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摘要:软土为“天然含水量大、压缩性高、承载能力低的一种软塑到流塑状态的粘性土, 如淤泥、淤泥质土以及其他高压缩性饱和粘性土、粉土等”。本文针对拟建场软土地基基坑设计与监测进行分析。供大家参考。
关键词:软土地基; 处理措施；基础设计
Abstract: the soft soil for "natural water content, high compactness, carrying capacity of low a RuanSu to flow plastic state of the cohesive soil, such as silt, and muddy soil and other high compactness saturated clay, powder soil, etc". This paper proposed a soft soil foundation ditch design and monitoring analysis. For your reference.
Key words: soft soil foundation; Processing measures; Foundation design
中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：
引 言
近年来, 软土地基给工程上带来的事故、缺陷很多, 我们要尽量地减少软土地基发生的危害, 这就要求工程技术人员必须熟悉软土的特性。所谓软土是在静水或缓慢的流水境中沉积、经生物化学作用形成的饱和软弱粘性土。故我们在针对软土地的设计与施工中应该多做仔细的分析与研究.
1工程实例
拟建工程场地为上海市某新建工程包括4 个单体建筑,本工程2栋为地下1 层、地上3 层, 地下室层高为6.1 m、地上层高为4.8 m; 另外两栋为地下1 层、地上4 层, 地下室层高为4 m、地上层高为3.95 m。4栋楼均采用现浇钢筋混凝土框架结构, 柱网基本尺寸为8.4 m×8.4 m; 生产楼的外轮廓尺寸基本为60 m×60 m。
该工程场地的土层分布如下:
a) 填土层;
b) 粉质粘土层;
c) 砂质粉土层;
d) 淤泥质粘土层;
e) 砂质粉土层;
f) 粉质粘土夹砂质粉土层;
g) 粉质粘土层;
h) 粉质粘土夹砂质粉土层;
i) 粉质粘土层;
j) 粉质粘土夹砂质粉土层。
针对本工程具体的工程特性,拟建工程地下水埋藏较浅, 历史最高水位接近自然地面。地下水对混凝土结构没有腐蚀性。工程上部结构采用SATWE 软件计算。根据工程地质勘察报告发现, 上海地区的地面标高（吴淞高程）多在3.5～4.5 m 之间, 地形平坦, 河港密布, 地基土除少数剥蚀残丘有岩石露头外, 均为巨厚的第四纪松散沉积物, 软土厚度3～20 m, 地下水位受大气和潮汐影响, 一般在0.5～1.5 m 之间。该地区地质分布土质的一些典型物理性质指标。作为软土层的淤泥质、粉质粘土埋深不深, 但对不同的场地, 该土土层厚度分布不均, 这对建筑物和构筑物基础设计提出了较高的要求。
2做好软土基坑支护设计与基坑监测
2.1基坑支护设计
拟建的工程所处地区地质分布有含水量大、压缩性高、承载能力低的软土薄弱层, 对工程基础设计带来极为不利的影响, 地质勘察稍微不详细或基础设计形式不对, 都可能引起建筑物和构筑物的过大沉降、倾斜甚至倒塌; 但是如果设计过于保守, 又将会造成经济上的极大浪费。如何在确保安全的前提下, 找到最经济合理的设计方法是结构设计师和业主都非常关心的问题。
在工程中,由于软土地区地下水位较高, 还应考虑地下水浮力对结构的影响。设计桩基时, 可以考虑由水浮力来承担一部分上部荷载, 水浮力对结构有利时, 其计算水位可以根据地质报告中的水位情况取低水位,水浮力的分项系数取1.0; 计入水浮力的有利影响后, 桩的数量可以减少。在基坑开挖过程中，做好信息化施工，按现场反映实际情况，相应采取加钢支撑和横向联系钢梁，对钢板桩顶适当设置拉杆。
