浅谈如何优化岩土勘察工程与地基设计

吴华辉　刘毅

（江西省建筑设计研究总院　江西　南昌　330000）

浅谈如何优化岩土勘察工程与地基设计

吴华辉刘毅

（江西省建筑设计研究总院江西南昌330000）

优化岩土勘察工程是建设项目中的重要技术，也是作为岩土工程地质勘探设计的先决条件，岩土工程勘察有着非常重要的现实意义。本文就如何优化岩土勘察工程与地基设计进行了分析，并通过基础方案经济技术比较优选过程以及设计方案的实际实施效果，供同行参考。

工程勘察；地基处理；基础设计

引言

随着我国社会经济的快速发展与城市建设的步伐不断加快，优化岩土工程勘查工作的必要性越来越强。因此，怎样能更有效地进行岩土勘察工作自然显得尤为重要。目前根据岩土工程勘察与地基设计工程建设的发展，至今已取得优秀的成绩，但一些相关的理论还在处于初步阶段，如何提高勘察及设计水平、为用户提供安全和经济的最终产品是每一个岩土工程师的责任和义务。在岩土工程勘察与地基设计过程中，会出现一些规范理解不透、有些是规范本身存在不足的，本文笔者就岩土工程勘察与地基设计中的若干问题提出自己的认识，以供同行借鉴。

1　优化岩土工程勘察的意义

通过岩土工程勘察可以有效的防止一些预料不到的灾害发生，并且能有利于处理自然环境与工程建筑的平衡。岩土工程的勘察工作不容忽视，调查和工程建设有关的工程地质条件，评价存在的与岩土工程有关的工程地质问题，为工程建设的设计、施工等提供详实、科学、准确的地质资料，是工程建设中至关重要的环节，以防给工程带来不必要的损失。了解工程通过地带的地质条件是岩石勘察工作的主要任务。准确的岩石特性指标和地基基础是拟建场地工程可行性的依据。修建的工程只有满足相关需求，才能创造出最大的效益，为公司和国家带来经济效益和社会效益。

2　基础方案比较选择

根据地质报告，本区地震动峰值加速度为0.05g，基本烈度为Ⅵ度。场地类别为Ⅲ类，特征周期为0.45s，属可建设的一般场地。场地地下水位较高。场地内土层分布连续，各层土力学性质差异较大，上部为软弱土层。

本工程为房地产开发住宅小区，甲方对基础方案的要求是造价低，施工速度快。为满足甲方要求，使基础设计达到最佳技术经济效果，基础设计时进行以下几种地基基础方案经济技术比较，从中选出最佳方案：

2.1天然地基——大开挖后利用④层粉土夹粉质粘土作持力层

有利条件：场区为农田，近边无重要管线和建筑物、道路等，开挖的环境条件较好，有利于开挖机械操作和堆土。不利条件：

（1）土方开挖工程量大。

（2）地下水位高，开挖时面临流土流砂及基坑边坡塌方问题。优点：施工方便，工期短。缺点：受天气条件影响大。

（3）④层粉土夹粉质粘土承载力特征值105kPa，工程特性一般，建筑物可能会产生较大沉降。

2.2复合地基方案——采用水泥土搅拌桩进行地基处理（桩端持力层为层⑤粉土夹粉砂）

此方案技术比较成熟，使用经验较多，施工周期相对较短，经济性比较好，因此选一栋典型住宅（9#楼），以相对造价较低的水泥土搅拌桩进行初步设计及经济分析。根据基础图，搅拌桩总桩数903根。处理要求复合地基承载力达到130kPa。

搅拌桩桩径为500mm；28天龄期水泥土试块无侧限抗压强度达到1500kPa。根据地质报告，桩长控制到层⑤粉土夹粉砂中，平均桩长为4.5m。单桩承载力Ra的确定：根据地质条件Ra1= 85kN；根据桩身强度Ra2=98kN。取以上二者的小值，即Ra=min {Ra1，Ra2}=85kN。

搅拌桩工程量∑L=903×4.5=4063.5m。按本地粉喷桩市场价估算造价约12万元。

2.3采用换填垫层法对浅层软弱土层进行处理方案

换填垫层法采用砂石垫层，将表层素填土、淤泥质土等不良土全部置换。其加固机理是：①置换作用。将基底以下软弱土全部或部分挖出，换填为较密实材料，可提高地基承载力，增强地基稳定。②应力扩散作用。基础底面下一定厚度垫层的应力扩散作用，可减小垫层下天然土层所受的压力和附加压力，从而减小基础沉降量，并使下卧层满足承载力的要求。④加速固结作用。用透水性大的材料作垫层时，软土中的水分可部分通过它排除，在建筑物施工过程中，可加速软土的固结，减小建筑物建成后的工后沉降。⑤均匀地基反力与沉降作用。保证基础底面范围内土层压缩性和反力趋于均匀。

