探讨岩土工程勘察中的基础选型

来源：职称驿站所属分类：地质论文发布时间：2011-04-29 11:22:46浏览：次

　　一、前言
　　岩土工程勘察报告是场地岩土工程勘察的最终成果文件，是拟建工程的基础设计和施工的工程地质依据。工程地质评价及基础类型的选择是场地岩土工程勘察报告的核心和重点，是解决拟建工程基础设计和施工等中心问题的答案。如果工程地质评价或地质参数不准确，基础选型不合理，轻则造成浪费和重大经济损失，重则产生重大安全事故。因此，场地岩土工程勘察中对场地地质环境条件，岩土层特征，不良地质现象，地基稳定性和适宜性，基础类型及岩土参数的选择等问题必须根据地质调查，钻探及现场原位测试和室内测试等勘察资料进行详细分析总结，结合拟建工程的特点等，按现行的国家相关规范规程和社会上现有的建筑施工技术进行综合评价，提供多种适用的基础类型，对不同类型的基础型式的优缺点进行分析比较，并提出一种最优方案供业主及设计部门选择。建筑基础选型既是场地勘察的重点核心，也是勘察报告的精华。而不同的基础类型，岩土工程分析评价的侧重点和应特别注意的问题是有所区别的。根据本人的实践经验和体会，浅谈在工业与民用建筑中常用的几种建筑工程基础类型的特点及评价方法和应特别注意的问题。
　　二、常用基础类型的分析
　　1．天然地基浅基础
　　天然地基浅基础是工程建设中最常用的基础类型，因其经济、施工技术方法简单,成为建筑工程首选的基础类型。它不仅适用于多层建筑,当地层性质良好时,也适用于小高层及高层建筑。场地浅部存在满足拟建工程的荷载要求的地层是选用该类基础的首要条件，除此外勘察中的还应侧重注意以下问题是
　　(1)地基土的均匀性：地基的过量变形将使建筑物损坏或影响其使用功能。特别是高压缩性土、膨胀土、湿陷性黄土以及软硬不均等不良地基上的建筑物，如果考虑欠周，就更容易因不均匀沉降而开裂损坏。勘察报告要注意分析地层的软硬变化及软弱下卧层的特点，给出附加应力影响范围内各土层的压缩曲线。
　　(2)地基的稳定性：位于坡地下的建筑要考虑基础的稳定性。勘察中不仅要考虑建筑物本身的荷载，还要考虑建筑附加荷载对边坡稳定性的影响，勘察深度要满足稳定性评价的要求，必要时可以建议采用深基础。
　　(3)地下水：对底面位于潜水位以下的基础，除应考虑基础开挖排水、坑壁护外，还应考虑地基土泡水软化、涌土、流砂等问题。对埋藏有承压含水层的地基，选择基础埋深时，必须控制开挖深度，使承压含水层顶部的静水压力小于总覆盖压力，需要时可考虑施工减压井。
　　(4)当多数地段浅部地层性质良好，仅个别存在软弱土，可考虑局部换填或采用树根桩的加固措施。
　　2．伐板基础和箱型基础
　　伐板基础和箱型基础是高层、超高层建筑常用的深基础类型。基础埋深较深，地基开挖深度大。地下室一般为2-4层，埋深一般为9-16米的居多。有些超高层建筑的基础埋深可达20多米。此类深基础具有造价高、风险大、施工难的特点。勘察报告必须对其安全性，经济合理性，施工可行性进行透彻的、正确的、全面的论证和评价。使选择的基础类型被业主和设计采用。勘察的过程中除查明和评价拟建工程范围内岩土层的类型、结构、分布、深度、厚度、坡度、工程特性和变化规律等，分析和评价地基的稳定性、均匀性和承载力等常规内容外。勘察的侧重点及应注意的问题是：
