不良地基处理方法探究
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作者: 邵金华
摘要 在长期的建筑物施工过程中，经常会遇见软弱不良的地基。所谓软弱地基指的是天然含水量过大，承载能力低，在荷载作用下容易产生滑动或固结沉降的地基。这种地基会导致建筑物沉降量过大，沉降时间过久且具有很大的不均匀性。对不良软弱地基处理的好坏直接影响到整个工程的质量和使用功能，因此在建筑施工过程中必须重视对不良软弱地基的加固和处理，以避免建筑物产生不均匀沉降，从而导致建筑物开裂，甚至倒塌。本文将通过温州市某某有限公司运动鞋生产厂房工程的地基处理实例，对软弱不良地基的处理做一个简单的总结，以供业内人士参考。
关键词 软弱不良地基；换土垫层；软粘土
1，工程概况
温州市某某有限公司运动鞋生产厂房，总建筑面积76340平米，六层框架结构，建筑高度23.6米。建筑场地原为工厂厂区，原有建筑物已全部拆除，场地平坦、宽阔。地处温州市鹿城区双屿镇，距海较近，地基土含水量过大属于软弱不良地基。该厂区地基土土层厚薄不一，自上而下的图层分别是：①杂填土厚0.5～1.0m；②硬塑状粘土(fak＝180kpa，Es＝27.5Mpa)厚1.0～1.2m；③可塑状粘土(fak＝130kpa，Es＝5.5Mpa)厚0～2.2m，局部缺失；④软塑状粘土(fak＝60kpa，Es＝2.0Mpa)厚1.0～2.5m；⑤流塑状粘土(fak＝30kpa，Es＝1.0Mpa)厚0～2.1m，局部缺失。土层以下为基岩。其中可塑状粘土、软塑状粘土、流塑状粘土统称为软粘土。
1，1软粘土的物理力学性质
软粘土也称软土，是软弱粘性土的简称。它形成于第四纪晚期，属于海相、泻湖相、河谷相、湖沼相、溺谷相、三角洲相等的粘性沉积物或河流冲积物。多分布于沿海、河流中下游或湖泊附近地区。常见的软弱粘性土是淤泥和淤泥质土。软土的物理力学性质包括如下几个方面：
1，1，1物理性质
粘粒含量较多，塑性指数Ip一般大于17，属粘性土。软粘土多呈深灰、暗绿色，有臭味，含有机质，含水量较高、一般大于40％，而淤泥也有大于80％的情况。孔隙比一般为1.0～2.0，其中孔隙比为1.0～1.5称为淤泥质粘土，孔隙比大于1.5时称为淤泥。由于其高粘粒含量、高含水量、大孔隙比，因而其力学性质也就呈现与之对应的特点――低强度、高压缩性、低渗透性、高灵敏度。
1，1，2力学性质
软粘土的强度极低，不排水强度通常仅为5～30kPa，表现为承载力基本值很低，一般不超过70kPa，有的甚至只有20kPa。软粘土尤其是淤泥灵敏度较高，这也是区别于一般粘土的重要指标。
软粘土的压缩性很大。压缩系数大于0，5MPa，最大可达45MPa，压缩指数约为0.35―0.75。通常情况下，软粘土层属于正常固结土或微超固结土，但有些土层特别是新近沉积的土层有可能属于欠固结土。渗透系数很小是软粘土的又一重要特点，一般在10-5～10-8cm／s之间，渗透系数小则固结速率就很慢，有效应力增长缓慢，从而沉降稳定慢，地基强度增长也十分缓慢。这一特点是严重制约地基处理方法和处理效果的重要方面。
1，1，3工程特性
软粘土地基承载力低，强度增长缓慢；加荷后易变形且不均匀；变形速率大且稳定时间长；具有渗透性小、触变性及流变性大的特点。
1，2杂填土的特性
杂填土主要出现在一些老的居民区和工矿区内，是人们的生活和生产活动所遗留或堆放的垃圾土。这些垃圾土一般分为三类：即建筑垃圾土、生活垃圾土和工业生产垃圾土。不同类型的垃圾土、不同时间堆放的垃圾土很难用统一的强度指标、压缩指标、渗透性指标加以描述。杂填土的主要特点是无规划堆积、成分复杂、性质各异、厚薄不均、规律性差。因而同一场地表现为压缩性和强度的明显差异，极易造成不均匀沉降，通常都需要进行地基处理。
2，该工程地基处理方法
结合本工程地基土的具体特征，施工现场采取了以下措施：
2，1重锤夯实
利用重锤自由下落所产生的较大夯击能来夯实浅层地基，使其表面形成一层较为均匀的硬壳层，获得一定厚度的持力层。
施工要点：施工前应试夯，确定有关技术参数，如夯锤的重量、底面直径及落距、最后下沉量及相应的夯击遍数和总下沉量；夯实前槽、坑底面的标高应高出设计标高；夯实时地基土的含水量应控制在最优含水量范围内；大面积夯时应按顺序；基底标高不同时应先深后浅；结束后，应及时将夯松的表土清除或将浮土在接近1m的落距夯实至设计标高。
2，2换土垫层
换土垫层就是将独立基础下面一定厚度的软弱土层挖除，然后以中砂、粗砂、砾石、碎石或卵石、灰土、以及其他性能稳定、无侵蚀性的材料填实。垫层应分层夯实，每层夯实后的密度应达到设计标准。
