擇是地基基礎設計中最重要的概念設計。1、天然地基持力層的選擇小區(qū)包括6棟地上6層、地下1層的框架結構住宅樓和兩個地下一層整體車庫。住宅樓基

2、礎形式均為筏板基礎，厚度為550mm；地下車庫基礎形式采用獨立基礎+防水板的形式，防水底板厚度為300mm。地下車庫與住宅樓的基礎埋深約0.8m，持力層位于第1層粉質粘土層，小區(qū)南北兩側回填土高度約4.5m。工程已基本竣工時發(fā)現(xiàn)6棟住宅樓均發(fā)生了不同程度的不均勻沉降，其中位于小區(qū)北側的1#和2#樓發(fā)生了向北側的較大傾斜，位于小區(qū)南側的5#和6#樓發(fā)生了向南側的較大傾斜，四棟樓的傾斜均已達到或超過國家規(guī)范允許的0.4%的標準。1.1 煙臺某安置小區(qū)工程概況1、天然地基持力層的選擇 場地地層自上而下分別為粉質粘土、粉土、淤泥質粉質粘土、礫砂混角礫層及全風化云母片巖。1、粉質粘土：厚度2.04.60

3、m，平均厚度2.96m。該層土壓縮模量為3.47MPa，屬于中等高壓縮性土。2、粉土：土質均勻性一般，局部夾粉砂薄層。該層厚度1.404.50m，平均厚度3.46m。該層土壓縮模量為6.66MPa，屬于中等壓縮性土。3、淤泥質粉質粘土：厚度5.007.10m，平均厚度6.13m，該層土壓縮模量為2.57MPa，屬于高壓縮性土。4、礫砂混角礫：圓礫含量介于1525%之間，石英質或花崗巖質，卵圓形，局部圓礫含量較高。厚度4.75.7m，平均厚度5.18m。該層標準貫入擊數(shù)標準值為12.8，壓縮模量25MPa，壓縮性較低。5、全風化云母片巖：灰色，全風化狀態(tài)，巖芯呈土狀、碎塊狀，巖芯采取率約7590

4、%，RQD值為0.主要礦物成分為云母，極軟巖，極破碎，巖體基本質量等級為V類。 地質條件1、天然地基持力層的選擇工程地質因素：根據(jù)工程地質勘察報告，該工程場區(qū)地層表層和中部分布有壓縮性較高的粉質粘土和淤泥質粉質粘土，在較高的荷載作用下，這兩種土都會產生較大的沉降變形。 建筑結構因素：該工程住宅樓與地下車庫在結構上是連接為一體，由于住宅樓的沉降變形量遠大于地下車庫的變形量，造成建筑物傾斜。 也有南北兩側填土的原因，但根本原因在于地基變形過大。宜采用復合地基的處理方式。處理：豎向鉆孔，采用應力釋放的方法進行糾傾。原因及處理滿足安全的前提下力求經濟！1、天然地基持力層的選擇青島某海邊別墅區(qū)，別墅均為

5、地上兩層，地下一層，各單元基礎均采用梁板式筏形基礎且互不相連，筏板厚度為300mm，外側基礎邊梁尺寸為2001300，內部基礎梁尺寸為300500。主體結構施工、室內外地下管線和基礎回填基本完成時發(fā)現(xiàn)， H戶型和L戶型的別墅沿建筑南北方向產生了較大的不均勻沉降，建筑物發(fā)生了傾斜。 1.2 青島海濱某別墅區(qū)工程概況1、天然地基持力層的選擇 根據(jù)工程勘察報告，該工程場區(qū)原地貌為濱海淺灘蝦池，后經人工回填改造形成現(xiàn)有地貌。 表層土體為雜填土和素填土，平均厚度約1.82.5m左右，回填時間較短；下部為平均厚度約3.0m的淤泥質土、平均厚度為2.75m的粉質粘土及較厚的粗砂礫土。 為提高地基承載力，對表

6、層地基土體采用了強夯加固處理，地基承載力特征值為100kPa。 地質條件1、天然地基持力層的選擇 強夯處理對于較深土層淤泥質土不會產生較好的加固效果，在建筑物荷載作用下仍然會產生較大的沉降變形。由于建筑物整體荷載向北側偏心且淤泥質土層厚度的不均勻性，建筑物就會沿南北方向產生較大的不均勻變形，引起建筑物的南北向傾斜。 宜采用強夯置換或復合地基的處理方式，消除淤泥土層壓縮變形較大的影響。 采用一側微型樁托換、另一側水平掏土的方式進行糾傾。原因及處理1、天然地基持力層的選擇該建筑物為地上33層、地下一層的高層住宅樓，東西長33.20m，南北寬17.30m，建筑物頂層檐口高度為99.90m。位于小區(qū)西

