地基基础设计思考与实践

作者：王锁军

北京蓝图工程设计有限公司

可点击回看：《建筑地基基础的设计实践与思考（一）关于三个地基计算模型的困惑》《 建筑地基基础设计思考与实践（二）-关于上部结构基础与地基共同作用的思维实验》《建筑地基基础设计思考与实践（三）唯一的地基计算理论》《地基基础设计思考与实践（四）-土的模量与沉降》《地基基础设计思考与实践（五）—地基变形计算》《地基基础设计思考与实践（六）-土的抗剪》《地基基础设计思考与实践（七）-辩证地基承载力修正》《地基基础设计思考与实践（八）-复合地基拙见》《地基基础设计思考与实践（九）-桩基的基本概念》《地基基础设计思考与实践（十）-桩变刚度调平设计》《地基基础设计思考与实践（十一）-岩土中的水》《地基基础设计思考与实践（十二）-岩土中的水 （续）》《地基基础设计思考与实践（十三）-岩土中的水 （再续）》《地基基础设计思考与实践（十四）-水力梯度的探讨》《地基基础设计思考与实践（十五）-基础埋深与地基稳定性》《地基基础设计思考与实践（十六）-动力荷载下的地基基础》《地基基础设计思考与实践（十七）-地基液化》《地基基础设计思考与实践（十八）-地震作用下的地基土和桩基》《地基基础设计思考与实践（十九）-地震水平力作用下的桩基》《地基基础设计思考与实践（二十）-山地地基》《地基基础设计思考与实践（二十一）-山坡上的地基基础》《地基基础设计思考与实践（二十二）-山地结构地震下的岩土压力》《地基基础设计思考与实践（二十三）-抗浮设计之水压力》《地基基础设计思考与实践（二十四）-抗浮设计(上）》《土木吧丨地基基础设计思考与实践（二十五）-抗浮设计(下）》

地基基础设计思考与实践（二十六）

地基处理（上）

组成地基土的是有空隙的土颗粒（空隙中可能含水或不含），土颗粒的自身的强度足够高，但空隙比很大的欠固结土使得土颗粒在建筑的压力作用下被压密，产生较大的变形，当不能满足地基变形或承载力要求时，就要进行地基处理或采用桩基。

本文把几种特殊性地基土放在一块说，对比他们的异同点，就很容易理解这些不同地基的不同处理措施的原理了。（1）填土地基；（2）软土地基；（3）湿陷性黄土地基

一

1：填土地基是人类活动堆积的，包括素填土、杂填土，比如池塘大坑的回填，山坡场地的挖填等。特点是堆积的时间短，土性乱。也有人工水力冲或吹填的土（比如沿海挖泥船吸出泥沙并用水力冲填在岸上的沉积土）。

有工业废料或生活垃圾的杂填土对建筑及基础有腐蚀或污染不得作为地基。

填土地基的空隙比很大，无需解释。这种地基即使在没有建筑荷载的作用下，仍可以自重固结变形（浸水时会快速下沉），更不要说有了建筑的附加应力了，所以必须处理。工程师一般会对地勘报告给出的回填土慎重处理，但实际工程中，因为甲方或施工单位随便的深基坑肥槽回填，造成其上的附加低层建筑产生沉降，非常常见，也难以处理。

回填过程中采用素土分层夯实的地基叫压实地基，如果能保证质量并经现场载荷实验的承载力满足设计要求时，是可以作为建筑地基的，有的地方政府为了卖地，胡乱推土机推平或山地挖填造成十多米甚至几十米的人工填土，貌似平整场地，其实都是厚薄不均的填土，处理起来非常困难，造成二次处理巨大的投资，给拿地企业带来很大的负担。有的则是开放商自己不懂，开山填谷，胡乱填土，后期的处理投资巨大后悔不已，还好是砂石填成的，可以处理后使用，不必挖除。

2：软土的特点一般是指在静水或缓慢流水环境中以细颗粒为主的近代沉积物。黄河、长江入海口的三角州地区往往分布着大量的数米到数十米的软土，山区软土则分布在河谷、洼地、河滩等。有的有一定厚度的硬壳层，是长期的浅层土中水蒸发形成的。软土的天然含水量大，孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低，承载力低，渗透性小，是一种软塑到流塑状态的饱和粘性土，分淤泥和淤泥质土，以空隙比的大小为区分。

