天然地基可行性及地基均勻性評價探討

王建學

（濱州市建筑工程施工圖審查中心，山東濱州 256600）

隨著我國建設項目的逐漸增多，產生的大大小小的勘察單位不計其數，但是受市場經濟影響，巖土工程勘察市場相對較為混亂，不良競爭經常出現，勘察單位的技術水平參差不齊，主要體現在巖土工程勘察報告整理、統計、歸納、分析、評價等多方面內容，尤其是規范對相關內容做了具體的要求，并未對評價的依據予以明確，導致勘察報告的編制深度要求難以達到。巖土工程勘察報告應對地基基礎方案分析評價提出安全可靠、技術可行、經濟合理的一種或幾種地基基礎方案建議[1]，從常規的設計理念來講，地基基礎方案的選擇一般是首選天然地基，因此天然地基評價的內容是巖土工程勘察報告重點之一，對設計采用地基方案具有一定的參考價值。地基均勻性是規范強制性條文要求[2]，因此，地基均勻性評價是勘察報告的重點內容之一，是從工程地質條件考慮受主要土層影響，上部結構產生不均勻沉降的可能性，根據不同的地質條件，設計單位進行地基設計時應采取相應的措施，因此，地基均勻性評價結論是地基基礎設計時重點關注的一項內容。

1 天然地基可行性的影響因素

天然地基是否可行主要應當滿足兩方面的要求，即強度要求、變形要求。強度要求主要是指上部荷載產生的基底壓力是否小于天然地基基礎持力層及下臥層對承載力的要求；變形要求主要是根據上部結構、地質條件判定變形是否滿足建筑正常使用時的變形限值。因此天然地基可行性的主要影響因素應從以下兩個方面進行考慮：

（1）擬建建筑物的荷載、結構類型、基礎形式。擬建建筑物的荷載一般情況下主要有面荷載、線荷載、單柱荷載，其荷載的性質主要與建筑物的結構類型有關。巖土工程詳細勘察階段，應當搜集擬建建筑物的荷載、基礎形式，一般情況下是由設計單位提供。有時因項目未進行初步勘察或設計單位對當地工程地質條件不了解，其建筑物采用的基礎形式還不能確定，可根據上部結構類型對可能采用的基礎形式提供相應的荷載估算值，為巖土工程勘察工作量布置、巖土工程評價提供依據。

（2）工程地質條件。受工程地質條件影響，天然地基評價應首先根據基礎埋置深度或結構允許范圍內調整基礎埋置深度是否具有可選擇的基礎持力層。對于同一建筑物，工程地質條件越好、地基承載力越高、地基越均勻，其采用天然地基的可行性就越大。

2 天然地基可行性評價方法

天然地基可行性評價一般根據建筑物性質、工程地質條件可分為定性分析評價和定量分析評價。

（1）定性分析評價。根據建筑物的上部荷載、工程地質條件并結合當地工程地基基礎方案實際經驗可以分三種情況進行說明，第一，對于其上部結構荷載較大、天然地基承載力特征值較小明顯不能滿足設計要求；第二，上部荷載較小、天然地基承載力特征值較大，明顯可以采用天然地基的情況；第三，對于軟土地區或其他特殊性巖土地區，根據地區經驗，建筑物會產生明顯的變形，如上海軟土地區，勘察報告對此可提出建議不采用天然地基的要求。對于以上三種情況可以進行定性分析評價即可，避免過于繁瑣臃腫。

（2）定量分析評價。定量分析一般是指天然地基的強度計算，分析地基主要受力層能否滿足上部荷載的強度要求，即是否滿足下式：

但不同地區或不同單位對其評價的方法或模式有所不同，其目的是基本一致，其計算方法一般是估算。對于不同的基礎形式，考慮方法也有所不同，對于筏板基礎，一般提供的荷載應為面荷載，該值即為pk，與修正后的地基承載力特征值fa進行對比即可得出天然地基的可行性。

