基礎設計、施工經驗談
萬丈高樓平地起，基礎設計數第一！
眾所周知，基礎部分在整個建筑物中的分量。尤其現在隨著棟棟摩天大樓的拔地而起，基礎部分的設計和施工也越來越復雜，越來越難處理！
可以說基礎部分設計和施工的成敗直接決定了建筑物的成功與否！
地基的利用與處理
1、利用軟弱土層作為持力層時，可按下列規定：
（1）.淤泥和淤泥質土，宜利用其上覆較好土層作為持力層，當上覆土層較薄，應采取避免施工時對淤泥和淤泥質土擾動的措施；
（2）.沖填土、建筑垃圾和性能穩定的工業廢料，當均勻性和密實度較好時，均可利用作為持力層；
（3）.對于有機質含量較多的生活垃圾和對基礎有侵蝕性的工業廢料等雜填土，未經處理不宜作為持力層。
2、局部軟弱土層以及暗塘、暗溝等，可采用基礎梁、換土、樁基或其他方法處理。
3、當地基承載力或變形不能滿足設計要求時，地基處理可選用機械壓(夯)實、堆載預壓、塑料排水帶或砂井真空預壓、換填墊層或復合地基等方法。處理后的地基承載力應通過試驗確定。
4、機械壓實包括重錘夯實、強夯、振動壓實等方法，可用于處理由建筑垃圾或工業廢料組成的雜填土地基，處理有效深度應通過試驗確定。
5、堆載預壓可用于處理較厚淤泥和淤泥質土地基。預壓荷載宜大于設計荷載，預壓時間應根據建筑物的要求以及地基固結情況決定，并應考慮堆載大小和速率對堆載效果和周圍建筑物的影響。
采用塑料排水帶或砂井進行堆載預壓和真空預壓時，應在塑料排水帶或砂井頂部作排水砂墊層。
6、換填墊層可用于軟弱地基的淺層處理。墊層材料可采用中砂、粗砂，礫砂，角(圓)礫、碎(卵)石、礦渣、灰土、粘性土以及其它性能穩定、無侵蝕性的材料。
7、復合地基設計應滿足建筑物承載力和變形要求。對于地基土為欠固結土、膨脹土、濕陷性黃土、可液化土等特殊土時，設計時要綜合考慮土體的特殊性質，選用適當的增強體和施工工藝。
8、復合地基承載力特征值應通過現場復合地基載荷試驗確定，或采用增強體的載荷試驗結果和其周邊土的承載力特征值結合經驗確定。
9、增強體頂部應設褥墊層。褥墊層可采用中砂、粗砂、礫砂、碎石、卵石等散體材料。碎石、卵石宜摻入20%-30%的砂。
一.軟土地區低層建筑的沉降計算
余姚某三層聯立式住宅 , 共四幢 . 因靠近附近居民住宅而無法使用沉管灌注樁 , 故采用筏基 . 其中二幢建至二層時 , 最大沉降已達九厘米 , 沉降差已超過規范規定 . 現已采用錨桿靜壓樁補強 . 具體數據見附圖 .
按規范規定 , 該工程可不作沉降計算 . 但我們認為 , 低層建筑是否進行沉降計算 , 實際因素似還應包括 :
1 . 雖然業主一般不會提出沉降要求 , 但對于聯立式住宅等高檔建筑 , 最終 沉降似應小于十厘米 .
2 . 建筑物的體量 . 顯然體量越大 , 沉降控制要求應該越嚴 .
3 . 壓縮模量的大小與軟土層的厚度 . 我們的初步想法是 , 較厚的流塑—軟塑狀軟土 , 壓縮模量Es 小于 3Mpa , 似仍應計算沉降 .
其實 , 沉降計算并非難事 , 算一下沉降總不會錯的 . 主要困難可能還是在正式設計前 , 通過沉降計算來進行優化設計 . 如上述聯立式住宅 , 因某些原因不能采用沉管灌注樁 , 則最合適的基礎似應為箱形基礎和沉降控制復合樁基 (逆作法錨桿靜壓樁復合樁基) . 由此可見 , 有時優化設計反而將增加造價 , 但降低了風險 .
