第一節(jié)　房屋建筑工程地質(zhì)問題

一、地基承裁力確定

地基承載力是指地基土單位面積上所承受的荷載，通常分為極限承載力和允許承載力兩種。使地基土發(fā)生剪切破壞并最終導(dǎo)致地基失去整體穩(wěn)定性的最小基礎(chǔ)底面壓力稱為地基極限承載力。作用在基底的壓應(yīng)力不超過地基的極限承載力，有足夠的安全度，而且所引起的變形不能超過建筑物的允許變形，滿足以上要求的地基單位面積上所能承受的荷載為地基的允許承載力。

地基承載力不僅決定于地基土的性質(zhì)，還受基礎(chǔ)形狀、荷載性質(zhì)、覆蓋層、地下水及下臥層等制約。在確定地基承載力時(shí)，應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)亟ㄖ?jīng)驗(yàn)綜合考慮，對一級建筑物采用載荷試驗(yàn)、理論公式計(jì)算及原位試驗(yàn)方法綜合確定，對二級建筑物可按當(dāng)?shù)赜嘘P(guān)規(guī)范查表，或原位試驗(yàn)確定，有些二級建筑物尚應(yīng)結(jié)合理論公式計(jì)算確定，對三級建筑物可根據(jù)鄰近建筑物的經(jīng)驗(yàn)確定。

地基承載力的具體確定方法如下。

（一）載荷試驗(yàn)法

它根據(jù)載荷試驗(yàn)的P-s曲線確定（圖10-1）。如果P-s曲線上能夠明顯地區(qū)分三個(gè)階段，則可以較方便地定出該地基的比例界限荷載P cr和極限承載力P u。如果P-s曲線上沒有明顯的三個(gè)階段，這時(shí)根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，可以取對應(yīng)于沉降s＝0．01-0．02b（b為荷載板寬度或直徑）時(shí)的荷載作為地基承載力。

（二）理論公式法

它根據(jù)地基承載力理論公式確定。根據(jù)土力學(xué)理論，由地基中的應(yīng)力分布和土的極限平衡狀態(tài)理論可以得到基礎(chǔ)下塑性區(qū)開展的最大深度z _max，當(dāng)z _max＝0時(shí)（也即地基中即將發(fā)生塑性區(qū)時(shí)）相應(yīng)的荷載就是比例界限，也稱為臨塑荷載。當(dāng)允許地基中塑性區(qū)發(fā)展到一定范圍時(shí)相應(yīng)的荷載稱為臨界荷載。對于極限承裁力，可在采用不同的假定條件下，可導(dǎo)得許多極限承載力公式，如普朗特爾地基極限承載力公式、斯肯普頓地基極限承載力公式、太沙基地基極限承載力公式等。

圖10-1　載荷試驗(yàn)

（三）設(shè)計(jì)規(guī)范法

在地基基礎(chǔ)等設(shè)計(jì)規(guī)范中給出了各類土的地基承載力經(jīng)驗(yàn)值，通常又稱經(jīng)驗(yàn)法。這些經(jīng)驗(yàn)值是根據(jù)各類土所做的大量載荷試驗(yàn)資料，以及工程經(jīng)驗(yàn)經(jīng)過統(tǒng)計(jì)分析而得到的，通常具有一定的代表性。

《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50007—2002）規(guī)定：由載荷試驗(yàn)測定的地基土壓力變形曲線線性變形段內(nèi)所對應(yīng)的壓力值，為地基承載力特征值。而從載荷試驗(yàn)或其他原位測試、經(jīng)驗(yàn)值等方法確定的地基承載力特征值經(jīng)深寬修正后的地基承載力值，稱為修正后的地基承載力特征值。按理論公式計(jì)算得來的地基承載力特征值不需修正。

二、基礎(chǔ)持力層選擇

（一）承載力和變形要求

所選持力層及下臥層首先要滿足承載力和變形要求。建筑物的用途、有無地下室、設(shè)備基礎(chǔ)、地下設(shè)施等條件都會(huì)對基礎(chǔ)持力層的選擇產(chǎn)生影響。對不均勻沉降較敏感的建筑物，如層數(shù)不多而平面形狀又較復(fù)雜的框架結(jié)構(gòu)，應(yīng)選擇堅(jiān)實(shí)、均勻土層作持力層。對主樓和裙房層數(shù)相差較大的建筑物，應(yīng)根據(jù)承載力的不同選擇兩個(gè)不同的持力層，以保證沉降的相互協(xié)調(diào)。對有上拔力或承受較大水平荷載的建筑結(jié)構(gòu)，樁基應(yīng)盡量深埋，選擇的樁基持力層要能滿足抗拔要求。對動(dòng)荷載作用的建筑物不能選擇飽和疏松的砂土作持力層，以免發(fā)生砂土液化。

