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四、浅基础设计与施工100问
关于多层框架基础拉梁的几点看法
    一、无地下室的钢筋混凝土多层框架房屋，独立基础埋埋置较深，在-0.05左右设有基础拉梁时，应拉梁按层1输入。
    以某学生宿舍为例，该项目为3层钢筋混凝土框架结构，丙类建筑，建筑场地为Ⅱ类；层高3.3m，基础埋深4.0m，基础高度0.8m，室内外高差0.45m。根据《抗震规范》第6.1.2条，在8度地震区该工程框架房屋的抗震等级为二级。设计者按3层框架房屋计算，首层层高取3.35m，即假定框架房屋嵌固在-0.05m处的基础拉梁顶面；基础拉梁的断面和配筋按构造设计；基础按中心受压计算。
    显然，选取这样的计算生产力简图是不妥当的。因为：
    第一，按构造设计拉梁的断面和配筋无法平衡柱脚弯矩；
    第二，《混凝土结构设计规范》（GB50010－2002）（以下简称《混凝土规范》第7.3.11条规定，框架结构底层柱的高度应取基础顶面至首层楼盖顶面的高度。工程设计经验表明，这样的框架结构宜按4层进行整体分析计算，即将基础拉梁层按层1输入，拉梁上如作用有荷载，应将荷载一并输入。
这样，计算简图的首层层高为H1＝4-0.8-0.05=3.15m，层2层高为3.35m，层3、4层高为3.3m。根据《抗震规范》第6.2.3条规定，框架柱底层柱脚弯矩设计应行乘以增大系数1.25。当设拉梁层时，一般情况下，要比较底层柱的配筋是由基础顶面处的截面控制还是由基础拉梁处的截面控制。考虑到地基土的约束作用，对这样的计算简图，在电算程序总信息输入中，可填写地下室层数为1，并复算一次，按两次计算结果的包络图进行框架结构底层柱的设计的配筋。

    二、基础拉梁层的计算模型不符合实际情况
    基础拉梁层无楼板，用TAT或SATWE等电算程序进行框架整体计算时，楼板厚度应取零，并定义弹性结点，用总刚分板的方法进行分析计算。有时虽然定义楼板厚度为零，也定义弹性结点，但未采用总刚分析，程序分析时仍然会自动按刚性楼面假定进行计算，与实际情况不符。房屋结构的平面不规则时，应特别注意这一点。
    三、基础拉梁设计不当多层框架房屋基础埋深很大时，为了减小底层柱的计算长度和底层的位移，可在±0.00以下适当位置设置基础拉梁，但不宜按构造要求设置，宜按框架梁进行设计，并按规范规定设置箍筋加密区。但就抗震而言，应采用短柱基础方案一般来说，当独立基础埋置不深，或者埋置虽深但采用了短柱方案时，由于地基不良或柱子荷载差别较大，或根据抗震要求，可沿两个主轴方向设置构造基础拉梁。基础拉梁截面高度可取柱中心距的1/12~1/18，截面宽度可取1/20~1/30。构造基础拉梁的截面可取上述限值范围内的下限，纵向受力钢筋
可取上述所连接柱子的最大轴力设计值的10%作为拉力或压力来计算，当为构造配筋时，除满足最小配筋率外，也不得小于上下各2＃14（二级钢），箍筋不得小于Ф8@200。当拉梁上作用有填充墙或楼梯柱等传来荷载时，拉梁截面应适当增加，算出的配筋应和上述构造配筋叠加。
    构造基础拉梁顶标高通常与基础顶标高或智短柱顶高相同。在这种情况下，基础可按偏心受压构件计算。当框架结构底层层高不大或埋置不深时，有时要把基础拉梁设计得比较强大，以便用拉梁平衡柱底弯矩。这时，拉梁正弯矩钢筋应全部拉通，负弯矩钢筋至少应在1/2跨拉通。拉梁正负弯矩在框架柱内的锚固、拉梁箍筋的加密及有关抗震构造要求与上部框架梁完全相同。此时拉梁宜设置在基础顶部，不宜设置在基础顶面之上，基础则可按中心受压设计。

    框架梁与基础拉梁。框架梁是应当参预整体计算的，包括所说的构造框架梁，而地梁一般是参预整体计算的，如是参预的话，对整体计算结果有一定误差，要进行修正。框架梁的配筋，一般是按计算结果进行配筋。而地梁的配筋，则更多的是概念性的，一般是按柱底轴力的1/10作为拉梁的拉力进行配筋，同时兼顾调节上部结构的刚度差异和地基的差异。对钢筋的构造也所不同。
    我认为，对底层层高较高，同时基础埋深也较深时，应当考虑设构造框架梁，以取得降低底层柱的长细比，让设计更合理。对柱的计算长度减小后，有助于提高底层的侧向刚度，对柱底的弯矩可以减小，同时对柱的截面也可以适当减小。对底层层高不高，或基础埋深不深时，可以仅做拉梁。
关于基础的设计（最后一条），在设拉梁后，对柱底的弯矩时，是否考虑，我保留意见。我认为对有柱底很大的弯矩时还是应当有所考虑，完全不考虑柱底弯矩是不利的。

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四、浅基础设计与施工100问
大体积混凝土抗裂施工技术
　　为确保大体积混凝土施工质量，除要满足强度等级、抗渗要求，关键要严格控制混凝土在硬化过程中水化热引起的内外温差，防止因温度应力而造成混凝土产生裂缝。以绍兴交通银行大厦地下工程为例，该工程地下1层，地上18层，基坑面积约3500平方米，基坑深5米，局部7米。为保证地下室大体积混凝土施工质量，主要采取了如下技术措施。

　　优选材料，控制混凝土浇筑温度。尽量缩短混凝土的运输时间，合理安排浇筑顺序，及时卸料；在浇筑前，用水冲洗模板降温；泵管用麻布包裹，以防日光暴晒升温。

　　保证混凝土浇筑质量。浇筑采用“一个坡度、层层浇筑、一次到顶”的方针。根据混凝土泵送时形成的坡度，在上层与下层布置两道振捣点。第一道布置在混凝土卸料点，主要解决上部振实；第二道布置在混凝土坡角处，确保下部混凝土的密实。先振捣料口处混凝土，以形成自然流淌坡度，然后全面振捣。为提高混凝土的极限拉伸强度，防止因混凝土沉落而出现裂缝，减少内部微裂，提高混凝土密实度，还采取二次振捣法。在振捣棒拨出时混凝土仍能自行闭合而不会在混凝土中留孔洞，这时是施加二次振捣的合适时机。由于泵送混凝土表面水泥较厚，在浇筑两小时至6小时后，先用长刮尺按标高刮平，然后用木抹反复搓压数遍，使其表面密实，在初凝前用铁板压光。既能较好地控制混凝土表面龟裂，又能减少混凝土表面水分散发。

　　加强混凝土的养护及测温工作。为防止混凝土内外温差过大，造成温度应力大于同期混凝土抗拉强度而产生裂缝，应根据当时的施工情况和环境气温，采用了“蓄水法”进行混凝土养护。具体做法是：先在混凝土表面覆盖双层麻袋，浇水湿润。待混凝土初凝后，在基础周围砌挡水，蓄水深10厘米，养护28天。为及时掌握混凝土内部温度与表面温度的变化值，在基础内埋设测温点20个，深度分别设在板中及距表面10厘米处，分别测量中心最高温度和表面温度，测温管均露出混凝土表面12厘米。

　　测温工作在混凝土浇筑完毕后开始进行，测温频率按持续28天考虑。具体安排是：前三天，每两小时测温1次；4天至8天，每4小时测温1次；9天至15天，每6小时测温1次；16天至20天，每12小时测温1次；21天至28天，每24小时测温1次。从测温曲线图中可以看出，基础混凝土浇筑后，中心最高温度发生在第四天，最高温度55.1摄氏度。混凝土中心与表面温度升降基本同步上升，在前10天温差始终保持在8摄氏度至12摄氏度左右，远远低于不安全温差25摄氏度，后18天温差保持在3摄氏度左右，说明温差控制理想。