换土垫层的设计：
换土垫层的设计包括计算垫层所应具有的最小宽度和厚度。在垫层的宽度方面，根据建筑经验，垫层的顶宽一般采用较基础底边每边宽出200mm，垫层的底宽一般取基础同宽。垫层的厚度应根据作用在垫层底面处土的自重应力与附加应力之和不大于软弱土层承载力的条件确定，同时厚度不小于500mm。
在该对该厂房的基础进行设计时，由勘察资料显示，该地基为很厚的软粘土层，其承载力标准值fk一80kN／m2，重度r=17 kN／m3，IL=1.00，e=1.00。已知厂房独立基础承受上部结构荷载设计值F-155kN，设计室内外高差为0.3m，室外基础埋深d=0.80m。从以上数据可知，该地基承载力和变形不能满足设计要求，故需要进行换土垫层。垫层材料选用中砂，其承载力设计值按f=180kN／m2计算(施工时砂垫层密度控制在中密程度)，重度取r=19.5kN／m2。
按公式1=b=[F／(f―yh)]确定基底长度和宽度(独立柱正方形桩承台基础)。
式中：1、b――基础底面长和宽；
F――上部结构的荷载设计值；
f――换土垫层承载力；
7--基础及回填土平均重度，一般取r=20kN／m2；
h――基础自重计算高度。
将具体数值代入后得：
采用该式确定垫层厚度时，需要用试算法，即预先估计一个厚度，然后按上式校核，如不满足要求时，必须增加垫层厚度，直至满足要求为止。
为了减少计算工作量，设计该机房基础换土垫层的厚度时，采用了查曲线图的计算方法：曲线图见《建筑地基基础》1990.10；231。
首先，按下式计算出k1值
3，结构本身防变形处理方法
本工程除了对设计好的基础进行地基加固处理以外，在施工设计阶段就根据勘察资料进行结构本身防变
形的设计，真正做到以设计为中心，预防结合的思想。
3，1增强结构整体刚度
建筑物常因功能的需要，使本身具有一定的刚度，一般工业及民用建筑刚度比较大的有两种，一种为绝对刚性，如钢筋混凝土筒仓，烟囱等；另一种为相对刚性，如多层砖石房屋，多层钢筋混凝土框架，它具有一定的刚度，可是它的强度较低，不能与它的刚度协调一致，其抗拉能力尤弱，因此碰到软土地基时应适当增加其关键部位的抗拉强度，这样有利于利用建筑物的刚度来调整建筑物部分不均匀沉降。本工程在关键部位的柱、梁均采取了加大纵筋直径，全程加密箍筋的方法，以达到增大建筑物整体抗拉强度的目的。
3，2设置沉降缝
对于粘土层厚较大大的软弱地基，尤其是地基压缩量相差较大的位置，在建筑物上设置沉降缝是常用的处理措施。沉降缝的设置宜结合建筑物的平面形状、地基土质、基础类型及荷载条件等设置沉降缝，一般在下列部位设置：①建筑平面的转折部位；②高度差异或荷载差异处；③长高比过大的砌体承重结构或钢筋混凝土框架结构的适当部位；④建筑结构或基础类型不同处；⑤分期建造的房屋的交界处。沉降缝应有足够的宽度，房屋层数为2至3层时，沉降缝宽度为50～80mm。房屋层数为4至5层时，沉降缝宽度为80～120mm，房屋层数为5层以上时，沉降缝宽度不小于120mm，在特殊情况下可适当加宽。通过以上部位设置沉降缝可大大减少由于地基土软弱引起的不均匀沉降缝。本工程是矩形平面，由于长度超过70米，所以在建筑物中部设置沉降缝，宽度为240mm。
3，3注意相连建筑物的相互影响确保相邻建筑物之间的安全距离
建筑物荷载不仅使本建筑物下的土层产生压缩变形，在它以外一定范围内的土层，由于受到基础压力扩散的影响也将产生压缩变形，这种变形随着距离增加值逐渐减小，由于软土地基的压缩性很高，当两建筑物之间距离较近时，这类附加不均匀压缩变形甚大，常造成邻近建筑物的倾斜或损坏，若被影响建筑物的刚度强度较差时，危害主要表现为产生裂缝；当刚度强度较好时则表现为建筑物的倾斜。
3，4减轻建筑物的自重
减轻自重可减少建筑物的总沉降量，从而有利于对不均匀沉降的控制。也可在预先估计沉降量大的部分减轻自重，用以直接调整不均匀沉降。由于一般砖石结构民用建筑墙身重量所占比例很大，故若能用轻质材料和改变结构体系来减轻这部分的重量，对控制沉降会有明显效果。本工砌体材料均采用蒸压混凝土空心砌块，在起到保温效果的同时又减轻了建筑物的自重。
4，结束语
高楼万丈平地起，所以地基处理的好坏直接影响到整个工程的质量，合理的、有针对性的软弱地基处理和上部结构设计，可以有效地减轻和消除软弱地基对上部结构的不利影响，确保工程质量。
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