2.2基坑监测情况
基坑开挖及基础施工过程中，对基坑周边的位移、沉降进行监测是保证基坑主要手段之一，监测的主要要求如下：
（1）监测项目主要为基坑周边的位移量，打好观测点位置。
（2）做好观测点后，必须保护，不得碰撞，不得在土方开挖前开始测量初始值。
（3）每次观测后及时整理观测结果，将测得的数据填入相应的记录表内。
（4）土方开挖中，如观测位移接近或超过该值，应马上采取应急措施。
3 软土地区基础设计要点
3.1 采用桩筏基础
在软土地区建设的大多数多高层建筑中, 采用桩筏基础是较为经济适宜的。一般软土的承载力都很低, 同时压缩性大, 致使建筑物沉降会较大。采用桩筏基础后, 可以将上部的荷载传递到深层的较好土层上, 避免建筑物出现过大的沉降, 同时筏板基础本身具有较好的刚度, 协调变形的能力较强, 可以避免建筑出现过大的沉降差。另外采用筏板基础后, 地下室的空间还可以作为地下车库或者机电设备用房来使用。筏板一般可以采用平板式筏基、梁板式筏基或板式筏基+独立承台。
3.2 采用板式筏基+ 独立柱基相结合
在筏板厚度相同的情况下, 随着长×宽(以矩形为例) 的增加, 筏板的刚度随之降低, 因此设计中可选取板式筏基+ 独立柱基相结合的基础形式。对框剪结构或筒体结构等, 可在中部剪力墙密集的地方用筏基, 四周柱基础采用独立桩承臺, 其他部位设置一定厚度的防水混凝土底板, 承台之间设置地梁, 地梁高度可取1/6～1/10 柱跨; 对框架结构采用独立桩承台+防水底板, 桩基承台之间设置地梁。这样可以使筏板的长×宽尺寸减小、刚度增大,不仅能降低沉降变形的挠曲程度, 提高筏板的抗冲切能力, 同时, 减低了板中钢筋应力, 减少筏基的配筋量。
为协调各部分的变形, 使其趋于一致, 还可通过变形验算调整各个独立柱基下的布桩数量, 既满足结构使用要求, 又能获得相当可观的经济效益。在基础选型设计中, 应结合工程的具体情况, 考虑多方面的因素影响, 充分利用地基的承载能力。通过比较整片筏基和板式筏基+ 独立承台的工程造价, 后者较前者约节省30%～40% 的费用, 经济效益显著。因此在条件许可的前提下, 基础形式宜优先采用板式筏基+ 独立承台的作法。
3.3管桩作为抗浮桩则存在以下问题
(1)管桩由于是预应力构件, 桩身内的钢筋应力很高, 不宜再承受更多的拉力。
(2) 标准图中管桩的接头作为抗拔使用时有问题, 接头应另外单独设计并需作相应的试验。对于防水底板+独立承台的作法, 上部结构的荷载可认为均由柱子直接传递给了桩基。基础底板所受荷载中, 向下的荷载主要是地下室地面的荷载;向上的荷载主要是水浮力.
4对软土地施工中办法
拟建场地勘察评价很重要, 了解工程区的地形地貌特征、微地貌类型, 地层成因类型、岩土性质、产状与分布概况, 不良地质现象概况, 地下水类型和分布概况, 区域稳定性和历史地震背景和震情。对建筑场地没有进行认真勘察评价, 提出的地质勘察报告不能真实反映场地条件, 勘察资料不准确、结论不正确、建议不合理, 就会给结构设计人员造成误导。如淤泥质土、暗塘等没有被发现, 会使新建的建筑物和构筑物发生严重下陷、倾斜或开裂。 只有认真研究地质资料, 以数据说话, 才能设计出切实可行的基础方案。
4.1 地基加固处理法
当淤土层较厚, 难以大面积进行换填处理时, 可采用地基打桩的办法进行加固处理。淤土层厚度小于5 m 时, 宜打石灰桩或深层搅拌桩等, 通过吸水和排水, 或在地基土中掺入水泥等材料来加固土体, 使其孔隙比小于1, 以达到一般地基要求。地基加固处理法适用于規模较小、层数不高、荷载分布比较均匀的建筑物。
4.2 换填法