　　该工程基础底板混凝土养护期满后，通过检查，混凝土内实外光，质量良好，经检查未发现温度裂缝，可见完善的养护及选料等措施等起到了良好效果。

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四、浅基础设计与施工100问
对地下工程背水面防水的认识
　　摘要：比较了地下工程背水面防水和迎水面防水对防水材料的不同要求，分析了背水面防水的特殊性以及选材要求。
　　关键词：地下工程防水；背水面；迎水面；聚合物水泥防水材料
　　治理地下工程的渗漏及城市地下电力、热力、通讯隧道和检修井的防水，不仅是防水领域中备受关注的问题，而且此类工程的抗渗、防水处理有其特殊性。
　　1  防水材料抗渗能力的区别
　　按防水材料对水的屏蔽方式，我们可将防水材料分为两类，一类为密闭型防水材料，一类为具有毛细作用的防水材料。密闭型防水材料是以有机高分子材料为主体，它是致密的憎水性材料，水完全不能透过；有毛细作用的防水材料，是采用各种类型的防水剂成型的砂浆及混凝土、聚合物水泥防水材料为主体，这类材料的特点是，自身有一定的吸水性，可与基层牢固衔接形成界面，允许水通过衔接的界面有一定的渗入，并依材料自身密度的差异，在不同厚度下将水逐渐屏蔽住，达到抗渗、防水的目的。具有毛细作用的防水材料抵制压力水的能力即抗渗水的能力和该能力的持续时间是有区别的，它明显地依赖于材料自身的密度和厚度。
　　柔性材料大都为密闭型防水材料，用在迎水面抗渗能力优良，但用在背水面抗渗能力低。据资料报道，柔性涂膜和卷材的抗渗能力在迎水面和背水面是有很大区别的，见表1。
　　表1  涂膜防水和卷材防水抗渗强度
　　类　　型     迎水面抗渗强度背水面抗渗强度
　　硅橡胶涂膜
　　二毡三油    0.4                 －
　　三毡四油    1.5                 －
　　从表1中可看出，同一涂膜材料，迎水面的抗渗强度比背水面高3倍左右，即使是用作迎水面防水的普通油毡，其抗渗水强度也明显地依赖于材料厚度的变化，并在一定厚度范围内产生突变。在使用符合抗渗要求的防水材料时，考虑抗渗材料抗渗透能力能保持的时间，是衡量抗渗材料长期耐水性的重要指标，即抗渗材料必须有一定的厚度储备，才能谈及防水层的抗渗耐久性。对于密度相同的材料，厚度决定抗渗的耐久性。
　　防水和抗渗水在概念上是有区别的，抗渗水能力是指防水材料抵制有压力水下的防水能力。柔性材料耐水性指标一般都是在0.2～0.3 MPa的水压下，保持30 min观察材料透水情况。这种实验方法表征出的耐水性，适用于柔性材料做迎水面防水使用时作参考，但是用在长期受压力水作用下的背水面时，由于柔性材料自身材质特性所决定，抗渗水能力大大低于迎水面。主要的原因是：一则在压力水作用下防水层易与基层脱开，加上柔性材料完全不透水，从渗水面到完全不渗水面会聚集压力水。二则其界面间不断增多的压力水会对柔性防水层形成很大的压力，使防水层起鼓、伸长、减薄、挤破，失去防水功能。
　　对掺有防水剂的刚性防水材料和刚柔相济的聚合物水泥类防水材料来讲，其迎水面和背水面的抗渗强度无区别。
　　2  背水面防水的特殊性
　　建筑地下工程就象一条泡在水里的船，如果水突破了墙体、底板、变形缝等围护结构的防线进入室内，就无法再从外部去处理，只能从背水面治理。背水面治水与迎水面治水有很大的不同，由于防水层所处位置的不同，选用材料和施工方式也不同，如仍采用迎水面治水方法治理往往会失败。由于地下工程背水面的特殊位置，使用传统密闭型的防水材料难以胜任，这是因为：
　　1）柔性材料（溶剂型或反应型涂膜、高分子卷材、改性沥青卷材）自身与砂浆、混凝土的材性相差甚远，难以达到与基面牢固衔接形成一整体。
　　2）柔性材料在做迎水面防水时，能呈现出良好的防水能力，但用于有渗水压的背水面其抗渗水的能力远不能达到迎水面效果。
　　由于选材不当，治理渗漏地下工程再次失败的实例很多。例如北京胜古庄某居民楼，其地下室为框架砖混结构，由于外防水层破坏，每到雨季，地下水位上升，室内多处渗漏水，地面积水达几十厘米。治理中选用了聚氨酯涂膜防水加砌砖墙保护的方案。实施降水后，按上述方案处理，砖墙砌好一周后，发现新砌的砖墙又出现了多处湿迹，在湿迹部位打开砖墙，发现聚氨酯涂膜出现很多冒水的小孔及多处起鼓。
　　该工程的失败，属选材不当引起：1）背水面防水选用密闭型防水材料，结构外的压力水会造成防水层与基面剥离甚至起鼓；2）柔弱的密闭防水层在压力水作用下，会被界面间越集越多的水挤破而失效。
　　此工程实例说明在有渗水压力下背水面的防水具有特殊性。
　　3选材及用材
　　各类防水材料都有自己的特性，我们在地下围护结构背水面防水选材时，必须考虑围护结构受到压力水作用这一重要因素。
　　背水面可施做的防水材料有以下几类：1）水性涂膜材料、水泥聚合物基复合涂膜材料；2）掺有防水剂的砂浆及混凝土；3）聚合物水泥类防水材料。
　　使用中应注意各类材料的所长和所短，以便正确合理用材，达到耐久、可靠的防水目的。
　　选材上应注意以下几点：
　　1）选用水性涂膜类材料时，应充分考虑施工的环境、湿度及通风情况，因为水性涂膜材料靠水分自然挥发成膜后呈现防水性能，水分挥发的程度对膜层的防水性能影响甚大。以往很多地下工程中曾采用氯丁橡胶沥青胶乳涂料做地下室外防水层，虽然此类涂料的耐水性很好，但往往由于在施工时抢工期，等不到涂层中水分彻底挥发就盖上了回填土，而水分未挥发净的涂膜层，在受到地下水浸泡时，会发生吸水膨胀现象，失去防水性能。因此，在使用水性涂膜材料时必须保证干燥时间，使膜层中的水分彻底挥发净。另外采用水性涂膜材料时，还必须考虑各类材料长期浸水后的防水性能，有很多材料，168 h浸水后的吸水率高达20％～40％，这时防水材料就已失去了防水功能。
　　2）选用水泥聚合物基复合涂料时，应注意材料168 h浸水后的力学性能指标。
　　3）选用防水剂类产品时，应充分考虑砂浆在硬化过程中及硬化后的体积收缩问题。
　　4）选用聚合物水泥类防水砂浆及混凝土时，应考虑不同类别聚合物水泥的体积收缩值、粘接强度，以及拌合过程中聚合物胶乳与水硬性材料的相适性。
　　在背水面防水维修时，除了慎重选材外，还要考虑施工工艺。
　　1）对于现浇混凝土的地下工程，如发现渗水，应尽快找到渗水源，如只是局部混凝土的不密实和蜂窝引起渗水，可以采取局部封堵及注浆处理，通过浆液的固化使其在缝隙中、不密实处重新建立起防水帷幕，达到治理渗漏水的目的。如果大面积漫渗，应考虑整体防水处理。
　　2）对于框架砖混结构的地下工程，一旦渗漏，除了局部视情况堵漏注浆外，必须全部再做防水处理，才能保证防水效果。
　　3）对于变形缝和施工缝的渗漏水，应视具体情况制定防水处理方案。
　　4  聚合物水泥防水材料的特点
　　聚合物水泥基复合材料与水泥聚合物基复合涂料（简称JS）是有区别的，前者为刚中有柔的刚韧性材料（即聚合物改性水泥材料），应划归为刚性防水材料，主要产品有聚合物改性水泥砂浆、混凝土；后者主要体现出可在潮湿基面施工、固体含量高、成膜速度快的柔性涂膜材料的性能（即水泥主要充当聚合物的填料），应划归为柔性涂膜材料。目前水泥聚合物复合涂料（JS）在市场上已很普遍，大量用在厕卫间、墙体、屋面防水工程。聚合物水泥砂浆及混凝土可用于地下渗漏工程的维修，厕卫间维修，墙体的防水防潮，地下电力、热力、通讯隧道的防水，这类材料可在潮湿基面，甚至有一定漫渗水压下直接施工，其抗拉、抗折强度高，硬化体积收缩小，与基面粘接牢固，在背水面防水时防水与保护功能可一体化，在潮湿环境中施工简单、工期短、工效快。
　　聚合物水泥砂浆和混凝土看似简单，做出高性能的产品却不容易。因为用于改性水泥的聚合物材料因类别、化学结构、所带极性基团的区别其性能有差异，对该原材料的选择有很多约束条件。例如，对聚合物玻璃化温度的要求，这决定着整个复合材料的增韧效果，太软的聚合物（偏橡胶性能的聚合物）会引起硬化体体积收缩率偏大，太硬的聚合物（抗拉强度高的聚合物）在硬化体中不能有效地减轻和避免硬化体的应力集中现象；聚合物所含极性基团的种类和数量，直接影响着复合材料的抗折、抗拉强度，影响着复合材料与基层的粘接强度。
　　目前聚合物水泥材料品种繁多，性能参差不齐，许多人认为掺上点胶乳，拌合上水泥就是聚合物水泥，掺上点砂子就是聚合物水泥砂浆。施工单位自行配制的砂浆，相对于普通砂浆而言，只是提高了粘接性，聚合物胶乳用得不合适甚至会降低砂浆的性能，还不如配以高效减水剂拌制的普通砂浆的抗压、抗渗强度高。对性能优异的聚合物水泥砂浆来讲，聚合物的掺入主要是改变了水泥砂浆的力学性能和耐久性，它体现在：1）抗折强度，比普通砂浆高出1.5倍左右；2）抗渗强度，在1.5 MPa水压下，按常规实验方法不能击穿，其渗透深度只有2～3 mm；3）耐冻融性，200次循环强度损失率小于2％；4）体积收缩率，1：2.5砂浆28 d小于0.07％。聚合物水泥砂浆要具备这样的性能，而且在背水面施作1～1.5 mm厚的防水层，才能谈及抗渗的耐久性，才能谈及与建筑物同寿命。

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四、浅基础设计与施工100问
软土地基深基坑综合支护技术实例
　摘　要:　本文结合工程实例，介绍了周边场地狭小、软土地基的大型深基坑综合支护技术：采用钻孔灌注桩进行维护，水泥搅拌桩形成止水帷幕，坑内采用两层钢筋混凝土梁内支撑，并在角部予以加强。实践证明，该方法安全，经济，取得了较好的效果。

一、工程概况

　　某工程位于上海某市中心广场的东侧，总建筑面积约13420平方米，该工程地下二层, 地下室基础底板标高为－9.240m,基础为钻孔灌注桩。

　　工程周边场地有限，基坑东侧为新市场，基坑西侧距老市场约19米,距围墙约11m；南侧为交通要道，距围墙约6米；北侧为天然河道，水面约为-2.000m,水深约3m，基坑距河边约20米；本工程场地地下水位埋藏较浅，基坑土层的主要物理力学性能见表 1二、基坑支护方案选择本工程开挖深度较深，土质条件差，场地较狭小，放坡及土钉墙施工方案不可行。经过分析比较。

表 1 土层的主要物理力学性能层号土层名称

采用单排钻孔灌注桩结合钢筋混凝土内支撑型式作为基坑挡土结构；在钻孔灌注桩外侧设置单排水泥搅拌桩并相互搭接形成基坑防渗止水帷幕，同时又可防止淤泥的挤入。（图 1）

  图 1 基坑支护平面布置图

　　基坑四周采用单排Φ 1000钻孔灌注桩间隔1.3m，桩外围采用单排Φ600mm水泥搅拌桩相互搭接200mm形成止水带。钻孔桩顶加设压顶梁与桩形成整体。并在基坑开挖过程中，分别在-2.6m和-7.4m标高处设置两道钢筋混凝土大角撑以及两道钢筋混凝土大对撑（图1）。从而有效控制围护桩的侧向变形，合理改善了围护桩受力性能;同时在坑内钻孔桩底部布置水泥搅拌桩用于桩底加固（图2）更有效地控制基坑的变形，确保基坑的稳定。
　　二、基坑设计

　　1?钻孔灌注桩：

　　本工程基坑支护采用Φ 1000@1300mm钻孔灌注桩，有效桩长约24m，桩身混凝土等级为C25，灌注桩顶部钢筋锚入压顶梁的长度为800mm。

　　2?止水帷幕水泥搅拌桩：

　　在钻孔桩外侧施工一排Φ 600@400水泥搅拌桩止水，有效桩长约14m；水泥掺入量为15%,，外加水泥重量0.15%的SN-201A早强剂，水泥搅拌桩采用两上两下,两次喷浆复搅。在钻孔桩坑内侧施工5排格构式Φ600@450水泥搅拌桩进行被动土体加固，桩长约6m。

　　3?压顶圈梁、围檩及支撑：

　　压顶圈梁、围檩及支撑采用现浇混凝土结构 ,混凝土等级为C25,压顶梁为1500×400mm,面标高-0.60m；混凝土主梁为1000×800mm，混凝土次梁600×800mm，在坑内形成上下两道支撑(上下两道支撑的梁底标高分别位于-7.4m，-2.6m，如图1所示)，用于支撑灌注桩，减小坑体侧移。

    图 2 坑壁支护剖面

　　4?立柱及立柱桩：

　　竖向立柱上部为钢结构格构柱，下部为钻孔灌注桩，钢格构立柱伸入桩内 2m,钢构柱穿过地下室底板处，应加焊止水钢板。挖土施工时应避免机械碰撞钢构柱。竖向立柱搁混凝土梁支撑处应加焊钢托架。（图3）

