关于人工地基承载力深度修正问题的探讨

关于人工地基承载力深度修正问题的探讨

原德蛟张博凯

西北综合勘察设计研究院陕西省西安市710003

摘要：人工地基在工程中应用日益广泛，而对于人工地基承载力的深度修正，缺乏深入研究和统一认识。针对这种情况，根据加固机理对人工地基进行了分类，分析了不同类型人工地基的破坏模式；并基于深度修正原理和工程实践，对人工地基承载力修正进行了分析探讨；对不同类型的人工地基提出了承载力深度修正建议。

关键词：人工地基；地基承载力；深度修正

前言人工地基为复合地基和桩基的统称，目前人工地基设计所遵循的国家规g范有文献[1-5]，也有不少地区性规范和行业规程，由于地区经验、规范制定的时间及编制规范人员的不同，使各规范之间出现一些不完全一致的情况。针对遇到同一问题各规范、甚至同一规范之间表述不一致，设计过程中如何正确判断。

1.人工地基分类与破坏模式

人工地基是指经过地基处理形成的地基，依其性状大致可分为三类：均质地基、双层地基和复合地基。人工地基的分类人工地基中的均质（或双层）地基是指加固区土体性质得到全面改良，加固区土体的物理力学性质、物质成分基本相同，加固区无论是平面范围还是深度都已满足一定的要求。例如，换填垫层地基、机械压（或夯）实法形成的人工地基（重锤夯实、强夯、机械碾压、振动加密）、预压地基等。对于均质（或双层）地基，加固前后土层成分并未改变，仅密实度增加、含水量降低、土层得到改性处理；换填垫层地基则是浅层软弱土被整体置换而形成双层地基。均质（或双层）人工地基在物质组成、结构构造上与天然地基相比并无本质区别，因此在荷载作用下其破坏模式与天然地基相同，且多数发生整体剪切破坏或局部剪切破坏，而较少发生冲剪破坏。复合地基是指天然地基在地基处理范围内部分土体得到增强或被置换，加固区由基体（天然地基土体或被改性的天然地基土体）和增强体两部分组成的人工地基。在复合地基中，基体和增强体共同承担荷载的作用。复合地基按增强体材料特性，可分为散体材料桩复合地基（如砂石、矿渣、渣土等）、柔性桩复合地基（如灰土、水泥土等）和刚性桩复合地基（如混凝土、水泥粉煤灰碎石等）。复合地基介于桩基和天然地基之间，刚性基础下竖向增强体复合地基桩体破坏模式可分为以下几种：1）刺入破坏：桩体刚度较大、地基土承载力较低的情况下，较易发生桩体刺入破坏。桩体发生刺入破坏，承担荷载大幅度降低，进而引起复合地基桩间土破坏，造成复合地基全面破坏。刚性桩复合地基较易发生刺入破坏模式；2）鼓胀破坏：在荷载作用下，桩周土不能提供桩体足够的围压，使桩体发生过大的侧向变形，产生桩体鼓胀破坏，从而造成复合地基全面破坏。散体材料桩复合地基较易发生鼓胀破坏模式；3）桩体剪切破坏：在荷载作用下，复合地基中桩体发生剪切破坏，进而引起复合地基全面破坏。低强度的半刚性桩及柔性桩较容易产生桩体剪切破坏；4）滑动剪切破坏：在荷载作用下，复合地基沿某一滑动面产生滑动破坏。在滑动面上桩体和桩间土均发生剪切破坏，各种复合地基均可能发生滑动剪切破坏模式。

2.地基承载力修正

2.1天然地基承载力修正

在荷载作用下，天然地基的破坏通常是由于承载力不足而引起的剪切破坏，地基剪切破坏的形式可分为整体剪切破坏、局部剪切破坏和冲剪破坏"种。地基的破坏模式不仅取决于土的性状，而且与加荷速率、基础埋深等因素有关。目前工程上确定天然地基承载力的方法主要有理论公式计算、载荷试验及根据土的物理与力学性质指标的查表法等。根据地基承载力理论公式，地基土承载力不是定值，它不仅与土的物理力学性质及地下水位等有关，而且与基础埋深和基础宽度：有关，当基础埋深增大，即基础两侧超载增大时，地基承载力也将增大。

