建筑地基沉降控制與工程實(shí)例課件ppt

建筑地基

沉降控制與工程實(shí)例邱明兵2014年4月Pk<faS<[s]?<[?]

目錄

第1章地基承載力淺談

第2章建筑地基變形控制

第3章地基沉降計(jì)算

第4章結(jié)構(gòu)-地基基礎(chǔ)共同作用分析

第5章單樁承載力

第6章獨(dú)立基礎(chǔ)與承臺(tái)比較雜談

1.1引子

地基承載力特征值fak及其修正值fa是絕大多數(shù)工程師進(jìn)行地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的核心參數(shù)，因此有必要了解其歷史發(fā)展淵源，以便能合理使用。

1954年12月，我國(guó)翻譯引進(jìn)第一本前蘇聯(lián)地基規(guī)范НиТу6248，僅限于內(nèi)部發(fā)行，命名為《天然地基設(shè)計(jì)暫行規(guī)范》(規(guī)結(jié)7-54)，該規(guī)范的重點(diǎn)是：“地基土受到的壓力不應(yīng)超過(guò)地基土的容許承載力（大致相當(dāng)于今天的“地基土承載力特征值fak”）”，并明確指出：當(dāng)“基礎(chǔ)寬度0.6～1.0m，基礎(chǔ)埋深2.0m”時(shí)，可查表得到容許承載力，同時(shí)給出了巖石、強(qiáng)風(fēng)化巖石、大塊碎石、砂土和第四系粘土的承載力表格。其中砂土根據(jù)濕度和密實(shí)度給出承載力，粘土根據(jù)孔隙比和稠度給出承載力。當(dāng)基礎(chǔ)寬度大于1.0m，基礎(chǔ)埋深大于2.0m或小于2.0m時(shí)應(yīng)進(jìn)行深寬修正。第一本引進(jìn)的地基規(guī)范奠定了“以地基土承載力控制”的設(shè)計(jì)思想，對(duì)我們各類工程中地基的設(shè)計(jì)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。

1955年前蘇聯(lián)發(fā)布《房屋與工業(yè)結(jié)構(gòu)物天然地基設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)規(guī)范》(НиТу127255)。1956年12月，我國(guó)建委建議審慎推廣。這里略作介紹。該規(guī)范的變化可用以下兩方面概括：

1）在地基土承載力方面。將原來(lái)的“承載力”改為地基土的“計(jì)算強(qiáng)度表”，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了調(diào)整。此外還規(guī)定了用土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)c、φ計(jì)算臨塑荷載PB/4(中心荷載)或PB/3(偏心荷載)的公式；

2）在地基土沉降變形方面。第一次提出：地基應(yīng)按沉降變形控制設(shè)計(jì)。在此基礎(chǔ)上，將地基土豎向變形分為固結(jié)沉降和地基失穩(wěn)陷落，并且提出了相應(yīng)控制指標(biāo)：絕對(duì)下沉、平均下沉、縱傾和橫傾、相對(duì)彎曲。為了能計(jì)算出地基土的沉降，又規(guī)定了土的壓縮模量宜由淺層、深層載荷試驗(yàn)確定；同時(shí)根據(jù)工程實(shí)測(cè)和建筑病害調(diào)查結(jié)果，規(guī)定了各種房屋和結(jié)構(gòu)物地基沉降變形限值；為了方便工程師設(shè)計(jì)減少工作量，規(guī)定了可不進(jìn)沉降變形計(jì)算的條件。計(jì)算方法采用了工程師熟悉的分層總和法，同時(shí)還提出“必要時(shí)考慮地基、基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)協(xié)同作用”。

1962年前蘇聯(lián)發(fā)布了《建筑法規(guī)》,其中第二卷第二篇第一章為《房屋及建筑物地基設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(СНиПⅡ2Ь11-62)，與НиТу127255比,沒(méi)有大的原則性變化。

1974年，《工業(yè)與民用建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(試行，TJ7274)發(fā)布，這是我國(guó)第一本地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范。無(wú)需否認(rèn)的是，該規(guī)范在章節(jié)編排、承載力計(jì)算、沉降變形計(jì)算等方面吸收前蘇聯(lián)規(guī)范經(jīng)驗(yàn)，并根據(jù)當(dāng)時(shí)我國(guó)實(shí)情增加了“基礎(chǔ)設(shè)計(jì)”一章，由此也將規(guī)范命名為“地基基礎(chǔ)”。事實(shí)上，由于“地基土”和“混凝土”特性的巨大差異，世界上多數(shù)國(guó)家都將“基礎(chǔ)或承臺(tái)設(shè)計(jì)”作為結(jié)構(gòu)構(gòu)件列入“混凝土規(guī)范”范疇，我國(guó)路橋領(lǐng)域也是如此，目前的《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》JTGD62-2004即包含了樁承臺(tái)的設(shè)計(jì)內(nèi)容。

《74規(guī)范》

1）在地基承載力方面。中國(guó)建筑科學(xué)院地基基礎(chǔ)研究所在全國(guó)眾多勘察設(shè)計(jì)單位的參與協(xié)助下，全面總結(jié)50~70年代初大量廠房和多層磚混結(jié)構(gòu)的地基設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，建立了13張地基容許承載力表：

(1)根據(jù)類別和風(fēng)化程度確定巖石承載力；

(2)根據(jù)密實(shí)度確定碎石土承載力；

(3)根據(jù)密實(shí)度確定砂土承載力；

(4)根據(jù)含水比確定老粘性土承載力；

(5)根據(jù)物理性指標(biāo)(孔隙比、液性指數(shù))確定一般粘性土承載力；

(6)根據(jù)含水量確定沿海淤泥和淤泥質(zhì)土承載力；

(7)根據(jù)含水比確定紅粘土承載力；

(8)根據(jù)壓縮模量確定粘性素填土承載力；

(9)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)確定砂土承載力；

(10)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)確定老粘性土和一般粘性土承載力；

(11)根據(jù)輕便觸探錘擊數(shù)確定一般粘性土承載力；

(12)根據(jù)輕便觸探錘擊數(shù)確定粘性素填土承載力；

(13)根據(jù)物理性指標(biāo)確定新近沉積粘性土承載力。

2）在地基沉降變形方面。收集了大量工業(yè)與民用建筑物沉降觀測(cè)資料，在詳細(xì)分析其病害原因的基礎(chǔ)上，提出了“地基沉降變形限值”表格，成為地基設(shè)計(jì)的重要指標(biāo)。

1989年，《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GBJ7-89)修訂發(fā)布，在地基承載力方面，規(guī)范組認(rèn)為“鑒于我國(guó)幅員遼闊，同類土性質(zhì)隨地區(qū)差異較大，僅通過(guò)搜集幾十份或百余份載荷試驗(yàn)資料來(lái)包絡(luò)全國(guó)是不現(xiàn)實(shí)的。因此，各地在使用這類表時(shí)，應(yīng)取慎重態(tài)度。最好在本地區(qū)進(jìn)行若干試驗(yàn)驗(yàn)證，取得經(jīng)驗(yàn)后再行使用。且這類表僅限于一般建筑，對(duì)于重要的一級(jí)建筑物必須進(jìn)行載荷試驗(yàn)”。將承載力表從正文移至附錄。在地基沉降變形方面，繼續(xù)收集沉降觀測(cè)資料，對(duì)分層總和法進(jìn)行改進(jìn)，并對(duì)沉降經(jīng)驗(yàn)系數(shù)做了進(jìn)一步調(diào)整。

2002年，《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GBJ50007-2002)修訂發(fā)布，在地基承載力方面，該規(guī)范取消了附錄中的用土的物理性指標(biāo)查地基承載力的表格；在地基沉降變形方面，繼續(xù)收集沉降觀測(cè)資料，改進(jìn)分層總和法，調(diào)整沉降經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。

TJ7274發(fā)布以來(lái)，隨著工程建設(shè)大量開(kāi)工，各種工程問(wèn)題層出不窮，為了解決這些問(wèn)題，規(guī)范體系繼續(xù)發(fā)展。如：濕陷性黃土、膨脹土、凍土等特殊土質(zhì)分列出相應(yīng)規(guī)范；樁基、基坑、邊坡、錨桿等特殊應(yīng)用功能編列相應(yīng)規(guī)范；在土質(zhì)較差不適合建設(shè)的場(chǎng)地發(fā)展出了地基處理及剛性樁復(fù)合地基（本書(shū)中的“剛性樁復(fù)合地基”等同于CFG樁）并編列相應(yīng)規(guī)范。具體如圖1.1-1。

回顧“地基（基礎(chǔ)）規(guī)范”發(fā)展變遷的歷史，有幾點(diǎn)值得重視：

1）在地基承載力方面，規(guī)范逐漸將“按地基承載力控制”的設(shè)計(jì)思想弱化，從“最初13個(gè)承載力表格”到“移至附錄”，以至最終取消的過(guò)程表明，地基土的承載力指標(biāo)的取值遠(yuǎn)非一個(gè)表格那么簡(jiǎn)單?！鞍闯休d力計(jì)算較為準(zhǔn)確”的傳統(tǒng)觀念恐怕并不“準(zhǔn)確”。

在地基沉降變形方面，規(guī)范則不斷積累沉降觀測(cè)資料，并在沉降計(jì)算深度的取值、沉降經(jīng)驗(yàn)系數(shù)等方面不斷深化、細(xì)化，可使估算結(jié)果更為準(zhǔn)確。“預(yù)估沉降誤差較大”的傳統(tǒng)觀念恐怕存在“較大誤差”。

2）技術(shù)規(guī)范是工程實(shí)踐的總結(jié)，在應(yīng)用中有其先進(jìn)性，也有其局限性。如上世紀(jì)50~70年代，我國(guó)大量建設(shè)廠房和多層磚混，由此遭遇的種種問(wèn)題促使科學(xué)工作者研究并提出“按地基承載力控制”的解決方案，可見(jiàn)這類解決方案具有較強(qiáng)針對(duì)性。上世紀(jì)90年代開(kāi)始建設(shè)大量高層建筑，埋深也超過(guò)3m，仍按這個(gè)思想則遭遇新的困境。當(dāng)前建筑愈建愈高，荷載越來(lái)越大，基礎(chǔ)增加不斷埋深，數(shù)個(gè)高層帶一個(gè)大底盤(pán)的建筑層出不窮，地下水埋深極淺，這些工程如果仍然按承載力設(shè)計(jì)則可能遭遇以下困難：

（1）地基土承載力“計(jì)算埋置深度”d如何取值?