二.對地質勘察報告的正確判讀問題
不能完全排除地質勘察報告數據出錯或不夠全面的可能 ，因此存在對地質勘察報告如何正確判讀的問題 。 現舉三例試說明之 。
1 。勘察報告未提供各種樁型的沉降估算 。 路橋某二層廠房 ， 根據勘察報告建議采用 21m長沉管灌注樁， 靜載試驗合格 。 但建成后尚未投入使用 ， 兩邊墻面已出現對稱的貫通墻體的斜裂縫 。 而同一廠區采用三十余米長樁的六層辦公樓則無恙 。 該地質監站工程師說，此地多層建筑采用三十米左右長樁較可靠 。 該工程設計人員事先未考慮收集本地經驗 ， 又未進行沉降計算 ， 確乎有點象“盲人騎瞎馬”了。
2 。 勘察報告符合規范規定 ， 只是未建議對采用天然地基的低層住宅控制沉降 。 余姚某三層聯體式住宅的勘察報告給出持力層的fk=80kPa ， 下臥層的fk=60kPa 。并建議若由于靠近民居而不能打樁的話， 則可采用天然基礎 。 但建至二層時實測平均沉降已達 70mm ，最大沉降差 37mm已超過規范規定 。 于是停下來采用錨桿靜壓樁按復合樁基補強 。 該工程設計人員對勘察報告判讀失誤的原因在于 ， 未注意高檔住宅的最終沉降應小于 10cm ， 而當土的當量模量小于 3Mpa時欲采用天然基礎 ， 仍應計算沉降以便判斷能否采用天然基礎。 更何況該工程的基底附加壓力 62.2kPa已遠遠超過該處下臥層淤泥質粘土的結構強度了。
3 �？辈靾蟾娴臄祿植砍鲥e 。 上海松江某二層廠房 ， 根據勘察報告提供的各土層樁側摩阻力與樁端阻力計算得單樁承載力為 500kN ； 但打完樁后靜載試驗所得單樁極限承載力僅為 500與750kN 。于是重新進場補樁 。再由勘察報告提供的雙橋靜力觸探數據 ， 按“JGJ94-94樁基規范”的（5.2.7）式計算得到的單樁極限承載力為 790kN ，確與靜載試驗所得單樁極限承載力相近。 由此可見勘察報告建議的各土層樁側摩阻力與樁端阻力有誤 。 然而勘察報告永遠不會忘記指出 ，單樁承載力應以靜載試驗結果為準 。 何況勘察報告提供的雙橋靜力觸探數據并未出錯。 該工程設計人員對勘察報告判讀失誤的原因在于 ，既然你為了滿足業主搶進度的要求而同意先打樁后進行靜載試驗 ， 那么為了規避由此而必然產生的風險 ， 就必須采用各種方法去正確判讀勘察報告提供的數據了。舍此別無良方 。
以上所述的幾點教訓 ， 希望對同行有所幫助 。
三.上海地區復合樁基歷史點滴
《復合樁基設計和施工指南》（龔曉南主編，2003年，人民交通出版社）第262頁指出，上海地區于廿世紀三，四十年代建造了包括上海外灘沿江建筑的一系列高大建筑物，其中許多采用樁基（大多數用洋松木樁）。而當時樁基礎設計計算方法是：承臺下土體承受每平方米八噸，余下的荷載由樁群允許承載力承擔。與近年來許多“樁土共同工作”的研究者提出的種種方法相比，上海廿世紀三，四十年代設計方法的計算用樁量是最少的。這些已穩固地站立了六，七十年的老建筑的工程實踐表明，問題可能是我們的設計理論不完全符合實際。
我幸運地接觸過一些老建筑數據與老工程師的經驗。為了不割斷歷史，現將偶然收集的上海地區三，四十年代復合樁基的四個工程實例提供給同行，希望有點用處。
1 。 上海滬南冷庫一庫，建于 1932年，八層無梁樓蓋，活載為 10~15kN每平方米，片筏基礎，采用 18。288m長的洋松木樁共約 650根，樁端位于 Es=3.56Mpa的粘土層。該冷庫一直使用到九十年代，現已改建為旅館�；A圖與地質報告見附圖。
2 。上海滬南冷庫二庫，六層，活載為 20kN每平方米 ，條形基礎，采用 3.66m長的楔形木樁。使用情況一直良好。基礎圖見附圖。順便說，采用這樣長度的短樁，現在簡直難以想象。
3 。 上海東海大樓（即上海南京東路新華書店所在大樓），原名“遲淑大樓”，由著名猶太人哈同建于三，四十年代。六層，八十年代加二層。條形基礎，采用 6.1m長的木樁。又是一個現在難以想象的復合樁基。
