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1、地基基础 地下水对高层建筑砂卵石地基的影响 周泽葛( 四川省建筑设计院勘察分院成都6 1 0 0 1 7 ) 提腰本文叙述了地下水对高层建筑砂卵石地基的水浮力、回弹、承载力的 影响，鲆提出了地基基础设计中的建议。 关键词地下水浮力回弹承载力 l 前言 通过大量的工程实践，对高层建筑砂卵 石地基，地下水的浮力是客观存在的，地下 水对地基回弹和承载力的影响是显著的，但 这些问题目前在高层建筑砂卵石地基基础设 计中还没有引起足够的重视。考虑地下水的 浮力，可进一步挖掘地基承载力的潜力，分 析地下水对地基回弹的影响，能够提高沉降 预测的准确程度，降低地下水位能使地基承 载力提高。充分考虑上述因素，能使
2、砂卵石 地基上的高层建筑地基基础设计更为合理。 本文对上述问题进行分析，并提出了建议。 2 地下水的浮力 高层建筑的筏板基础或箱形基础，由于 埋置深度大，且位于地下水水位以下，地基 基础设计时，应根据常年的地下水位，按全 部浮力进行设计计算。即是对深埋筏板基础 或箱形基础的地基强度校正应符合下式： P P m = P ，厂( 2 1 ) 式中：P 基础底面处的平均压力 ( 1 【P a ) ；匕基底的水浮力( k P a ) ；P y 基底 有效压力，即扣除地下水浮力后的基础底面 处平均压力设计值( k P a ) ；f 地基承载力设 计值( k P a ) 。 J G J 6 8 0 已明确
3、规定：在确定基础底面处 的平均压力P 时，在地下水位以下的基础 3 0 8 部分，应扣除地下水浮力。这表明，无论在 软土地基，还是砂卵石地基，高层建筑箱形 基础，均需考虑水浮力，筏板基础也不例 外。然而，某些设计人员尚未充分认识浮力 的重要性，设计时尚未考虑基底浮力的影 响。 式( 2 1 ) 有利于进一步挖掘地基的潜 在能力，特别是当基底总压力接近或低于地 基承载力设计值时，考虑水浮力，将可免于 地基处理。成都地区地下水位高，考虑地下 水浮力，具有重要实际意义。 要准确计算水浮力，勘察报告中应提供 可靠的静止水位( 常年水位) ，特别是地下 水位急骤变化的场地，应提供常年水位供设 计使用。
4、3 地基回弹 砂卵石地基回弹观测资料表明，在井点 降水前设置回弹观测标测定结果与在井点降 水后设置回弹观测标测定结果截然不同。前 者，砂卵石地基不但没有回弹，反而出现下 沉( 沉降) 。下沉的大小，大约是平均开挖 深1 m ，其平均下沉约0 5 m m 。后者则出现 了回弹现象。回弹量是平均开挖深l m ，回 弹量平均约0 7 m m 。这一现象可用地下水 的影响来解释。在井点降前设置的回弹观测 标，当抽降地下水时，地下水位下降，而且 最终降至基础底面以下，砂卵石层中孔隙水 被排出，上覆土的有效压力增加。在上覆土 四川建筑第2 0 卷增刊2 0 0 0 9 万方数据 地基基础 重压力下，孔隙减
5、小，密实度增大，从而砂 卵石层固结下沉。在降水过程中，砂卵石地 基在未开挖前，表现为固结下沉，而下沉量 达到最大值。在基坑开挖过程中，随着开挖 深度不断增大，逐步御载，地基回弹逐步增 大，挖至基底，回降达到最大值。观测的基 准( 参照物) 为基底下原始应力状态下的天 然砂卵石层。一般在开挖过程中并没有观测 回弹量。但无论怎样，地基经历了先下沉后 回弹的过程，下沉量大于回弹量。因此，观 测的结果，地基表现为下沉。在井点降水后 设置的回弹观测标，观测基准( 参照物) 是 在地下水降至基底后，地层原始应力发生变 化( 自重应力增加) ，地基已产生固结下沉 的砂卵石层，随着地基开挖而产生回弹。基 坑开
6、挖坑底回弹量的大小与开挖深度有关。 开挖深，回弹量大。由此，可以得出这样的 结论：地下水对深基坑基底砂卵石的下沉或 回弹有直接影响。 根据上海地区高层建筑软土地基一般经 验是开挖深l m ，回弹量应在l c m 以内，即 軎1 ( 3 1 ) 这样，基坑是安全的。若票 1 ，要 U 引起充分重视，当心出现流砂、管涌或整体 滑动等事故。成都地区砂卵石层开挖深l m ， f 、 回弹量约为O 7 m m ，即百 - - ) M = O 0 7 9 6 ，基坑 U 是安全的，不会发生因地基回弹而产生流 砂、管涌或整体滑动等事故。实际砂卵石深 基坑观测结果及工程实践也得到证实。 4 地基承载力 由上述