工程師習(xí)慣使用的地基承載力計(jì)算式為：fa=fak+ηbγ(b-3)+ηdγm(d-0.5)。

對(duì)于主裙連體的裙房基礎(chǔ)，工程師習(xí)慣用獨(dú)立基礎(chǔ)+抗水板，按照《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50007-2002第5.2.4條，“對(duì)于地下室，如采用箱形基礎(chǔ)或筏基時(shí)，基礎(chǔ)埋置深度自室外地面標(biāo)高算起；當(dāng)采用獨(dú)立基礎(chǔ)或條形基礎(chǔ)時(shí)，應(yīng)從室內(nèi)地面標(biāo)高算起”，多數(shù)工程師按室內(nèi)地面算起。實(shí)際工程中，抗水板可能厚達(dá)600mm或以上，獨(dú)立基礎(chǔ)寬約4m厚約1m左右，即抗水板凈距約4m，厚跨比約1/7，其抗彎剛度不可謂不大，如果將這種基礎(chǔ)理解為“柱下局部加厚的筏基”，其地基承載力fa將大大提高，這樣做可行么？對(duì)于主裙連體的主樓基礎(chǔ)，當(dāng)前流行的做法是取“等效埋置深度”，即將裙房荷載等效為深度為d的土厚，如：某工程2層地下車(chē)庫(kù)及上覆1m土總重54kPa，那么等效埋置深度為d=54/18=3m。值得注意的是，根據(jù)臨界荷載確定fa時(shí)，其壓重在水平方向上有一定的距離B（詳見(jiàn)本書(shū)），如圖1.1-1，當(dāng)?shù)叵萝?chē)庫(kù)寬度B1大于B時(shí)，這樣取值沒(méi)有疑義；如果地下車(chē)庫(kù)寬度B2小于B時(shí)，是否應(yīng)取寬度B范圍內(nèi)全部重量的“等效埋置深度”呢？。此外，在按上述方法計(jì)算“等效埋置深度”時(shí)，并未考慮地下水浮力的影響。當(dāng)?shù)叵滤×εc車(chē)庫(kù)自重相當(dāng)時(shí)，還能不能按“等效埋置深度”計(jì)算fa呢？如：基底壓力54kPa，無(wú)地下水時(shí)可等效3m厚土；當(dāng)?shù)叵滤×?4kPa時(shí)，能否還按3m等效呢？如果地下水位繼續(xù)上升，裙房需要設(shè)置抗浮樁，樁對(duì)裙房土體提供一個(gè)向上的拔力，此時(shí)主樓的“等效埋置深度”能否成為“負(fù)數(shù)”呢？

如：某工程作用于基底的荷載標(biāo)準(zhǔn)值pk為250kPa，不考慮地下水影響時(shí)計(jì)算天然地基承載力fa=270kPa；考慮地下水影響時(shí)計(jì)算天然地基承載力fa=230kPa，這時(shí)該如何判斷承載力時(shí)候滿足安全性要求呢？（2）地基土承載力“計(jì)算寬度”b如何取值?

《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50007-2002第5.2.4條規(guī)定：基礎(chǔ)底面寬度b(m)，當(dāng)基寬小于3m按3m取值，大于6m按6m取值。小于3m時(shí)計(jì)算的承載力還要小一些，偏于安全，為何不能按實(shí)際值取用呢？當(dāng)前大量使用的高層建筑筏基，寬度大于6m，為何不能按大于6m的寬度計(jì)算呢？如按實(shí)際寬度（如18m）取用后，又有何后果呢？

《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50007-2002第5.2.3條指出：地基承載力特征值可由載荷試驗(yàn)或其它原位測(cè)試、公式計(jì)算、并結(jié)合工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)等方法綜合確定。軟土地區(qū)有些工程用0.3m2的載荷板試驗(yàn)獲得的fa較0.5m2載荷板試驗(yàn)獲得的高，那么能否用較高的值呢？這里的0.5m2載荷板試驗(yàn)與上述基寬3m的限值有無(wú)關(guān)系呢？（3）地下水對(duì)地基承載力的影響

地下水對(duì)地基土黏聚力c和內(nèi)摩擦角φ均有影響，地下水上升到基礎(chǔ)底面以上時(shí)，地基承載力降低，這方面最為最為直觀的地質(zhì)現(xiàn)象是：多雨季節(jié)總伴隨著較多的滑坡事故?！督ㄖ鼗A(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50007-2002在多項(xiàng)指標(biāo)中反應(yīng)了“土體隨含水量增加則強(qiáng)度降低”的規(guī)律，其中第5.2.4條指出：地下水位以下γ取浮重度。如果地下水在基礎(chǔ)底面以上則容易取值，當(dāng)?shù)叵滤o鄰基礎(chǔ)底面也容易取值，當(dāng)?shù)叵滤诨紫?m時(shí)，該如何取值呢？2m、3m呢？其間有何關(guān)系？（4）地基處理與ηb、ηd的關(guān)系？

天然地基土承載力的深寬修正系數(shù)ηb、ηd與土性有關(guān)。但是在采用剛性樁復(fù)合地基后，ηb=0，ηd=1；采用復(fù)合樁基后，ηb=0，ηd=0；為何有這些變化呢？這些變化之間有無(wú)聯(lián)系呢？

如：某工程作用于基底的荷載標(biāo)準(zhǔn)值pk為250kPa，天然地基承載力fa=230kPa，判斷為地基承載力不足，采用剛性樁復(fù)合地基，但布置少量（比如100根）剛性樁之后，計(jì)算的地基承載力反而更低，這種現(xiàn)象該如何理解呢？（5）地下水對(duì)基底荷載的影響

如圖1.1-2，分別為獨(dú)立基礎(chǔ)、獨(dú)棟高層筏基、主裙連體建筑筏基。當(dāng)?shù)叵滤簧仙降孛鏁r(shí)，一方面降低地基土承載力，另一方面也對(duì)建筑產(chǎn)生浮力，那么是否意味著基底壓力也減小呢？換言之，在驗(yàn)算地基承載力時(shí)，基底壓力標(biāo)準(zhǔn)值pk是否需要用上部結(jié)構(gòu)總荷載減去水浮力呢？《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50007-2002第5.2.1條指出：pk為相應(yīng)于荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合時(shí)，（獨(dú)立）基礎(chǔ)底面處的平均壓力值；《高層建筑箱形與筏形基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)范》JGJ6-99第4.0.3條指出：ｐ＝(Ｆ＋Ｇ)/Ａ，其中Ｇ——基礎(chǔ)自重設(shè)計(jì)值和基礎(chǔ)上的土重設(shè)計(jì)值之和，在計(jì)算地下水位以下部分時(shí)，應(yīng)取土的有效重度。

《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》JGJ94-2008指出：Ｇk為樁基承臺(tái)和承臺(tái)上土自重標(biāo)準(zhǔn)值，對(duì)穩(wěn)定的地下水位以下部分應(yīng)扣除水的浮力，歸納來(lái)看，宜扣除水浮力。那么如圖1.1-2（c），對(duì)于主裙連體建筑，驗(yàn)算主樓下地基承載力時(shí)，應(yīng)如何扣除水浮力呢？（6）不同地基上基礎(chǔ)的沉降

某單層框架剖面如圖1.1-3，獨(dú)立基礎(chǔ)A擱置于黏性土上，，獨(dú)立基礎(chǔ)B擱置于砂土上，二者均按承載力（地基承載力特征值按經(jīng)驗(yàn)確定，這里所謂的經(jīng)驗(yàn)即是查表）設(shè)計(jì)，A尺寸大于B尺寸?，F(xiàn)在考察二者的變形，黏性土壓縮模量小，荷載也??；砂土壓縮模量大，荷載也大，那么究竟哪個(gè)基礎(chǔ)的沉降大呢？下面是四個(gè)實(shí)際工程中的例子，這四個(gè)工程均為主裙連體的建筑綜合體，主體框架—核心筒結(jié)構(gòu)，地上130m，共39層，1~5層為商業(yè)，6~39層為公寓；地下3層，總高共13m，筏型基礎(chǔ)厚度約2m。為簡(jiǎn)化討論，這里僅就主樓涉及的問(wèn)題展開(kāi)。

主樓平面尺寸為32mx42m。

基底平均壓力約為p1=18x39+20x3+2x25=812kPa。

基底附加壓力p0=542kPa

總荷載Nk=1091328kN。

核心筒12mx16m，平均壓力約為pc=1400kPa，附加壓力pc0=1130kPa。

前3個(gè)建筑基底均為10m厚密實(shí)細(xì)砂，fak=300kPa。

第4個(gè)項(xiàng)目核心筒下為中風(fēng)化灰?guī)r，部分邊框架下為30m中風(fēng)化泥巖。

各個(gè)項(xiàng)目土層分布如圖1.1-4。項(xiàng)目1分析：

（1）地基承載力

fa=300+2.0x18x3+3.0x18x14.5=1191kN>812kN

可見(jiàn)地基承載力滿足建筑物荷載需求。

（2）建筑物沉降計(jì)算（按《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》第5.3.5條計(jì)算）

最終沉降值s=ψs∑s=0.22x542=120mm<[200mm]。

可見(jiàn)預(yù)估總沉降滿足建筑物需求。

（3）軟弱下臥層驗(yàn)算

可見(jiàn)，軟弱下臥層承載力不夠。天然地基方案不可行。

接下來(lái)的問(wèn)題是：

a.可以用CFG樁復(fù)合地基么？CFG能解決什么樣的問(wèn)題？如果可以應(yīng)注意哪些方面的問(wèn)題？

b.采用樁基礎(chǔ)能解決哪些問(wèn)題？需要關(guān)注哪些關(guān)鍵點(diǎn)？項(xiàng)目2分析：

（1）地基承載力fa=300+2.0x18x3+3.0x18x14.5=1191kN>812kN

可見(jiàn)地基承載力滿足建筑物荷載需求。

（2）建筑物沉降計(jì)算（按《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》第5.3.5條計(jì)算）