4 。 上海河濱大樓，位于蘇州河邊，4.5萬平方米，平面尺寸約為 19x260m。八層商住樓，片筏基礎，采用2000根 15m長的木樁。上世紀八十年代還加建了三層。
復合樁基在上海地區有數十年成功與失敗的經驗，教訓，再加上上海民用建筑設計院原軟土研究室前輩們的多年默默努力，也就難怪沉降控制復合樁基的設計方法會產生在上海了。
四.天然淺基礎沉降計算準確度
對天然淺基礎沉降計算常聞異議，認為沉降計算經常不準，因此算出來沒有什么實用價值。這除了有時因為竣工沉降不大而質疑計算沉降（這可能源于將竣工沉降與最終沉降搞混了），確實也反映了一個現實：即有時計算值確實明顯大于實測值。同時請注意一個重要信息，實測值明顯大于計算沉降的現象對于天然淺基礎尚未聽說過。
現舉出部分工程實測數據試圖說明之。
1． 上海絹花廠，七層廠房，格筏基礎，計算沉降55cm，實測推算最終沉降為59cm（沉降觀測近八年）；
2． 上海第五服裝廠，格筏基礎（按七層設計，先造五層），計算沉降（按五層）約70cm，建成后三年實測最大沉降已達48cm；
3． 上海襯衫三廠，片筏基礎（按七層設計，先造五層），計算沉降（按五層）72cm，建成后六年實測平均沉降已達35cm；
4． 上�？禈反髽�，箱形基礎，十二層，計算沉降21cm，實測推算最終沉降為16cm；
5． 上海四平大樓，箱形基礎，十二層，計算沉降21cm，實測推算最終沉降為12cm；
6． 上海華盛大樓，箱形基礎，十二層，計算沉降19.2cm，實測推算最終沉降為24cm；
7． 上海胸科大樓，箱形基礎，十層，計算沉降49. 2cm，竣工時沉降已達35cm；
8． 溫州華僑飯店，條形基礎，雖然采用1.2m厚的砂墊層解決地基土的強度問題，但當然不可能解決沉降問題，實測沉降歷時二十年，計算沉降130cm，實測推算最終沉降為113cm；
9． 上海衡器廠，片筏基礎，三層廠房，計算沉降37cm，竣工時沉降6cm，且數年后回訪目測發現沉降無明顯增加；
10． 上海部分淺層粉土地區（粉土厚6~9m，下臥層為軟土），六~七層住宅采用天然淺基礎，實測沉降量明顯小于計算沉降。
由上述工程實例可知，相當部分的天然淺基礎計算沉降與實測推算最終沉降還是符合得較好的。
有的工程如上海衡器廠的實測沉降明顯小于計算值，原因有二：該廠房建于單層廠房舊址上，地基土已經固結；其次，該工程的基底附加壓力為56kPa，小于軟弱下臥層淤泥質粘土的結構強度（60kPa）�？梢妼崪y值小于計算值并非事出無因。
淺層粉土地區多層建筑的計算沉降遠小于實測值一事，據《上海巖土工程勘察規范（DBJ08-37-94）》介紹，與該地區土層的應力歷史對粘性土壓縮性的影響有關。該規范還提供一套分別用于正常固結土，超固結土，欠固結土計算沉降的公式，并通過一些工程實例驗算，證實計算沉降與實測值較為接近。
總之，只要掌握了土層的應力歷史，計算沉降還是能夠反映實際情況的。即使計算值有所偏差，也是偏于保守。因此不能說天然淺基礎的沉降計算沒有實用價值。比如“設計反思錄一 : 軟土地區低層建筑的沉降計算”所述的余姚某三層聯體式住宅，若事先計算出未乘以經驗系數的沉降值為45cm，那么即使經驗系數取為0.5，則最終沉降還將達到20多厘米。由此就應覺得該工程采用片筏基礎的風險太大，可以考慮選用箱形基礎或復合樁基了。
五.中短樁復合樁基的經驗與教訓
上海地區廿世紀五十年代后期起，多層建筑地基由強度控制，多采用天然淺基礎。到了八十年代，因沉降較大影響使用，而開始注意控制沉降量；加之六，七層的住宅，其基底附加壓力常超過軟弱下臥層強度，于是開始另尋途徑。
三，四十年代的老建筑多采用樁尖未達到暗綠色硬土層的“懸樁式”中短樁復合樁基，情況似乎都不錯；老工程師又有“樁間土承擔30%，樁承擔70%”的傳統經驗，于是一些多層建筑逐步開始采用“懸樁式”中短樁復合樁基。近十年的實踐，有經驗也有教訓�，F介紹一些典型的工程實例。
1． 上海新成五金廠與肇方塑料廠，二幢六層廠房，筏基加八米短樁，樁端土為淤泥質粘土，竣工時沉降約10cm，數年后目測沉降已超過20cm。
