建筑地基基础案例

建筑地基基础案例分析贺怀建中国科学院武汉岩土力学研究所内容•一、地基勘探要求及勘察报告•二、浅基础设计•三、地基处理设计与施工若干问题•四、地基处理的施工技术及常用方法（实例分析）•五、软土地基路桥地基处理试验一、地基勘探要求及勘察报告•（一）地勘案例分析•（二）岩土工程勘察•（三）岩土工程勘察报告的编写（一）地勘案例分析•工程实例1：•北京某校教室楼为三层砖混结构，二、三层为现浇钢筋混凝土大梁和预制楼板，屋盖为木屋架、瓦屋面，西侧辅助房间及楼梯间为四屋钢筋混凝土现浇楼盖。此楼设计时即发现基础落在不均匀土层上：东南角下为较坚实的亚粘土，而西北占总面积2／3范围内却有高压缩性有机土及泥炭层，厚2—3m(图5-1-3)。当时的处理措施是；对可能位于泥炭层上的基础都采用钢筋混凝土条形基础，并将地基承载力由120kN／m2降至80kN／m2，同时在二、三层楼板下设置圈梁。此楼建成使用后第二年即多处开裂，房屋微倾，不得不停止使用，12年后进行加固。•(1)房屋开裂和倾斜情况•东、西立面墙体裂缝如图c、d所示。其中最宽的裂缝在西立面⑧轴线边，自墙顶起直达房屋半高，裂缝宽30mm左右；⑧轴线屋架下内纵墙的壁柱也被拉裂，错开30mm左右，这是北墙一端下沉，与内纵墙相连的拉梁将壁柱拉裂的缘故。在二、三层楼面上，⑨、⑩轴线附近有贯通房屋东西向的裂缝，宽10～20mm不等。房屋东南角沉降小，西北角沉降大，相对沉降差82—84mm左右(图e)。•表层为填土，疏松，厚2—3.5m；•第二层为亚粘土，褐灰色，a1-2＝O.45Mpa-1，厚1～1.5m；•第三层为有机土，灰黑色，较软弱，550℃烧灼失量5％～15％，厚O.5～1.4m；•第四层为泥炭层，黑绿色，含大量未分解植物质，烧灼失量l5%～5%，＝l55%～160%,e＝3.54～3.82，a1-2＝3～3.6Mpa-1，属超高压缩性，此层厚不均匀，多数0.5～2.3m，西端薄中部厚，东南角无此泥炭层；•第五层为砂砾石，密实，厚0.8～1.5m；•第六层为亚粘土，黄褐色，厚8～16.8m；•(3)事故原因分析•1)本楼位于古池塘边缘，泥炭层边线正处于房屋对角线上。如果该楼在规划设计时东移、西移或做穿越泥炭层的桩基、采用换土地基等措施，都能避免此事故。•所以事故主因是末处理好勘察、地基处理和建筑总平面三者关系。•2)对已发现局部超压缩性软弱地基的处理方案是错误的。仅采用降低地基承载力、加大钢筋混凝土基础底面积、在二、三层设置圈梁的做法，它们对于地基实际发生的不均匀变形基本上不能起抵御作用。•3)房屋上部结构布置未适应地基变形特色。有三点失误：•①房屋中部有两个空旷楼梯间，使楼面整体性在此处严重削弱；•②教室，三层基本上是一个56m宽12m的大房间(中间只有两排砖垛作为横墙相连)，整个房屋的空间刚度太弱；•③房北端为阶梯教室，室内填土从北向南坡下，加剧了北部的沉降。•从以上因素分析，该楼必然西北部的沉降大于东南部。•整个房屋如同既受反向弯矩又受扭矩的梁。裂缝必然集中在房屋中部薄弱部位的顶端，上屋楼面和墙体的裂缝必然多于下层。•此楼需要等待沉降基本停止后方可进行加固处理，为此等待了12年。•曾经考虑矽化法加固(因有机土和泥炭土很难与化学浆液化合胶结而放弃)、现浇混凝土桩托梁法(因施工困难，费用太高而放弃)、拆除第三层改为两层的减荷法(因影响使用而放弃)等处理措施。•最后决定用“增设圈梁、加固墙体”的做法：•1)暂拆木屋盖，在三层顶部增设一现浇内外墙交圈的钢筋混凝土圈梁540mm×350mm，4Ø22，做完后再将木屋盖恢复；•2)在三层楼板顶皮标高处加设一层现浇内外墙的钢筋混凝土圈梁(室外160mm×680mm，8Ø22；室内260mm×200mm，4Ø22)，每隔lm用螺栓穿过砖墙加以连接；•3)在二层楼板顶皮标高处也增设类似圈梁见图5-1-4d;•4)在外墙窗间墙和4个墙角，加设上下贯通的钢筋(4Ø16)，并锚固在基础上，保证各层圈梁的共同工作；•5)外墙内外两面加设Ø6＠200的钢筋网并喷一层30mm水泥砂浆。