7、南角，東側北側與地下車庫相連。本工程結構型式為剪力墻結構，基礎為筏板基礎，持力層為第-1層強風化花崗閃長巖上亞帶，地基承載力特征值fak=500kPa?；A超挖部分填筑C20毛石混凝土。地基高差變化較大處，地基可按1:2作錯臺。主體結構施工后，施工單位在進行電梯安裝時發(fā)現(xiàn)建筑物出現(xiàn)傾斜。 1.3 青島某高層住宅樓工程概況1、天然地基持力層的選擇層殘積土：該層局部揭露，層厚1.80m2.30m，標準貫入擊數(shù)25擊，地基承載力特征值fak=240kPa，變形模量E0=12.0MPa。層全風化花崗閃長巖：該層僅局部揭露，層厚3.10m，地基承載力特征值fak=300kPa，變形模量E0=26MPa。

8、-層強風化花崗閃長巖上亞帶：巖石的堅硬程度等級為較軟巖，巖體基本質量等級為V級。層厚0.804.0m，該層在建筑物南側的層厚明顯大于北側，在建筑物西側的層頂標高明顯低于東側，在南側的層頂標高也明顯低于北側；地基承載力特征值fak=500kPa，變形模量E0=40MPa。-層強風化花崗閃長巖下亞帶：巖石的堅硬程度等級為軟巖，巖體基本質量等級為V級。層厚1.5014.40m，該層建筑物東側的層厚明顯大于西側；地基承載力特征值fak=1200kPa，變形模量E0=50MPa。層中風化花崗閃長巖：巖石堅硬程度等級為較硬巖，巖體完整程度為較完整，巖體基本質量等級為級，地基承載力特征值fak=2500kP

9、a。地質條件1、天然地基持力層的選擇1、天然地基持力層的選擇承載力與變形驗算均滿足要求。 現(xiàn)場補充勘察表明，該工程南側及西側基礎底面或超挖后的基礎底面均未達到設計要求的持力層。其中南側基底實際持力層為第層全風化花崗閃長巖，西側超挖后的基底實際持力層為第層殘積土。地基持力層的不均勻是發(fā)生不均勻沉降的主要因素。結構上與地下車庫相連加劇了傾斜的發(fā)生。處理：傾斜一側進行基礎托換。類似情況在棗莊也有發(fā)生。原因及處理驗槽的重要性！1、天然地基持力層的選擇某小區(qū)共7棟高層住宅樓，地上2834層，地下2層，基礎采用天然地基上的筏板基礎，基底壓力530-620kPa 。 根據(jù)勘察報告，主要地層為填土、黃土、粉質

10、粘土、卵石、閃長巖殘積土、全風化閃長巖，強風化閃長巖，中風化閃長巖。2層地下室，埋深7.2m，填土和黃土層全部挖除、粉質粘土層大部分挖除，基礎底面基本位于卵石層。1.4 濟南某高層住宅小區(qū)工程概況1、天然地基持力層的選擇地質條件層號土層名稱fak（kPa）Es1-2（MPa）Es3-6（MPa）厚度（m）卵石4004011.7-41.3-1粉質粘土2208.111.3-2粘土25014.017.0閃長巖殘積土2204.38.68.4-10.0-1強風化閃長巖45040全風化閃長巖300302.3-6.8強風化閃長巖500502.3-10.6中風化閃長巖1500可否采用卵石層作持力層？1、天然地

11、基持力層的選擇承載力經修正后滿足要求，但第5層壓縮模量較小，變形較大。建議采用灌注樁基礎。 根據(jù)經驗判定第5層閃長巖的殘積土壓縮模量偏低，做現(xiàn)場的深層載荷試驗和旁壓試驗，結果表明殘積土層的地基承載力432-529kPa，壓縮模量20-28MPa，遠高于室內試驗結果。 最終采用天然地基上的淺基礎，以卵石層作為持力層。2013.9-2014.8，最大沉降11.4-22.5mm，目前變形穩(wěn)定。該工程極大地節(jié)約了成本，節(jié)省了工期。相鄰所有新建小區(qū)均改變了地下室層數(shù)，改為天然地基上的筏板基礎。設計方案工程經驗的重要性！1、天然地基持力層的選擇層號名稱承載力特征值(KPa)壓縮模量Es1-2黃土狀粉質粘土