浅层软弱地基及不均匀地基可采用换填法处理。当淤泥土的最大埋深度小于3 m 时, 可采用挖除淤土层, 换填砂土、灰土、粗砂、砾石、片石、卵石等办法进行地基处理, 提高软土地基强度, 一般换填的厚度为30～100 cm。换填土相对来说造价不高, 施工也比较方便, 施工质量检查比较直观, 工期也相对较短。
4.3 桩基础法
当淤土层厚度大于5 m, 或者建筑物的规模较大、层数较多时, 则宜考虑采用桩基穿透软弱土层,将桩端放至硬土层。对于软土地区的桩基形式, 经常采用的主要有预应力混凝土管桩、混凝土预制方桩、混凝土钻孔灌注桩和钢板桩等几种。
预应力管桩和预制方桩是在工厂预制, 桩身质量可以得到较好的保证, 预制桩侧摩阻力和桩端阻力在相同的地质条件下均比较高, 预应力管桩采用的高强混凝土和高强钢筋是空心构件, 比方桩节约材料, 同等情况下每米管桩的价格比方桩要低;管桩桩身混凝土是蒸压养护, 制桩速度较预制方桩快, 交货周期短。因此今后管桩的应用将越来越广钻孔灌注桩多用于一些高层和超高层建筑, 因为这些建筑的高度高、荷载大, 一般的预制桩单桩承载力无法满足要求。
4.4 优化基础法
a) 针对工程中的具体情况，我们要适当的扩大条基底面积, 增设钢筋混凝土基础梁。把基础设置在地基表层的密实土层上, 从而避开淤土层; 适当设置钢筋混凝土基础梁, 增大基础的刚度, 提高基础的稳定性和抗变形的能力。
b) 采用筏板基础或对小型建筑物采用扩大基础底板的方法, 如设计较薄的钢筋混凝土底板。对大中型工程可采用空箱底板, 即在不增加建筑物造价的情况下, 用加大底板高度、减轻底板自重的办法来适应软土地基要求。由于城市的土地越来越紧张, 对每一块土地都要充分利用, 所以目前对于大多数工程基础宜优先采用筏基, 这样地下室的空间可以用来作车库或建筑物的机电设备用房, 如果采用箱形基础则地下室的空间将很难得到充分利用。
结束语
综上所述, 在软土地区, 应从经济、环保、技术先进、工期等多方面综合考虑, 如果采用桩基时宜优先选用预应力管桩作为承压桩。而对于高层和超高层建筑, 如果采用预应力管桩无法满足承载力要求时,可以采用钻孔灌注桩 。对软土地基的场地地质详细勘察, 查清场地地形、地貌以及水文地质情况, 精心设计、反复研究, 认真进行沉降和稳定验算, 根据不同的工程性质和地质特征, 采取最佳处置办法, 才能设计出安全、合理、经济的建筑物和构筑物基础。
作者简介：汪士峰，1976年10月，男，工程师,主要从事软土勘察及软土基础设计与施工。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词:软土地基; 处理措施；基础设计
Abstract: the soft soil for "natural water content, high compactness, carrying capacity of low a RuanSu to flow plastic state of the cohesive soil, such as silt, and muddy soil and other high compactness saturated clay, powder soil, etc". This paper proposed a soft soil foundation ditch design and monitoring analysis. For your reference.
Key words: soft soil foundation; Processing measures; Foundation design
中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：
引 言
近年来, 软土地基给工程上带来的事故、缺陷很多, 我们要尽量地减少软土地基发生的危害, 这就要求工程技术人员必须熟悉软土的特性。所谓软土是在静水或缓慢的流水境中沉积、经生物化学作用形成的饱和软弱粘性土。故我们在针对软土地的设计与施工中应该多做仔细的分析与研究.
