地基处理基本规定

要点解析一、地基处理应满足承载力、变形和稳定性要求

《建筑地基处理技术规范》JGJ 79-2012规定：

3.0.5 处理后的地基应满足建筑物承载力、变形和稳定性要求，地基处理的设计尚应符合下列规定：
　　1 经处理后的地基，当在受力层范围内仍存在软弱下卧层时，应进行软弱下卧层地基承载力验算；
　　2 按地基变形设计或应作变形验算且需进行地基处理的建筑物或构筑物，应对处理后的地基进行变形验算；
　　3 对建造在处理后的地基上受较大水平荷载或位于斜坡上的建筑物及构筑物，应进行地基稳定性验算；
3.0.6 复合地基设计的地基承载力验算，应同时满足轴心荷载作用和偏心荷载作用的要求。
3.0.7 处理后的地基整体稳定分析可采用圆弧滑动法，其稳定安全系数不应小于1.30。散体加固材料的抗剪强度指标，可按加固体材料的密实度通过实验确定；胶结材料的抗剪强度指标可按桩体断裂后滑动面材料的摩擦性能确定。
3.0.8刚度差异较大的整体大面积基础的地基处理，宜考虑上部结构、基础和地基共同作用进行地基承载力和变形验算。

条文说明：3．0．5 本条为强制性条文。对处理后的地基应进行的设计计算内容给出规定。
处理地基的软弱下卧层验算，对压实、夯实、注浆加固地基及散体材料增强体复合地基等应按压力扩散角，按现行国家标准《建筑地基基础设计规范》GB 50007的方法验算，对有粘结强度的增强体复合地基，按其荷载传递特性，可按实体深基础法验算。
处理后的地基应满足建筑物承载力、变形和稳定性要求。稳定性计算可按本规范第3．0．7条的规定进行，变形计算应符合现行国家标准《建筑地基基础设计规范》GB 50007的有关规定。
3．0．6 偏心荷载作用下，对于换填垫层、预压地基、压实地基、夯实地基、散体桩复合地基、注浆加固等处理后地基可按现行国家标准《建筑地基基础设计规范》GB 50007的要求进行验算，即满足：
当轴心荷载作用时

Pk≤ƒ＇a（1）

当偏心荷载作用时

Pkmax≤1．2ƒ＇a（2）

式中：ƒ＇a为处理后地基的承载力特征值。
对于有一定粘结强度增强体复合地基，由于增强体布置不同，分担偏心荷载时增强体上的荷载不同，应同时对桩、土作用的力加以控制，满足建筑物在长期荷载作用下的正常使用要求。
3．0．7 受较大水平荷载或位于斜坡上的建筑物及构筑物，当建造在处理后的地基上时，或由于建筑物及构筑物建造在处理后的地基上，而邻近地下工程施工改变了原建筑物地基的设计条件，建筑物地基存在稳定问题时，应进行建筑物整体稳定分析。
采用散体材料进行地基处理，其地基的稳定可采用圆弧滑动法分析，已得到工程界的共识；对于采用具有胶结强度的材料进行地基处理，其地基的稳定性分析方法还有不同的认识。同时，不同的稳定分析的方法其保证工程安全的最小稳定安全系数的取值不同。采用具有胶结强度的材料进行地基处理，其地基整体失稳是增强体断裂，并逐渐形成连续滑动面的破坏现象，已得到工程的验证。
本次修订规范组对处理地基的稳定分析方法进行了专题研究。在《软土地基上复合地基整体稳定计算方法》专题报告中，对同一工程算例采用传统的复合地基稳定计算方法、英国加筋土及加筋填土规范计算方法、考虑桩体弯曲破坏的可使用抗剪强度计算方法、桩在滑动面发挥摩擦力的计算方法、扣除桩分担荷载的等效荷载法等进行了对比分析，提出了可采用考虑桩体弯曲破坏的等效抗剪强度计算方法、扣除桩分担荷载的等效荷载法和英国BS8006方法综合评估软土地基上复合地基的整体稳定性的建议。并提出了不同计算方法对应不同最小安全系数取值的建议。
采用geoslope计算软件的有限元强度折减法对某一实际工程采用砂桩复合地基加固以及采用刚性桩加固进行了稳定性分析对比。砂桩的抗剪强度指标由砂桩的密实度确定，刚性桩的抗剪强度指标由桩折断后的材料摩擦系数确定。对比分析结果说明，采用刚性桩加固计算的稳定安全系数与采用考虑桩体弯曲破坏的等效抗剪强度计算方法的结果较接近；同时其结果说明，如果考虑刚性桩折断，采用材料摩擦性质确定抗剪强度指标，刚性桩加固后的稳定安全系数与砂桩复合地基加固接近（不考虑砂桩排水固结作用）。计算中刚性桩加固的桩土应力比在不同位置分别为堆载平台面处7．3～8．4，坡面处5．8～6．4。砂桩复合地基加固，当砂桩的内摩擦角取30°，不考虑砂桩排水固结作用的稳定安全系数为1．06；考虑砂桩排水固结作用的稳定安全系数为1．29。采用CFG桩复合地基加固，CFG桩断裂后，材料间摩擦系数取0．55，折算内摩擦角取29°，计算的稳定安全系数为1．05。
本次修订规定处理后的地基上建筑物稳定分析可采用圆弧滑动法，其稳定安全系数不应小于1．30。散体加固材料的抗剪强度指标，可按加固体的密实度通过试验确定，这是常用的方法。胶结材料抵抗水平荷载和弯矩的能力较弱，其对整体稳定的作用（这里主要指具有胶结强度的竖向增强体），假定其桩体完全断裂，按滑动面材料的摩擦性能确定抗剪强度指标，对工程验算是安全的。
规范修订组的验算结果表明，采用无配筋的竖向增强体地基处理，其提高稳定安全性的能力是有限的。工程需要时应配置钢筋，增加增强体的抗剪强度；或采用设置抗滑构件的方法满足稳定安全性要求。
3．0．8 刚度差异较大的整体大面积基础其地基反力分布不均匀，且结构对地基变形有较高要求，所以其地基处理设计，宜根据结构、基础和地基共同作用结果进行地基承载力和变形验算。