7、降水前设置回弹观测标观测结果 表明，砂卵石地基表现为不是回弹，而是下 沉。即由于降低地下水位，孔隙水排出，上 覆有效压力增加，在上覆自重压力作用下， 砂卵石孔隙减小，地基被压缩，密实度增 大，地基下沉，由此将提高砂卵石层的承载 力。我们可以这样解释：当地下水降低至基 底以下后，如果地基尚未开挖，此时增加的 上覆有效压力对基底砂卵石进行了“降水加 载预压”。在开挖的基坑中直接观察，处在 干燥状态下的卵石及纯砂层，其密实度明显 增加，地面所作的测试( N 。孙N ) 划分的 密实度偏低。以中砂为例，详勘中，深部中 砂N 。加一般为1 3 击，标贯( N ) 一般小 于1 0 击，为松散状态。而在基
8、底进行施工 勘察，N 。孙N 击数增高，N 1 2 0 可达3 6 击，N 可达1 0 1 6 击，为稍密或中密状态。 在天然状态的工程勘察，提供的是原始 应力状态下的地基承载力标准值，然后经过 深度和宽度修正或理论公式计算确定地基承 载力设计值，没有考虑“降水加载预压”后 地基承载力的提高。“降水加载预压”为我 们进一步充分挖掘砂卵石地基承载力的潜力 和充分利用基底下的砂层提供了理论的和实 践的依据。我院利用“降水加载预压”原 理，在基坑下进行直接观察鉴定，作超重型 动力触探( N 。加) ，标准贯人试验( N ) 等， 进一步分析研究基底下砂层的特征，合理地 确定砂层的承载力和压缩模量、变
9、形模量， 经过承载力验算和变形预测，对四川宾馆附 楼、华辉大厦、金属大厦等高层建筑基底下 的砂层充分利用，未作处理。尔后系统的沉 降观测资料表明，理论上和实践上是可靠 的，为建设单位节约了投资。 “降水加载预压”后砂卵石地基承载力 提高多少，如何确定其值，是人们最关心的 问题。我们认为有二个途径：一是建议按 计算地基承载力 设计值时，深度修正中的基础底面 以土的加权平均重度，不取地下水影响的有 效重度，实际上地下水已降至基础底面以 3 0 9 四川建筑第2 0 卷增刊2 0 0 0 9 万方数据 地基基础 下；二是在基底处进行施工勘察，采用多种 手段，特别是静载荷试验，准确确定地基承 载力标准
10、值。 砂卵石层赋丰富的地下水，且属强透水 层孔隙潜水，基底下地下水位的短暂的升 降，对砂卵石的承载力和变形影响甚微。从 某些基坑开挖后未作垫层前，由于某种原 因，如降水井出现故障，地下水升至基坑表 面，均未发现流砂、潜蚀、基坑突涌、地基 隆起、地甚软化等事故。大量的雨水及其他 水源汇入基坑中而很快渗入砂卵石层中补给 地下水，也未发现软化地基的现象。这与软 土地区或者具隔水层的承压水，由于地下水 向上的动水压力作用而破坏基底地基土截然 不同。这一现象有利于利用“降水加载预 压”提高砂卵石层承载力，挖掘砂卵石地基 的潜在能力。 为了充分有效地利用“降水加载预压” 提高砂卵石的承载力，需要提前降水，
11、把地 下水降降至基础底面以下，经过一定时间后 进行基坑开挖。另一方面，在基坑底部进行 多手段的施工勘察，准确确定承载力标准值 和设计值是必要的。 5 结论 考虑地下水的浮力和利用“降水加载预 压”，能进一步挖掘高层建筑砂卵石地基的 潜在能力。降水前设置的回弹观测标观测砂 卵石地基表现为下沉，降水后设置的回弹观 测标观测砂卵石地基表现为回弹，基坑回弹 量是安全的。 ( 上接第3 0 7 页)沉降差2 m m ，符合 ( G B J 7 8 9 ) 中建筑 表3沉降观测成果表 观 测点Q 1 Q 2Q 3q 4 Q 5 Q 6 观测数据r n m 本次累计本次累计本次累计本次累计本次累计本次累计
12、观测日期工程进度 沉降沉降沉降沉降沉降沉降沉降沉降沉降沉降沉降沉降 9 9 6 2 0一层砌体完3 4 2 4 53 9 9 7 2 6四层砌体完 032635O4O536 9 9 9 8 主体完 25O6052616 17 9 9 1 2 1 0内装饰完 050605O60607 7 结论 该场地经砂石桩法处理后，其地基土强 度有较大提高，经检测，复合地基承载力标 准值f k = 2 1 5 K P a ，压缩模量K s = 1 5 0 M P a ， 能够满足设计要求，经沉降观测证明，该场 3 1 0 地地基处理效果良好，建筑物安全可靠，达 到预期的效果。 实践证明，利用砂石桩对软弱地基进行 处理是切实可行的，特别是对松散填土层、 砂层处理效果更佳，能较大地提高地基土的 强度，达到经济、安全的g l 的。 四川建筑第2 0 卷增刊2 0 0 0 9 万方数据