•目前，此教室楼已安全使用多年，未发现新的开裂情况。•工程实例2：•北京某库房楼，位于一荷花池东南侧、东西干道北侧。该库房为两层楼房，平面呈一字形，东西向长47.28m，南北向宽10.68m，高7.50m(图5-6-4)。库房正中为楼梯间，东西各两大间，每间长10.80m、宽l0.20m，中部有两个独立柱基。内外墙均为条形基础。•(1)房屋开裂情况•此楼1980年动工，当年6月竣工后使用。一年后在库房西侧二楼墙上即发现有裂缝。此后，裂缝数量增多，裂缝长度延伸，裂缝宽度展扩。1984年4月曾对此库房作详细调查统计，大裂缝已有33条，有的裂缝长度超过1.80m，宽度达10～30mm，且地面多处开裂。•同年6月4日在库房一楼西大间南墙裂缝处贴纸，6月8日纸即被撕开，说明裂缝发展速度较快。同年10月，实测该裂缝长达2.80m，宽为6～8mm。1991年2月15日再度实测该处裂缝，发现已长达3.20m，缝宽为8～10mm，且墙内外贯通。说明6年多来库房的沉降仍在发展，但已有收敛的趋势。•l979年在该库房楼设计时所采用的“建筑地基勘察报告”地层剖面图见图5-6-5。该报告建议的地基持力层为②层，地基设计强度取f＝100kN／m2。•为研究事故原因和加固方案，于1984年10月重新钻探，在库房南北外墙各布置4孔，孔深6～7m，都钻至坚实卵石层终孔。同时进行原位测试与土工试验。查明土层分布如下：•表面为填土，疏松，厚1.65—2.30m；•第二层②为新近代冲积粘性土，场地南为粘土，场地北还有粉质粘土和粉土，呈可塑至软塑状态，厚1.15～2.23m；•第三层③为有机土和泥炭，黑色；有机土为饱和可塑状态，厚0.3～1.5m不等；泥炭层极疏松，稍湿，状如蜂窝煤引火用炭饼，有大量未腐烂植物质，含量高达41.3％，压缩性极大；泥炭层厚度极不均匀，东西两端很薄，l＃、4＃、8＃三孔无，7＃孔厚度超过2m；•第四层④为粉砂，灰色—灰黑色，密实，(东南局部有细砂薄层)厚度很不均匀，1＃、5＃厚度超过2m，3＃孔无，7＃孔仅0.2m厚。•(3)事故原因分析•1)原勘察失误是事故的主因。原“勘察报告”虽有7个钻孔资料，但仅有库房对角线的41＃46＃孔分别深5.10m、5.35m，其余5个孔深只有2m多，远不及地基受压层深度。•更值得注意的是，其中有2个孔已穿透有机土与泥炭层但却未做记录，“报告”中也未说明，只是简单地建议地基计算强度为R＝1.0kg／cm2，即fk＝100kN／m2。这是该库房发生严重质量问题的根源。•2)设计人员面对这份粗糙而不满足设计要求的“勘察报告”，并末提出补做勘察的要求。此外，(GBJ7—89)规定对于三层和三层以上房屋，其长高比L／H宜小于或等于2.5；•本例虽为二层砌体结构，但长高比L／H＝47.28／7.50＝6.3，此值》2.5，导致房屋的整体刚度过小，对地基过大不均匀沉降的调整能力太弱。设计人又未采取加强上部结构刚度的有力结构措施，也是导致墙体开裂的重要原因。•(4)加固处理做法•曾经考虑了4种加固方案：•1)三重管旋喷桩定向旋喷法——在基础底面以下形成半径为0.6～0.8m的半圆桩，托住基础使它们不再继续下沉。但因为基础底面宽度为1.2m，旋喷桩只能托住基底外侧部分，将造成基础偏心受压；同时由于该库房北侧可供施工的空间狭窄，难以安置旋喷法的施工机械。•2)混凝土灌注桩架梁法——如若采用常规灌注桩直径，地基中的软弱土层可能造成缩颈；若采用大直径灌注桩，工程量大，造价高。•3)钢管桩架梁法——经估算需用直径φ200、长6m的132根钢管，不仅造价高而且在室内分段打入后的连接做法既不易又难以保证质量。•4)钢筋混凝土预制桩架梁法——它的投资少，接桩采用硫磺胶泥粘法，快速方便，被定为实施方案。