下室底板处，应加焊止水钢板。挖土施工时应避免机械碰撞钢构柱。竖向立柱搁混凝土梁支撑处应加焊钢托架。（图3）

　三、基坑工程施工

　　（1）进行围护桩施工，埋设测斜管，水位井。严格施工，确保围护体质量；

　　（2）基坑开挖必须在钻孔灌注桩强度达到设计强度的80%以上，同时水泥搅拌桩强度达设计值80%以上方可进行第一阶段土方开挖，挖土至第一道支撑面标高,施工钢筋混凝土压顶梁和支撑，埋设钢筋应力表；

　　（3）支撑结构混凝土强度达设计强度80%后，进行第二阶段土方开挖，挖土至第二道支撑面标高，施工钢筋混凝土围檩和支撑，埋设钢筋应力表，同理进行下一阶段挖土；基坑开挖应分层分段分块进行：先开挖基坑四角的土，再开挖基坑中间的土，在施工完-6.6m的混凝土支撑后，在基坑东西向回填部分土方形成运输通道，便于土方外运。在基坑开挖到坑底以上30cm处以及承台局部深处应采用人工开挖修整，开挖完毕后应及时浇筑垫层。

　　（4）基坑开挖应严格控制基坑土方开挖的土坡高度及坡度，防止挖土过程中挤斜工程桩,严禁挖土机直接碾压压顶梁和支撑；

　　（5）工地下室基础底板，底板与钻孔桩之间空隙应用400厚素砼或毛石混凝土灌实顶牢,形成坑底传力带2；

　　（6）待地下室基础底板与钻孔桩之间传力带2强度完全达到设计要求后，拆除第二道内支撑；

　　（7）同理施工地下一层楼板及该层楼板于围护桩之间的传力带1,并到其设计强度后，拆除第一道内支撑，进而施工以上部分。

　　四、基坑开挖监测方案

　　基坑开挖支护是项风险性极大的地下工程，在基坑开挖整个过程中进行全过程监测，实行信息化管理，对指导开挖施工，确保安全是很有必要的。?

　　1?监测内容

　　（1）围护体沿深度的侧向位移监测，特别是坑底以下的位移大小和随时间的变化情况；

　　（2）基坑内外的地下水位观测；

　　（3）周围道路，路面沉降，裂缝的产生与发展；

　　（4）坑内水平支撑的轴向力随基坑开挖的变化情况；

　　（5）竖向立柱的垂直位移与侧移；

　　2?监测要求:

　　（1）基坑支护监测由专业队伍进行，对周围环境的监测应在工程桩及围护桩施工前进行，并将原始数据及现状记录在案,以便以后对照；

　　（2）一般情况下开挖期间每天观测一次，如遇险时，应增加观测次数；

　　（3）专人负责，及时将信息反馈各方，便于分析处理；

　　（4）每天的数据应控制成相关曲线，根据其发展趋势分析整个基坑稳定情况。如遇有变形过大等情况，应及时通知各部门以便采取应急补救措施。

　　五、结论

　　本方法适用于类似软土地基的支护。现场监测表明：基坑结构安全可靠，最大土体侧移 12mm，对周围环境影响较小，在基坑施工过程中，未发现附近地面下沉，地下水渗流较小。

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四、浅基础设计与施工100问
道路软基处理
　　简　介：根据软土地基的生成原因和地基的厚度及其所处的位置，可采用表层处理法、置换法、加载法、竖向排水法四种方法进行软基处理。本文介绍了这四种方法的设计思想和注意事项。

　　关键字：公路软基处理方法

　　

　　道路软基处理尽可能早期进行，有充分的间隔时间使软基达到沉降稳定后方可进行填土施工。下面介绍软基处理的两种方法：

　　

　　1　表层处理法

　　

　　表层处理法用于地表面极软弱的情况。该法是通过排水、敷设或增添材料等办法，提高地表强度，防止地基局部剪切变形，保证施工机械作业；同时尽可能把填土荷载均匀地分布于地基上。属于这类处理方法的有：表层排水法，砂垫层法，敷设材料法，添加剂法等等。

　　

　　1.1　表层排水法

　　

　　对土质较好因含水量过大而导致的软土地基，在填土之前，地表面开挖沟槽，排除地表水，同时降低地基表层部分的含水率，以保障施工机械通行。为了发挥开挖出的沟槽在施工中达到盲沟的效果，应回填透水性好的砂砾或碎石。

　　

　　设计、施工注意事项

　　

　　①沟槽的布置　沟槽布置要考虑利用地形自然坡度排水；填土沉降要注意坡度的变化；不使来自四周挖方部位的地表水、渗透水浸入填土；沟槽的间隔要尽可能加密，以增大排水能力，即使有部分沟槽被切断也不会妨害整体排水。

　　

　　②沟槽的构造　沟槽尺寸一般取宽0.5ｍ，深0.5～1.0ｍ。填土之前在沟槽内用透水良好的砂（砂砾）回填成为盲沟。纵向盲沟一般沿道路纵向或中央纵向开挖，横向盲沟一般间距10ｍ～15ｍ布置。沟槽内埋设多孔排水管时，必须用优质反滤层加以保护。

　　

　　1.2　砂垫层法

　　

　　对于地基上部软土层极薄且含水量大时，在软土地基上敷垫0.5～1.2ｍ左右厚的砂垫层。这样可达到固结软土层，使砂垫层起到上部排水层作用；同时，砂垫层又成为填土内的地下排水层，以降低填土内的水位；在进行填土及地基处理施工时，为施工机械提供良好的通行条件。

　　

　　1.2.1　设计　如采用机械施工，在确定砂垫层厚度时，应考虑机械的重量，轮胎对地面接触压力，偏心程度及软土地基表层强度等。表1为砂垫层标准厚度。

　　

　　在极软地基上，仅用砂垫层来确保大型施工机械的通行，往往需要较厚的砂垫层，是不经济的，所以常与表层排水或敷垫材料等法并用。

　　

　　填土面积大且排水距离长，预计有多处地下水渗出时，若仅用山砂作砂垫层，不能获得充分排水效果，应采用设置盲沟，砂垫层内的排水距离宜短不宜长。

　　

　　1.2.2　施工　砂垫层施工时应设放样板。摊铺作业一般采用自卸汽车与推土机联合操作。要尽量做到均匀一致。用透水性差的粉土作填料时，其坡脚附近的砂垫层一旦被土复盖，就有可能妨碍侧向排水，因此对砂垫层的端部要妥善处理。

　　 1.3　敷垫材料法
　　对于地基土层不均匀，可能发生局部不均匀沉降和侧向变位，可利用所敷垫材料的抗剪和拉抗力，来增强施工机械的通行，均匀地支承填土荷载、减少地基局部沉降和侧向变位，以提高地基的支承能力。

　　敷垫材料主要有化纤无纺布、土工布、玻璃纤维格栅等被广为采用。

设计、施工注意事项

　　

　　①应注意地基表层强度，施工机械重量，以及填土荷载大小和宽度等，据以选用合适的敷垫材料。

　　

　　②施工机械通过区域，使局部地段产生较大的拉压力，应作特别的补强。

　　

　　③敷垫材料四周应超过填土边缘，端部卷入填土内，上面用填土压紧。

　　

　　④在特别软的地基上进行第一层填土时，可使用放置干筏上的手摇传送带撒铺，有时也用皮带抛射式撒砂机撒铺。

　　

　　⑤第一次撒布厚度应尽可能薄些，并要求用透水性好的河砂为材料。含砾石时，要注意不使其损坏敷垫物。

　　

　　1.4　添加剂法

　　

　　对于表层为粘性土时，在表层粘性土内渗入添加剂，改善地基的压缩性能和强度特性，以保施工机械的行驶。同时也可达到提高填土稳定及固结的效果。

　　

　　添加材料通常使用的是生石灰，熟石灰和水泥。石灰类添加材料通过现场拌和或厂拌，除了降低土壤含水量、产生团粒效果外，对被固结的土随着时间的推移会发生化学性固结，使粘土成分发生质的变化，从而促进土体稳定。

　　

　　设计、施工注意事项

　　

　　①生石灰消解程度的判断　生石灰消解过程伴随体积膨胀，在此期间进行碾压，不可能获得预期效果。因此在固结时要掌握发热温度、准确判断消解结束时间。

　　

　　②添加材料的配比设计　添加材料的适当剂量，要根据所处理的土质，施工方法和试验配比的结果来决定。一般有改良土、石灰土、水泥稳定土较为常用。改良土是利用现场地基土掺石灰（一般含灰6％）后再次利用，其施工方便、造价低；石灰土是用黄土掺石灰（一般含灰10％～12％）后使用，其造价较改良土要高；水泥稳定土是用黄土掺水泥（一般含水泥3％～5％）后使用，其造价较贵，在秋、冬季雨天施工时，工期短时不得已采用，其优点是不需太长的养生时间，就可使地基固化板结达到施工要求的强度。

　　

　　③固结与养生　用水泥或熟石灰处理，在拌和一结束即产生固结。用生石灰处理，从拌和时的初步碾压到生石灰消解结束，要进行二次固结，若强度足够可不必养生。但因土质或施工条件不同，被处理过的土质强度增长也各不相同，大体上以养生一周后的强度为所要求的固结强度。

　　

　　2　置换法

　　

　　本法是以优质土置换软弱土，确保填土稳定和减少沉降量。施工方法分有人工挖掘置换和借填土自重或用爆炸法将软弱土挤出的强制置换。其施工都比较容易，多数情况下能在短时间内达到所要求的目的。从可靠性来说人工挖掘置换较优。置换材料应采用即人工挖掘置换和借填土自重或用爆炸法将软弱土挤出的强制置换。其施工都比较容易，多数情况下能在短时间内达到所要求的目的。从可靠性来说人工挖掘置换较优。置换材料应采用即使受到水浸也不致降低承载力的粗粒土。但必须进行充分压实。

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四、浅基础设计与施工100问
混凝土结构中几个主要受力部位的裂缝分析及控制
　混凝土工程中材料的特性决定了结构较易产生裂缝，从实践中来看施工中混凝土出现裂缝的概率也是很大的，相当一部分裂缝对建筑物的受力及正常使用无太大的危害，但裂缝的存在会影响到建筑物的整体性、耐久性，会对钢筋产生腐蚀，是受力使用期应力集中的隐患，应当尽量在各方面给予重视，以避免裂缝的出现或把裂缝控制在许可的范围之内。

　　一、高层建筑施工中几个特殊部位的裂缝分析

　　1、大体积基础混凝土板

　　高层建筑中随着高度的不断增加，地下室愈做愈深，底板也愈来愈厚，厚度在3m以上的底板已屡见不鲜。高层建筑中基础底板为主要的受力结构，整体要求高，一般一次性整体浇筑。国内外大量实践证明，各种大体积混凝土裂缝主要是温度变化引起。大体积混凝土浇筑后在升温阶段由于体积大，集聚在内部的水泥水化热不易散发，混凝土内部温度将显著升高，这样在混凝土内部产生压应力，在外表面产生拉应力，由于此时混凝土的强度低，有可能产生表面裂缝。在降温阶段新浇混凝土收缩因存在较强的地基或基础的约束而不能自由收缩。升温阶段快，混凝土弹性模量低，徐变的影响大，所以降温时产生的拉应力大于升温时产生的压应力。差值过大时，将在混凝土内部产生裂缝，最后有可能形成贯穿裂缝。为解决上述二类裂缝问题，必须进行合理的温度控制。