1工程实例
拟建工程场地为上海市某新建工程包括4 个单体建筑,本工程2栋为地下1 层、地上3 层, 地下室层高为6.1 m、地上层高为4.8 m; 另外两栋为地下1 层、地上4 层, 地下室层高为4 m、地上层高为3.95 m。4栋楼均采用现浇钢筋混凝土框架结构, 柱网基本尺寸为8.4 m×8.4 m; 生产楼的外轮廓尺寸基本为60 m×60 m。
该工程场地的土层分布如下:
a) 填土层;
b) 粉质粘土层;
c) 砂质粉土层;
d) 淤泥质粘土层;
e) 砂质粉土层;
f) 粉质粘土夹砂质粉土层;
g) 粉质粘土层;
h) 粉质粘土夹砂质粉土层;
i) 粉质粘土层;
j) 粉质粘土夹砂质粉土层。
针对本工程具体的工程特性,拟建工程地下水埋藏较浅, 历史最高水位接近自然地面。地下水对混凝土结构没有腐蚀性。工程上部结构采用SATWE 软件计算。根据工程地质勘察报告发现, 上海地区的地面标高（吴淞高程）多在3.5～4.5 m 之间, 地形平坦, 河港密布, 地基土除少数剥蚀残丘有岩石露头外, 均为巨厚的第四纪松散沉积物, 软土厚度3～20 m, 地下水位受大气和潮汐影响, 一般在0.5～1.5 m 之间。该地区地质分布土质的一些典型物理性质指标。作为软土层的淤泥质、粉质粘土埋深不深, 但对不同的场地, 该土土层厚度分布不均, 这对建筑物和构筑物基础设计提出了较高的要求。
2做好软土基坑支护设计与基坑监测
2.1基坑支护设计
拟建的工程所处地区地质分布有含水量大、压缩性高、承载能力低的软土薄弱层, 对工程基础设计带来极为不利的影响, 地质勘察稍微不详细或基础设计形式不对, 都可能引起建筑物和构筑物的过大沉降、倾斜甚至倒塌; 但是如果设计过于保守, 又将会造成经济上的极大浪费。如何在确保安全的前提下, 找到最经济合理的设计方法是结构设计师和业主都非常关心的问题。
在工程中,由于软土地区地下水位较高, 还应考虑地下水浮力对结构的影响。设计桩基时, 可以考虑由水浮力来承担一部分上部荷载, 水浮力对结构有利时, 其计算水位可以根据地质报告中的水位情况取低水位,水浮力的分项系数取1.0; 计入水浮力的有利影响后, 桩的数量可以减少。在基坑开挖过程中，做好信息化施工，按现场反映实际情况，相应采取加钢支撑和横向联系钢梁，对钢板桩顶适当设置拉杆。
2.2基坑监测情况
基坑开挖及基础施工过程中，对基坑周边的位移、沉降进行监测是保证基坑主要手段之一，监测的主要要求如下：
（1）监测项目主要为基坑周边的位移量，打好观测点位置。
（2）做好观测点后，必须保护，不得碰撞，不得在土方开挖前开始测量初始值。
（3）每次观测后及时整理观测结果，将测得的数据填入相应的记录表内。
（4）土方开挖中，如观测位移接近或超过该值，应马上采取应急措施。
3 软土地区基础设计要点
3.1 采用桩筏基础
在软土地区建设的大多数多高层建筑中, 采用桩筏基础是较为经济适宜的。一般软土的承载力都很低, 同时压缩性大, 致使建筑物沉降会较大。采用桩筏基础后, 可以将上部的荷载传递到深层的较好土层上, 避免建筑物出现过大的沉降, 同时筏板基础本身具有较好的刚度, 协调变形的能力较强, 可以避免建筑出现过大的沉降差。另外采用筏板基础后, 地下室的空间还可以作为地下车库或者机电设备用房来使用。筏板一般可以采用平板式筏基、梁板式筏基或板式筏基+独立承台。
3.2 采用板式筏基+ 独立柱基相结合
在筏板厚度相同的情况下, 随着长×宽(以矩形为例) 的增加, 筏板的刚度随之降低, 因此设计中可选取板式筏基+ 独立柱基相结合的基础形式。对框剪结构或筒体结构等, 可在中部剪力墙密集的地方用筏基, 四周柱基础采用独立桩承臺, 其他部位设置一定厚度的防水混凝土底板, 承台之间设置地梁, 地梁高度可取1/6～1/10 柱跨; 对框架结构采用独立桩承台+防水底板, 桩基承台之间设置地梁。这样可以使筏板的长×宽尺寸减小、刚度增大,不仅能降低沉降变形的挠曲程度, 提高筏板的抗冲切能力, 同时, 减低了板中钢筋应力, 减少筏基的配筋量。
为协调各部分的变形, 使其趋于一致, 还可通过变形验算调整各个独立柱基下的布桩数量, 既满足结构使用要求, 又能获得相当可观的经济效益。在基础选型设计中, 应结合工程的具体情况, 考虑多方面的因素影响, 充分利用地基的承载能力。通过比较整片筏基和板式筏基+ 独立承台的工程造价, 后者较前者约节省30%～40% 的费用, 经济效益显著。因此在条件许可的前提下, 基础形式宜优先采用板式筏基+ 独立承台的作法。
3.3管桩作为抗浮桩则存在以下问题
(1)管桩由于是预应力构件, 桩身内的钢筋应力很高, 不宜再承受更多的拉力。
(2) 标准图中管桩的接头作为抗拔使用时有问题, 接头应另外单独设计并需作相应的试验。对于防水底板+独立承台的作法, 上部结构的荷载可认为均由柱子直接传递给了桩基。基础底板所受荷载中, 向下的荷载主要是地下室地面的荷载;向上的荷载主要是水浮力.
