地基处理的重要性及北京地区几种常用方法简介

地基处理的重要性及

北京地区几种常用方法简介　

何世鸣 马立春 郭党生　

（中非地质工程勘查研究院 北京，１００１０２）　

[关键词] 地基处理 CFG桩夯实水泥土桩桩基强夯振动沉管碎石桩振冲碎石桩水泥土搅拌桩换填法柱锤冲扩挤密碎石桩

[摘要] 本文介绍了地基处理的产生历史，阐述了地基处理的作用及意义，提出了北京地区的建筑地基类型及存在的问题，结合笔者多年经验详细介绍了北京地区常用的几种地基处理方法，尤其总结了前沿的新技术，对我们今后地基处理设计施工提供了有价值的启发和指导。

1 概述

万丈高楼平地起，其荷载最终将传递到地基上，由于上部结构材料强度很高，地基土相应的强度很低、压缩性较大，因此必须通过设置一定结构型式和尺寸的基础来解决这个矛盾。而基础具有承上启下的作用，它一方面处于上部结构的荷载及地基反力的共同作用下，另一方面基础底面的反力又作为地基上的荷载，使地基产生应力和变形。基础设计时，除了需保证基础结构本身具有足够的刚度和强度外，同时还需选择合理的尺寸和布置方案，使地基的强度和沉降保持在规范的允许范围之内。因此，基础设计又常称为地基基础设计。到了二十世纪八十年代，地基与基础设计又出现了更专业化的分工。凡是基础直接建造在未经加固的天然地层上时，这种地基称之为天然地基。若天然地基相对软弱，则事先要经过人工处理后再建造基础者，这种地基称之为人工地基，而欧美国家称之谓“地基处理”（Soil Treatment）或“地基加固”（Soil Improvement）。

在1981年6月召开的第十届国际土力学及基础工程会议有46篇论文专门论述了“地基处理”技术，并成为大会12个重要议题之一；在1983年召开的第八届欧洲土力学及基础工程会议上所讨论的主题就是“地基处理”。我国于1983年召开的第四届全国土力学基础工程会议也将“地基处理”列为重要议题之一。1983年中国土木工程学会成立了“地基处理学术委员会”。1986年在上海召开了第一届全国地基处理学术讨论会。

2 地基处理的作用与意义

建筑物的地基问题，概括地讲，可包括以下四个方面：

（1）强度及稳定性问题当地基的抗剪强度不足以支承上部结构的自重及外荷载时，地基就会产生局部或整体剪切破坏。

（2）压缩及不均匀沉降问题当地基上部结构的自重及外荷载作用下产生过大的变形

时，会影响结构物的正常使用，特别是超过建筑物所能允许的不均匀沉降时，结构可能开裂破坏。沉降量较大时，不均匀沉降往往也较大。湿陷性黄土遇水而发生剧烈的变形也可包括在这类地基问题中。

（3）地震、机器以及车辆的振动、波浪作用和爆破等动力荷载可能引起地基土，特别是饱和无粘性土的液化、失稳和震陷等危害。

（4）地基渗漏量或水力比降超过允许值时，会发生水量损失，或因潜蚀和管涌而可能导致失事。

当建筑物的天然地基存在上述四类问题之一或其中几个时，即须采取地基处理措施以保证建筑物的安全与正常使用。有的可在上部结构上采取一些措施。地基与建筑物的关系极为密切。据调查统计，世界各国各种土木、水利、交通等类工程的事故中，地基问题常常是主要问题。

地基问题的处理恰当与否，关系到整个工程质量、投资和进度。因此其重要性已越来越多地被人们所认识。

武汉某高层建筑，为十八层全剪力墙结构，总建筑面积14600m2，高度56.6m，底板厚1.6m，采用桩筏基础，设计原埋深为5m，Φ480夯扩桩满堂布置，总桩数366根，主筋6Φ１６，持力层为粉细砂层，桩长２０．５ｍ，有效桩长１５．５ｍ，混凝土强度等级为Ｃ３０，单桩承载力标准值为１０００ＫＮ。由于施工不当造成基桩歪斜，修改设计将地下室底板抬高２ｍ，埋深减为３ｍ，使先期打入的１９０根桩接桩２ｍ。检测发现基坑内歪桩１７２根，占总桩长的５１．２％，歪桩最大偏位达１．７０ｍ，通过抽取６３根工程桩进行动测，发现其中１３根桩为Ⅲ类桩，有４根为深层缺陷，９根为浅层机械开挖损伤。基坑开挖完毕，在未对大量歪桩作任何补强处理情况下，即进行底板浇注，并在半个月内完成地下室施工，不到四个月即主体结构封顶。结构封顶后三个月即将竣工时大楼突发倾斜，建筑物整体倾斜５１‰，上端水平位移２．８８４ｍ，重心偏移１．４４２ｍ，且倾斜难以控制。为保证大楼周边建筑物和住户人员安全，建筑单位不得不采取上部结构减层控爆拆除。该事故造成了重大的经济损失和不良社会效应。教训是极其深刻的。　