　　混凝土温度控制的主要目的是使因温差产生的拉应力小于同期混凝土抗拉强度的标准值，并有一定的安全系数。为计算温差，就要事先计算混凝土内部的最高温度，它是混凝土浇筑温度、实际水化热温升和混凝土散热温度的总和。混凝土内部的最高温度大多发生在浇筑后的3-7天。混凝土内部的最高温度Tmax可按下式计算：

　　Tmax＝To （WQ）/（Cr）ξ （F）/（5O）（1）

　　式中：T0——混凝土的浇筑温度（℃）

　　W——每m3混凝土中水泥（矿渣硅酸盐水泥）的用量（kg/m3）

　　F——每m3混凝土中粉煤灰的用量（kg/m3）

　　Q——每kg水泥水化热（J/kg）

　　C——混凝土的比热

　　r——混凝土的密度

　　ξ——不同厚度的浇筑块散热系数

　　实测资料显示，当基础板厚大于2米时，上述公式的相对误差在0.1%-1.3%之间，在计算温差后，即可计算出降温阶段混凝土内部的温度应力σ（2）xmax

　　σxmax＝Eα△T（1-（1）/（cosh βL/2））H（t，τ）………（2）

　　式中：E——混凝土的弹性模量（N/mm2）

　　α——混凝土的线膨胀系数（10-5/℃）

　　△T——温差（℃）

　　L——板长（mm）

　　β＝Cx／HE

　　H——板厚（mm） H＞0.2L时，取H＝0.2L

　　Cx——地基水平阻力系数（N/mm3）

　　H（t，τ）…考虑徐变后的混凝土松驰系数，

　　其中，t——产生约束应力时的龄期，τ——约束应力延续时间。

　　注意同期内由于混凝土收缩引起的应力应转化为当量温差，计入△T一并计算σxmax.

　　由（1）、（2）分析可知：为避免裂缝出现，主要是减少△T.可采用合理选用材料，降低水泥水化热，优化混凝土集料的配合比，控制水灰比，减少混凝土的干缩，具体控制措施见后。如有可能，减少浇筑长度L，增加养护时间减少降温速率以相应减少松驰系数对控制贯穿裂缝也有一定的意义。

　　2、地下室混凝土墙板及楼板的裂缝分析

　　地下室墙板的裂缝产生与基础大体积混凝土裂缝产生的原因有相同之处，即混凝土在硬化过程中由于失水会产生收缩应变，在水泥水化热产生的升温达到最高点以后的降温过程会产生温度应变。但又有其特点：一是墙板受到基础、外围楼板受到地下室外墙的极大约束，这种约束远大于桩基对基础的约束，产生贯穿裂缝的机率大。二是内墙板及楼板受环境温度影响较大。三是内外温差小，产生表面裂缝的机率小。四是养护困难，散热快、降温速率大，混凝土的松驰徐变优势难以利用，在气温骤变季节尤应注意。
　　在计算板内最大拉应力时仍可利用公式（2），但有以下几点应注意：

　　1）H取0.2L，L为整浇长度；

　　2）Cx取值应大于1.5N/mm3因为连接部位有较强钢筋约束；

　　3）计算温差△T时，要考虑底板及外墙（兼作围护情况下）紧靠土体，受环境温差小，而被它们约束的墙板及周边楼板在施工过程中基本同外界温度同步变化。

　　4）若底板墙板施工间隔过长、外墙兼作围护时，则在计算混凝土收缩时应注意约束体与被约束体的收缩期不同，收缩量也不相同。

　　3、高强混凝土裂缝分析

　　目前高层建筑中已广泛使用C40-C60中高强混凝土，随着材料科学的迅速发展，C80～C120的高强混凝土在具体工程中已有应用。由于高强混凝土采用的配合比设计多为低水灰比、高标号水泥、高水泥用量、使用高效减小剂及掺加超细矿粉。这样其收缩机制与普通混凝土就有所不同。

　　高强混凝土由于其水泥用量大多在450-600kg/m3），是普通混凝土的1.5-2倍。这样在混凝土生成过程中由于水泥水化而引起的体积收缩即自缩就大于普通混凝土，出现收缩裂缝的机率也大于普通混凝土。

　　高强混凝土因采用高标号水泥且用量大，这样在混凝土硬化过程中，水化放热量大，将加大混凝土的最高温升，从而使混凝土的温度收缩应力加大。在叠加其他因素的情况下，很有可能导致温度收缩裂缝。由于高强混凝土中水泥石含量是普通混凝土的1.5倍，在硬化早期由于水分蒸发引起的干缩也将大于普通混凝土。

　　　二、裂缝的控制措施

　　1、设计措施

　　1）增配构造筋提高抗裂性能，配筋应采用小直径、小间距。全截面的配筋率应在0.3-0.5%之间。

　　2）避免结构突变产生应力集中，在易产生应力集中的薄弱环节采取加强措施。

　　3）在易裂的边缘部位设置暗梁，提高该部位的配筋率，提高混凝土的极限拉伸。

　　4）在结构设计中应充分考虑施工时的气候特征，合理设置后浇缝，在正常施工条件下，后浇缝间距20-30m，保留时间一般不小于60天。如不能预测施工时的具体条件，也可临时根据具体情况作设计变更。

　　2、施工措施

　　1）严格控制混凝土原材料的的质量和技术标准，选用低水化热水泥，粗细骨料的含泥量应尽量减少（1-1.5%以下）。

　　2）细致分析混凝土集料的配比，控制混凝土的水灰比，减少混凝土的坍落度，合理掺加塑化剂和减少剂。

　　3）浇筑时间尽量安排在夜间，最大限度降低混凝土的初凝温度。白天施工时要求在沙、石堆场搭设简易遮阳装置，或用湿麻袋覆盖，必要时向骨料喷冷水。混凝土泵送时，在水平及垂直泵管上加盖草袋，并喷冷水。

　　4）根据工程特点，可以利用混凝土后期强度，这样可以减少用水量，减少水化热和收缩。

　　5）加强混凝土的浇灌振捣，提高密实度。

　　6）混凝土尽可能晚拆模，拆模后混凝土表面温度不应下降15℃以上，混凝土的现场试块强度不低于C5.

　　7）采用两次振捣技术，改善混凝土强度，提高抗裂性。

　　8）根据具体工程特点，采用UEA补偿收缩混凝土技术。

　　9）对于高强混凝土，应尽量使用中热微膨胀水泥，掺超细矿粉和膨胀剂，使用高效减水剂。通过试验掺入粉煤灰，掺量15%-50%.

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四、浅基础设计与施工100问
基坑支护处理技术
    摘要：在充分利用已有支护桩的情况下，根据基础各部位开挖深度的不同，采取卸荷和不同的临时斜撑及加强被动区等措施，达到了施工周期短、投资少和保证基坑及周边建筑安全的目的。

     1  工程概况

    某建筑位于太原市汾河东侧500 m。该工程地下1层，地上15层，建筑面积11 000 m2，钢筋混凝土框架剪力墙结构。采用Φ800 mm钢筋混凝土灌注桩，1 500 mm厚条形承台基础，承台基础用400 mm厚构造筏板(筏板下设300 mm厚干炉渣)相连，基础顶标高-5.13 m，平面尺寸43.8 m×19 m。构造筏板干炉渣底标高-6.00 m，承台垫层底标高-6.80 m，电梯基坑处局部-8.37 m，室内外高差0.9 m，自然地坪为-1.06～-1.6 m。施工前期，钢筋混凝土灌注桩和基坑支护帷幕桩已相继施工完成。

    1．1  工程水文地质条件

    工程场地土自上而下依次为：①杂填土，平均层厚1.18 m；②粉土，平均层厚1.5 m；③粉细砂，平均层厚3.88 m；④I：中砂，中密，平均层厚9.02 m；④II：粉细砂，中密，平均层厚4.73 m；⑤粗砂砾，中密，平均层厚2.22 m；⑥粉土，平均层厚5.14 m。土质类型为中软场地土，场地类别Ⅲ类。地下水位在自然地坪下2.2～2.7 m，为潜水类型，由东向西流入汾河。

    1．2  周边环境

    该工程东侧相距6 m为5层办公楼，西侧相距8 m为6层住宅楼，南侧相距4 m为宽15 m的道路，相距25 m为5层住宅楼，道路下埋设有各种管线。

    1．3  基坑帷幕

    基坑四周布设双排喷水泥浆深层搅拌桩，桩径Φ500 mm，桩长12 m，桩顶标高-2.5 m，桩间距350 mm，排距400 mm。

    1．4  基坑支护

    东西两侧距离办公楼、住宅楼分别为3 m、5 m处，各布置14根钢筋混凝土灌注桩，桩径Φ600 mm，桩长12 m，间距1.5 m，顶标高-1.8 m，混凝土强度等级C 25。周围均匀布置8Φ18受力筋，箍筋Φ8@200。南北两侧帷幕桩兼作支护桩。

    2  基坑支护综合处理方案

    2．1  原支护桩复核

    该工程的岩土工程勘察报告，未提供土的力学性能指标。原支护设计采用的技术数据及要求的技术条件也未获得。按经验数据验算，东西两侧的钢筋混凝土支护桩及南北两侧的喷水泥浆深层搅拌帷幕支护桩均不能保证安全，必须采取处理措施。

    2．2  基坑支护处理原则

    (1)尽量保留原有支护桩，使其充分发挥作用，以节约投资；

    (2)确保基坑支护结构在基础施工过程中安全可靠；

    (3)避免因基坑周围土体变形和降水不当，造成邻近建筑、道路和地下管线的不均匀沉降；

    (4)便于施工操作。

    根据上述原则，经过对几种方案的分析比较和细致计算，确定了基坑支护的综合处理方案。即采用外围土体卸荷、对不同的开挖深度采取不同的支顶斜撑和不同的承台胎模的作法；降水采用轻型井点和回灌的措施。

    2．3  综合处理方案介绍

    2．3．1  钢筋混凝土支护桩和帷幕支护桩外侧挖土至-3.5 m卸荷，卸荷宽度2.5 m，其标高略高于地下水位；

    2．3．2  400 mm厚构造筏板部位，用370 mm厚砖胎模保护被动土区不受干扰；

    2．3．3  1 500 mm厚条形承台部位，先以工程桩为支点，用钢管斜撑临时支顶钢筋混凝土支护桩和帷幕桩，然后挖土满砌砖胎模加强被动区，再拆除斜撑；

    2．3．4  电梯基坑部位，以4排工程桩为支点，边挖土、边用4道  再拆除斜撑；

    2．3．4  电梯基坑部位，以4排工程桩为支点，边挖土、边用4道钢管斜撑支顶帷幕支护桩，浇筑配筋混凝土胎模兼支护墙，再割除斜撑；

    2．3．5  采用4套轻型井点降水，其中3套设在支护桩及承台筏板之间，井点管底标高-9 m，高于帷幕桩底3 m，在卸土区挖土后安设，主体结构完成4层后拆除；另1套设备设在电梯基坑东、南、西三面，挖土至-6.8 m时安设，电梯基坑混凝土完成后拆除；