最終沉降值s=ψs∑s=0.2x421=84mm<[200mm]。

可見(jiàn)預(yù)估總沉降滿足建筑物需求。

（3）軟弱下臥層驗(yàn)算

可見(jiàn)，軟弱下臥層承載力基本滿足。

接下來(lái)的問(wèn)題是：

a.天然地基方案是否可行呢？如果可行，需要解決哪些問(wèn)題呢？有什么對(duì)應(yīng)的措施么？b.可以用CFG樁復(fù)合地基么？CFG能解決什么樣的問(wèn)題？如果可以應(yīng)注意哪些方面的問(wèn)題？

c.采用樁基礎(chǔ)能解決哪些問(wèn)題？需要關(guān)注哪些關(guān)鍵點(diǎn)？

項(xiàng)目3分析：

（1）地基承載力fa=300+2.0x18x3+3.0x18x14.5=1191kN>812kN

可見(jiàn)地基承載力滿足建筑物荷載需求。

（2）建筑物沉降計(jì)算（按《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》第5.3.5條計(jì)算）

最終沉降值s=ψs∑s=0.2x397=79.4mm<[200mm]。

可見(jiàn)預(yù)估總沉降滿足建筑物需求。

（3）核心筒沉降計(jì)算，最終沉降值s=ψs∑s=0.2x397=79.4mm<[200mm]。

（4）核心筒地基承載力驗(yàn)算，

fa=300+2.0x18x3+3.0x18x14.5=1191kN<1400kN

可見(jiàn)地基承載力遠(yuǎn)小于建筑物荷載需求。

接下來(lái)的問(wèn)題是：

接下來(lái)的問(wèn)題是：可否采用天然地基方案呢？如果不行，采取什么樣的地基方案較為合理呢？需要解決的問(wèn)題是什么呢？

項(xiàng)目4分析：

（1）核心筒地基承載力驗(yàn)算

核心筒下荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值為2000kPa，而中風(fēng)化灰?guī)r承載力特征值為4500kPa，表面上看承載力>荷載，但是灰?guī)r側(cè)面分布著中風(fēng)化泥巖，其承載力特征值僅僅為1000kPa，這對(duì)灰?guī)r承載力有無(wú)影響呢？

（2）邊框架下地基承載力計(jì)算

邊框架下荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值約為900kPa（柱荷載通過(guò)筏型基礎(chǔ)分布在一個(gè)跨度9mx5m平面上），而中風(fēng)化泥巖承載力特征值為1000kPa，表面上看承載力>荷載，可以采用天然地基。但是中風(fēng)化泥巖的沉降會(huì)否大于中風(fēng)化灰?guī)r？這部分差異沉降有多大呢？上部框支結(jié)構(gòu)能否承受產(chǎn)生的差異沉降呢？如果預(yù)估天然地基差異沉降過(guò)大而選用樁基礎(chǔ)，那樁端持力層選灰?guī)r還是泥巖？如果樁端持力層取泥巖長(zhǎng)，那樁長(zhǎng)取多少？

以上4個(gè)項(xiàng)目，從“按承載力設(shè)計(jì)”的思路開(kāi)始，總不能最終解決問(wèn)題，其落腳點(diǎn)還是要解決建筑物的總沉降和差異沉降，即是按“按變形控制”的思路。

項(xiàng)目4分析：

（1）核心筒地基承載力驗(yàn)算

核心筒下荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值為2000kPa，而中風(fēng)化灰?guī)r承載力特征值為4500kPa，表面上看承載力>荷載，但是灰?guī)r側(cè)面分布著中風(fēng)化泥巖，其承載力特征值僅僅為1000kPa，這對(duì)灰?guī)r承載力有無(wú)影響呢？

（2）邊框架下地基承載力計(jì)算

邊框架下荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值約為900kPa（柱荷載通過(guò)筏型基礎(chǔ)分布在一個(gè)跨度9mx5m平面上），而中風(fēng)化泥巖承載力特征值為1000kPa，表面上看承載力>荷載，可以采用天然地基。但是中風(fēng)化泥巖的沉降會(huì)否大于中風(fēng)化灰?guī)r？這部分差異沉降有多大呢？上部框支結(jié)構(gòu)能否承受產(chǎn)生的差異沉降呢？如果預(yù)估天然地基差異沉降過(guò)大而選用樁基礎(chǔ)，那樁端持力層選灰?guī)r還是泥巖？如果樁端持力層取泥巖長(zhǎng)，那樁長(zhǎng)取多少？

以上4個(gè)項(xiàng)目，從“按承載力設(shè)計(jì)”的思路開(kāi)始，總不能最終解決問(wèn)題，其落腳點(diǎn)還是要解決建筑物的總沉降和差異沉降，即是按“按變形控制”的思路。

1.2地基承載力涵義探討

1.2.1地基承載力與上部結(jié)構(gòu)的適應(yīng)能力有關(guān)

研究建筑工程巖土力學(xué)性能的目標(biāo)是為了防止上部結(jié)構(gòu)破壞或坍塌。一方面巖土性能有自身的獨(dú)立性；另一方面，建筑物對(duì)于巖土不僅僅提供荷載、剛度，還提供“需求”。如果沒(méi)有這些需求，巖體力學(xué)的研究就沒(méi)有意義；建筑物特征不同，其“需求”也不同，對(duì)巖土性能要求也不同，因此巖體的相關(guān)指標(biāo)的“限值”，不能脫離建筑物特征而獨(dú)立存在。

土的工程性能有力學(xué)性能、水理性能、化學(xué)性能等。工程力學(xué)性能用地基承載力特征值表示。地基承載力確定方法：根據(jù)力學(xué)指標(biāo)用理論公式計(jì)算；根據(jù)建筑經(jīng)驗(yàn)給出一個(gè)概略的數(shù)值；用野外載荷試驗(yàn)確定。我國(guó)主要用野外載荷試驗(yàn)確定承載力特征值，壓板面積為0.25m2或0.5m2，壓板下2~3倍寬度范圍內(nèi)土層是勻質(zhì)的。

地基的允許承載力是指在建筑物獨(dú)立基礎(chǔ)荷載作用下，地基的強(qiáng)度（整體穩(wěn)定性對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度）和變形（對(duì)于粘性土、淤泥質(zhì)土等以變形控制）都能滿足要求的承載能力。即是說(shuō)：在保證建筑物地基的整體穩(wěn)定性的同時(shí)，又不至于產(chǎn)生過(guò)大的沉降。換言之，這是一個(gè)雙控的指標(biāo)。

1.2.2巖石地基承載力與基礎(chǔ)埋深

1、巖石地基承載力

巖土工程關(guān)注的是巖石的強(qiáng)度。巖石的堅(jiān)硬程度根據(jù)巖塊的飽和單軸抗壓強(qiáng)度f(wàn)rk分為堅(jiān)硬巖、較硬巖、較軟巖、軟巖和極軟巖。巖體完整程度可分為完整、較完整、較破碎、破碎和極破碎。

確定巖石承載力應(yīng)確定巖石破壞模式，這與巖體節(jié)理、微裂隙、填充物、結(jié)構(gòu)面傾斜方向等等密切相關(guān)，并不能一概確定某種極限破壞模式，這導(dǎo)致要統(tǒng)一確定巖石極限承載力稱為不能完成的任務(wù)。

為了方便工程師使用，89版《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》根據(jù)全國(guó)各地巖基平板載荷試驗(yàn)和巖樣試驗(yàn)的資料統(tǒng)計(jì)回歸，建議取胡岱文、黃求順在“巖石地基的承載力”一文中（重慶建筑大學(xué)學(xué)報(bào)，1995年12月，第17卷第4期），假定巖體為等效連續(xù)介質(zhì)，極限承載力計(jì)算模式如圖1.2-4，該折減系數(shù)納入了2002版《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》。根據(jù)格里菲斯(A.A.Griffith)的理論解，在完整的巖質(zhì)地基上，地基的極限承載力為單軸受壓強(qiáng)度的3倍。根據(jù)混凝土局壓模型，地基的極限承載力為單軸受壓強(qiáng)度的4倍。實(shí)際上，破碎、極破碎巖體可用等效連續(xù)介質(zhì)模型，失穩(wěn)時(shí)破壞面呈曲線；而完整及較完整巖體呈現(xiàn)非連續(xù)介質(zhì)特征，其破壞面為線性結(jié)構(gòu)面，如圖1.2-5，這是巖體與土體根本不同之處。（a）等效連續(xù)介質(zhì)

（b）非連續(xù)介質(zhì)

對(duì)于巖石的承載力，從規(guī)范的角度為了使用簡(jiǎn)便，有意忽略了一些因素的影響，同時(shí)為保障全國(guó)各地工程師使用后的安全性，折減系數(shù)取值偏低。事實(shí)上對(duì)于各地區(qū)巖石承載力，具體到某個(gè)工程，應(yīng)進(jìn)行野外地質(zhì)調(diào)查，結(jié)合巖層的產(chǎn)狀和構(gòu)造等因素綜合考慮。這樣取得的巖石承載力參數(shù)方才合理，設(shè)計(jì)的地基基礎(chǔ)方案才較為安全、經(jīng)濟(jì)。

巖石力學(xué)還在不斷發(fā)展過(guò)程中，當(dāng)前某些學(xué)者更傾向于用研究混凝土材料力學(xué)性能的方法來(lái)研究巖石力學(xué)性能。

2、巖石地基上基礎(chǔ)埋深

山區(qū)地區(qū)基巖較淺且強(qiáng)度高，適合建設(shè)高層建筑，但基礎(chǔ)埋深受施工難度限制，不便加深，難以滿足1/15的要求，這時(shí)能否降低埋深呢？

首先明確，高層建筑設(shè)置埋深主要是為了防止在水平荷載下整體傾覆（關(guān)于水平荷載下建筑物的整體傾覆的計(jì)算詳見(jiàn)本書(shū)1.3.2），其次才是承載力和變形要求。顯然場(chǎng)地土越差，建筑物越易失穩(wěn)；水平荷載（風(fēng)荷載和地震作用）越大，建筑物越易失穩(wěn)。因此基礎(chǔ)埋置深度應(yīng)與場(chǎng)地土性質(zhì)和抗震設(shè)防烈度等指標(biāo)有關(guān)。