（二）地下水條件

選擇持力層應(yīng)注意地下水的類型、埋藏條件和動(dòng)態(tài)。如果選擇地下水位以下的土層作為持力層，則應(yīng)考慮可能出現(xiàn)的施工與設(shè)計(jì)問題。例如，施工中排水出現(xiàn)涌土、流沙現(xiàn)象的可能性；地下水對基礎(chǔ)材料的化學(xué)腐蝕作用等。對于地下水的升降問題尤其要注意，以免出現(xiàn)負(fù)摩阻力，降低樁基的承載能力。另外，還要考慮場地所在區(qū)域的地震地質(zhì)條件的影響。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造、歷史地震情況記錄等資料，判斷地層斷裂活動(dòng)的強(qiáng)烈程度，并對場地內(nèi)的細(xì)砂、粉土等土層的穩(wěn)定性進(jìn)行評價(jià)。在此基礎(chǔ)上，持力層的選擇才更加合理，更加安全。

三、地基沉降變形

建筑物的地基變形計(jì)算值，不應(yīng)大于地基變形允許值。地基變形特征可分為沉降量、沉降差、傾斜、局部傾斜。對于甲、乙級建筑物和部分丙級建筑物，應(yīng)進(jìn)行變形計(jì)算。房屋建筑與構(gòu)筑物地基變形量（或地基最終沉降量）的計(jì)算，目前最常用的是分層總和法，地基內(nèi)的應(yīng)力分布，可采用各向同性均質(zhì)線性變形體理論，具體計(jì)算可參見土力學(xué)等有關(guān)知識(shí)。

（一）計(jì)算深度確定

在確定的計(jì)算深度下部仍有較軟土層時(shí)，應(yīng)繼續(xù)計(jì)算。若計(jì)算深度范圍內(nèi)存在基巖，計(jì)算深度可取至基巖表面。當(dāng)存在較厚的堅(jiān)硬黏性土層，其孔隙比小于0．5，壓縮模大于50MPa，或存在較厚的密實(shí)砂卵石層，其壓縮模量大于80MPa時(shí)，計(jì)算深度可取至該層土表面。

（二）相鄰荷載影響

計(jì)算地基變形時(shí)，應(yīng)考慮相鄰荷載的影響，其值可按應(yīng)力疊加原理，采用角點(diǎn)法計(jì)算。當(dāng)場地、地基整體穩(wěn)定且持力層為完整、較完整的中、微風(fēng)化巖體時(shí)，可不進(jìn)行地基變形驗(yàn)算。在地基沉降預(yù)測中宜考慮地基土層滲透性、后期地面填方和相鄰建筑的影響。

四、基坑開挖問題

為了利用有限的空間及降低基底的凈壓力，地表以下往往設(shè)有1～3層地下室，有的甚至達(dá)6層?；娱_挖過程中，常遇到基坑壁過量位移而滑塌、基坑底回彈（或隆起）、坑底滲流（或突涌）、基坑流沙等基坑穩(wěn)定性問題。為防止這些問題出現(xiàn)，使基坑開挖與基礎(chǔ)施工順利進(jìn)行，需要采取相應(yīng)的防護(hù)措施。

（一）基坑穩(wěn)定性問題

1．基坑回彈變形

基坑開挖是一種卸荷過程，開挖越深，初始應(yīng)力狀態(tài)的改變就越大（圖10-2），這就不可避免地引起坑底土體的隆起變形，有的甚至可能由于受到過大的切應(yīng)力而導(dǎo)致基底隆起失效?；踊貜棧∑穑┎恢幌抻诨拥淖陨矸秶?，對鄰近建筑物或設(shè)施均產(chǎn)生影響。必要時(shí)在組織施工開挖過程中對坑內(nèi)外地面進(jìn)行變形監(jiān)測，供及時(shí)分析和采取措施之需。