    2．3.6  在基坑外围东、南、西三面布置10口回灌井，保证回灌水高度-3.8 m。

   3  方案的实施顺序及施工要点

    3．1  施工顺序

    施工准备→卸荷区统一挖土至-3.5 m→支护桩内侧边3套轻型井点管埋设，打回灌井、观测井，组装降水回灌系统→降水回灌→基坑内土方开挖，支护桩内侧宽2.5 m的范围挖至-5. 1 m时暂保持不动，其余部位挖至-6 m→条形承台部位挖至-6.8 m，支顶斜撑，挖除支护桩内侧保留土；砌筑砖胎模砌体兼支护墙，拆除斜撑→电梯基坑外侧1套轻型井点管埋设，机组组装降水→电梯基坑部位挖土，斜撑处斜面分层挖土，分别支顶-5.0 m、-6.6 m、-7.5 m、-8.2 m斜撑，支模浇筑钢筋混凝土胎模兼支护墙，割除斜撑，封斜撑管口→电梯基坑部位基础承台施工→拆除电梯基坑外侧1套轻型井点→其余承台筏板施工。

    3．2  施工要点

    (1)型钢和钢板用Q 235，混凝土强度等级C 30，砌体均用M 10水泥砂浆砌MU 10砖。

    (2)为使东西两侧桩间土在施工过程中保持稳定，边开挖、边在支护桩间挂铅丝网抹灰。

    (3)钢斜撑下端支顶在工程桩上，斜撑与工程桩相接触处焊弧形钢垫板，钢垫板与工程桩间孔隙用水泥砂浆或水泥浆灌实；钢斜梯上端槽钢组合腰梁与支护桩间孔隙，用细石混凝土或水泥砂浆灌实。

    (4)同一根工程桩上支顶两根斜撑的，在该工程桩与其邻近后侧桩间水平支顶木撑，以确保工程桩的安全。

    (5)支顶斜撑的设置，必须遵循先撑后挖的原则。斜撑的拆除，必须在砌体砌筑后2 d且混凝土强度至少达到C 10以上时进行。

    4  施工监测结果

    4．1  周边环境

    东、西两侧建筑及南侧道路稳定，无开裂现象发生，建筑物的最大沉降值10 mm，最大倾斜值0.07 ％，属正常允许范围。

    4．2  支护桩顶变形

    观测点埋设后进行第一次观测。从挖土开始，在施工的不同阶段，每日或隔日进行观测，直至承台混凝土施工完毕，共观测10次，东、南、西、北的最大位移分别为7 mm、7 mm、8 mm、20 mm。

    5  结语

    本工程的支护桩及周边建筑、道路的变形监测结果表明，本工程所采用的基坑支护综合处理方案是有效的，充分发挥了原有支护桩的作用。根据基础各部位开挖深度的不同，采取了不同的临时支顶斜撑和加强被动区措施，同时采用挖土卸荷、轻型井点降水及回灌等技术，达到了施工周期短、投资少和保证基坑及周边建筑安全的目的。

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四、浅基础设计与施工100问
浅析桩基础设计的若干问题
　随着经济发展，城市中各类高层建筑拔地而起，作为高层的基础部分往往在整个建筑物投资中占据了很大的比例。而高层基础往往采用桩基础，因此，如何选择合理的桩基础形式，对于保证安全，节约投资、降低造价起着举足轻重的作用。这就要求我们设计人员对每个建筑物的勘察报告进行仔细分析，选择一个最优化的基础方案。笔者就以下几方面对桩基础设计中值得注意的问题进行探讨。

　　一.桩基设计中静载荷试验的重要性

　　目前的桩基础设计过程，往往受到时间的约束首先根据地质报告提供的参数确定单桩承载力设计值，根据这个估算的单桩承载力直接进行桩基础设计并施工，等工程桩施工结束后再挑选试桩进行静载荷试验。这个过程具有相当的不科学性，结果符合估算要求，则皆大欢喜，否则因工程已施工完毕补桩也会很困难，且有时因地质报告有出入会给施工中带来相当的不便。这里主要有两个问题，下面举例来说明。一是根据地质报告提供的桩周土摩擦力标准值及桩端土承载力标准值由规范JGJ94-94计算的场区单桩承载力标准值，这是一个经验数值，不宜直接采用。近几年来笔者通过各类桩基础中试桩及工程桩的检测，发现绝大多数桩的实际承载力均大于计算值，有些相差幅度较大，因此按试桩获得的实际承载力将会比按勘察报告估算的承载力来布置基础将产生巨大的经济效益。例如，笔者曾设计过苏州工业园区南都·玲珑湾花园住宅，主体为地下一层、地面十八层的高层住宅，根据地质勘察报告拟采用 D500的预应力管桩，桩长20m，按JGJ94-94公式5.2.8估算单桩承载力设计值约为1400kN，而我要求进行的3根破坏性试桩显示实际单桩承载力可达1850kN，整整比估算值提高了30%左右，实际工程桩设计就采用试验值进行，为甲方大大节省了投资。其二是当场地不均匀或地质报告数值有偏差的情况下，不进行试桩而直接按地质报告进行工程桩施工将给施工带来巨大的困难且造成不必要的浪费。例如唯亭某五层商住楼，根据地质报告采用10m 长的预制方桩，桩径400x400，单桩承载力极限标准值约为1350kN，采用静力压桩，实际施工中几乎每根桩都压至2000kN而未达到预定深度，而此时已达到预制桩的桩身强度，故施工过程中每根桩都采用了劈桩，在时间金钱上都造成了巨大的浪费。经过静载荷试验未达设计标高的工程桩均达到了设计承载力，也就是说设计上如先进行试桩则至少可减短1.5m左右的桩长，桩承载力不减小且不需要劈桩。由上可见，桩基础设计过程中静载荷试验是一个十分重要的环节。因为次项工作质量直接影响到桩基形式、桩规格和桩入土深度的确定，同时也对施工难易有密切影响。通过科学试验，取得准确数据，能使设计方案更加合理、可行和经济，远远超过缩短工期所获得的效益。

　　二.桩基设计中桩型、桩长设计的重要性

　　桩基础设计中对桩型及桩长的合理选择均会对基础设计产生重大的影响，合理的桩型、桩长选择将产生巨大的经济效益。笔者在“昆山华地”住宅设计中，开始由于考虑时间原因（有现成的D400预应力管桩），甲方要求采用D400的预应力管桩，根据地质报告采用桩长L=16m，单桩承载力极限标准值为850kN，预算基础部分造价约为160元/m2，在整个住宅造价中占了相当大的比例。在其后的设计中，笔者桩长不变，结合当地的设计经验，将桩型改为250x250的预制钢筋混凝土小方桩，单桩承载力极限标准值约为600kN.预制小方桩在当地的施工价才约50元/m，而预应力管桩的单价约为100元/m.采用小方桩后预算造价约为90元/m2，综合经济价值明显。可见选择合理的桩型，将对工程的造价产生巨大影响。同样桩基设计中对桩长的选择也至关重要，在某一高层住宅桩筏基础设计中，根据勘察报告采用D500预应力管桩，可选桩长有：桩长25m ，单桩承载力特征值Ra=900kN；桩长34m，单桩承载力特征值Ra=1300kN.采用25m桩，约需要桩数290根；而采用34m 桩，则需要工程桩200根。从桩本身而言，两种方案总的工程桩延米数量相当，但我们分析一下由此而相对应的筏板设计，采用25m 桩为满樘布桩，所需筏板厚约为1200mm，而采用34m 桩为墙下布桩，筏板厚可减至900mm，经济效益明显。因此，我们设计人员在桩基础设计中一定要采用多方案比较，选择合理的桩型与桩长，这都将对整个基础设计的合理性与经济性产生巨大的影响，当然我们也应考虑施工可行性等多方面因素。

　　三.关于桩偏差的控制和处理

　　桩基施工中对桩的偏差必须严格控制，特别是对于承台桩及条形桩，桩位的偏差都将产生很大的附加内力，而使基础设计处于不安全状态。对于桩位偏差我们主要控制两个方面，其一是竖向偏差，根据JGJ94-94第7.4.12条我们控制桩顶标高的允许偏差为-50~ 100mm，但实际施工中偏差这么大将引起繁重的施工任务及损失。当桩顶标高高于设计标高，则需要劈桩，特别对于预应力管桩等空心桩来说，桩顶有桩帽劈桩既困难又不经济；而当桩顶标高低于设计标高时，又需要补桩头，这既影响工期又浪费金钱。这就要求施工单位在施工过程中必须严格控制桩顶标高，尽可能地使工程桩标高同设计一致，特别是施工过程中必须考虑到桩在卸载后的回降量，否则不加考虑则每根桩都将高于设计标高。而我们设计人员在设计过程中对施工误差亦应有所考虑，笔者建议针对目前的施工质量，设计中可以考虑2mm左右的偏差容许，这样就可以免除大量小偏差桩的劈桩，这在实践工程中具有相当的可操作性，避免了大量不必要的工作。其二则是桩位的水平偏差。根据JGJ94-94第7.4.11条控制各桩位偏差，施工过程中发现桩位偏差较大则应及时补桩处理。这里针对4~16根承台的桩基，JGJ94-94规范第7.4.11条中规定允许偏差为1/3桩径或1/3边长，而根据GB50202-2002第5.1.3条则规定允许偏差为1/2桩径或边长。这显然是矛盾的，在实际过程中很容易与施工验收方产生不同的理解，因此笔者强调在设计过程中可以明确桩位偏差允许值所执行的标准。另外，对于小直径桩（D≤250）笔者强调必须对其偏位进行严格控制而不应按上述规范标准，笔者建议对承台桩可控制70mm；而对于条形承台则区分垂直于条形承台方向50mm，平行于承台方向为70mm，当然这些要求必须在施工前予于明确。当然桩位偏差满足规范或设计要求仅仅代表桩基本身验收合格，而对于由此引起的承台整体偏心或基础高度损失，我们必须另行处理。对于桩偏心我们可以采取增加承台刚度或加大拉梁刚度、配筋来解决，这在实际工程中需针对具体情况相应处理。

　　四.施工中特殊情况处理

　　桩基施工由于地层的不可知性，经常会遇到很多异常情况，这就要求我们根据具体的情况，仔细分析，采用妥善的方法去解决各类问题。

　　1）桩基达到其极限承载力而无法压至设计标高。这里可能存在两种情况，其一是地质报告有误，桩实际承载力大于计算值，必须先做试桩以确定其合理的桩长及承载力。其二则可能由于土层本身原因，譬如说饱和砂土产生的孔隙水压力使桩基根本无法压入，这就需要我们从施工措施上去解决。首先是必须制定合理的施工顺序，譬如说跳打，使先期施工的桩产生的水压力消散后再施工下一根桩；其次对静力压桩来说必须选择有足够压桩力的施工机械，要避免抬机等现象出现；另外可以采取引孔，设置排水孔等措施尽量减少空隙水压力。当然压桩时必须注意压桩力应控制在桩身极限强度范围以内，且应注意压桩挤土作用对周边建筑物的影响。