换填垫层法具有提高承载力、增加地基强度、减少基础沉降、垫层采用透水材料可加速地基的排水固结的优点，而且可就地取材，施工方便，不需特殊的机械设备，与粉喷桩方案比较，既能缩短工期，又能降低造价，但与天然地基方案比，均需大开挖，工期延长，费用也有所增加。选9#楼，按照处理后复合地基承载力fspk达到120kPa估算。根据砖混结构计算结果，估算取垫层厚1200mm，采用3：7砂石，垫层面积约为890m2，所需砂石垫层体积V=1.2×890=1068m3。按照当地材料价格及设备台班等综合费用，折算到每立方米造价约100元/m3，本方案估算造价为10.68万元。

由以上分析可见，在相同条件下，方案2.1天然地基方案工期短，造价低，为优先采用方案。考虑沉降控制要求，可用方案2.2复合地基方案。

3　基础设计

根据设计经验，六层砖混住宅采用条形基础，采用大开挖天然地基方案，基底埋深2.10m左右。四层框架结构商住楼采用柱下独立柱基，采用复合地基方案，处理后复合地基承载力fspk= 130kPa。各土层物理力学参数见表1。

表1　地基土工程特性指标一览表

虽然换填垫层法有加速固结和均匀地基反力与沉降作用，但由于场地内土层分布不连续，各层土力学性质差异较大，软弱土层发育，土层压缩模量小。

沉降计算表明，采用天然地基和复合地基，建筑物会有一定沉降和沉降差。因此应针对不同的结构类型和地基情况，采取有效措施：

（1）对于独立柱基础框架结构的商住楼，在计算中，按地基承载力确定出基础底面尺寸之后，通过沉降计算，逐个调整基础面积，使计算沉降差满足规范要求；在构造上，设置纵横向基础梁，并适当加强。由于土层分布不连续，部分位置相邻近基础下土层变化很大，此时除采取前述措施外，还应适当加强上部结构，提高上部结构对不均匀沉降的抵抗能力。

（2）对于砖混结构住宅，首先应通过沉降计算，调整基础面积，使沉降差满足规范要求。由于砖混结构对不均匀沉降很敏感，容易因为不均匀沉降而产生裂缝。为加强结构抵抗不均匀沉降能力，设计采取如下技术措施：

①加强基础刚度，设置并加强地圈梁。

②合理布置纵横墙，纵横墙应尽量贯通，并控制横隔墙的间距不大于建筑物宽度的1.5倍。

④合理设置圈梁，增强建筑物的整体性，在一定程度上能防止或减少裂缝的出现，即使出现了裂缝也能阻止裂缝的发展。

⑤控制建筑物的长高比。建筑物的长高比控制在2.5～3之间时，可减少建筑物的相对弯曲，房屋不易出现裂缝。较长建筑可通过合理设置结构缝分为长高比适当的几个结构单元。

根据文献[1]10.2.9条，建筑物在施工期间及使用期间进行变形观测。沉降观测点埋设及变形观测应按文献[3]中有关要求。在图纸中应明确标注沉降观测点位置及沉降观测要求。

4　设计效果

施工严格按照设计要求，天然地基特别做好验槽工作，必要时作施工勘察。复核地基做好静载试验工作。复合地基A进行载荷试验。加荷分级不应少于8级。最大加载量不应小于设计要求的两倍。每加一级荷载读一次承压板沉降量，以后为每隔半小时测读一次，当一小时内沉降量小于0.1mm时，则认为已趋于稳定，可加下一级荷载。实测典型载荷试验测试点测试曲线见图1。

图1　场地典型载荷试验测试点测试曲线

从P～S曲线上看，曲线没有明显的转折点，整个变形过程是随着荷载增加土体产生压缩变形，当试验荷载加至最大试验荷载260kPa时，板顶沉降已经达到相对稳定，顶板总沉降量19.59mm。现场未发现承压板周围的土明显地侧向挤出、隆起和出现裂缝等破坏现象，实测顶板总沉降量很小，离基础土壤破坏还有一定距离，可见地基承载力还有一定安全余量。

综合以上情况和试验结果表明，处理后复合地基承载力满足设计要求。现在工程已经进入全面施工阶段，施工过程比较顺利，实际造价能控制在预测范围内。工程基本达到设计目的，较好地满足业主要求，取得良好的社会效益和经济效益，受到业主的好评。

[1]《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）[S].北京：中国建筑工业出版社，2002.

[2]袁明.浅谈岩土工程勘察方案的优化设计[J].岩土工程界，2007（04）.

[3]赖惠明.岩土工程勘察中存在的技术问题探讨[J].四川建材，2007（03）.

TU195

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2015-4-20