要点解析二、地基处理材料耐久性设计的要求

《建筑地基处理技术规范》JGJ 79-2012规定：
3.0.10地基处理所采用的材料，应根据场地环境类别符合有关标准对耐久性设计的要求。

条文说明：
本条是对采用多种地基处理方法综合使用的地基处理工程验收检验方法的要求。采用多种地基处理方法综合使用的地基处理工程，每一种方法处理后的检验由于其检验方法的局限性，不能代表整个处理后的检验，地基处理工程完成后应进行整体处理效果的检验（例如进行大尺寸承压板载荷试验）。

要点解析三、处理后的地基整体稳定分析方法

《建筑地基处理技术规范》JGJ 79-2012规定：
3.0.7 处理后的地基整体稳定分析可采用圆弧滑动法，其稳定安全系数不应小于1.30。散体加固材料的抗剪强度指标，可按加固体材料的密实度通过实验确定；胶结材料的抗剪强度指标可按桩体断裂后滑动面材料的摩擦性能确定。

条文说明：同要点解析一3.0.7条文说明！

要点解析四、增加采用多种地基处理方法综合使用的地基处理工程验收检验的综合安全系数不应小于2.0的要求。

复合地基处理

要点解析五、复合地基承载力有粘结强度增强体桩身强度
7.1.6有黏结强度复合地基增强体桩身强度应满足式（7.1.6-1）的要求，当复合地基承载力验算进行基础埋深的深度修正时，增强体桩身强度还应满足式（7.1.6-2）的要求：

式中：ƒcu——桩体试块（边长150mm立方体）标准养护28d的立方体抗压强度平均值（kPa），对水泥土搅拌桩应符合本规范第7．3．3条的规定；
γm——基础底面以上土的加权平均重度（kN/m3），地下水位以下取有效重度；
d——基础埋置深度（m）；
fspa——深度修正后的复合地基承载力特征值（kpa）。
条文说明：复合地基增强体的强度是保证复合地基工作的必要条件，必须保证其安全度。在有关标准材料的可靠度设计理论基础上，本次修订适当提高了增强体材料强度的设计要求。对具有粘结强度的复合地基增强体应按建筑物基础底面作用在增强体上的压力进行验算，当复合地基承载力验算需要进行基础埋深的深度修正时，增强体桩身强度验算应按基底压力验算。本次修订给出了验算方法。

要点解析六、复合地基承载力和变形计算表达式
7.1.5 复合地基承载力特征值应通过复合地基静载荷试验或采用增强体静载荷试验结果和其周边土的承载力特征值结合经验确定，初步设计时，可按下列公式估算：
1 对散体材料增强体复合地基应按下式计算：

ƒspk＝[1＋m（n－1）]ƒsk（7．1．5-1）

式中：ƒspk——复合地基承载力特征值（kPa）；
ƒsk——处理后桩间土承载力特征值（kPa），可按地区经验确定；
n——复合地基桩土应力比，可按地区经验确定；
m——面积置换率，m＝d2/d2e；d为桩身平均直径（m），de为一根桩分担的处理地基面积的等效圆直径（m）；等边三角形布桩de＝1．05s，正方形布桩de＝1．13s，矩形布桩de＝1．13，s、s1、s2分别为桩间距、纵向桩间距和横向桩间距。
2 对有粘结强度增强体复合地基应按下式计算：