《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50007-201x第5.1.4條指出：在抗震設(shè)防區(qū)，天然（土質(zhì)）地基上的箱形和筏形基礎(chǔ)其埋置深度不宜小于建筑物高度的1/15；樁箱或樁筏基礎(chǔ)的埋置深度（不計(jì)樁長(zhǎng)）不宜小于建筑物高度的1/18。巖石地基的埋置深度僅需滿足抗滑要求。《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50007-201x第5.1.3條指出：位于巖石地基上的高層建筑，其基礎(chǔ)埋深應(yīng)滿足抗滑要求。

需要說(shuō)明的是，軟土地基抗傾覆能力弱，宜適當(dāng)加深埋置深度。

高層建筑無(wú)地下室，通?；A(chǔ)擱置在基巖上，如圖1.2-6，地震作用下，基底受到的水平力為νP，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)結(jié)構(gòu)剪重比ν=3~20%；基底產(chǎn)生的靜摩擦力為μP，巖石與混凝土之間的摩擦系數(shù)μ=40~75%；即使考慮整體滑移的穩(wěn)定系數(shù)為2~3，抗滑移也能滿足要求，故在抗震設(shè)防區(qū)（風(fēng)荷載不起控制的地區(qū)），基巖上的建筑物均不存在滑移失穩(wěn)問(wèn)題。1.2.3淤泥及淤泥質(zhì)土地基承載力

淤泥及淤泥質(zhì)土是指在靜水或非常緩慢的流水環(huán)境中沉積，并經(jīng)生物化學(xué)作用形成的軟黏性土。其沉積環(huán)境在沿海地區(qū)為濱海相、泄湖相、溺谷相和三角洲相，在內(nèi)陸平原和山區(qū)則以湖、塘相為代表。

上世紀(jì)70年代統(tǒng)計(jì)的全國(guó)各地的淤泥和淤泥質(zhì)土的飽和度平均值如表1.2-1。

淤泥及淤泥質(zhì)土飽和度一般大于90%，天然含水量與天然孔隙比大致呈直線關(guān)系。W=36.668e-0.982，相關(guān)系數(shù)γ=0.9755。 其特征為：（1）天然含水量大于液限。（2）天然孔隙比大于1.5稱為淤泥；天然孔隙比大于1.0且小于1.5的稱為淤泥質(zhì)土。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，按照含水量得到的淤泥及淤泥質(zhì)土承載力設(shè)計(jì)地基基礎(chǔ)，單個(gè)條基的沉降則可達(dá)到95mm。對(duì)于整體建筑物，應(yīng)考慮條基壓力的相互影響，其可取的承載力僅為原取值的1/3。如果按照經(jīng)驗(yàn)值設(shè)計(jì)基礎(chǔ)寬度，那么其實(shí)際沉降量將遠(yuǎn)大于100mm，一般均達(dá)到20~30cm，已為近數(shù)十年軟土場(chǎng)地建筑物沉降觀測(cè)所證實(shí)。1.2.4福建某住宅工程

高有潮在“軟基上住宅建筑的不均勻沉降”一文（巖土工程學(xué)報(bào)，1991年7月，第13卷第4期）中報(bào)道了福州火電廠軟基上住宅工程的沉降觀測(cè)資料，該場(chǎng)地表層為0.6~1.2m的可塑粘土層,含水量為30.4%。其下為9~14m厚的淤泥層,含水量為67.9%~80.7%。淤泥層以下為可塑至硬塑的輕亞粘土層，具體如表1.2-4。建筑平面如圖1.2-7。建筑總沉降與傾斜見(jiàn)表1.2-5。建筑平面表1.2-4表1.2-51.2.5湛江某倉(cāng)庫(kù)

湛江某單層排架倉(cāng)庫(kù)，建于上世紀(jì)80年代，橫向跨度21m，縱向跨度6m，柱高9m。該場(chǎng)地表層為15~18m的淤泥質(zhì)粘土層，含水量為60%~75%，原地勘提供的承載力特征值為60kPa，其下為中風(fēng)化基巖。采用預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)，兩樁承臺(tái)。使用中，堆載控制在60kPa以內(nèi)，如圖1.2-8（a）。

使用約5年后，地面即下沉約1m。由于管樁持力層置于中風(fēng)化基巖上，柱未見(jiàn)沉降?？梢?jiàn)樁基礎(chǔ)有效保障了結(jié)構(gòu)物的安全。隨后將地面填平，繼續(xù)使用。再過(guò)約5年，地面仍見(jiàn)約1m沉降，如此往復(fù)，持續(xù)20余年仍未見(jiàn)穩(wěn)定，如圖1.2-8（b）。1.3地基土承載力與強(qiáng)度指標(biāo)的關(guān)系使用公式時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題：（1）公式來(lái)源于條形基礎(chǔ)，但用于矩形基礎(chǔ)時(shí)是偏于安全的。由于理論公式是按均布荷載推導(dǎo)，因此荷載偏心不宜過(guò)大，一般規(guī)定偏心距e<0.033B，這在獨(dú)棟住宅結(jié)構(gòu)中較易滿足。（2）公式推導(dǎo)中假定k0=1.0與實(shí)際不符，但使問(wèn)題得以簡(jiǎn)化；計(jì)算臨界荷載p1/4,p1/3時(shí)土中已出現(xiàn)塑性區(qū)，此時(shí)仍按彈性理論計(jì)算土中應(yīng)力，在理論上是矛盾的。為避免實(shí)際承載力與計(jì)算承載力差別過(guò)大，利用已有載荷試驗(yàn)進(jìn)行核算。（3）對(duì)于砂類土的承載力，內(nèi)聚力c為零，其承載力大小取決于砂土的內(nèi)摩擦角，由于塑性荷載理論公式中Mb值隨內(nèi)摩擦角增加變化較小，當(dāng)基礎(chǔ)寬度較小，埋深較淺時(shí)，塑性荷載比載荷試驗(yàn)比例界限壓力值偏低較多。例如，當(dāng)

k=40°，基礎(chǔ)寬度為1m，埋深1m時(shí)，p1/4=266kPa，而載荷試驗(yàn)則大于400kPa。因此根據(jù)載荷試驗(yàn)數(shù)據(jù)，將

k=24°~40°，對(duì)應(yīng)的Mb調(diào)整為0.8~5.8，提高系數(shù)為1.11~2.35。（4）基礎(chǔ)寬度b較大時(shí)，公式計(jì)算值較經(jīng)驗(yàn)值偏大，因此規(guī)定b>6m時(shí)取b=6m計(jì)算。（5）基礎(chǔ)寬度b較小時(shí)，公式計(jì)算值較經(jīng)驗(yàn)值偏小，對(duì)于砂土尤其偏小過(guò)大，因此規(guī)定對(duì)于砂土b<3m時(shí)取b=3m計(jì)算。（6）

＝0時(shí)b的變化對(duì)p1/4

、p1/3沒(méi)有影響，即承載力沒(méi)有寬度修正。1.4地下水對(duì)地基土承載力的影響地下水對(duì)淺基礎(chǔ)承載力的影響，通常有兩種可能性。（一）沉沒(méi)在水下的土將失去由毛細(xì)管應(yīng)力或弱結(jié)合力所形成的表觀粘聚力，使承載力降低；（二）由于水的浮力使土的有效重度降低從而降低土的承載力。1.4.1浮容重地下水位的影響有4種情況，見(jiàn)下圖。(a)當(dāng)?shù)叵滤惶幱谒_定的基底最大影響深度Zmax以下時(shí)，則不考慮地下水的影響。(b)當(dāng)?shù)叵滤唤橛诨着cZmax之間時(shí)，則在Zmax以上取有效重度。(c)當(dāng)?shù)叵滤唤橛诨讜r(shí)，分取有效重度和天然重度。(d)當(dāng)?shù)叵滤唤橛诨滓陨蠒r(shí)，分取有效重度。1.4.2水穩(wěn)定性

土的水穩(wěn)定性在土質(zhì)學(xué)中包含的范圍很廣。（1）稍密的很濕到狀態(tài)的飽和粉砂、細(xì)砂，地下水與土粒之間的相互作用，使得土粒間粘結(jié)力削弱，從而降低其強(qiáng)度。故其水穩(wěn)性很差，當(dāng)其處于地下水位以下時(shí)承載力很低，利用其作為天然地基容易發(fā)生問(wèn)題，不能回避時(shí)，作為直接持力層應(yīng)重視。涿州某工程，CFG樁施工完成后，露天擱置；附近水管爆裂粉砂被水浸泡，承載力急速降低。（2）填土因水作用其強(qiáng)度和變形模量發(fā)生顯著變化。通過(guò)浸水與不浸水試驗(yàn)對(duì)比表明，浸水使填土的力學(xué)指標(biāo)下降，特別在含水量和密實(shí)度較低時(shí)，其下降幅度更為明顯。

當(dāng)密實(shí)度逐漸增高，含水量雖然不同，其變形模量的降低值也逐漸減小，最后趨近于零，即變形模量不因浸水而下降。這說(shuō)明填土的水穩(wěn)性與滲透性有關(guān)。隨著填土密實(shí)度增加，其透水性明顯減小，從而提高填土的水穩(wěn)性。這一結(jié)論對(duì)稍密的粉砂同樣適用。（3）泥巖。泥巖中的礦物顆粒在水的作用下，顆粒間的連結(jié)將逐漸破壞，使水分進(jìn)入層狀顆粒之間，從而在巖石內(nèi)部產(chǎn)生不均勻內(nèi)應(yīng)力以及大量的微孔隙。這些微孔隙的出現(xiàn)及其吸附效應(yīng)的影響，進(jìn)一步破壞了巖石的內(nèi)部結(jié)構(gòu)體系，使泥巖在宏觀上產(chǎn)生軟化崩解的現(xiàn)象。（4）粘土質(zhì)膠結(jié)粉砂巖崩解軟化：該類巖石處于水飽和狀態(tài)時(shí)的孔隙體積和孔隙表面積均將大幅增加，可能大孔徑孔隙的增加和巖石致密程度的下降是粘土質(zhì)膠結(jié)粉砂巖遇水崩解軟化的主要原因。（5）砂巖。風(fēng)化后的砂巖遇水崩解，顆粒間的連結(jié)被破壞而生成砂土，隨著含水量增加及崩解的發(fā)展，可能生成粉土；如果自然條件繼續(xù)保持高含水量，那么可能生成黏性土。