　　2）桩基施工时压桩力远低于设计承载力。苏州阊胥公寓小高层住宅采用18m长D400预应力管桩，根据地质勘察报告单桩承载力设计值为650kN，进行工程桩试打时连续4根桩的最大压桩力均仅为300kN，远远小于设计承载力。我们仔细分析了勘察报告认为报告所提供的各土层特性基本准确，而从周边其他工程的地质报告也证明勘察报告无误，因此我们分析可能由于压桩机械的压桩速度偏快，而土层的粘聚力又偏小，故压桩时桩将土直接剪坏，引起压桩力偏低，随着时间土能恢复固结。在15天后进行的试桩，证明我们的判断准确，试验承载力满足设计要求。这一点也从侧面强调了先进行静载荷试桩的重要性。

　　3）桩基静载荷试验不合格。某工程由于时间限制，甲方要求试桩与工程桩同时进行，待试桩满足JGJ94-94附录c.0.6条时进行静载荷试验，结果三组试桩有一组满足设计要求而另外两组试桩均在小于设计承载力时产生破坏。这就让我们从设计、施工和试验等各方面去分析这两组试桩，但经过与周边工程比较及现场施工试验记录分析，均未发现特殊情况，即不存在施工，试验中的失误。笔者对第一组合格试桩的情况进行了比较，终于发现后二组试桩本身的停歇时间已够，但周边的其余工程桩施工在试验前2天才完成，完全有理由认为是因为工程桩施工时将试桩周边的土破坏而没有固结，影响了试桩的承载力。于是等工程桩停歇时间也满足JGJ94-94附录c.0.6条时再次对2根试桩进行了静载荷试验，结果与我们判断完全一致，试桩均满足设计要求。这一实例告诉我们影响试桩结果的因素有很多，我们在工程实践中对各种情况一定要仔细分析，找出问题所在，而不要盲目处理，造成不必要的损失和浪费。

　　4）管桩裂缝处理。预应力管桩以其强度高，制作周期短，比预制桩节省材料等优点在工程设计中受到普遍应用，但其也存在受剪能力差的不足之处。在工程实践中，由于垂直度偏差或挤土等原因经常会使管壁产生裂缝而影响质量。在昆山某一工程中由于场地天然地面标高较低，在桩施工前场地回填了约2m左右的土，而施工中又未对上述情况采取合适的措施，使压桩机械在施压进行过程中对桩产生了不均匀的侧压，施工结束后发现局部桩位产生了侧偏，经小应变检测发现这些管桩都不同程度地产生了裂缝，如何处理显得相当关键。我们对偏差资料经过分析归类后，对于垂直度偏差小于0.5%的管桩，管壁基本无裂缝，我们认为承载力应不受损失，故在增加了一组试桩证明承载力满足设计条件后不再进行处理。而对垂直度偏差大于0.5%的管桩，可以认为管壁均已产生裂缝，承载力已受影响，我们对此类桩采用了先纠偏再进行灌芯处理，使裂缝部位的传力通过灌芯部分混凝土传递，经最终静载荷试验证明是切实可行的。因此我们在管桩的实际施工中一定要注意垂直度的控制，因为管桩的抗剪能力较差，很容易破坏而引起不必要的经济损失。

　　桩基工程是一繁重而复杂的过程，我们设计人员一定要考虑到每一个环节，统筹兼顾，从各方面使之合理化。好的设计不仅仅是要保证建筑物安全，更要使设计经济合理。

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四、浅基础设计与施工100问
浅析软弱地基处理
1应用范围

　小直径石灰桩是指直径小于等于80mm的生石灰压注桩，与大直径（D＞80mm）的桩相比，施工简单，生石灰固化反应彻底，容易早期测定复合地基载力，由于施工机械（工具）简单，操作不受场地限制，对环境无污染，无噪音干扰，成本低廉，深受业主喜爱。但在施工期间，要求施工人员应具有较高的敬业精神，严格操作，认真捣实。

石灰桩加固地基最适合于高含水量粘性大、素填土、杂填土、淤泥质土层，其含水量一般在40%-95%，无侧限压缩强度在10kPa以上，在新乡地区基工程中，一般软弱地基的承载力在60-90kPa时，多层砖混结构工程中应用较经济。

2加固原理

小直径石灰桩用D=40-80mm钢管成孔、间距100-300mm，把以生石灰为主的材料压注入孔，形成柱状，使生石灰吸取地基土中的孔隙水，发生化学反应，生成有较高强度的桩。由于周围地基的孔隙被吸收，含水量下降，加速地基土的固结，同时，桩本身吸水膨胀，挤实了四周的土。而化学反应释放热量引起水分蒸发，也使地基中水分减少，这样地基就得到了加固。

2.1降低含水量

桩中的生石灰经过下述的反应过程，以化合水的形式吸收桩周围地基中的孔隙水：

CaO+H2O=Ca(OH)2

上式中生石灰反应成熟石灰时的需水量为石灰量的32.15%。反应后体积约增1倍，加上原生石灰间孔隙及反应后的熟石灰间的孔隙均可充填水。又由于反应产生大量热量，引起水分蒸发，降低了含水量，促进了桩周围地基土固结，从而在结构物建造后使地基沉降大大减小。

2.2增加粘聚力

在生石灰桩刚施工完后，地基土由于被扰动，地基强度暂时降低，其降低程度与地基土的灵敏度成正比。然后随着生石灰桩效果的发挥，土的扰动影响被抵消，地基强度逐渐上升，约二周就呈大体稳定之势，地基强度的提高，主要是地基土被加速固结后，粘聚力有了较大提高。

3设计方法

（1）根据提供的地质勘察报告和建筑物结构形式确定地基持力层是否采用石灰桩，持力层的土层为杂填土、粉质粘土、素填土或淤泥质土时，并且承载力≤80 kPa，厚度大于1m，经分析挖除软弱土层不经济或不可能时，可采取生石灰桩处理地基。

（2）确定石灰桩的长度、直径、间距、平面布置方式。

桩径和间距一般关系为L=（3-5）D，布置形式可为梅花式、矩形或三角分布，桩长度一般0.5-1.5m，然后验算是否满足薄弱层和基础宽度要求。

（3）确定桩土复合地基承载力，其中一般处理后F≥120 kPa，当F＞150 kPa一般取150 kPa。

（4）审核检验：施工结束后，检验复合地基承载力。

４施工方法

成孔工具为洛阳铲或端部尖形的钢管；填充生石灰的捣实工具，用空心套管，辅助以钢筋棍捣实。填充速度不宜过快、过猛。由于施工中无噪音、无污染，成本低廉，可昼夜施工，不受环境场地限制。

桩的材料：因纯熟石灰为粉末状，无多大强度，实际施工中，桩孔内可掺入其它材料，如砂土，一般填充料的比例为：小生石灰块75%-80%，生石灰粉25%-20%。（有时内掺少量粉煤灰或干砂土、白云土、约占4%左右和0.5%的石膏），在施工振捣中一般会渗入1%-3%左右原状土。这些材料共同作用可形成密实的生石灰桩。

5实例

5.1工程概况

石羊住宅楼，砖混结构，六层。

5.2地基条件

第一单元土层厚2.9-4.7m，承载力fk=70 kPa，杂填土、粉质粘土、局部以粉土为主的素填土；第二单元厚2.1-4.0m，fk=130 kPa，粘土层，以下无软弱土层。

5.3桩设计

根据经验，一般情况下地基强度经处理后可提高到原地基的1.5-2.3倍来考虑，对我市解放初期的杂填土，经处理后承载力提到120-140 kPa。按处理后地基承载力达到fk=120 kPa，确定混凝土带基为1.8m宽，桩加因宽度2.5m，桩距200mm，每平方米桩总数25根，梅花形布置，用直径D=48mm的钢管成孔。室内外差0.65m，从技术经济角度考虑，基础埋深-1.9m，桩长0.6m，混凝土垫层厚0.1m，下卧层验算满足要求。

5.4施工期

按上述方法施工，三天全部完成。

5.5效果评价

生石灰桩施工完后，一定要作判断，一般可做标准贯入度试验，或环刀取样进行室内试验，对有经验的设计人员也可凭经验判断。该工程施工完后，环刀取样进行室内试验，结果fk＞125 kPa，基础宽度按fk=125 kPa修正后，浇注混凝土垫层，打混凝土带基。一般情况下石灰桩施工完后一周内强度可达到最终强度的80%左右，随着时间的增加4年左右趋于稳定，经多年实践，该方法用于永久性建筑物是绝对牢固可靠的。该处理方法比碎石桩、喷粉桩节约造价20%-80%，深受业主青睐。

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四、浅基础设计与施工100问
道路软基处治方法
摘要：根据软土地基的生成原因和地基的厚度及其所处的位置，可采用表层处理法、置换法、加载法、竖向排水法四种方法进行软基处理。本文介绍了这四种方法的设计思想和注意事项。

关键词：公路软基处理方法

　　道路软基处理尽可能早期进行，有充分的间隔时间使软基达到沉降稳定后方可进行填土施工。下面介绍软基处理的四种方法：

1　表层处理法

表层处理法用于地表面极软弱的情况。该法是通过排水、敷设或增添材料等办法，提高地表强度，防止地基局部剪切变形，保证施工机械作业；同时尽可能把填土荷载均匀地分布于地基上。属于这类处理方法的有：表层排水法，砂垫层法，敷设材料法，添加剂法等等。1.1　表层排水法

对土质较好因含水量过大而导致的软土地基，在填土之前，地表面开挖沟槽，排除地表水，同时降低地基表层部分的含水率，以保障施工机械通行。为了发挥开挖出的沟槽在施工中达到盲沟的效果，应回填透水性好的砂砾或碎石。

设计、施工注意事项

①沟槽的布置　沟槽布置要考虑利用地形自然坡度排水；填土沉降要注意坡度的变化；不使来自四周挖方部位的地表水、渗透水浸入填土；沟槽的间隔要尽可能加密，以增大排水能力，即使有部分沟槽被切断也不会妨害整体排水。

②沟槽的构造　沟槽尺寸一般取宽0.5ｍ，深0.5～1.0ｍ。填土之前在沟槽内用透水良好的砂（砂砾）回填成为盲沟。纵向盲沟一般沿道路纵向或中央纵向开挖，横向盲沟一般间距10ｍ～15ｍ布置。沟槽内埋设多孔排水管时，必须用优质反滤层加以保护。

1.2　砂垫层法

对于地基上部软土层极薄且含水量大时，在软土地基上敷垫0.5～1.2ｍ左右厚的砂垫层。这样可达到固结软土层，使砂垫层起到上部排水层作用；同时，砂垫层又成为填土内的地下排水层，以降低填土内的水位；在进行填土及地基处理施工时，为施工机械提供良好的通行条件。

