岩土勘察地基变形计算深度探析

李全军 赵建平 张胜利

【摘要】建筑物的结构类型和使用功能不同，对地基变形可能的敏感程度，或者说是造成危害的情况和对使用功能的影响程度不一样。建筑地基基础设计规范要求对设计等级为甲级、乙级的建筑物及部分丙级建筑物均应按地基变形设计。

【关键词】基础类型 压缩层 变形计算深度

中华人民共和国建设部现行规范框架内，有以下几项规定（强制性条文）至关重要，是制定岩土工程勘察方案及地基基础设计所必须遵循的原则：岩土工程勘察规范（GB50021-2001）4.1.18条第2款要求，对高层建筑和需作变形计算的地基，控制性勘探孔的深度应超过地基变形计算深度；建筑地基基础设计规范（GB50007-2011）3.0.2条第2款：设计等级为甲级、乙级的建筑物均应按地基变形设计；高层建筑岩土工程勘察规程（JGJ72-2004）4.1.4条第1款：控制性勘探孔的深度应超过地基变形的计算深度；建筑桩基技术规范（JGJ94-2008） 3.2.2条第2款1项：控制性孔应穿透桩端平面以下压缩层厚度；建筑地基处理技术规范（JGJ79-2012）7.1.7条：复合地基变形计算应符合现行国家标准《建筑地基基础设计规范》GB50007的有关规定，地基变形计算深度大于复合土层的深度。五部规范四种提法，但都指向一点，即 “地基变形计算深度”。下面就针对该问题进行分析并深入讨论。

一、地基变形

自重应力是地基中由岩土体本身有效重量产生的应力；附加应力是由外荷载在地基中引起应力，所谓的“附加”是指在原来自重应力基础上增加的应力。地基中自重应力分布是随地基深度的加而增加，是正比关系；地基中附加应力的分布正好相反，是随地基深度的增加而递减。地基的变形是对上部荷载的作用的直接反应，自重应力与附加应力共同作用使压缩层发生压缩变形。不同压缩性的土，变形计算深度是不同的，压缩性越高，相应的变形计算深度越大。

二、浅基础地基变形计算深度

浅基础根据结构形式可分为扩展基础、联合基础、柱下条形基础、柱下交叉条形基础、筏形基础、箱形基础和壳体基础等。当进行天然地基上浅基础设计时，除了要保证基础本身有足够的强度和稳定性以支撑上部结构的荷载外，同时要考虑地基的强度、稳定性及变形必须控制在容许范围内。变形计算深度应从基础底面起算，在基础不同部位之下地基中，其应力分布和大小是不同的，从而地基压缩层计算深度亦有所不同。一般情况下，基础中心点计算深度最大，边点次之，角点最小。基础持力层为一般粘性土时，当地基某深度的附加应力与自重应力之比等于0.2时，该深度范围内的土层即为地基沉降（变形）计算深度.，若基础持力层为软粘土，则以地基某深度的附加应力与自重应力之比等于0.1为标准确定压缩层的厚度。自重应力的计算应从天然地面起算，土层的重度采用有效重度。附加应力则从基础底面起算。根据几代工程师的施工经验及大量的测试数据，勘察规范归纳总结了变形计算深度的简易确定方法。

⑴对条形基础、单独柱基，当基础底面宽度不大于5m时，变形计算深度对条形基础约为基础底面宽度的3倍，对单独柱基约为基础底面宽度1.5倍，且不应小于5m；

⑵对筏板或箱型基础，变形计算深度以zn=b（2.5-0.4lnb）确定，并随基础宽度的增加，深度可略微减小。Zn：变形计算深度（m）， b：基础宽度（1m～30m）。

⑶高層建筑群下的大底盘车库（箱基、筏基），在不具备变形深度计算条件时，可按下式计算确定。dc=d+αcβb。 d：基础埋置深度，αc：与土的压缩性有关的经验系数，可查阅JGJ72-2004规范 ，表4.1.4， β：与高层建筑层数或基底压力有关的系数。

三、深基础地基变形计算深度

深基础是埋深较大，以下部坚实土层或岩层作为持力层的基础，其作用是把所承受的荷载相对集中地传递到地基的深层，而不像浅基础那样，是通过基础底面把所承受的荷载扩散分布于地基的浅层。因此，当建筑场地的浅层土质不能满足建筑物对地基承载力和变形的要求，而又不适宜采用地基处理措施时，就要考虑采用深基础方案了。深基础有桩基础、墩基础、地下连续墙、沉井和沉箱等几种类型。同样勘察规范归纳总结了深基础的变形计算深度的简便确定方法。

⑴端承型桩，以可压缩地层（包括全风化和强风化岩）作为桩端持力层时，变形计算深度应深入预计桩端持力层以下5-10m或6d～10d（d为桩身直径或方桩的换算直径，直径大的桩取小值，直径小的桩取大值）

⑵摩擦型桩：群桩桩基沉降（变形）计算深度宜取桩端平面以下附加应力为上覆土有效自重压力20%的深度，或按桩端平面以下（1～1.5）b（b为假想实体基础宽度）的深度考虑。上覆土有效自重压力应从天然地面起算，附加应力从桩底端平面起算。

⑶箱桩基础或深基坑工程，开挖深度越深，补偿的作用越大，则基底的附加应力就越小，基础变形计算深度就不能简单的按上述简便方法确定，变形计算深度需要专门的讨论。

四、复合地基变形计算深度

复合地基是指天然地基在地基处理过程中部分土体得到增强，或被置换，或在天然地基中设置加筋材料，加固区是由基体（天然地基土体或被改良的天然地基土体）和增强体两部分组成的人工地基。

复合地基的变形计算通常分为两部分，复合地基加固区变形和复合地基加固区下卧土层变形。下卧土层的变形计算深度是控制性条件，自重应力从天然地面起算，而附加应力则采用应力扩散法或等效实体法计算传至下卧土层顶面的值，然后采用附加应力系数法计算下卧层某深度处的附加应力，以满足附加应力为自重应力的1/5～1/10的深度作为变形计算深度。

五、结语

地基沉降（变形）计算深度的确定，是沉降量计算中的重要一步。岩土技术人员要深入理解地基岩土性质及地基变形的机理，不断总结归纳，在实际工作中不断积累经验，才能更好的、快速、准确地确定地基沉降计算深度即压缩层下限值。岩土规范、标准都是前人经验的总结，需要融会贯通，但不能教条。

参考文献：

1.刘玉桥 对“地基变形计算深度确定方法的讨论”一文的讨论 岩土工程界 2008 12（7） 11-12

2.张国学 确定地基沉降计算深度的一种简捷方法 华东公路 1995 94（3）32～34