控制基坑回彈（隆起）的措施可采用降低地下水位、凍結(jié)法或在基坑開挖后立即澆注相等質(zhì)量的混凝土，使基坑的回彈量盡可能減小。

2．基坑突涌問題

如果基坑在黏性土中開挖，且坑底下有承壓水存在時(shí)，當(dāng)上覆土層減到一定程度時(shí)，承壓水水頭壓力便沖破基坑底板造成滲流或突涌現(xiàn)象，此時(shí)須進(jìn)行坑底抗?jié)B流穩(wěn)定性驗(yàn)算。一般要求基坑底土層滲透穩(wěn)定抗力分項(xiàng)系數(shù)大于1．2，如果驗(yàn)算的分項(xiàng)系數(shù)小于1．2，應(yīng)采取必要的措施，如降水等。

3．基坑流沙問題

當(dāng)基坑底以上黏性土中夾有砂土或粉土，或者當(dāng)基坑底部為砂土或粉土，且地下水位較高，基坑開挖揭露這些夾層時(shí)，隨著基坑開挖加深，水力坡度加大，當(dāng)動(dòng)水壓力超過砂土或粉土顆粒自重使土顆粒懸浮時(shí)，砂或粉土與水一起涌入基坑中，便產(chǎn)生流沙現(xiàn)象。

圖10-2　基坑開挖受力分析

影響流沙現(xiàn)象的因素較多，主要是土的顆粒級配、結(jié)構(gòu)及埋藏條件等。開挖后當(dāng)水力坡度超過臨界水力坡度，又具有以下條件時(shí)，就更容易產(chǎn)生流沙現(xiàn)象。

（1）土的顆粒組成中，黏粒含量小于10%，粉、砂粒含量大于75%。

（2）土的不均勻系數(shù)小于5。

（3）土的含水量大于30%。

（4）土的孔隙比大于0．75或土的孔隙度大于43%。

（5）在黏性土有砂夾層的土層中，砂土或粉土層的厚度大于25cm。

4．基坑邊坡穩(wěn)定性

在房屋建筑與構(gòu)筑物的基坑開挖中，在沒有采用支護(hù)結(jié)構(gòu)之前，基坑邊坡整體穩(wěn)定性一般采用極限平衡理論中的條分法（一般為黏性土）進(jìn)行估算，從而可確定最危險(xiǎn)的滑動(dòng)面和穩(wěn)定系數(shù)。對于巖質(zhì)邊坡可根據(jù)邊坡主控裂隙采用平面滑動(dòng)法進(jìn)行計(jì)算。

（二）地下水控制

當(dāng)基坑開挖至地下水位以下時(shí)，為了防止因地下水作用而引起的滲流、流沙、管涌、坑底隆起、邊坡滑塌以及坑外地層過度變形等，保證施工過程處于疏干和穩(wěn)定的工作條件下進(jìn)行開挖，必須做好對地下水的控制工作?；庸こ炭刂频叵滤姆椒ㄓ薪档偷叵滤慌c隔離地下水兩類。對于弱透水地層中的淺基坑，當(dāng)基坑環(huán)境簡單、含水層較薄、降水深度較小時(shí)，可考慮采用集水明排的方法；在其他情況下宜采用降水井降水、隔水措施隔水、降水與隔水綜合措施。常用的控制措施包括以下幾種。

1．基坑降水

基坑降水常用的方法是明溝排水和井點(diǎn)降水。明溝排水就是在基坑內(nèi)或基坑外設(shè)置排水溝、集水井（坑），用抽水設(shè)備將地下水從集水井（坑）中排出；井點(diǎn)降水是將帶有濾管的降水工具沉沒到基坑四周的土中，利用各種抽水工具，在不擾動(dòng)土結(jié)構(gòu)的情況下，將地下水位下降至基坑底部以下，以利于基坑的開挖。

2．基坑隔水

基坑隔水就是采取隔離地下水的措施，阻止地下水向基坑內(nèi)流動(dòng)。主要措施有地下連續(xù)墻、連續(xù)排列的排樁墻、隔水帳幕、坑底水平封底隔水等。

采用隔水應(yīng)因地制宜，必須查清場區(qū)及鄰近場地的地層結(jié)構(gòu)、水文地質(zhì)特征，了解地下水滲流規(guī)律、基坑出水量、隔水帳幕內(nèi)外的水壓力差和坑底浮力，以此作為隔水帳幕或封底底板厚度設(shè)計(jì)的依據(jù)。隔水帳幕及封底底板設(shè)計(jì)應(yīng)經(jīng)過計(jì)算分析或結(jié)合已有工程經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行，必要時(shí)應(yīng)通過現(xiàn)場試驗(yàn)，確定設(shè)計(jì)方案、施工參數(shù)，并采取保證質(zhì)量的措施。