2． 上海第二服裝廠，五層廠房，筏基加八米短樁，樁端土為淤泥質粘土，竣工時沉降約20cm，數年后目測沉降已超過30cm。值得注意的是，該廠房長達80米，雖然沉降較大，但完全沒有出現因沉降差引起的裂縫。而附近采用天然淺基礎的廠房均有裂縫，無一例外。這說明短樁復合樁基能夠調整沉降差。
3． 上海東華皮件廠，四層廠房，筏基加八米短樁，樁端土為淤泥質粘土，竣工后三年實測沉降約25cm。
4． 上海梅隴小區，六層住宅，筏基加八米短樁，樁端土為淤泥質粘土，竣工時實測沉降已達15cm。但其沉降差比同一小區內采用天然淺基礎的五層住宅要小些，這可以從住宅墻面上裂縫的多少與大小看出來。
5． 上海梅隴路倉庫，三層，活載每平方米 10~20kN，條基加六米短樁，樁端土為粉砂，下臥層為淤泥質粘土。竣工時實測沉降小于5cm，后期幾乎未增加多少沉降量。
6． 上海嵐皋路5#，6# 六層住宅，條基加七米短樁，樁端土為粉砂，下臥層為淤泥質粘土。實測推算最終沉降為4cm。
7． 上海永興路口琴廠八層商住樓，條基加6.5.米短樁，樁端土為粉砂，下臥層為粘土�？⒐r沉降遠小于5cm，多年來目測，沉降也沒有多少發展。
8． 上海苑南華僑新村六層住宅（三幢），十七米樁，樁端土為粉砂，下臥層為粉質粘土。實測推算最終沉降為6cm。
由以上工程可以看出，當樁端土為軟土時，雖然短樁復合樁基解決了強度問題，但是沉降量還是相當大。當樁端土為上海的淺層粉土時，盡管下臥層仍為軟土，但實測推算最終沉降均小于10cm，令人滿意。
這與三，四十年代老建筑的實踐經驗似乎不同。但究其原因，首先由于未能收集到老建筑的實測沉降，因而并不能說明老建筑的沉降都較��；其次，老建筑似多位于老城區，可能其土層因為數百年舊建筑與人類活動的影響，屬于超固結土。如前述滬南冷庫一庫，表層填土厚3.9m，其物理力學指標已接近上海的表土硬殼層，而且其下還沒有淤泥質土。由此看來，部分老建筑的實際沉降量可能較小這一點還是完全可以解釋得通的。
事實上，目前上海在多層住宅中經常采用的0.2x0.2x16m微型樁復合樁基就仍然是樁尖未達到暗綠色硬土層的“懸樁式”中樁復合樁基，只是樁已改為由兩根八米長樁接起來的十六米長樁了。這也可以說是接受了短樁復合樁基沉降量仍然較大的教訓。
樁基礎設計內容: 選擇樁的類型和幾何尺寸； 確定單樁豎向承載力設計值（特征值）； 確定樁的數量、間距和布置方式；驗算樁基的承載力和沉降 ；樁身結構設計 ；承臺設計 ；繪制樁基施工圖
一、 確定單樁豎向承載力設計值
樁側總極限摩阻力標準值：Rsk=Up×Σlifsi
樁端極限阻力標準值：Rpk=Ap×fp
單樁豎向承載力設計值 Rd=( Rsk+Rpk )/1.65
單樁豎向承載力特征值Ra=( Rsk+Rpk )/2.0
二、 確定樁的數量、間距和布置方式
初步估算樁數時，先不要考慮群樁效應，
當為軸心受壓，n≥(F+G)/Ra
當為偏心受壓，一般樁的根數應相應的增加10％～20％。
樁的間距（中心距）采用3～4倍樁徑
樁在平面上的布置：有方形，矩形網格或者三角形（梅花式）形式，還有采用不等距排列
原則：使得群樁橫截面的重心應與荷載合力的作用點重合和接近或者是使其重心處于合力作用點變化范圍之內，并應盡量接近最不利的合力作用點。
梁式或板式承臺下群樁，布樁時應注意使梁、板中的彎矩盡量減少，即多布設樁在柱墻,以減少梁和板跨中的樁數。
三、 驗算樁基的承載力和沉降
四、 樁身結構設計
預制的混凝土強度等級不宜低于C30，采用靜壓法沉樁時，不宜小于C20
五、 承臺設計
獨立承臺、柱下或墻下條形承臺（梁式承臺），以及筏板承臺和箱形承臺，承臺設計包括選擇承臺的材料及其強度等級，幾何形狀及其尺寸，進行承臺結構承載力計算，并應使其構造滿足一定的要求。
構造要求：承臺最小寬度不應小于500mm，承臺邊緣至樁中心的距離不宜小于樁的直徑或邊長，邊緣挑出部分不應小于150mm，墻下條形承臺邊緣挑出部分可降低至75mm。
條形和柱下獨立承臺的最小厚度為500mm，其最小埋深為600mm。