1.2.1　设计　如采用机械施工，在确定砂垫层厚度时，应考虑机械的重量，轮胎对地面接触压力，偏心程度及软土地基表层强度等。表1为砂垫层标准厚度。

在极软地基上，仅用砂垫层来确保大型施工机械的通行，往往需要较厚的砂垫层，是不经济的，所以常与表层排水或敷垫材料等法并用。

填土面积大且排水距离长，预计有多处地下水渗出时，若仅用山砂作砂垫层，不能获得充分排水效果，应采用设置盲沟，砂垫层内的排水距离宜短不宜长。

1.2.2　施工　砂垫层施工时应设放样板。摊铺作业一般采用自卸汽车与推土机联合操作。要尽量做到均匀一致。用透水性差的粉土作填料时，其坡脚附近的砂垫层一旦被土复盖，就有可能妨碍侧向排水，因此对砂垫层的端部要妥善处理。

1.3　敷垫材料法

对于地基土层不均匀，可能发生局部不均匀沉降和侧向变位，可利用所敷垫材料的抗剪和拉抗力，来增强施工机械的通行，均匀地支承填土荷载、减少地基局部沉降和侧向变位，以提高地基的支承能力。

敷垫材料主要有化纤无纺布、土工布、玻璃纤维格栅等被广为采用。

设计、施工注意事项

①应注意地基表层强度，施工机械重量，以及填土荷载大小和宽度等，据以选用合适的敷垫材料。

②施工机械通过区域，使局部地段产生较大的拉压力，应作特别的补强。

③敷垫材料四周应超过填土边缘，端部卷入填土内，上面用填土压紧。

④在特别软的地基上进行第一层填土时，可使用放置干筏上的手摇传送带撒铺，有时也用皮带抛射式撒砂机撒铺。

⑤第一次撒布厚度应尽可能薄些，并要求用透水性好的河砂为材料。含砾石时，要注意不使其损坏敷垫物。

1.4　添加剂法

对于表层为粘性土时，在表层粘性土内渗入添加剂，改善地基的压缩性能和强度特性，以保施工机械的行驶。同时也可达到提高填土稳定及固结的效果。

添加材料通常使用的是生石灰，熟石灰和水泥。石灰类添加材料通过现场拌和或厂拌，除了降低土壤含水量、产生团粒效果外，对被固结的土随着时间的推移会发生化学性固结，使粘土成分发生质的变化，从而促进土体稳定。

设计、施工注意事项

①生石灰消解程度的判断　生石灰消解过程伴随体积膨胀，在此期间进行碾压，不可能获得预期效果。因此在固结时要掌握发热温度、准确判断消解结束时间。

②添加材料的配比设计　添加材料的适当剂量，要根据所处理的土质，施工方法和试验配比的结果来决定。一般有改良土、石灰土、水泥稳定土较为常用。改良土是利用现场地基土掺石灰（一般含灰6％）后再次利用，其施工方便、造价低；石灰土是用黄土掺石灰（一般含灰10％～12％）后使用，其造价较改良土要高；水泥稳定土是用黄土掺水泥（一般含水泥3％～5％）后使用，其造价较贵，在秋、冬季雨天施工时，工期短时不得已采用，其优点是不需太长的养生时间，就可使地基固化板结达到施工要求的强度。

③固结与养生　用水泥或熟石灰处理，在拌和一结束即产生固结。用生石灰处理，从拌和时的初步碾压到生石灰消解结束，要进行二次固结，若强度足够可不必养生。但因土质或施工条件不同，被处理过的土质强度增长也各不相同，大体上以养生一周后的强度为所要求的固结强度。
2　置换法

本法是以优质土置换软弱土，确保填土稳定和减少沉降量。施工方法分有人工挖掘置换和借填土自重或用爆炸法将软弱土挤出的强制置换。其施工都比较容易，多数情况下能在短时间内达到所要求的目的。从可靠性来说人工挖掘置换较优。置换材料应采用即使受到水浸也不致降低承载力的粗粒土。但必须进行充分压实。

3　加载法

加载法是为了预先促进软土地基沉降，增加地基强度，以防止设置在填土上或邻接填土的路面和构造物或者埋入填土内的构造物发生有害沉降而导致破坏。促进地基固结沉降的方法有：在地基上增加总压办法；减少土中的间隙水压提高有效应力法等。前者用填土荷载时，一般为填土加载法，后者又可分通过井点，竖井等的降低地下水法和在地表面铺砂，覆盖不透水膜使之形成真空，依靠大气压力加载来促进固结的大气压加载法。采用填土加载法时，须注意地基的稳定状态。而降低地下水法和大气压加载法则不必担心地基遭到破坏，但受到地基适应性的限制且工程费用大，一般不采用。上述方法，都很少单独采用。

3.1　填土加载法

3.1.1　方法与原理　已完成设计填土（荷载ｑｆ）时，其全部垂直力为Ｐｏ＋ΔＰｆ＝Ｐ1,由此引起的沉降量为Ｓ1。加载后经Δｔ时间，固结度为Ｕ，又从图1ｂ知沉降量为Ｓ1Ｕ，通过固结沉降过程时间ｔ以后的残余沉降量为ΔＳ1。当增加Δｑｓ的超载时，全部垂直应力为Ｐ0＋ΔＰｆ＋ΔＰＳ＝Ｐ2，由此引起的沉降量为Ｓ2，加载经过Δｔ时间的度固结为Ｕ，沉降量达到Ｓ2Ｕ。此时如把Δｑｓ荷载卸除，对于ｑｆ（ｍ）来说即达到了Ｕ＋ΔＵ的固结度，换句话说，原只能达到Ｕ的固结度，由于超载Δｑｓ经Δｔ时间，增加了ΔＵ的固结度。不过实际加载不会瞬时完成，卸荷后又会产生一定膨胀，对已经增长的固结效果有些丧失。

假如加载Δｑｓ及荷载时间选择恰当，经ｔ时间后的残余沉降量如图1ｂ所示，有可能从ΔＳ1减少到ΔＳ2。

设计施工注意事项采用本法的主要目的是使铺装完成后路面残余沉降量控制在允许值以内。所以它与载荷重量、放置自沉时间、固结层厚和沉降时间曲线，及荷载设计、允许工期等有关。

①本法施工以不损伤支承荷载的地基稳定为宜。对难以保证稳定或加载重量很大时，应考虑与竖向排水井法或缓速加载法并用。

②如果仅为了处理沉降，可选择超载重量，且作长期放置自沉，其效果较好。

③由于沉降--时间关系一般是难以预测的，所以在施工时应进行全面的动态观测，随时注意防止地基的破坏，根据所获得的观测资料，确定卸载后的残余沉降量和卸荷时间。

3.2　降低地下水法

本法适用于上部，中间部位有砂层分布的地基，但粘性也仍然有效。本法的特点是与软土层深度无关。原理　设位于地下水位以下Ｚ处的垂直总应力为Ｐ，有效应力为Ｐ0′则

Ｐ0＝Ｐ＋ＹｗＺ

一旦使地下水位降低△Ｚ，水压分布发生变化，地下水面以下的压实有效应力为Ｐ1′则Ｐ1＇＝Ｐ＋Ｙｗ（Ｚ－ΔＺ）

ＹｗΔＺ为增加的有效应力。通常可以认为，水位每降低1ｍ，有效应力增加10ｋＰａ。如降低了的水位处，地基系由粗粒土组成，由于排水而使土的单位体积重量减小，于是Ｐ也变小，效果也就有所降低。

设计施工注意事项

①砂层的透水系数

②使用井点时，理论可抽水深度为10.3ｍ，但考虑水头损失和动力关系，能够降低水位的最大值约5.5～6.0ｍ左右。

③邻近有水源（河、池、海或沟）时，需要抽水的量增多。

④降低地下水位，如对抽水区以外地域及沿线有损害时，为了既隔断对四周的影响又达到降低地下水位的效果，可在施工区间打入钢板桩围护。

⑤因为需在整个固结期内降低地下水位致使经历时间长，机械费用高。

4　竖向排水法

在粘性土地基中设置垂直的排水柱，以缩短排水距离，促进地基排水固结，增加抗剪强度。由于垂直排水柱所用材料不同，分为砂井和纸板排水两种。

4.1　砂井排水法

砂井排水法根据砂井的施工方法不同，可分为打入式、振动式、螺旋钻式、水射式及袋装式等。本法很少单独使用，多与加载法或缓速填土法并用，对层厚大，均质的粘土地质最为有效；对泥炭质地基效果稍差。

粘性土层固结所需时间ｔ与垂直方向最大排水距离Ｄ的平方成正比。很清楚，粘土层越厚，所需固结时间就越长。

4.1.1　设计　以间距ｄ布置，直径为ｄｗ的排水砂井。设想直径为ｄｅ的圆柱状地基，如间隙水只流向砂井，其固结时间为：

ｔ＝2Ｔｈｄｅ／Ｃｈ

式中：ｔ--固结时间（ｄ）

Ｔｈ--水平向固结时间因数（无因次）

Ｃｈ--水平向固结系数（ｍ2／ｄ）

ｄｅ--有效直径（ｍ）

　　当砂井间距离为ｄ间（见图4）；

正三角形布置ｄｅ＝1.05ｄ；

正方形布置ｄｅ＝1.13ｄ。

ｄｗ--砂蟛直径（ｍ）

可知ｄｅ越小，排水砂井间距ｄ就越小，越能促进固结。

固结度Ｕｈ与时间因数Ｔｈ是以有效直径和排水砂井直径之比ｎ＝ｄｅ／ｄｗ为参数。ｄｅ与垂直向的固结排水距离Ｄ相对较小，所以多把垂直方向排水忽略。但粘占层厚度较小时，不能忽略。粘土层总的固结度Ｕ由下式求得。

Ｕ＝1－（1－Ｕｈ）（1－Ｕｖ）

式中：Ｕｈ-水平向固结度；

　　Ｕｖ-竖向固结度。

地基处理范围，为了稳定，以填土坡面下为处理对象；为防止沉降，主要以路基顶面宽度下作为处理对象。

设计排水砂井时，首先假定施工方法、砂井直径、排水距离和改良范围。然后进行稳定及沉降计算，若不能满足时，修正假定数据，再进行计算。并注意下列几点。

①是否有砂层存在。

②防止扰动四周土壤，避免降低透水性或地基强度。宜取尽可能宽的排水间距。一般情况水平向固结系数Ｃｈ为竖向的固结系数ＣＶ的数倍，但是由于砂井打设方法不同，实际Ｃｈ只能达到ＣＶ甚至小于ＣＶ的值。

③砂井中的砂，在固结过程中起到排水通路的作用，因此必须长期发挥良好的透水性能。通常采用干净优质的粗砂。

4.1.2　施工程序

①铺砂。在砂井施工之前，地表面先铺一砂垫层。并设置排水沟，使填土内不致有较高的地下水位。

②打入排水砂井。其法有打入式、振动沉桩式、射水式、螺旋钻进式及袋装式等。无论何种方式一般的沉入深度为15～20ｍ，超过这一深度工程费用明显增大。

ａ.打入式和振动沉桩式　这是最常用的两种方式。使用履带式起重机时沉入深度为10ｍ左右；使用特制的钢打桩架，沉入深度可达30ｍ。桩径一般采用30～50ｃｍ，间距为1.5～3.0ｍ。