　　(1)查明和评价地下水的埋藏状态及地层的透水性和富水性，强含水层的分布范围。对基坑开挖的涌水量进行试验并预测；为基坑设计和开挖提供水文地质参数。评价地下水在拟建工程施工和使用期间可能产生的变化及其对工程的影响，提出防治措施及建议。
　　(2)岩土层的特征、状态分析评价要准确，报告提供的岩土层的内磨擦角（ф）和凝聚力（C）值要准确，为基坑的设计、开挖和边坡支护提供准确岩土参数。
　　(3)对坑底的基础持力层、下卧层及其以上岩土层压缩变形特征进行分析，为地基沉降提供准确的地质参数。
　　(4)勘察报告应对提供的基坑开挖和边坡支护方案进行分析论述，确保工程安全。
　　(5)分析研究和论述基础施工对周边地区的现有建筑物的影响。如基坑降水对周边地区地面沉降的影响，基坑开挖对周边建筑物基础的影响等。对可能产生的安全问题进行预测并提出合理的处理方案。
　　3．预应力管桩基础
　　由于预应力管桩具有易施工、适应地层广、工期短等优点,当浅部地层不能满足荷载要求时,此类桩型为首选的深基础形式。选用此类基础类型时，在勘察中除了做好常规的地基勘察评价内容工作外，应特别注意分析评价如下两个问题：
　　(1)沉桩的可行性评价，即桩要穿过的上部的地层特性评价。人工填土中有无大的填石、上部地层中有无孤石，厚的砂、卵石层等。当桩要穿过的上部地层有较厚的砂层或有硬壳层时，就要根据砂层的厚度和密实度或硬壳层的厚度和硬度进行具体分析论证评价，在考虑到砂层厚度时还要考虑打（压）桩产生的挤土效应，确定沉桩的可能性。如某小区的H3～H5幢的15层住宅楼。根据地层条件采用预制桩基础，选择（2-7）卵石层作桩尖持力层。但是，打桩时在（2-3）稍密状粉砂层较厚（厚度大于5米）的地段的桩无法穿过该粉砂层。勘察报告中未对该层的沉桩可能性进行评价。其代表性地层特征见图1。想利用（2-3）粉砂层作桩尖持力层时，经过桩的载荷试验，桩沉降无法稳定，且单桩承载力又不能满足设计荷载的要求。业主召开专家会议，研讨（2-3）粉砂层局部无法沉桩原因及其解决的方法。经施工现场观察分析，专家一致认为是由于粉砂较厚，打桩的挤土效应对砂又有挤密作用，使桩周摩阻力增大而使桩无法穿过粉砂层。由于只是局部，不宜变更基础设计，提出解决的方案为：先在桩位用130mm的钻头钻穿该粉细砂后再同孔打桩。相关部门采纳了上述的方案，使无法沉桩的问题全部得到解决。
　　（2）当强风化层很薄或缺失时，桩端很容易落到中或微风化岩面。对第三系泥岩等软质岩，可选用中风化岩为桩端持力层。而大多数平原的灰岩地区，在其岩面上往往有一层1～5m厚的流塑状的风化残积软土，往下直接就是中风岩。当中风化岩面产状较陡且选用作桩尖持力层时，岩面上覆流塑状的风化软土对桩周无侧压力和摩阻力，容易使桩尖产生位移。同时桩尖在岩面处易产生弯曲并折断。上述地层条件不宜采用预制基础。如某大楼，代表性的局部地层见图2。图中（3-2）为流塑状的风化残积软土（4-1）为中风化灰岩。压桩施工中，发生断桩事故。开始施工的8根桩中有5根桩压到持力层后，还可继续压下去，又感觉不到桩尖有大的阻力（实际上桩头段已折断）。业主不得不变更基础设计，改用钻孔灌注桩基础。

　　(3)管桩的挤土效应是否会对成桩质量、邻近建筑物、道路、地下管线和基坑边坡等产生不利的影响。
　　
　　
　　
　　4．沉井基础