2.2人工地基承载力修正探讨及建议

2.2.1存在问题

研究发现：地基处理后其承载力宽度修正系数，深度修正系数。从保证工程安全的角度考虑是无可非议的，但在工程设计中，往往会出现修正后的人工地基承载力特征值低于原天然地基修正后承载力特征值的不合理现象。对此有关专家提出了不同看法：（1）何广讷指出：可能是基于被加固处理的软土多为淤泥、淤泥质软土等；然而工程中加固的土体并非全为淤泥等很软的软土，常将具有相当承载能力的较好土层进行处理形成复合地基，进一步提高地基的承载力，以承担高层和重型建筑物的巨大荷载。此时不论何种土类的土层，一律仅作深度修正，且修正系数则既不全面也不很合理，需要进行充实与完善。从安全的角度考虑，何广讷建议对已加固的复合土体，仍按加固前原地基土的类别及土性指标，根据文献［3］规定进行修正。（2）将复合地基的深宽修正系数与天然地基深宽修正系数进行对比可以发现，对于软弱土层，两者规定的修正系数基本相同，而对于硬土层，如密实的粉土、粉细砂、细中砂等，两者的修正系数存在很大差别；这种差别会造成当基础埋深越深、基底土质越好时，复合地基深宽修正的承载力反而可能会出现比深宽修正后天然地基承载力还要低的不合理的结果。（3）笔者在工程设计中也曾发现经人工加固处理后的地基承载力特征值远低于加固前天然地基经过修正后的承载力特征值，这从理论上讲是很难理解的。另根据研究发现：对于大面积压实填土（粉土、级配砂石）可取；而大面积压实填土实际上也是人工地基的一种，由此可见目前对人工地基承载力深度修正问题的认识并不统一。

2.2.2分析与建议

笔者认为解决人工地基承载力的修正问题应从两方面着手：一方面，进行不同埋深或旁侧压力人工地基的载荷试验，从中找出人工地基承载力与埋深的关系；另一方面，可借鉴天然地基和桩基的研究成果，进行综合分析判断，以求得问题的解决方法。前者因人工地基类别多，其设计原则、施工方法、加固机理各异，因此应分别进行。且目前这方面系统的试验资料较少，今后应加强这方面的试验研究；不论哪一种方法都应经过工程实践的检验。由人工地基的加固机理和破坏模式可见：经过机械压（或夯）实法、预压法及换填置换形成的人工地基，其破坏模式与天然地基相近，当人工地基的加固深度及平面范围满足一定要求时，根据加固后土层性状按天然地基有关要求进行承载力修正应是适宜的。当前如取基础宽度承载力修正系数，基础埋深承载力修正系数按加固前天然土层取值，不仅可行也是偏于安全的。复合地基的构造、破坏模式与天然地基不同，其加固机理及破坏模式与桩体材料、桩土相对刚度、桩间土性质、基础形式等有关，其中散体材料桩复合地基多由于桩体鼓胀破坏从而引起复合地基发生冲切下沉或剪切破坏，因此也可参照天然地基的有关规定进行承载力修正。刚性桩复合地基的承载机理与复合桩基是相近的，但复合桩基承载力与基础埋深关系不大，即不进行基础埋深的深度修正，因此对于刚性桩复合地基的承载力修正应慎重，特别是当基础埋深较大时。

3.结语

在目前规范和实际设计工作中，对人工地基结构基础的深度修正还存在较多尚未明确的问题，本文就主楼为筏板基础、裙房为独立基础的基础形式的地基承载力深度修正问题进行了分析探讨，结合地基承载力的理论公式，论述了地基承载力深度修正的理论依据，通过工程不同状况提出基础形式不同时主楼地基承载力深度修正的取值，并结合实际工程进行了验证。

参考文献：

［1］钟声华，胡小宁.关于主裙楼基础地基承载力深度修正问题的探讨[J].广东土木与建筑，2010（6）：20-22.

［2］李国胜.对地基规范中地基承载力深度修正问题深入探讨[J].建筑结构，2016（s2）：496-501.

［3］钟声华，胡小宁.主裙楼一体结构地基承载力深度修正的探讨[J].山西建筑，2010，36（28）：95-96.

［4］李继超，郑必勇.对地基承载力深度修正应用中的一个实际问题分析[J].建筑施工，2012，34（10）：984-985.

［5］王云冰.建筑节能与建筑设计中的新能源利用研究[J].中华民居旬刊，2013（27）：68-69.