對(duì)于（3）~（5）遇水宜軟化的基巖，施工期間應(yīng)防止水體與基巖接觸。當(dāng)基巖遭遇自然補(bǔ)給的水體，在表層形成薄層黏性土，阻止水體繼續(xù)與基巖作用，保護(hù)基巖的力學(xué)性能，使其仍然能發(fā)揮天然濕度下的性能。

在合適的壓力、溫度和水文等條件下，即使是淤泥也可以轉(zhuǎn)化為巖石；反之，巖石也可以轉(zhuǎn)化為淤泥。工程設(shè)計(jì)面對(duì)的巖土在數(shù)百年時(shí)間里，顯然難以經(jīng)歷巨大的壓力和溫度變化，但是經(jīng)歷劇烈的水文變化是可能的，所以水對(duì)巖土性質(zhì)的影響不可忽視。

關(guān)于“淤泥可以轉(zhuǎn)化為巖石”是一種極端的巖土變性現(xiàn)象，表明土體在受壓情況下可能變硬，稱之為“土體壓硬性”，工程中也可應(yīng)用這一特性?！督ㄖ鼗A(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》第5.2.8條指出：對(duì)于沉降已經(jīng)穩(wěn)定的建筑或經(jīng)過(guò)預(yù)壓的地基，可適當(dāng)提高地基承載力。1.5各類地基的承載力比較

在豎向荷載作用下，建筑地基可選用：天然地基、剛性樁復(fù)合地基、復(fù)合樁基、樁基承載力。天然地基指荷載完全由淺層土體承擔(dān)，如圖1.5-1（a）。復(fù)合地基與復(fù)合樁基，在豎向荷載作用下其本質(zhì)是淺層土和深度土體，通過(guò)豎向增強(qiáng)構(gòu)件（素混凝土剛性樁或者加鋼筋籠的混凝土樁）的協(xié)調(diào)，一起發(fā)揮作用，如圖1.5-1（b）、（c）。

樁基指豎向荷載完全由基樁承擔(dān)，通過(guò)樁側(cè)摩阻力和樁端阻力傳遞到深層土體，如圖1.5-1（d）。表1.5-1給出各類地基承載力計(jì)算的系數(shù)范圍。比較這些計(jì)算式可以發(fā)現(xiàn)，淺層地基土的發(fā)揮率是其中的要點(diǎn)。剛性樁復(fù)合地基降低淺層土承載力發(fā)揮率，用CFG樁彌補(bǔ)承載力不足，這就表明，使用少量CFG樁不能提高地基承載力，可能會(huì)“降低”地基的“計(jì)算承載力”。對(duì)于粉砂、細(xì)砂（不包含很濕和飽和時(shí)的稍密狀態(tài)），ηb=2.0，ηd=3.0；中砂、粗砂、礫石和碎石土,ηb=3.0，ηd=4.4，采用CFG處理后按現(xiàn)有規(guī)范計(jì)算,ηb=0，ηd=1.0，“計(jì)算承載力”將嚴(yán)重偏低，為達(dá)到同等的承載力需要布置較多素混凝土樁。復(fù)合地基與復(fù)合樁基，是淺層土和深度土體一起發(fā)揮作用。當(dāng)淺層土體自身穩(wěn)定性較差，則不能參與協(xié)同作用，因此也不能“復(fù)合”。這樣的土體有：新近填土（未壓實(shí)）、欠固結(jié)土、液化土、濕陷性土、高靈敏度軟土、淤泥及淤泥質(zhì)土等。工程中應(yīng)避免在這類場(chǎng)地使用剛性樁復(fù)合地基。

據(jù)筆者統(tǒng)計(jì)，已有多個(gè)淤泥及淤泥質(zhì)土中的剛性樁復(fù)合地基項(xiàng)目，在施工中由于對(duì)土體擾動(dòng)后，使淤泥土產(chǎn)生流動(dòng)，從而推毀樁體，使得工程樁全部報(bào)廢。

在液化土中采用剛性樁復(fù)合地基，當(dāng)前也存在不少。地震中液化土失效，豎向荷載將全部由CFG樁承擔(dān)；此外液化土與非液化土界面處有水平位移突增現(xiàn)象，使得素混凝土樁承受極大強(qiáng)迫變形，從而宜導(dǎo)致破壞?，F(xiàn)有振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)表明即使非液化土中的CFG樁在大震下也不能保證處于彈性狀態(tài)，那么在液化土中破壞則難以避免。

在濕陷性土中采用剛性樁復(fù)合地基，也屢見(jiàn)不鮮。傳統(tǒng)的濕陷性地基土常采用淺層換填三七灰土（保留深層濕陷性土），并采取適當(dāng)?shù)模ㄓ薪M織）排水措施，可保障建筑物下地基土的水穩(wěn)性。隨著建筑物荷載增加，需要提高地基承載力。在諸多提高地基土承載力措施中，CFG樁并不能較好的達(dá)到這個(gè)目標(biāo)。CFG上覆砂石褥墊層，是良好透水層，使?jié)裣菪酝翗O易遭遇降水而濕陷。濕陷后的土體不僅不能提供土反力，更不利的是反而要對(duì)樁體產(chǎn)生負(fù)摩阻力，使得樁體承受更大的荷載，其結(jié)果（1）樁體壓碎；（2）建筑物沉降加大，局部濕陷嚴(yán)重則差異沉降較大。在欠固結(jié)土中采用強(qiáng)夯置換復(fù)合地基，也常被推薦。需要強(qiáng)調(diào)的是，強(qiáng)夯應(yīng)首先解決土體的欠固結(jié)性質(zhì)，然后才能通過(guò)置換提高其承載力；如果僅僅在夯坑位置強(qiáng)夯，并未對(duì)整個(gè)場(chǎng)地范圍內(nèi)的欠固結(jié)土進(jìn)行加固，置換后的樁間土體仍然欠固結(jié)，那么“復(fù)合地基”的承載力是不可靠的，圖1.5-2為某工程強(qiáng)夯漏夯引發(fā)的墻體傾斜和局部開(kāi)裂。1.6地基土承載力與地基沉降變形的統(tǒng)一性

土力學(xué)中理論上對(duì)建筑物地基設(shè)計(jì)的有兩個(gè)基本要求：

（1）：整體穩(wěn)定要求：荷載p0小于地基承載力fa，而地基承載力fa與土的強(qiáng)度(c、Φ)有關(guān)

；平整場(chǎng)地上的整體穩(wěn)定即為地基承載力問(wèn)題；而邊坡、擋墻和基坑的整體穩(wěn)定則為抗滑移問(wèn)題。二者在機(jī)理上一致。

（2）沉降變形要求：沉降變形s小于“保障建筑物安全使用的”允許值[s]，與土的壓縮性有關(guān)，當(dāng)前多用用分層總和法計(jì)算沉降。

在早期（1970~2000年）工程實(shí)踐中，考慮到沉降計(jì)算較為復(fù)雜，如果所有工程都進(jìn)行沉降計(jì)算，則可能給工程師帶來(lái)較多工作量，因此在一定程度上賦予地基承載力特征值fak雙重含義，一方面地基土不至于失穩(wěn)破壞，再者建筑物沉降不至于過(guò)大。經(jīng)過(guò)多年實(shí)踐表明，這個(gè)做法基本合適。但是在“結(jié)構(gòu)性軟土”（淤泥及淤泥質(zhì)土）場(chǎng)地，沉降過(guò)大。

多年地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)及沉降觀測(cè)實(shí)踐表明，按承載力計(jì)算主導(dǎo)地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)可能導(dǎo)致某些性質(zhì)較好的地基土過(guò)于保守，而對(duì)性質(zhì)較差的地基土則偏于不安全；此外按地基土承載力進(jìn)行設(shè)計(jì)基礎(chǔ)的方法，不能解決差異沉降的有關(guān)問(wèn)題，比如在同一建筑物下基礎(chǔ)置于性質(zhì)不同的地基土上，那么按承載力計(jì)算其基礎(chǔ)尺寸不同，表面上看來(lái)承載力低的土其基礎(chǔ)面積增加，可能沉降會(huì)稍小，實(shí)際上其沉降仍然可能偏大。

當(dāng)前對(duì)于工程師而言沉降計(jì)算過(guò)程并不復(fù)雜，因此筆者建議工程設(shè)計(jì)中應(yīng)以總沉降計(jì)算和差異沉降分析為主，這樣能更好的發(fā)揮某些好土質(zhì)的潛力，同時(shí)通過(guò)沉降計(jì)算也能發(fā)現(xiàn)在軟土中沉降過(guò)大從而避免將基礎(chǔ)擱置于軟土或填土上；經(jīng)過(guò)實(shí)踐、然后再總結(jié)的過(guò)程，對(duì)于建筑物的差異沉降工程師也能積累經(jīng)驗(yàn)，以便做出更好的地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。為達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，需要進(jìn)行更多的建筑沉降觀測(cè)以積累資料，便于進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)分析。因此地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)可按下列次序進(jìn)行：

（1）建筑物應(yīng)符合地基變形規(guī)定要求，軟弱地基（可理解為淤泥及淤泥質(zhì)土和一般黏性土）中應(yīng)重點(diǎn)驗(yàn)算。