（7．1．5-2）

式中：λ——单桩承载力发挥系数，可按地区经验取值；
Ra——单桩竖向承载力特征值（kN）；
Ap——桩的截面积（m2）；
β——桩间土承载力发挥系数，可按地区经验取值。
3 增强体单桩竖向承载力特征值可按下式估算：

（7．1．5-3）

式中：up——桩的周长（m）；
qsi——桩周第i层土的侧阻力特征值（kPa），可按地区经验确定；
lpi——桩长范围内第i层土的厚度（m）；
ap——桩端端阻力发挥系数，应按地区经验确定；
qp——桩端端阻力特征值（kPa），可按地区经验确定；对于水泥搅拌桩、旋喷桩应取未经修正的桩端地基土承载力特征值。

条文说明：复合地基承载力的计算表达式对不同的增强体大致可分为两种：散体材料桩复合地基和有粘结强度增强体复合地基。本次修订分别给出其估算时的设计表达式。对散体材料桩复合地基计算时桩土应力比n应按试验取值或按地区经验取值。但应指出，由于地基土的固结条件不同，在长期荷载作用下的桩土应力比与试验条件时的结果有一定差异，设计时应充分考虑。处理后的桩间土承载力特征值与原土强度、类型、施工工艺密切相关，对于可挤密的松散砂土、粉土，处理后的桩间土承载力会比原土承载力有一定幅度的提高；而对于黏性土特别是饱和黏性土，施工后有一定时间的休止恢复期，过后桩间土承载力特征值可达到原土承载力；对于高灵敏性的土，由于休止期较长，设计时桩间土承载力特征值宜采用小于原土承载力特征值的设计参数。对有粘结强度增强体复合地基，本次修订根据试验结果增加了增强体单桩承载力发挥系数和桩间土承载力发挥系数，其基本依据是，在复合地基静载荷试验中取s/b或s/d等于0．01确定复合地基承载力时，地基土和单桩承载力发挥系数的试验结果。一般情况下，复合地基设计有褥垫层时，地基土承载力的发挥是比较充分的。
应该指出，复合地基承载力设计时取得的设计参数可靠性对设计的安全度有很大影响。当有充分试验资料作依据时，可直接按试验的综合分析结果进行设计。对刚度较大的增强体，在复合地基静载荷试验取s/b或s/d等于0．01确定复合地基承载力以及增强体单桩静载荷试验确定单桩承载力特征值的情况下，增强体单桩承载力发挥系数为0．7～0．9，而地基土承载力发挥系数为1．0～1．1。对于工程设计的大部分情况，采用初步设计的估算值进行施工，并要求施工结束后达到设计要求，设计人员的地区工程经验非常重要。首先，复合地基承载力设计中增强体单桩承载力发挥和桩间土承载力发挥与桩、土相对刚度有关，相同褥垫层厚度条件下，相对刚度差值越大，刚度大的增强体在加荷初始发挥较小，后期发挥较大；其次，由于采用勘察报告提供的参数，其对单桩承载力和天然地基承载力在相同变形条件下的富余程度不同，使得复合地基工作时增强体单桩承载力发挥和桩间土承载力发挥存在不同的情况，当提供的单桩承载力和天然地基承载力存在较大的富余值，增强体单桩承载力发挥系数和桩间土承载力发挥系数均可达到1．0，复合地基承载力载荷试验检验结果也能满足设计要求。同时复合地基承载力载荷试验是短期荷载作用，应考虑长期荷载作用的影响。总之，复合地基设计要根据工程的具体情况，采用相对安全的设计。初步设计时，增强体单桩承载力发挥系数和桩间土承载力发挥系数的取值范围在0．8～1．0之间，增强体单桩承载力发挥系数取高值时桩间土承载力发挥系数应取低值，反之，增强体单桩承载力发挥系数取低值时桩间土承载力发挥系数应取高值。所以，没有充分的地区经验时应通过试验确定设计参数。
桩端端阻力发挥系数αp与增强体的荷载传递性质、增强体长度以及桩土相对刚度密切相关。桩长过长影响桩端承载力发挥时应取较低值；水泥土搅拌桩其荷载传递受搅拌土的性质影响应取0．4～0．6；其他情况可取1．0。
要点解析七、复合地基的变形计算经验系数