打入式和振动沉桩式的施工程度大致相同：

（1）套管底端接上管靴，放置在设计井位上；

（2）用汽锺锺击或振动锤振打至设计深度；

（3）用铲斗把砂喂入套管中；

（4～5）将喂砂口封闭，一边压入压缩空气，一边拔出套管；

（6）待套管完全拔出，砂井沉入即告结束。

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四、浅基础设计与施工100问
高层建筑地基基础概念设计的思考
高层建筑地基基础设计是制约高层建筑的安全可靠性和经济合理性的关键环节。透过高层建筑地基基础的实测资料及某些工程事故原因的剖析，发现传统概念设计存在进一步优化和改进的空间。

　　按传统概念设计的箱基、筏基、桩筏基础必然导致蝶形沉降和马鞍形反力分布或出现主裙差异变形过大，而这种变形与反力分布模式必然导致箱筏整体弯矩、冲切力和剪力增大，引发上部结构的过大次应力，降低使用寿命。为此，本文提出了变刚度调平概念设计。

　　其基本思路是：通过调整地基和基桩的刚度分布，使反力同荷载分布相协调，沉降变形趋向均匀，由此使基础所受整体弯矩、冲切力和剪力减至最小。具体做法是：根据结构布局、荷载及地层条件，实施局部增强变刚度调平、桩基变刚度调平、主裙连体变刚度调平，并进行地基（桩土）—基础—上部结构共同作用计算分析。

　　1．局部增强变刚度调平

　　在采用天然地基时，突破纯天然地基的传统观念，对荷载集度高的区域如核心筒等实施局部增强处理，包括采用刚性桩复合地基或局部桩基，由此使支承刚度与荷载匹配，沉降趋向均匀，降低基础内力和材耗。

　　2．桩基变刚度调平

　　对于需采用桩基的情况，根据结构与荷载分布、场地地质特点，实施变刚度调平布桩，对于荷载显著不均匀的框筒、框剪结构，可采用变桩距、变桩径、变桩长布桩。对于荷载集度高的内部桩群区，应考虑相互作用适当增强；对于外围区应适当弱化，按复合桩基计算。

　　3．主裙连体变刚度调平

　　对于主裙连体建筑，应按增强主体（采用桩基、刚性桩复合地基）、弱化裙房（采用天然地基、疏短桩基、复合地基）的原则设计。

　　4．地基（桩土）—基础—上部结构共同作用分析

　　为使变刚度调平概念设计更趋向合理、可靠、实用，宜在概念设计的基础上进行地基（桩土）—基础—上部结构共同作用计算分析，进一步调整布桩，使差异变形降到最小，并计算确定基础、承台的内力与配筋。

　　变刚度调平概念设计已通过大比例现场模型试验验证，并应用于十余项工程，取得了良好的技术经济效果。

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2010-07-04

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四、浅基础设计与施工100问
地下室设计中常见问题及对策措施
1.地下室如果设计不当，对整体抗震性能会产生较大影响，根据南京市施工图审查要点，对于半地下室的埋深要求应大于地下室外地面以上的高度，才能不计其层数，总高度才能从室外地面算起。地下室的墙柱与上部结构的墙柱要协调统一。地下室顶板室内外板面标高变化处，当标高变化超过梁高范围时则形成错层，未采取措施不应作为上部结构的嵌固部位，规范明确规定作为上部结构嵌固部位的地下室楼层的顶楼盖应采用梁板结构，地下室顶板为无梁楼盖时不应作为上部结构嵌固部位。结构计算应往下算至满足嵌固端要求的地下室楼层或底板，但剪力墙底部加强区层数应从地面往上算，并应包括地下层。

存在的常见问题如：半地下室埋深不够，房屋层数包括半地下室层已达8层，层数和总高度超过要求等。

2荷载取值与组合

地下室外墙受弯及受剪计算时，土压力引起的效应为永久荷载效应，可变荷载效应控制的组合时，土压力的荷载分项系数取1.2；永久荷载效应控制的组合时，其荷载分项系数取1.35。对于地面活荷载，同样应乘侧压力系数，许多设计中计算不对。地下室底板的强度计算时，根据《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)第3.2.5条板、覆土的自重的荷载分项系数取1.0。抗浮计算时，板、覆土的自重的荷载分项系数应取为0.9。地下室外墙的土压力应为静止土压力，根据土性的不同分别采用不同的计算方法，粘性土采用水土合算，砂性土采用水土分算。

如果地下室顶部没有房屋，是空旷场地，其荷载是否要考虑平时消防车荷载或大于消防车的可能荷载，实际中比较取起控制作用的荷载作为设计依据。另如某工程设计在-1.55m标高处一层平面是地下室顶板，活载只考虑4.5KN/m2，未计覆土荷载，消防车荷载。地下车库活载取值6.0KN/m2，不满足GB50009-2001第4.1.1条，未考虑消防车荷载，或者施工过程中和使用过程中可能出现的载重车荷载,与消防车荷载比较取大值。

3外墙计算模型

地下室外墙配筋计算：有的工程外墙配筋计算中，凡外墙带扶壁柱的，不区别扶壁柱尺寸大小，一律按双向板计算配筋，而扶壁柱按地下室结构整体电算分析结果配筋，又未按外墙双向板传递荷载验算扶壁柱配筋。按外墙与扶壁柱变形协调的原理，其外墙竖向受力筋配筋不足、扶壁柱配筋偏少、外墙的水平分布筋有富余量。建议：除了垂直于外墙方向有钢筋混凝土内隔墙相连的外墙板块或外墙扶壁柱截面尺寸较大(如高层建筑外框架柱之间) 外墙板块按双向板计算配筋外，其余的外墙宜按竖向单向板计算配筋为妥。竖向荷载(轴力)较小的外墙扶壁桩，其内外侧主筋也应予以适当加强。外墙的水平分布筋要根据扶壁柱截面尺寸大小，可适当另配外侧附加短水平负筋予以加强，外墙转角处也同此予以适当加强。

地下室外墙计算时底部为固定支座(即底板作为外墙的嵌固端)，侧壁底部弯矩与相邻的底板弯矩大小一样，底板的抗弯能力不应小于侧壁，其厚度和配筋量应匹配，这方面问题在地下车道中最为典型，车道侧壁为悬臂构件，底板的抗弯能力不应小于侧壁底部。地下室底板标高变化处也经常发现类似问题：标高变化处仅设一梁，梁宽甚至小于底板厚度，梁内仅靠两侧箍筋传递板的支座弯矩难以满足要求。地面层开洞位置(如楼梯间)外墙顶部无楼板支撑，计算模型和配筋构造均应与实际相符。车道紧靠地下室外墙时，车道底板位于外墙中部，应注意外墙承受车道底板传来的水平集中力作用，该荷载经常遗漏。
4顶底板和楼梯

设计中存在的常见问题如：地下室顶板，板厚选用100mm，不符合GB50011-2001第6.1.14条；底板配筋Φ14@100，不符合JGJ3-2002第12.2.4条；地下室顶板厚度、地下部分柱配筋不符GB50011-2001 第6.1.14条。地下室混凝土底板、顶板、墙配筋不符合GB50010-2002第9.5.1条及GB50038-94第4.7.8条等。

5地下水与抗浮

地下水位及其变幅是地下室抗浮设计重要依据，实际地下室抗浮设计中往往只考虑正常使用极限状态，对施工过程和洪水期重视不足，因而会造成施工过程中由于抗浮不够出现局部破坏。另外，实际中在同一整体大面

积地下室上建有多栋高层和低层建筑，而地下室面积大，形状又不规则，加之局部上方没有建筑，此类抗浮问题也相对比较难以处理，须作细致分析处理。

常见设计问题如：地下水位未按勘察报告确定，或勘察报告未提供计算浮力的地下水位及其变幅，违反了GB50007-2002第3.0.2条；斜坡道未进行抗浮验算，斜坡道与主体分缝处未作处理；抗浮验算不满足要求，GB50009-2001第3.2.5条等。

6裂缝及控制方法

地下室外墙混凝土易出现收缩，受到结构本身和基坑边壁等的约束，产生较大的拉应力，直至出现收缩裂缝，地下室外墙裂缝宽度控制在0.2mm之内，其配筋量往往由裂缝宽度验算控制。

工程中许多设计将地下室防水结构构件的计算弯距调幅、有的下端按铰接、有的未考虑荷载分项系数、多层时未按多跨连续计算，地下室外墙在计算中漏掉抗裂性验算(违反GB50108-2001第4.1.6条)，地下室外墙与底板连接构造不合理，建筑物超长未设缝或留置后浇带(违反GB50010-2002第9.1.1条)，后浇带的位置设置不当，外墙施工缝或后浇带详图未交代，室外出入口与主体结构相连处未设沉降缝等，导致违反设计规范，产生渗漏现象。某工程地下室设计成一个大底盘，而该大底盘下的基础形式同时有天然地基、桩基、刚性桩复合地基（违反GB50011-2001第3.3.4条），此类基础即使设置后浇带也仅适合施工阶段。

地下室整体超长，应采取相应措施，防止裂缝开展，采取的主要措施：①补偿收缩混凝土，即在混凝土中渗入UEA、HEA等微膨胀剂。以混凝土的膨胀值减去混凝土的最终收缩值的差值大于或等于混凝土的极限拉伸即可控制裂缝。②膨胀带，由于混凝土中膨胀剂的膨胀变形不会与混凝土的早期收缩变形完全补偿，为了实现混凝土连续浇注无缝施工而设置的补偿收缩混凝土带，根据一些工程实践，一般超过60m设置膨胀加强带。③后浇带，作为混凝土早期短时期释放约束力的一种技术措施，较长久性变形缝已有很大的改进并广泛任用。④提高钢筋混凝土的抗拉能力，混凝土应考虑增加抗变形钢筋，对于侧壁，增加水平温度筋，在混凝土面层起强化作用。侧壁受底板和顶板的约束，混凝土胀缩不一致，可在墙体中部设一道水平暗梁抵抗拉力。

7保护层和垫层厚度

《地下工程防水技术规范》(GB50108-2001)对防水混凝土结构规定：结构厚度不应小于250mm；裂缝宽度不得大于0.2mm，并不得贯通；迎水面钢筋保护层厚度不应小于50mm。防水混凝土结构底板混凝土垫层，强度等级不应小于C15，厚度不小于100mm，在软弱土层中不应小于150mm。工程实践表明如果结构厚度或迎水面钢筋保护层厚度小于规范限值常常是引起渗漏水现象的常见原因，因此规范修订以后对限值作了相应的提高，应引起注意。

地下室顶板钢筋应加强，保护层和混凝土垫层及强度等级应按规范加注(GB50108-2001第4.1.6条)。否则就会产生如下类似问题：地下室外墙、底板等迎水面保护层厚40mm，底板与土接触处钢筋保护层厚35mm，不适合GB50108-2001第4.1.6条；柱保护层25mm，违反GB50010-2002第9.2.1条；地下室垫层采用C10混凝土，或底板下未做混凝土垫层，违反GB50108－2001第4.1.5条和第4.1.5条；未见地下混凝土构件环境类别划分与对应的钢筋混凝土构件保护层厚度，不符合GB50010-2002第9.2.1条等。

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土老帽

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2010-07-04

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