4对软土地施工中办法
拟建场地勘察评价很重要, 了解工程区的地形地貌特征、微地貌类型, 地层成因类型、岩土性质、产状与分布概况, 不良地质现象概况, 地下水类型和分布概况, 区域稳定性和历史地震背景和震情。对建筑场地没有进行认真勘察评价, 提出的地质勘察报告不能真实反映场地条件, 勘察资料不准确、结论不正确、建议不合理, 就会给结构设计人员造成误导。如淤泥质土、暗塘等没有被发现, 会使新建的建筑物和构筑物发生严重下陷、倾斜或开裂。 只有认真研究地质资料, 以数据说话, 才能设计出切实可行的基础方案。
4.1 地基加固处理法
当淤土层较厚, 难以大面积进行换填处理时, 可采用地基打桩的办法进行加固处理。淤土层厚度小于5 m 时, 宜打石灰桩或深层搅拌桩等, 通过吸水和排水, 或在地基土中掺入水泥等材料来加固土体, 使其孔隙比小于1, 以达到一般地基要求。地基加固处理法适用于規模较小、层数不高、荷载分布比较均匀的建筑物。
4.2 换填法
浅层软弱地基及不均匀地基可采用换填法处理。当淤泥土的最大埋深度小于3 m 时, 可采用挖除淤土层, 换填砂土、灰土、粗砂、砾石、片石、卵石等办法进行地基处理, 提高软土地基强度, 一般换填的厚度为30～100 cm。换填土相对来说造价不高, 施工也比较方便, 施工质量检查比较直观, 工期也相对较短。
4.3 桩基础法
当淤土层厚度大于5 m, 或者建筑物的规模较大、层数较多时, 则宜考虑采用桩基穿透软弱土层,将桩端放至硬土层。对于软土地区的桩基形式, 经常采用的主要有预应力混凝土管桩、混凝土预制方桩、混凝土钻孔灌注桩和钢板桩等几种。
预应力管桩和预制方桩是在工厂预制, 桩身质量可以得到较好的保证, 预制桩侧摩阻力和桩端阻力在相同的地质条件下均比较高, 预应力管桩采用的高强混凝土和高强钢筋是空心构件, 比方桩节约材料, 同等情况下每米管桩的价格比方桩要低;管桩桩身混凝土是蒸压养护, 制桩速度较预制方桩快, 交货周期短。因此今后管桩的应用将越来越广钻孔灌注桩多用于一些高层和超高层建筑, 因为这些建筑的高度高、荷载大, 一般的预制桩单桩承载力无法满足要求。
4.4 优化基础法
a) 针对工程中的具体情况，我们要适当的扩大条基底面积, 增设钢筋混凝土基础梁。把基础设置在地基表层的密实土层上, 从而避开淤土层; 适当设置钢筋混凝土基础梁, 增大基础的刚度, 提高基础的稳定性和抗变形的能力。
b) 采用筏板基础或对小型建筑物采用扩大基础底板的方法, 如设计较薄的钢筋混凝土底板。对大中型工程可采用空箱底板, 即在不增加建筑物造价的情况下, 用加大底板高度、减轻底板自重的办法来适应软土地基要求。由于城市的土地越来越紧张, 对每一块土地都要充分利用, 所以目前对于大多数工程基础宜优先采用筏基, 这样地下室的空间可以用来作车库或建筑物的机电设备用房, 如果采用箱形基础则地下室的空间将很难得到充分利用。
结束语
综上所述, 在软土地区, 应从经济、环保、技术先进、工期等多方面综合考虑, 如果采用桩基时宜优先选用预应力管桩作为承压桩。而对于高层和超高层建筑, 如果采用预应力管桩无法满足承载力要求时,可以采用钻孔灌注桩 。对软土地基的场地地质详细勘察, 查清场地地形、地貌以及水文地质情况, 精心设计、反复研究, 认真进行沉降和稳定验算, 根据不同的工程性质和地质特征, 采取最佳处置办法, 才能设计出安全、合理、经济的建筑物和构筑物基础。
作者简介：汪士峰，1976年10月，男，工程师,主要从事软土勘察及软土基础设计与施工。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。