（2）建筑物宜符合地基承載力要求。

（3）經(jīng)常受水平荷載作用的高層建筑、高聳結(jié)構(gòu)和擋土墻等，以及建造在斜坡上或邊坡附近的建筑物和構(gòu)筑物、基坑工程等應(yīng)驗(yàn)算其穩(wěn)定性。1.8某工程實(shí)例總結(jié) 1）對(duì)于有深厚流塑狀淤泥及淤泥質(zhì)土的場(chǎng)地，按傳統(tǒng)方法取的地基土承載力特征值fak與荷載平衡來(lái)計(jì)算基礎(chǔ)尺寸，附加壓力往往過(guò)大，導(dǎo)致沉降過(guò)大且不易穩(wěn)定，有資料表明某些場(chǎng)地在20年間處在不斷沉降過(guò)程中，因此這類場(chǎng)地不宜用地基土承載力指標(biāo)計(jì)算基礎(chǔ)尺寸。 2）深厚淤泥土中建筑物的沉降規(guī)律較為復(fù)雜，除了與淤泥土自身性質(zhì)相關(guān)外，還和加載速度相關(guān)?，F(xiàn)有沉降觀測(cè)資料表明，流塑狀淤泥及淤泥質(zhì)土的實(shí)測(cè)沉降往往極大。這說(shuō)明，按壓縮模量Es計(jì)算的沉降不能反應(yīng)其塑變性質(zhì)，而這可能正是流塑狀淤泥及淤泥質(zhì)土產(chǎn)生變形的主要方面。因此，這類場(chǎng)地應(yīng)按沉降控制設(shè)計(jì)地基基礎(chǔ)。當(dāng)采用天然地基時(shí)應(yīng)計(jì)入較大的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，如可取2~2.5。 3）若采用復(fù)合地基或樁基礎(chǔ)方案，應(yīng)將豎向增強(qiáng)體穿透流塑狀淤泥及淤泥質(zhì)土，以減小建筑物沉降。樁基礎(chǔ)可按減沉復(fù)合疏樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，在保障安全前提下可獲得較好的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。 4）流塑狀淤泥及淤泥質(zhì)土，通常天然含水量WS均大于液限含水量WL，液性指數(shù)IL大于0.75，在地震中宜震陷，因此不應(yīng)將淤泥及淤泥質(zhì)土作為天然地基持力層，故地基抗震承載力調(diào)整系數(shù)

a對(duì)淤泥及淤泥質(zhì)土也無(wú)意義。1.8某工程實(shí)例總結(jié) 1）對(duì)于有深厚流塑狀淤泥及淤泥質(zhì)土的場(chǎng)地，按傳統(tǒng)方法取的地基土承載力特征值fak與荷載平衡來(lái)計(jì)算基礎(chǔ)尺寸，附加壓力往往過(guò)大，導(dǎo)致沉降過(guò)大且不易穩(wěn)定，有資料表明某些場(chǎng)地在20年間處在不斷沉降過(guò)程中，因此這類場(chǎng)地不宜用地基土承載力指標(biāo)計(jì)算基礎(chǔ)尺寸。 2）深厚淤泥土中建筑物的沉降規(guī)律較為復(fù)雜，除了與淤泥土自身性質(zhì)相關(guān)外，還和加載速度相關(guān)?，F(xiàn)有沉降觀測(cè)資料表明，流塑狀淤泥及淤泥質(zhì)土的實(shí)測(cè)沉降往往極大。這說(shuō)明，按壓縮模量Es計(jì)算的沉降不能反應(yīng)其塑變性質(zhì)，而這可能正是流塑狀淤泥及淤泥質(zhì)土產(chǎn)生變形的主要方面。因此，這類場(chǎng)地應(yīng)按沉降控制設(shè)計(jì)地基基礎(chǔ)。當(dāng)采用天然地基時(shí)應(yīng)計(jì)入較大的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，如可取2~2.5。 3）若采用復(fù)合地基或樁基礎(chǔ)方案，應(yīng)將豎向增強(qiáng)體穿透流塑狀淤泥及淤泥質(zhì)土，以減小建筑物沉降。樁基礎(chǔ)可按減沉復(fù)合疏樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，在保障安全前提下可獲得較好的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。 4）流塑狀淤泥及淤泥質(zhì)土，通常天然含水量WS均大于液限含水量WL，液性指數(shù)IL大于0.75，在地震中宜震陷，因此不應(yīng)將淤泥及淤泥質(zhì)土作為天然地基持力層，故地基抗震承載力調(diào)整系數(shù)

a對(duì)淤泥及淤泥質(zhì)土也無(wú)意義。第2章

建筑物地基變形控制

地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，從根本上來(lái)說(shuō)應(yīng)該是關(guān)于地基的變形設(shè)計(jì)，或者說(shuō)是變形控制。當(dāng)然，工程師普遍關(guān)注的“地基承載力”驗(yàn)算，應(yīng)作為前提性的條件。

從整體傾覆的建（構(gòu)）筑物事故看，地基強(qiáng)度失效集中在淤泥及淤泥質(zhì)土場(chǎng)地中，且荷載遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)地基臨界荷載p1/4，當(dāng)前按地基土臨界荷載p1/4計(jì)算出基礎(chǔ)尺寸后，已避免了地基土強(qiáng)度失效的可能，因此工程師關(guān)注的重心應(yīng)是建筑物沉降變形。

再者，上部結(jié)構(gòu)對(duì)地基的核心要求是“滿足上部結(jié)構(gòu)安全和正常使用的變形”，變形限值大體上分為兩類：一是平均（絕對(duì)）沉降，按目前對(duì)地基最終總沉降的控制水平，[s]max=200mm，在這個(gè)前提下，地基整體失效概率極低；二是沉降差，對(duì)于不同建筑物，沉降差體現(xiàn)為局部?jī)A斜、相鄰柱基沉降差、整體傾斜，在局部?jī)A斜、相鄰柱基沉降差的變形限定值條件下，在統(tǒng)計(jì)意義上，上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生可承受的較小次內(nèi)力，不至于產(chǎn)生局部破壞，而整體傾斜并不產(chǎn)生結(jié)構(gòu)次內(nèi)力。

控制了地基變形，一方面能保障地基不致整體失穩(wěn)，另一方面也能保障建筑物正常使用。不管是天然地基、復(fù)合地基還是復(fù)合樁基、常規(guī)樁基，只要能較為合理的控制（不是“計(jì)算”）地基變形，那么“按地基變形設(shè)計(jì)”較“按地基承載力設(shè)計(jì)”更為合理。2.1地基沉降？還是基礎(chǔ)沉降？

基礎(chǔ)擱置與地基上，二者變形必然協(xié)調(diào)。但分別從巖土工程和結(jié)構(gòu)工程角度來(lái)看，卻又有些不同。（b）深埋基礎(chǔ)（a）淺埋基礎(chǔ)2.2允許變形值指標(biāo)的含義

規(guī)范給出建構(gòu)筑物在各類土上的【地基允許變形值】，實(shí)際為【建筑允許變形值】而非極限值，例如20m的高聳結(jié)構(gòu)，其傾斜超過(guò)允許傾斜0.008時(shí)，并不代表著會(huì)整體傾覆，實(shí)際上某些構(gòu)筑物傾斜達(dá)0.03仍未傾覆，但給使用造成了困難，直觀上感覺(jué)危險(xiǎn)。

在進(jìn)行地基變形計(jì)算時(shí)，應(yīng)使變形計(jì)算值不超過(guò)地基允許變形值，以確保建筑物的正常使用及設(shè)備的正常運(yùn)行。如變形計(jì)算值超過(guò)地基允許變形值時(shí)，一般應(yīng)采取有效措施，如：當(dāng)相鄰荷載影響較大時(shí)應(yīng)拉開(kāi)相鄰建筑物的距離；增強(qiáng)建筑物剛度；進(jìn)行地基處理；采用樁基礎(chǔ)等。

由于不同建筑物的使用功能不同，其整體抗彎剛度也有較大區(qū)別，因此對(duì)變形指標(biāo)的需求也不同。如工業(yè)建筑中的單層排架廠房，為保證吊車(chē)能正常使用，對(duì)相鄰柱之間的沉降差要求很高，因此以此為控制指標(biāo)。

煙囪、水塔等高聳構(gòu)筑物，自身抗彎剛度極大，應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件和荷載特征，以平均（絕對(duì)）沉降值和傾斜度指標(biāo)控制，一般情況下以平均（絕對(duì)）沉降值控制。

油罐、糧倉(cāng)等構(gòu)筑物，因直徑多達(dá)30~80m，基礎(chǔ)底板抗彎剛度較差，較為符合柔性基礎(chǔ)板特征，按角點(diǎn)法計(jì)算中心沉降和邊角沉降，可得到中點(diǎn)和角點(diǎn)較大的沉降差，在軟土場(chǎng)地，沉降差可達(dá)30~40cm，因此軟土場(chǎng)地的這類構(gòu)筑物應(yīng)以控制沉降差異為主。由于這類結(jié)構(gòu)的沉降差不會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生次內(nèi)力，因此允許沉降差可適當(dāng)加大至0.005l，但應(yīng)使得基礎(chǔ)筏板不至于開(kāi)裂滲漏。如民用建筑中的砌體結(jié)構(gòu)，荷載不大但自身整體抗彎剛度較大，一般不宜破壞，因此多數(shù)情況控制平均沉降即可；僅在地質(zhì)條件有突變的情況下，為防止局部損壞，對(duì)局部沉降差要嚴(yán)格控制。

對(duì)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的高層建筑，本身剛度極大，一般僅控制平均沉降量，僅在場(chǎng)地土不均勻或者風(fēng)荷載極大時(shí)，才需要控制整體傾斜。

框架結(jié)構(gòu)常為多層，荷載不大但整體抗彎剛度較小，相鄰柱沉降差過(guò)大時(shí)可能在超靜定結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生較大次內(nèi)力，因此控制相鄰柱傾斜率是重點(diǎn)。不過(guò)實(shí)測(cè)表明除非至于軟弱土中的框架結(jié)構(gòu)，否則差異沉降均小于0.002l。近些年廣泛應(yīng)用的框架—剪力墻結(jié)構(gòu)、框架—核心筒結(jié)構(gòu)，其重點(diǎn)是控制相鄰柱（墻）之間的差異沉降，以減小結(jié)構(gòu)次內(nèi)力。由于這類結(jié)構(gòu)常常高達(dá)100m，相鄰（墻）沉降差往往過(guò)大而導(dǎo)致基礎(chǔ)底板開(kāi)裂滲水，此時(shí)無(wú)法提高結(jié)構(gòu)整體抗彎能力，基礎(chǔ)底板抗彎能力亦有限，而樁基礎(chǔ)在控制沉降差方面則具有天然優(yōu)勢(shì)，因此此類結(jié)構(gòu)常采用樁基礎(chǔ)。（1）民用高層建筑允許平均沉降值

建筑物損壞的主要原因是由于建筑物的沉降差造成，而平均沉降不能確切反映這種特征。如建筑物在軟硬地基交界處或荷載相差懸殊時(shí)，其沉降差往往最大，盡管此時(shí)整個(gè)建筑物的平均沉降不是很大，建筑物很可能在該處損壞。相反有的建筑物平均沉降很大但沉降均勻，建筑物仍為損壞并正常工作。另外，同一建筑物在不用地基上的沉降值又有很大差別，這是由于堅(jiān)硬土和軟弱土的特性不同決定的。