12、1505.9-1碎石28016.0黏土1806.6卵石32025.0-1膠結礫巖40045.0-2粉質粘土2007.0殘積土26020.0全風化閃長巖30025.0-1強風化閃長巖42050.0強風化閃長巖50050.0中風化閃長巖1500相鄰小區(qū)的土層參數(shù)2、復合地基持力層的選擇2.1 魯西地區(qū)某病房樓 病房樓為地下1層、地上16層，建筑高度66.45m。采用框架剪力墻結構，筏板基礎，CFG樁復合地基。筏板基礎厚1.1m，混凝土強度等級為C35，樁頂和基礎之間設置褥墊層，褥墊層厚度250mm。 設計CFG樁樁徑0.5m，樁長10.5m，以第層粘土作為樁端持力層，設計要求樁端進入該層大于1m，

13、樁身混凝土強度等級C20。CFG樁正方形布置，樁間距1.6m1.6m。設計單樁承載力特征值為600kN，處理后復合地基承載力特征值為fspk=336kPa。工程概況2、復合地基持力層的選擇2、復合地基持力層的選擇地質條件層 號巖 性fak（kpa）ES1-2（MPa）1粉土1306.201-1粉砂15016.002粘土1204.703粉土1406.604粉質粘土1003.605粉土1608.006粉細砂18020.007粘土1504.808粉土1809.509粉質粘土1604.7010粉土1809.1010-1粉質粘土1605.6011細砂21024.0012粉質粘土1906.3013粉土20

14、09.9014粉質粘土1906.802、復合地基持力層的選擇2、復合地基持力層的選擇工程問題 2014年6月 施工到8層時，最大沉降量為26mm； 2014年9月16層主體結構完成，最大沉降量達到99.98mm； 2015年5月主體裝修階段，最大沉降量達到168.27mm； 2015年9月設備安裝階段，最大沉降量超過200mm，且沉降沒有收斂的趨勢。 建筑物整體傾斜基本滿足規(guī)范要求，沉降變形相對均勻。2、復合地基持力層的選擇原因及處理1、承載力復核： 單樁承載力、復合地基承載力均滿足要求。2、地基變形驗算： 計算最大沉降量為155.2mm，滿足規(guī)范要求。3、持力層的選擇： 樁端持力層及下臥層壓

15、縮模量較小，沉降較大；同時，褥墊層及CFG樁施工質量也有問題。褥墊層較薄或者壓實不良，增大了樁土應力比，會引起樁端承載力破壞；檢測中發(fā)現(xiàn)樁長存在問題。4、處理方案： 在室內進行補樁，錨桿靜壓樁樁端進入第11層細砂層。效果并不理想！2、復合地基持力層的選擇2.2 某住宅小區(qū)小區(qū)共14棟住宅樓，另有一棟辦公樓，均為4-6層的磚混結構，基礎采用毛石砼條形基礎，基礎埋深約為1.5m。地基深度40m范圍內主要為沖湖相泥炭質粘土和淤泥。建議采用復合地基進行地基處理。工程概況2、復合地基持力層的選擇地質條件層號土名含水量孔隙比壓縮模量承載力層底平均深度1填土2粉質粘土30.00.825.71502-1粉土1

16、5.60.507.81602-2粉土23.10.616.71202.53粘土69.31.782.6803.64泥炭質粘土214.04.81.1307.55淤泥42.62.01.63516.05-1泥炭質粘土216.05.81.3306粘土73.82.01.860硬殼層2、復合地基持力層的選擇設計方案 采用毛石砼條形基礎，埋深1.5m，基礎頂部設圈梁，用粉噴樁地基處理。要求處理后的地基承載力為150kPa，載荷試驗要求承載力150kPa，沉降量小于20mm。粉噴樁長9m，樁徑500mm，置換率為25.6%。 進行復合地基靜載試驗（共12點）：承壓板尺寸0.88m*0.88m，面積0.7744m2

17、，最大加載340kPa，全部滿足設計要求。 2、復合地基持力層的選擇工程問題 經過三個月的施工，發(fā)現(xiàn)14座樓大多數(shù)均出現(xiàn)不同程度的沉降和傾斜過大的情況，最大沉降量為995.3mm，最大傾斜為14.8，嚴重超過國家規(guī)范的要求。 樓號最大沉降mm最大傾斜率1483.38.02566.71.63485.01.24533.05931.36995.38.97792.08.18798.19.79723.46.410503.36.811490.614.812843.013.913800.29.814695.39.62、復合地基持力層的選擇事故原因1、未遵循按變形控制原則，未進行變形驗算。 2、選用條形基礎，