對于條形基礎或獨立基礎提供荷載一般為Fk即單柱荷載或線荷載，需采取相關措施進行基底壓力值換算。主要存在以下幾種考慮方法：

①根據上部建筑的基礎形式結合當地經驗預估基礎平面尺寸，并根據下式進行估算：

其值與修正后的地基承載力特征值fa進行對比，明確采用天然地基的可行性。

②與第一種方法相比，是屬于公式的一種反算方式，是從設計角度反算基礎尺寸的一種計算方法，即若采用天然地基基礎底面積需滿足：

如若判定的基礎底面積過大，則可判定天然地基不可行。

③以上兩種判別方法，如若相差不大時，可以考慮根據建筑物的結構特點建議改變基礎形式采用筏板基礎明確天然地基的可行性，必要時可提供其他可供選擇的地基處理或樁基礎方案建議。

詳細勘察階段，基礎形式、尺寸、埋置深度等設計參數均未確定，變形僅可根據類似工程地區經驗進行定性判定，對于變形不能確定是否滿足設計要求時，勘察報告應當提供相應的變形計算參數，經設計單位計算后確定是否采用天然地基。

3 地基均勻性及影響因素

地基均勻性評價內容是強制性條文，必須進行相關內容評價，但是除了《高層建筑巖土工程勘察技術標準》對地基均勻性評價方法提出要求外，其他規范并未進行詳細的規定或說明，說明其評價的方法并沒有充分的經驗可以參考，只能依據理論結合實際在工作中不斷總結，提出合理的判定。

地基均勻性［4］是指考慮可能導致基礎的差異沉降，對巖土空間分布均勻程度的評價。實際工程經驗中，大多數與巖土工程有關的事故是變形問題，主要包括總沉降、差異沉降、傾斜和局部傾斜變形過大，導致不能滿足建筑物正常使用。因此，地基均勻性評價的目的主要是從工程地質條件角度考慮由于主要壓縮層范圍內土層變形參數的差異，且不考慮結構調整、設計計算和施工誤差的影響的條件下，導致建筑物產生不均勻沉降可行性，完全是巖土層分布及性質對建筑物影響的一個總體評價，為地基基礎設計時的巖土空間分布提供正確的導向，切實保障地基基礎設計的安全性及建筑物變形特征在允許范圍內。綜合以上論述，影響地基均勻性評價的主要因素有以下幾個方面：

（1）地質成因或地貌類型對地基均勻性評價的影響。地質成因類型種類繁多，主要有沖積層、洪積層、坡積層、殘積層、湖積層、沼澤相沉積層、海相沉積層等，不同的沉積類型，土層本身的強度、物理力學性質差異較大，尤其是當建筑物跨越不同的沉積類型時，其土層的變化更是極為明顯，呈現出地層強度極其不均勻，容易造成建筑地基的不均勻；另外，還應當考慮特殊性土、不良地質作用等對地基進行評價的影響，如膨脹土、鹽漬土、巖溶地區等。

（2）主要壓縮層厚度差異對地基均勻性評價的影響。即使同一成因類型，成因的時代或受外力影響的不同造成巖土層地層豎向上的差異，這種豎向上地層差異一般情況下通過詳細勘察能夠查明，并查明其各地層的物理力學指標的差異，上下土層間的厚度差異、強度差異對地基變形有較大影響，因此應充分考慮這種情況下建筑地基的均勻性。

（3）土層本身對地基均勻性評價的影響。巖土工程勘察報告編制時，有時巖土層的劃分相對較為粗略，造成物理力學指標統計變異系數過大，或存在透鏡體、夾層、亞層等，說明其土層本身存在一定的不均勻性，也可能會對地基均勻性產生影響。

4 地基均勻性評價的方法

巖土工程勘察報告地基均勻性評價方法一般是參考高層建筑巖土工程勘察技術標準提出的天然地基判定為不均勻性地基的三種方法[5]：

（1）地基持力層跨越不同地貌單元或工程地質單元，工程特性差異明顯。

（2）地基持力層雖屬于同一地貌單元或工程地質單元，但存在下列情況之一：

①中—高壓縮性地基，持力層底面或相鄰基底高程的坡度大于10%；

②中—高壓縮性地基，持力層及其下臥層在基礎寬度方向上的厚度差值大于0.05b（b為基礎寬度）。

（3）同一高層建筑雖處于同一地貌單元或同一工程地質單元，但各處地基土的壓縮性有較大差異時，可在計算各鉆孔地基變形深度范圍內當量模量的基礎上，根據其最大值與最小值的比值進行判定。

針對以上三種判別方法，談談自己的一點看法：

（1）第一條地基持力層跨越不同的地貌單元或地質單元，其各土層的物理力學指標差異一般情況下是相差較大的，應判定為不均勻地基，對此爭議不大，如：半填半挖地基、土巖組合地基等。