采用[允許平均沉降值]，是考慮到設(shè)備管線需要穿過(guò)建筑外墻進(jìn)入室內(nèi)，如果建筑物沉降過(guò)大，管線可能損壞。各類管線都是生活中不可或缺的，因此應(yīng)得到確實(shí)的保障。此外軟土地區(qū)建筑物沉降過(guò)大，可能造成散水倒傾，室內(nèi)外高差偏小時(shí)，雨水可能入室，不便于使用。因此對(duì)于民用高層建筑提出平均沉降量限值為[200mm]。（2）允許絕對(duì)沉降值

對(duì)多層磚石結(jié)構(gòu)或多層框架結(jié)構(gòu)，用絕對(duì)沉降值亦不可能作為合理的控制指標(biāo)。但是對(duì)于建造在比較均勻地基上的單排排架結(jié)構(gòu)，由于吊車(chē)荷載占總荷載比例大，設(shè)計(jì)時(shí)也難以估計(jì)相鄰兩柱之吊車(chē)荷載的差異，這樣也難以預(yù)估相鄰柱基的沉降差。此時(shí)，用[允許絕對(duì)沉降值]作為控制指標(biāo)，通過(guò)實(shí)測(cè)統(tǒng)計(jì)來(lái)獲得與沉降差的相關(guān)關(guān)系，從而在統(tǒng)計(jì)經(jīng)驗(yàn)上達(dá)到控制沉降差的目標(biāo)。顯然，在不同地基土上其指標(biāo)會(huì)不同。如果要嚴(yán)格控制沉降差，那么則可通過(guò)嚴(yán)格控制單柱獨(dú)立的絕對(duì)沉降來(lái)實(shí)現(xiàn)。

因此對(duì)于柱距為6m的單層排架結(jié)構(gòu)柱基的沉降量，在中、低壓縮性土中，宜控制在120mm以內(nèi)；在高壓縮性土中，宜控制在200mm以內(nèi)。實(shí)際上當(dāng)前設(shè)計(jì)在高壓縮性土中的地基，常采用樁基礎(chǔ)。（3）單層排架結(jié)構(gòu)的允許沉降差

單層排架結(jié)構(gòu)沉降差主要取決于是否影響吊車(chē)的使用。吊車(chē)使用期間可能產(chǎn)生較大差異沉降，某些設(shè)計(jì)時(shí)考慮了吊車(chē)軌道調(diào)整，某些設(shè)計(jì)則考慮吊車(chē)軌道不調(diào)整，兩種情況對(duì)排架柱差異沉降的要求極為不同，規(guī)范考慮最不利工況即不調(diào)整軌道，提出橋式吊車(chē)軌面的傾斜率限值在縱向?yàn)閇0.004]，橫向?yàn)閇0.003]。（4）砌體結(jié)構(gòu)允許局部?jī)A斜度

這是局部性損壞類型。例如，由于地基不均勻，局部荷載過(guò)大；或體型復(fù)雜或局部堆載等因素而引起的結(jié)構(gòu)性損壞屬于這種類型，此時(shí)依靠結(jié)構(gòu)剛度來(lái)調(diào)整差異沉降，效果并不明顯。因此有必要從設(shè)計(jì)上開(kāi)始控制。由于影響范圍僅僅是建筑物的一部分，所以定名為局部?jī)A斜。局部?jī)A斜可用兩點(diǎn)之間沉降差來(lái)控制，沉降差是指兩點(diǎn)之間的變形計(jì)算值，其長(zhǎng)度一般取6~10m。在低壓縮性土地區(qū)收集到27棟4~5層的多層磚石承重結(jié)構(gòu)的沉降觀測(cè)資料，全部未見(jiàn)開(kāi)裂，最大局部?jī)A斜在0.0017以內(nèi)。

在中壓縮性土地區(qū)收集到34棟多層磚石承重結(jié)構(gòu)的沉降觀測(cè)資料，沒(méi)有開(kāi)裂的有30棟，其中26棟最大局部?jī)A斜小于0.0025；已經(jīng)開(kāi)裂的有4棟，其中2棟的最大局部?jī)A斜為0.002，其他2棟則大于此數(shù)。

因此在中、低壓縮性土上的多層磚石承重結(jié)構(gòu)地基允許局部?jī)A斜定為0.002。

在高壓縮性土地區(qū)收集到43棟多層磚石承重結(jié)構(gòu)的沉降觀測(cè)資料，建筑物沒(méi)有開(kāi)裂的有30棟，其中有25棟的最大局部?jī)A斜≤0.004，占未開(kāi)裂的83%；開(kāi)裂的有13棟，其中僅有一棟最大局部?jī)A斜為0.0018（微裂）其余12棟的最大局部?jī)A斜大于0.00375，考慮一定的安全度，允許局部?jī)A斜定為0.003。

雖然提出了控制指標(biāo)，但計(jì)算局部?jī)A斜相當(dāng)困難，不過(guò)這并不影響工程建設(shè)。在中、低壓縮性土上建造砌體結(jié)構(gòu)，總沉降較低沉降差也較小，從觀測(cè)資料看，局部?jī)A斜造成的砌體結(jié)構(gòu)開(kāi)裂極少；在高壓縮性土地區(qū)建造砌體結(jié)構(gòu)，按現(xiàn)在建設(shè)質(zhì)量的要求，當(dāng)軟土較薄時(shí)進(jìn)行地基處理，軟土較厚時(shí)則用樁基礎(chǔ)，即使局部有土層厚薄不均的情況也處理的較為均勻了，此時(shí)難以發(fā)生建筑物局部?jī)A斜的情況。

事實(shí)上，建筑物能承受的沉降差與建筑物強(qiáng)度密切相關(guān)。近些年建設(shè)的砌體結(jié)構(gòu)，大量設(shè)置圈梁和構(gòu)造柱，對(duì)局部?jī)A斜的承受能力大大提高；同時(shí)在存在局部土層較大差異的場(chǎng)地常用樁基礎(chǔ)，安全度得到極大提高。（5）高層建筑、高聳構(gòu)筑物（煙囪、水塔等等）的[允許平均沉降值]和[整體傾斜]

對(duì)于一般的高聳構(gòu)筑物，其自身整體抗彎剛度極大，允許變形主要考慮的是確定構(gòu)筑物整體穩(wěn)定。當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件復(fù)雜且不均勻時(shí)，以及在軟弱場(chǎng)地必須考慮相鄰建筑物影響和風(fēng)荷載作用時(shí)，應(yīng)將整體傾斜值作為控制指標(biāo)。一般情況下，只要控制其平均沉降值即可。

對(duì)收集到的73座不同類型的高聳構(gòu)筑物的沉降資料統(tǒng)計(jì)分析，根據(jù)其規(guī)模大小分別定出不同的地基允許變形值。

在堅(jiān)硬地基（fak>300kPa）地區(qū)收集21座高聳構(gòu)筑物的沉降觀測(cè)資料，其中有90~120m高煙囪12座，高爐、熱風(fēng)爐7座，水泥塔、煤塔各1座。由于土質(zhì)很好，地基變形很小，平均沉降最大為26mm，一般為10mm左右。最大傾斜為0.1~2.0‰，構(gòu)筑物未見(jiàn)損壞，所以認(rèn)為建造在此類土上的高聳構(gòu)筑物可不做變形驗(yàn)算。低壓縮性土地區(qū)共有10座高聳構(gòu)筑物沉降觀測(cè)資料，其中30~100m高的煙囪8座，水泥塔、谷倉(cāng)各1座。均在正常使用，其中最大平均沉降為27mm，最大傾斜為0.0011。

高壓縮性土地區(qū)共有35座高聳構(gòu)筑物沉降觀測(cè)資料，其中18~50m高的煙囪9座，25~30m高的水塔2座，高10~13m容量1000~3000m3的鋼油罐24座，均在正常使用。其中變形最大的一座是50m高煙囪平均沉降達(dá)285mm，最大傾斜達(dá)0.006，24座鋼油罐平均沉降430~700mm，最大傾斜多在0.007~0.010左右，個(gè)別達(dá)0.0191。

對(duì)于高度大于100m的煙囪，當(dāng)傾斜過(guò)大時(shí)將在煙囪筒身產(chǎn)生過(guò)大附加彎矩，因此隨著高度增加，其允許傾斜值應(yīng)減小。

高爐的地基允許變形值，應(yīng)視爐頂結(jié)構(gòu)情況，主要控制基礎(chǔ)的傾斜或者平均沉降，以保證高爐正常生產(chǎn)。從10份資料看，基礎(chǔ)最大傾斜為0.0014。一般情況下影響高爐生產(chǎn)使用的是生產(chǎn)期間的基礎(chǔ)傾斜，但不易正確計(jì)算，所以仍用總的基礎(chǔ)傾斜來(lái)控制，其限值為[0.0015]。

對(duì)于高層建筑，為控制基礎(chǔ)傾斜不致產(chǎn)生過(guò)大傾覆彎矩，提出相應(yīng)限制。（6）相對(duì)彎曲

在均勻地層上，長(zhǎng)矩形平面的磚石結(jié)構(gòu)房屋，在荷載分布較為均勻的情況下，將產(chǎn)生彎曲變形，通常用相對(duì)彎曲來(lái)表示，即是：彎曲部分矢高f與弦長(zhǎng)L之比，如圖2.2-2。在地基土正常壓縮情況下，房屋相對(duì)彎曲多是正向；在地基不均勻或上部結(jié)構(gòu)嚴(yán)重偏心的情況下，可能反向。

磚砌體相對(duì)彎曲允許值，一般取0.5~0.7‰；但有鋼筋混凝土圈梁的砌體結(jié)構(gòu)有達(dá)到1.2‰而未見(jiàn)裂縫。早期一般不將“相對(duì)彎曲”作為控制指標(biāo)，這是因?yàn)椋?/p>

（1）相對(duì)彎曲計(jì)算應(yīng)考慮上部結(jié)構(gòu)的共同作用，而當(dāng)前這一課題還極為復(fù)雜；即使采用考慮結(jié)構(gòu)—基礎(chǔ)—地基的電算程序，其精確度也取決于地基土參數(shù)的精度，此外地基土模型的選取對(duì)計(jì)算精度和速度影響極大。最后這些參數(shù)需要靠大量實(shí)測(cè)資料統(tǒng)計(jì)回歸來(lái)驗(yàn)證。