3 北京地区建筑地基类型及问题

（１）软土地基。由于软土承载力低、压缩性高，有时多层建筑也要打桩，软土地基更重要的是变形问题，即使荷载不超过地基允许承载力，如果建筑物体形复杂、荷载不均匀，或地基土性变化较大，以及建筑物之间的距离较近，造成相邻基础应力叠加也会导致建筑物产生不均匀沉降或整体倾斜或房屋开裂。　

由于土的渗透系数较小，固结速率慢，如果施工速度过快，也可造成局部产生较大的塑性开展区，使建筑物产生不均匀沉降。在地震荷载或其他动荷载作用下会发生震陷。

（2）非均匀地基。系指主要持力层范围由多层土组成，各层土的坡度一般比较大。若采用天然地基可能引起地基不均匀下沉，导致建筑物倾斜或开裂。

（3）可液化地基。松散饱和的粉细砂、粉土，当埋藏不深时，在地震荷载或其他动荷载作用下，使孔隙水压力急剧上升，土的有效应力迅速降低使土体液化，地基发生喷砂冒水现象，

造成建筑物不均匀下沉或损坏。

（4）大面积人工填土地基。人工填土一般分为三类，即素填土、杂填土和冲填土。素填土是由碎石、砂土、粉土、粘性土组成的填土，其中含有少量杂质；杂填土是由建筑物垃圾、工业废料、生活垃圾等杂物组成；冲填土则是由水力冲填泥砂形成的填土。

一般填土地基都要进行处理，特别是杂填土地基，由于生活垃圾和有机质的存在，腐烂后有沼气产生，对这样的填土地基，要消除过大沉降和不均匀沉降，又要消除沼气对人类的危害。

（5）山区地基。山区地基可分为下卧层基岩表面呈倾斜岩层地基；岩土交错地基；大块孤石地基和局部软弱地基。

山区地基的问题主要是滑坡，造成建筑物失稳和不均匀沉降致使房屋开裂或倾斜。

4 北京地区几种常用方法简介

目前北京地区常用的地基处理方法主要有：CFG桩复合地基、夯实水泥土桩复合地基、桩基（灌注桩常用，预制桩已不常用）、强夯法、振动沉管碎石桩、振冲碎石桩、水泥土搅拌桩、换填法、柱锤冲扩挤密碎石桩。

（1）CFG桩复合地基。在碎石桩桩体材料中掺加适量石屑、粉煤灰和水泥加水拌和，制成一种粘结强度较高的桩体，称之为水泥粉煤灰碎石桩（Cement Fly-ash Gravel pile），简称为CFG桩。CFG桩、桩间土和褥垫层一起构成CFG桩复合地基。如果在材料中加入砂子，即成为素混凝土桩。

对基础形式而言，CFG桩适用于条形基础、独立基础，也可用于筏基和箱形基础。

就土性而言，CFG桩可用于处理粘性土、粉土、砂土和自重固结的素填土等地基。

目前在高层建筑中，例如望京小区、北苑小区等地上24～28层建筑中，采用CFG桩复合地基，为提高桩体材料的强度，一般均为素混凝土桩，能满足承载力要求并有效地控制沉降，且较桩基节省大量资金，因而CFG桩复合地基得到广泛应用。

高层建筑与裙房或纯地下车库相联又在同一个底板上时，为避免因荷载不同造成沉降差异，即可在建筑物下布CFG桩调节沉降差异而达到使其均匀沉降的目的。

为了更好地利用地基沉降规律节约造价，笔者又发明了CFG短桩复合地基技术（zl98125248.6），适用于地层较为均匀且桩端有较好持力层的地基，先后在北京城建集团北苑住宅小区4-01、4-02、3-06、3-08、3-05、3-12、5-13均为地上24～26层住宅楼，总参北京地区退休干部住宅小区南1#、2#、南4#、5#楼均为地上28层住宅楼，房修大屯小区5#楼，地上20层，建国公寓A、B楼，地上22～24层等地区应用。

在某些地区既为了控制沉降差，同时又要节省投资。例如高层与纯地下车库同一块底板，可选用长短桩结合的方法进行处理（如CFG长桩与CFG短桩复合或CFG长桩与夯实水泥土桩复合），既发挥了长桩控制沉降的作用又充分发挥短桩利用好的持力层提高承载力的优势，做到安全可靠，节约投资。

也有采用CFG桩与碎石桩复合桩型进行地基处理的实例，目的是提高地基承载力控制