　　沉井基础主要用于软土地基的一种地下构筑物的基础类型及桥梁工程在河海中的基础类型。此类深基础在基础施工中采用特殊方法——在井内挖土靠其自重下沉或对井壁四周冲水靠其自重下沉。根据沉井施工的特殊方法，勘察评价的侧重点是：
　　(1)查明和评价井下沉范围内土层的特点及其均匀性，特别是有无硬夹层。(2)查明和评价沉井施工对周边地基和建筑物的影响。
　　(3)查明和评价沉井井底的基础持力层的产状及其平整度。当井底持力层采用岩层时，必须查明和评价岩面的产状及其平整度，防止岩面倾角大使沉井倾斜而难于纠偏。
　　5．人工挖孔灌注桩
　　人工挖孔灌注桩具有工程质量易控制，可多桩同时开工作业而工期短，造价较低等优点。以前是深基础中首选基础类型，在云南大量采用。其适用于地基均匀性较差，持力层起伏变化差异大且荷载较大的建筑工程。勘察的过程中除做好常规勘察内容的工作外，侧重点和应注意的问题如下：
　　(1)要查明和评价地层可挖性和井壁的稳定性及其支护条件,查明和评价地层的有毒有害气体。预测挖桩中可能出现潜在的安全问题。
　　(2)要查明和评价地下水的赋存状态，地层富水性及透水性，强富水层的分布范围。进行必要的水文地质试验，对挖桩施工中的地下水涌水量进行预测。特别是当选择中风化岩作基础持力层时，要十分注意基岩层富水性及透水性。
　　(3)选用强风化为桩端持力层时要注意其泡水软化现象。在土状强风化中不仅扩大头施工困难，而且泡水软化承载力迅速降低，宜选用砂状或块状强风化为持力层，勘察应查明泡水不易软化的强风化层的埋深。
　　6．钻冲孔灌注桩基础
　　钻冲孔灌注桩基础具有适用于各类复杂地层，单桩承重荷载大等优点，近年来在高层、超高层建筑及公路铁路桥梁中得到广泛应用。根据桩的受力不同又把钻冲孔灌注桩分为摩擦桩和端承桩。勘察过程中除做好常规勘察内容的工作外，侧重点和应注意的问题如下：
　　(1)对成孔的可行性进行评价。地层的稳定性直接影响成孔，桩穿越的地层中有无太厚且易塌的软土或砂砾层，对成孔的可行性进行分析论证评价，指出可能产生塌孔的层位并提出处理的方法。
　　(2)查明地下水的分布和状态，对成桩的可行性进行预测。对桩穿越的强透水且厚度大的强富水层及地下迳流的状态进行分析评价，预测地下水对注浆产生的影响，提供可采用的处理方案。如某特大桥工程，采用摩擦桩，桩长55～65米。施工的39根桩中有12根发生离析现象，离析的深度均在45～58米段。在42～62米深范围分别有1～２层强富水、强透水的砂卵层，对成桩的影响在勘察报告中未进行预测和评价。业主召开了专家研讨会，通过分析论证专家们一致认为桩离析属地下水引起的，提出了处理方案并被采纳，使桩的离析问题得到解决。
　　(3)做好室内外的测试工作，提供准确的桩周岩土摩擦力和桩端承载力参数。
　　(4)在孤石发育和岩溶地区，当端承桩选用岩石作持力层时，须增加外孔查明稳定的持力层，岩深地区宜一桩一孔，对大直径桩宜一桩多孔。考虑斜岩的情况，应适当加大钻孔入岩深度。
　　三、结束语
　　基础选型首选成本低、施工简单、质量易控制的形式，一般的选择顺序是：浅基础→预应力管桩→人工挖孔桩→钻、冲孔桩、桩筏式基础。无论选择哪种基础，勘察除查明地层的物理力学特性外，还要注意施工的可行性、地下水的条件、持力层在施工开挖及地下水的作用下性质的改变、周边环境与施工的相互影响等4个方面的因素，只有经过全面的分析才能得出正确的基础选型。