（2）第二條主要是從同一成因類型或工程地質單元情況下的判定標準，這里持力層概念相對較為有爭議，持力層是直接承受基礎荷載的有一定厚度的巖土層，下臥層是位于持力層以下，并處于壓縮層或可能被剪損深度內的各層地基土。有時基礎底面下僅有10～30cm，把其看作是基礎持力層有所欠妥，應把其下一土層合并作為基礎持力層，防止概念錯誤導致地基均勻性評價不合理。持力層或相鄰基底高程的坡度大于10%，其一般情況下是屬于山坡地基或局部的微地貌變化，其基礎底面標高存在一定的高差，高差過大（超過10%）時，類似于半填半挖地基，應判定為不均勻地基；關于基礎寬度方向上的厚度差值大于0.05b（b為基礎寬度），對于基礎底面標高一致時，持力層底面的坡度可等同于5%，較大于10%更為嚴格。勘察階段，地基均勻性評價只能依據鉆孔地層數據進行評價，其鉆孔間的地層厚度變化可以推測確定，但其基礎寬度方向上的厚度差值難以確定，故本條僅可通過工程地質剖面圖確定基礎持力層或下臥層坡度進行確定地基均勻性。

（3）第三條是一種模擬沉降計算的一種定量分析方法，但其前提條件基礎尺寸、附加應力系數取值的取值方法都是未知，同樣進一步實際壓力段的壓縮模量取值難度更大，難以實現。

5 對地基均勻性評價的幾點其他建議

（1）土質本身造成的地基不均勻，其地層劃分有時過于粗略，此時的土層本身的物理力學指標統計變異系數過大，可以根據經驗判定為不均勻地基。

（2）有時因地層劃分較薄，或者雖然上下土層的巖土定名不一致，但其物理力學指標相差不大，對建筑物變形計算差異不大，可根據經驗判定為均勻地基。

（3）工程地質條件有時存在亞層或透鏡體，主要是指與主要土層相比較屬于相對軟弱層或硬層時，亦有可能產生不均勻沉降，可判定為不均勻地基。

（4）處理后的地基應進行地基承載力和變形評價、處理范圍和有效加固深度內地基均勻性評價[6]。其主要是驗收檢驗的基本要求，采用地基處理時，處理結果的好壞無法在勘察階段完成，因此，勘察報告可對處理后的地基檢測成果進行地基均勻性評價提出建議。對于樁土復合地基，由于處理深度內的壓縮模量與天然地基承載力和處理后復合地基承載力特征值具有一定的關系，在保證施工質量的前提下，亦可參照天然地基均勻性評價方法執行。

（5）樁基的地基均勻性評價，樁基礎的沉降主要是樁端以下壓縮層，樁端持力層選擇時應選擇強度高、厚度大的巖土層，因此，一般情況下，樁基礎的地基均勻性評價可判定為均勻地基；但受工程地質條件影響，不排除樁端持力層選擇差異較大的不同土層或持力層地層坡度過大，此時，應對樁端下土層結合天然地基評價方法對地基均勻性做出明確判斷。

（6）地基均勻性評價的范圍主要包括平面范圍及深度范圍，平面范圍主要是建筑物外輪廓線范圍內；根據建筑物的變形計算要求，深度范圍主要是指基礎壓縮層范圍內的主要土層，即基礎底面以下或樁端以下，對中低壓縮性土可取附加壓力等于上覆有效自重應力20%的深度，對于高壓縮性土可取附加壓力等于上覆有效自重應力10%的深度。其勘察階段僅僅是估算，能夠滿足評價要求即可。

6 結語

（1）天然地基評價的根本目的是根據工程地質條件、設計提供的上部荷載對建筑物采用天然地基的可行性提出明確的結論，并對天然地基基礎持力層、基礎形式、埋置深度等提出建議。更好地為建筑物基礎方案對比提出可靠的依據。

（2）地基均勻性評價是勘察報告的重要內容之一，其評價方法相對較為單一，不可過于死搬硬套，且相關要素不清，無法進行精確定量分析評價，目前主要是考慮地質成因、巖土層構造、巖土本身物理力學指標等做定性判定即可，且判定的標準需不斷進行經驗總結，提出更為合理的判別方法。