深厚的软土因为浅层水的蒸发可以形成表面几米厚硬壳层，对于承载力要求不高的低层建筑可以利用这个硬壳层，但得注意不能扰动下面的软土，必须进行软弱下卧层验算和地基的沉降计算，使用时要慎重，必须艺高才能胆大。

软土和填土的区别是，不是人工堆积形成的，是长期的地质历史形成，土颗粒细，饱和状态，渗透系数很小，也就是说，在受压时土中的水较难排除。

3：湿陷性黄土的空隙比也很大，但是干燥不含水时，强度很高。孔隙比很大但强度很高的原因是黄土形成过程中气候干燥，土中的碳酸盐硫酸钙等析出的胶结物使土得不到固结，形成强度很高的大孔土。但一旦遇到水，这种粘结能力被破坏，土颗粒塌入孔洞迅速沉陷。

我们了解了这几种土的特点的异同，就很容易明白这些土的处理方法的原理了picacg漫画。

二

1：换土就是换掉这些土，无需解释。

2：人工填土可以采用碾压的压实地基，就是把空隙比很大的松土压密实，承载力自然就提高了。碾压压实压密的影响深度很浅，对于深厚的填土用碾压压实的方法只能压密浅层，深层土得不到处理，不能做建筑地基，所以必须在填土过程中分层碾压，有时效果非常的不错，比如：

但填土分层压实过程中要最优含水量。含水量太少，土颗粒干燥不润滑，很难压密，含水量太多了，有超空隙水压力了，成个流塑状态的橡皮土，就压不实了。

对于已完成的深厚的未经压实的填土，强夯处理是一种很好的方法，强夯的能量大，可以压密影响的深度很深，下文再详谈。

3：理解了最优含水量，自然容易理解软土地基不能采用碾压压实处理这样的方法了。因为软土基本都是饱和状态，短时间无法压实的，那就慢慢的压它，也就是《地基处理规范》所谓的堆载预压（或真空预压及其联合）。

我们只讨论原理，不讲施工工艺，故堆载预压和真空预压（用地膜覆盖软土，抽真空用大气压压地基）道理都一样，都是在较长的时间内给软土一个预先的压力，使其压密。

为什么必须较长时间呢？因为软土中的水是饱和水，渗透性很低，在压实的过程中，需要慢慢把水排除。

水这个东西是不会受压变形的，快速压缩土时，土中的水几乎承担了全部的荷载，只有长时间的作用下，水被慢慢排除，土颗粒才能被压密。

只有排除一定量的水，超空隙水压力被消除了，预压的荷载才完全传给土颗粒，达到压密的效果，但这需要时间。机械碾压的时间不够（影响深度也不够），故不行。强夯更不可行了，夯锤的瞬时巨大压力，软土中的水没准能像日本拙劣选手的高台跳水一样成了水花（泥花）。

《地基处理规范》给出了固结度和时间有关的复杂公式，实话我看不太明白。对于这种特殊地基的处理，结构工程师一般没有能力进行设计和施工指导，需要有地基岩土工程师的专业公司进行，但结构工程师应该了解原理，以便设计时确定可行的地基处理方案，给专业的公司提出可行的处理要求。

既然预压过程中需要排水，那就需要设置排水通道，《处理规范》要求比如采用沙井、塑料排水板、排水垫层、排水沟或盲沟等，这也是地基处理设计的内容，也应该由专业的公司完成。

4：处理湿陷性黄土，采用预压和碾压都不行了，因为湿陷性黄土没有水时，强度很高，这些压力不足以压密这种黄土，那只能重锤“砸”它，这就是强夯。

重大锤，提的又高，加固的深度就大。锤的重量乘于高度叫夯击能，其实就是大锤的势能，落下后转换成动能，动能又转换成土颗粒的压缩变形。

强夯的有效加固深度如下：

注意强夯加固盲区：

盲区的土甚至可能变松了，所以要大小能级的夯很多遍，如下图：

规范没有给出强夯加固后的地基承载力的经验值，《地基处理规范》6.3.13强条要求必须进行静载实验。根据众多的实例来看，加固的效果很好。我做的河北山区的一个开挖山体填谷的深厚填土采用的就是强夯，不过只用于多层建筑，高层建筑采用的强夯后的打桩。

资料来自金宝岛公司哔咔漫画

资料来自清华大学李广信的《基础工程学》

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从原理上看，强夯是良好的地基处理方法，不过需要重型设备，而且在市区噪音振动太大，山区道路不方便时不宜进场等。如果条件允许我建议用这种处理方法，性价比很好。