18、基底壓力過大，軟弱下臥層承載力不滿足要求。 3、對規(guī)范及地基承載力概念理解不夠。規(guī)范規(guī)定：復合地基靜載荷試驗用于測定承壓板下應力主要影響范圍內復合土層的承載力和變形參數(shù)。 5、處理方案：糾傾和加固托換。為何通過了載荷試驗？4、影響深度：Zn=B(2.5-0.4lnB)，附加應力的影響深度與基礎寬度有關，載荷板的寬度較小，影響深度遠遠小于基礎實際影響深度，本案表層為硬殼層，承載力相對較高，表現(xiàn)為載荷試驗結果較高。 3 樁基礎持力層的選擇3.1 濟南小清河某高層住宅樓工程概況 該工程由1棟30層（5#樓）和2棟32層（1#樓和3#樓）的住宅樓、地下車庫及附屬2層商業(yè)樓組成。其中三座高層住宅樓采用框

19、架剪力墻結構，基礎采用樁筏基礎。 樁基礎采用預應力混凝土管樁，樁徑500mm，樁間距1.82.0m，樁尖為開口型鋼樁尖，樁端以第12層角礫層為持力層，樁端全截面進入第12層角礫層的深度不小于0.5m，樁長2530m。管樁的單樁豎向承載力特征值為2350kN。在自然地坪處進行靜載試驗時，試樁樁長加長5.0m，靜載荷試驗最大壓力不小于5200kN。 3 樁基礎持力層的選擇地質條件層號巖土名稱承載力特征值fak(kPa)壓縮模量建議值Es(MPa)備注粉質黏土1809.13粉質黏土1808.89角礫35025.0經驗值-1碎石40030.0經驗值全風化輝長巖26015.0經驗值強風化輝長巖50045

20、.0經驗值中風化輝長巖1600可視為不可壓縮層經驗值-1中風化輝長巖（破碎）800可視為不可壓縮層經驗值角礫：青灰色，中密，母巖成份為灰?guī)r，粒徑0.31cm，亞圓形次棱角形，黏性土充填，含量約65%。-1碎石：青灰色，中密，母巖成份為灰?guī)r，粒徑26cm，亞圓形次棱角形，黏性土及角礫充填，含量約65%。 3 樁基礎持力層的選擇3 樁基礎持力層的選擇正式大范圍施工前：試樁12棵，基本滿足要求。其中9棵正式的試樁中有7棵終壓值未達到5200kN，部分樁在復壓后滿足設計要求。正式大范圍施工后：檢測10棵樁，每座樓各5棵，有5棵不滿足設計要求，其中1#樓2棵，3#樓3棵。單樁承載力極限值在2800400

21、0kN之間。樁基檢測情況3 樁基礎持力層的選擇 靜載不合格的工程樁復孔情況樓號樁號復孔情況復孔結論1#117#樁端距角礫層底1.4-1.5m角礫層厚度比原地勘報告薄3.0-4.0m1#202#樁端距角礫層底3.9m，樁端附近有0.5m疑似粘土夾層角礫層厚度比原地勘報告薄0.3-2.4m3#18#樁端距角礫層底0.8m角礫層厚度比原地勘報告薄2.2-2.4m3#114#樁端距角礫層底0.1m角礫層厚度比原地勘報告薄1.5-1.7m3#189#樁端進入全風化層0.2m與原地勘報告不符3#306#樁端距角礫層底2.2m與原地勘報告相符，靜載合格規(guī)范要求？3 樁基礎持力層的選擇樁端持力層承載力不足（樁

22、端持力層厚度不足；進入全風化層；樁端角礫層粉質粘土含量較高）擠土效應引起的樁體上浮等其他因素：如地質條件復雜、基坑降水、壓樁機引起地表土體下沉等。原因分析3 樁基礎持力層的選擇樁底注漿（或復壓+樁底注漿）方案 優(yōu)點：經濟 缺點：施工存在困難，承載力存在變數(shù)，影響工期局部補樁方案 優(yōu)點：受力明確，承載力可控 缺點：群樁效應對樁基承載力和沉降變形有影響，造價高 預應力管樁： 問題：擠土效應明顯，承載力有不確定性 鉆孔灌注樁： 問題：群樁效應及不同樁型的變形協(xié)調補長樁及后注漿處理方法3 樁基礎持力層的選擇3.2 某大型高層綜合體工程概況該工程為一棟多功能綜合樓，地上部分分為4部分：28層筒體塔樓，26層塔樓，18層樓，純地下部分。采用樁筏基礎。筏板長78.6m，寬35.9m，梁板式，板厚0.61.0m，梁高2.182.30m，埋深11.0m，采用沉管灌注樁，樁徑500，樁長21.5m，共752根，滿堂布置，兩種樁距1.8*1.8和1.