（2）場(chǎng)地土不均勻，變形計(jì)算更為復(fù)雜。

工程上更為實(shí)際的做法是對(duì)于框架結(jié)構(gòu)，在統(tǒng)計(jì)意義上建立某種性質(zhì)場(chǎng)地土上總沉降和差異沉降之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，在設(shè)計(jì)中通過(guò)控制總沉降來(lái)控制“相對(duì)彎曲”或者稱為“傾斜率”。如美國(guó)有關(guān)專家提出關(guān)系如表2.2-1：

意即：在預(yù)估總沉降量不超過(guò)50mm時(shí)，可將相鄰柱差異沉降量取為20mm，以此計(jì)算上部結(jié)構(gòu)梁產(chǎn)生的次內(nèi)力。而如果用擴(kuò)展基礎(chǔ)基礎(chǔ)，為了達(dá)到同樣的20mm的沉降差，那么總沉降量就要控制到25mm，顯然此要求很高。

隨著帶裙房高層建筑興起，建筑物主樓內(nèi)部沉降差限值、主樓外排柱與裙房相鄰主樓第一排柱沉降差限值、裙房框架柱之前沉降差限值成為重點(diǎn)。有工程師提出：帶裙房的高層建筑下的大面積整體筏形基礎(chǔ)，其主樓下筏板的整體撓度值不應(yīng)大于1.0‰，主樓與相鄰的裙房柱的差異沉降不應(yīng)大于1‰，裙房柱間的差異沉降不應(yīng)大于2‰。實(shí)際情況如前所述，這種沉降差限值計(jì)算中，必然考慮上部結(jié)構(gòu)-地基基礎(chǔ)共同作用。不過(guò)即使用“共同作用”分析軟件，其中的誤差也較這些數(shù)值大。2.3建筑物沉降變形的控制

產(chǎn)生沉降差較大的主要原因：

通過(guò)對(duì)上面的沉降觀測(cè)資料的回顧和總結(jié)，可以發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生沉降差較大的原因主要有兩個(gè)：（1）建筑物位于高壓縮性土上。上世紀(jì)80年代以前，眾多建筑物建造于淤泥及淤泥質(zhì)土上，使得總沉降極大，相應(yīng)的差異沉降也極大，同時(shí)相鄰建筑物之間的相互應(yīng)力疊加也加重了沉降差，從而導(dǎo)致各種不利于建筑物正常使用的沉降變形。隨著工程界對(duì)地基土認(rèn)識(shí)的加深，當(dāng)前工程師在此類軟土場(chǎng)地上，或者采用復(fù)合地基、或者采用減沉復(fù)合疏樁、或者采用樁基礎(chǔ)，在選擇合理的持力層前提下，都能控制住沉降差，從而解決這個(gè)問(wèn)題。（2）荷載差異。某些建筑物總層數(shù)不高甚至僅為多層建筑，但基礎(chǔ)至于淤泥與淤泥質(zhì)土上，相鄰建筑低2~3層，而建筑又連接成一個(gè)整體，因此導(dǎo)致連接處過(guò)大沉降差異，形成集中應(yīng)力而致使結(jié)構(gòu)損傷。當(dāng)前，這類地基首先選擇加固方案；再者上部結(jié)構(gòu)由于抗震需要常設(shè)置抗震縫，從而控制這類沉降差。

荷載差異引起的沉降差在框架—核心筒結(jié)構(gòu)中更為典型，因此控制這類結(jié)構(gòu)的沉降差是當(dāng)前的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。因此建筑物的沉降控制可以從以下三方面進(jìn)行控制：

（1）軟弱場(chǎng)地（淤泥及淤泥質(zhì)土和一般黏性土）應(yīng)進(jìn)行地基處理。

這類場(chǎng)地分為兩種，一種是表面有層硬殼層（厚度>3m）；另一種是基底直接就是淤泥及淤泥質(zhì)土。

表面有層硬殼層（厚度>3m）的情況：

多層（<6層）建筑且軟弱土層厚度小于10m時(shí)可用水泥土攪拌樁；多層建筑且軟弱土層厚度大于10m時(shí)可用減沉復(fù)合疏樁，樁體宜用實(shí)心混凝土預(yù)制樁，當(dāng)抗震設(shè)防烈度較低時(shí)可考慮采用直徑500~600的預(yù)應(yīng)力混凝土管樁。

小高層（6~10層）建筑可用減沉復(fù)合疏樁，樁體宜用實(shí)心混凝土預(yù)制樁，當(dāng)抗震設(shè)防烈度較低時(shí)可考慮采用直徑500~600的預(yù)應(yīng)力混凝土管樁。

高層建筑應(yīng)用常規(guī)樁基，全部荷載基樁承擔(dān)。

表面無(wú)硬殼層時(shí)，小高層（6~10層）建筑應(yīng)用常規(guī)樁基，全部荷載基樁承擔(dān)。

工業(yè)建筑可根據(jù)荷載換算為等效樓層，采取相應(yīng)措施。（2）中、低壓縮性土應(yīng)進(jìn)行最終總沉降驗(yàn)算。對(duì)于剛度較好的結(jié)構(gòu)，當(dāng)其最終總沉降控制在一定范圍內(nèi)時(shí)，可以認(rèn)為沉降差也得到相應(yīng)控制。當(dāng)前的沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)m=s實(shí)測(cè)/s計(jì)算，將各類結(jié)構(gòu)的沉降在同等意義上統(tǒng)計(jì)回歸，其中s實(shí)測(cè)的取用包含著這樣一個(gè)含義：基礎(chǔ)為一個(gè)剛度無(wú)限大的剛體。這是因?yàn)椋?/p>

對(duì)于框架結(jié)構(gòu)、廠房結(jié)構(gòu)，設(shè)置沉降觀測(cè)點(diǎn)的柱下獨(dú)立基礎(chǔ)為為剛體；

對(duì)于多層砌體結(jié)構(gòu)，設(shè)置沉降觀測(cè)點(diǎn)的墻體自身抗彎剛度極大。

對(duì)于高層建筑的鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)，自身抗彎剛度幾乎無(wú)限大。

煙囪、高爐等結(jié)構(gòu)自身抗彎剛度極大。

…………

統(tǒng)計(jì)回歸的沉降經(jīng)驗(yàn)系數(shù)m值總是假定基礎(chǔ)為剛性，其對(duì)應(yīng)與建筑物中的位置是“中心點(diǎn)”，因此用經(jīng)驗(yàn)公式僅能計(jì)算最終中心沉降，而用于計(jì)算角點(diǎn)沉降則在統(tǒng)計(jì)上沒(méi)有依據(jù)。（3）中、低壓縮性土中荷載差異極大的建筑，應(yīng)進(jìn)行樁基礎(chǔ)或地基處理的變剛度調(diào)整設(shè)計(jì)。這類建筑當(dāng)前主要是帶裙房高層或超高層，其主樓和裙房的荷載差異可達(dá)數(shù)倍，而主樓范圍內(nèi)的核心筒與邊框架柱下荷載差異仍可達(dá)3倍左右，使得未經(jīng)特殊設(shè)計(jì)的建筑物，雖然總沉降遠(yuǎn)未超過(guò)200mm的情況下，沉降差極大，從而導(dǎo)致基礎(chǔ)筏板開(kāi)裂，或者填充墻開(kāi)裂，或者框架梁開(kāi)裂。因此這類結(jié)構(gòu)應(yīng)重點(diǎn)調(diào)整差異沉降。一般在主樓和裙房第一跨之間常設(shè)置沉降后澆帶，可以部分緩解施工期間荷載產(chǎn)生的差異沉降對(duì)結(jié)構(gòu)的影響，而主樓的核心筒和邊框架則需要采用樁基礎(chǔ)變剛度的概念來(lái)控制沉降差。此時(shí)通常應(yīng)利用軟件進(jìn)行上部結(jié)構(gòu)—基礎(chǔ)—地基（樁）的共同作用分析，以獲得在預(yù)估地基總沉降和沉降差的前提下，基礎(chǔ)筏板的配筋。2.4地基土大變形失穩(wěn)

地基土在荷載作用下緩慢變形，以致最終穩(wěn)定，這是工程師設(shè)計(jì)期望的結(jié)果。但在某些條件下，地基土可能發(fā)生大變形失穩(wěn)，這是工程設(shè)計(jì)應(yīng)避免的，下面分為幾個(gè)方面闡述。2.4.2軟土地基大變形

這里闡述的軟土包括淤泥、淤泥質(zhì)黏土、新近沉積的黏性土，其特點(diǎn)是含水量大，孔隙比高，土粒具有結(jié)構(gòu)性。擱置于這類土上的建筑物沉降往往過(guò)大，同時(shí)伴隨著整體傾斜，當(dāng)傾斜過(guò)大時(shí)則整體傾倒失穩(wěn)。基坑工程和邊坡工程中出現(xiàn)軟土層時(shí)，更易發(fā)生整體失穩(wěn)。1、比薩塔

比薩塔于1174年動(dòng)工興建，1350年完工。從地基到塔頂高58.362，從地面到塔頂高55m，鐘樓墻體在地面上的寬度是4.09m，在塔頂寬2.48m，總重約14453t，重心在地基上方22.62m處。圓形地基面積為285m2，對(duì)地面的平均壓強(qiáng)為497kPa。2.4地基土大變形失穩(wěn)

地基土在荷載作用下緩慢變形，以致最終穩(wěn)定，這是工程師設(shè)計(jì)期望的結(jié)果。但在某些條件下，地基土可能發(fā)生大變形失穩(wěn)，這是工程設(shè)計(jì)應(yīng)避免的，下面分為幾個(gè)方面闡述。2.4.2軟土地基大變形

這里闡述的軟土包括淤泥、淤泥質(zhì)黏土、新近沉積的黏性土，其特點(diǎn)是含水量大，孔隙比高，土粒具有結(jié)構(gòu)性。擱置于這類土上的建筑物沉降往往過(guò)大，同時(shí)伴隨著整體傾斜，當(dāng)傾斜過(guò)大時(shí)則整體傾倒失穩(wěn)?；庸こ毯瓦吰鹿こ讨谐霈F(xiàn)軟土層時(shí)，更易發(fā)生整體失穩(wěn)。1、比薩塔

比薩塔于1