7.1.8 复合地基的变形计算经验系数应根据地区沉降观测资料统计确定，无经验资料时可采用表7.1.8的数值。

条文说明：由于采用复合地基的建筑物沉降观测资料较少，一直沿用天然地基的沉降计算经验系数。各地使用对复合土层模量较低时符合性较好，对于承载力提高幅度较大的刚性桩复合地基出现计算值小于实测值的现象。现行国家标准《建筑地基基础设计规范》GB 50007修订组通过对收集到的全国31个CFG桩复合地基工程沉降观测资料分析，得出地基的沉降计算经验系数与沉降计算深度范围内压缩模量当量值的关系。

八、增加建筑工程采用水泥土搅拌桩复合地基处理的施工设备能力的要求。
湿法施工配备注浆泵的额定压力不宜小于5.0MPa；干法施工的最大送粉压力不应小于0.5MPa。

九、增加多桩型复合地基设计施工要求。（见《建筑地基处理技术规范》 JGJ 79-2012第7.9.章节）

其他方式地基处理

十、增加加筋垫层设计验算方法

《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2012规定

4.2.8 加筋土垫层所选用的土工合成材料尚应进行材料强度验算：

Tp≤Tn （4.2.8）

式中：Ta——土工合成材料在允许延伸率下的抗拉强度（kN/m）；
Tp——相应于作用的标准组合时，单位宽度的土工合成材料的最大拉力（kN/m）。
4.2.9 加筋土垫层的加筋体设置应符合下列规定：
1 一层加筋时，可设置在垫层的中部；
2 多层加筋时，首层筋材距垫层顶面的距离宜取30%垫层厚度，筋材层间距宜取30%~50%的垫层厚度，且不应小于200mm；

3 加筋线密度宜为0.15~0.35.无经验时，单层加筋宜取高值，多层加筋宜取低值。垫层的边缘应有足够的锚固长度。

条文说明：4．2．9 加筋线密度为加筋带宽度与加筋带水平间距的比值。
对于土工加筋带端部可采用图2说明的胞腔式固定方法。

图2 胞腔式固定方法
1——基础；2——胞腔式砂石袋；3——筋带；z——加筋垫层厚度

工程案例分析：
场地条件：场地土层第一层为杂填土，厚度0．7m～0．8m，在试验时已挖去；第二层为饱和粉土，作为主要受力层，其天然重度为18．9kN/m3，土粒相对密度2．69，含水量31．8％，干重度14．5kN/m3，孔隙比0．881，饱和度96％，液限32．9％，塑限23．7％，塑性指数9．2，液性指数0．88，压缩模量3．93MPa。根据现场原土的静力触探和静载荷试验，结合本地区经验综合确定饱和粉土层的承载力特征值为80kPa。
工程概况：矩形基础，建筑物基础平面尺寸为60．8m×14．9m，基础埋深2．73m。基础底面处的平均压力pk取130kPa。基础底部为软弱土层，需进行处理。
处理方法一：采用砂石进行换填，从地面到基础底面土的重度加权平均值取19kN/m3，砂石重度取19．5kN/m3。基础埋深的地基承载力修正系数取1．0。假定z/B＝0．25，如垫层厚度z取3．73m，按本规范4．2．2条取压力扩散角20°。计算得基础底面处的自重应力pc为51．9kPa，垫层底面处的自重应力pcz为124．6kPa，则垫层底面处的附加压力值pz为63．3kPa，垫层底面处的自重应力与附加压力之和为187．9kPa，承载力深度修正值为115．0kPa，垫层底面处土经深度修正后的承载力特征值为195．0kPa，满足式（4．2．2-1）要求。
处理方法二：采用加筋砂石垫层。加筋材料采用TG玻塑复合筋带（极限抗拉强度σb＝94．3MPa），筋带宽、厚分别为25mm和2．5mm。两层加筋，首层加筋间距拟采用0．6m，加筋带层间距拟采用0．4m，加筋线密度拟采用17％。压力扩散角取35°。砂石垫层参数同上。基础底面处的自重应力pc为51．9kPa，假定垫层厚度为1．5m，按式（4．2．2-3）计算加筋垫层底面处的附加压力值pz为66．6kPa，垫层底面处的自重应力pcz为81．2kPa，垫层底面处的自重应力与附加压力之和为147．8kPa，计算得承载力深度修正值为72．7kPa，垫层底面处土经深度修正后的承载力特征值为152．7kPa＞147．8kPa，满足式（4．2．2-1）要求。由式（4．2．3）计算可得垫层底面最小宽度为16．9m，取17m。该工程竣工验收后，观测到的最终沉降量为3．9mm，满足变形要求。
两种处理方法进行对比，可知，使用加筋垫层，可使垫层厚度比仅采用砂石换填时减少60％。采用加筋垫层可以降低工程造价，施工更方便。

【未完待续】

《建筑地基处理技术规范》条文解析