在山区或有长期渗流的河谷等地要注意水的渗流的不利影响，可能会带走强夯后的砂石地基的细颗粒土，使地基的空隙比增大产生不均匀沉降，所以这种地区要慎用。

强夯后的地基如果能够放置几年，经过雨季或地下水的升降的侵润，还会有一定的沉降固结，对强夯地基的效果更加有利，但实际因工期的原因很难做到。

上述的强夯加固法并不是仅用于湿陷性换黄土，填土或其它粉土、砂石土只要是承载力比较低的压缩性大的土都可以用，包含了能用压实地基处理的地基，但不宜用在饱和土中，软土就更不行了，前文说过原因。

文总金宝岛强夯公司是非常专业的，我特佩服文总的能文能武。看他的一些案例，好像饱和粉粘土等也可以用强夯，但应需要采用一些必要的措施，直接采用应该不行，比如采用强夯置换法。

4：强夯置换是比较好的加固方法，和强夯的原理不同，严格讲是属于复合地基的一种。强夯是重力压密地基土，而强夯置换是利用夯锤（柱型）形成夯击坑，并向夯坑内填砂石矿渣建筑碎砖等材料，反复夯击形成大直径的高强度的砂石墩，类似砂石挤密桩，但这个是通过大力夯击挤密周围土和砸密砂石形成的砂石墩，效果肯定比一般的砂石复合地基好很多。

强夯置换加固的应用范围更广，也可以用于软粘土、泥炭、液化粉土、和饱和的细粒土中，因为它是把砂石料等强力挤入土中，还可以形成一个排水通道，所以也可以用于软土中。

三

简单介绍下膨胀土、盐渍土、红粘土，我在在做南方地区建筑时遇到一些，北京和周边地区不多见。

膨胀土是因为土颗粒的矿物成分中含有很强亲水性的物质，遇到水就强结合膨胀，失水就收缩，可以反复膨胀和收缩的粘性土。一般强度还挺高，易被认为是不错的地基土。但因为遇水膨胀向上拱起，对多层建筑影响很大。处理方法可以直接换掉，高层建筑的底板压力很大，大于膨胀力可以不与考虑。

盐渍土中含有结晶的不溶于水和溶于水的盐，溶于水的盐浸入基础再干燥后重新结晶成盐，膨胀挤碎混凝土，时间长了基础就酥了。众所周知，盐对基础钢筋有腐蚀性。土中的盐溶于水后，变成液体，空隙比变大，土会沉陷，类似于湿陷性黄土，虽然机理不同，表现形式类似。

红粘土在我的云贵及南方很多的山区分布广，厚度变化大，从地表到深层越来越软、有硬到软塑都有可能，常常和岩溶的卡斯特岩溶地质关系密切，这种地质大多软软硬硬、厚厚薄薄、洞洞穴穴的很复杂，要慎重。

对于这些特殊性地基包括上文的软土、湿陷性黄土及深厚填土地基，需要仔细阅读地勘报告，一般的工程师经验不多的时候，不应仅仅依据规范或资料介绍进行设计，因为这些都是表面的（包括本文的介绍），一定要了解当地成熟的经验和做法，这些特殊地基的区域经验是非常重要的，向当地地勘和设计院咨询请教甚至委托当地专业的地基处理公司比较可靠。

总结

现在建筑结构对地基的要求越来越高，地基处理的工艺也越来先进和复杂，所以催生了专业的地基处理团队。单纯从地基处理上他们的技术水平要远远高于结构工程师，工程师不可能也没必要完全掌握各种地基处理设计和施工工艺，但结构工程师要正确的理解各种地基处理方法的原理 ，在实际设计中选用正确的地基处理方案。进行地基处理设计和施工时，结构设计师要紧密和专业公司的配合，让他们了解上部结构基础对地基的要求，双方要对处理方案达成一致方可进行施工。

本文就是为结构设计师讲解不同的地基处理方法原理和适用范围的，文章只谈到了地基压密处理方法（置换强夯实际属于复合地基），但更普遍的的地基处理措施是另外在土中加入新的材料，比如复合地基、注浆等，下次再说吧。

致谢：感谢强金宝岛文总和建研院地基所专家就强夯内容的技术指导！

2021年8月13日

参考文献：

1：《地基基础283问》 刘惠珊等

2：《土力学》《基础工程》 清华大学 李广信等

3：《建筑地基处理规范》

4：《基础工程》陈仲颐 叶书麟

5：文老大朋友圈分享的案例。