所设计的预制桩横截面为180mm×180mm，八角形，第一节长260cm，下部30cm为尖锥形，便于打入土中，第二、三节长170cm，便于运输(库房室内净高3.30m，该桩分三节才能施工)。预制桩布置在墙体两侧，间距2—3m不等。横梁采用钢筋混凝土现浇梁，位于基础墙的圈梁底侧。•按上述第(4)方案加固后，未在加固部位新发现裂缝，房屋使用情况良好。•工程实例3:•某五层住宅工程，全长81.84m，总宽13.04m。楼板采用长向预制空心板，由三条纵墙承重(图5-6-6)。横墙为自承重墙。基础为三步灰土、砖砌大放脚。地基为第四纪冲积亚粘土，密实，压缩性低，地基承载力可达250kN／m2，设计时取180kN／m2。•(1)房屋开裂情况•该工程主体结构完工后，进行了一次检查，发现西南角门口处有一斜向裂缝，最宽处达10mm，直至灰土基础上皮。裂缝上宽下窄，自下而上向西倾斜。当时在裂缝处贴石膏两块，一周后，上面一块石膏裂开1mm左右。同时，内墙门洞处也有新裂缝出现，而且一层顶部墙身外角略有外倾。这些迹象表明，地基的不均匀沉降在发展中。•(2)补充勘察得到的西南角土层分布•经过对房屋西南角进行钻孔补充勘察，发现产生裂缝的屋角恰好座落在压缩性较高的亚粘土回填土上。•补充勘察共计8个钻孔(分布见图5-6-6a)，各钻孔土层分布见图5-6-6b。•由图可见，回填土的深度以西南角最深，向东向北逐渐变浅。填土的压缩系数a1-2＝0.59，e＝0.78。回填土层以下为很厚的黄褐色可塑性亚粘土，e＝0.65，＝52％，Ip＝14.6，IL＝0.6。过去施工时，曾经发现该处回填土的土质很差，但只是局部将基础加深80cm，以3:7灰土回填，且加深部分与原来的灰土基础宽度相等。补充勘察资料说明，局部加深的灰土层下还有1.5m左右的回填土层，向东约11～12m，向北约12～14m，逐渐减薄至0。•根据估算，墙角处的自由沉降量可达12.2cm，而无回填土处的自由沉降量只有6.5cm，差异5.7cm(局部倾斜约0.005)规范规定的允许值0.002)。•从上述情况看，裂缝的产生主要是由于对回填土没有全部挖除，因而产生过大不均匀沉降的缘故。•此外，上部房屋的整体刚度很差，横墙与楼板无联系，各层未设圈梁，也促使裂缝发展。•(3)加固处理做法(图5-6-7)•采用柱墩架梁托底法，即在屋角墙体两侧各设置若干穿越回填土座落在亚粘土层上的毛石混凝土柱墩(直径1～1.2m)，上架钢筋混凝土次主梁，将原砖墙基础挑起。计算上考虑加固后房屋能共同工作。•□传力途径是将纵墙荷载传给贴墙两侧的次梁，再由次梁传给横穿墙体的主梁和柱墩。为了使纵墙荷载传给次梁，每隔1m左右在墙上剔一12cm深槽，由次梁侧边挑出槽齿伸入此深槽。为了防止主梁混凝土在达到一定强度前过早受力，在柱墩与主梁间保留40cm空隙，待主梁混凝土达到设计强度的50％后，再浇筑梁垫。•□为了验证此工程地基基础加固的效果、加固前在外诺墙角处设置了23个沉降观测点。加固后第一个月测得沉降量为0.56～0.80mm，第二个月测得新沉降量为0.02～0.03mm，说明效果良好。•[应吸取的教训]•本节从3个侧面说明地基软硬不均造成的危害(房屋局部座落在软弱土层上、房屋完全座落在厚薄悬殊的软弱土层上、房屋座落在山区覆盖层厚薄不同的土层上、房屋局部座落在回填土上)。•我们不能要求房屋都建造在良好地基上，但必须对拟建房屋的地基土层有全面了解，以便提出合理的地基处理方案，使房屋尽可能座落在良好的天然或人工地基上。•我们也不可能要求房屋不发生不均匀沉降，但必须使上部结构有足够的整体刚度，以抵御房屋必然发生的不均匀沉降而不致使墙体开裂。•本节3个实例的共同教训是：•1)工程勘察工作做得粗糙。•2)地基选择和处理方法不当。未能使房屋座落在比较均匀的天然或人工地基上；•3)上部结构整体刚度弱。这三点教训也就是平时常说的“情况不明，决心不大，方法不好”。•三个实例的加固方案之所以成功，也是在这三方面认真考虑和妥当解决的结果。土的成因与构造地球的内部构造：分为：地壳、地幔、地核。一、土的成因地