基础设计、施工经验谈
万丈高楼平地起，基础设计数第一！
众所周知，基础部分在整个建筑物中的分量。尤其现在随着栋栋摩天大楼的拔地而起，基础部分的设计和施工也越来越复杂，越来越难处理！
可以说基础部分设计和施工的成败直接决定了建筑物的成功与否！
地基的利用与处理
1、利用软弱土层作为持力层时，可按下列规定：
（1）.淤泥和淤泥质土，宜利用其上覆较好土层作为持力层，当上覆土层较薄，应采取避免施工时对淤泥和淤泥质土扰动的措施；
（2）.冲填土、建筑垃圾和性能稳定的工业废料，当均匀性和密实度较好时，均可利用作为持力层；
（3）.对于有机质含量较多的生活垃圾和对基础有侵蚀性的工业废料等杂填土，未经处理不宜作为持力层。
2、局部软弱土层以及暗塘、暗沟等，可采用基础梁、换土、桩基或其他方法处理。
3、当地基承载力或变形不能满足设计要求时，地基处理可选用机械压(夯)实、堆载预压、塑料排水带或砂井真空预压、换填垫层或复合地基等方法。处理后的地基承载力应通过试验确定。
4、机械压实包括重锤夯实、强夯、振动压实等方法，可用于处理由建筑垃圾或工业废料组成的杂填土地基，处理有效深度应通过试验确定。
5、堆载预压可用于处理较厚淤泥和淤泥质土地基。预压荷载宜大于设计荷载，预压时间应根据建筑物的要求以及地基固结情况决定，并应考虑堆载大小和速率对堆载效果和周围建筑物的影响。
采用塑料排水带或砂井进行堆载预压和真空预压时，应在塑料排水带或砂井顶部作排水砂垫层。
6、换填垫层可用于软弱地基的浅层处理。垫层材料可采用中砂、粗砂，砾砂，角(圆)砾、碎(卵)石、矿渣、灰土、粘性土以及其它性能稳定、无侵蚀性的材料。
7、复合地基设计应满足建筑物承载力和变形要求。对于地基土为欠固结土、膨胀土、湿陷性黄土、可液化土等特殊土时，设计时要综合考虑土体的特殊性质，选用适当的增强体和施工工艺。
8、复合地基承载力特征值应通过现场复合地基载荷试验确定，或采用增强体的载荷试验结果和其周边土的承载力特征值结合经验确定。
9、增强体顶部应设褥垫层。褥垫层可采用中砂、粗砂、砾砂、碎石、卵石等散体材料。碎石、卵石宜掺入20%-30%的砂。
一.软土地区低层建筑的沉降计算
余姚某三层联立式住宅 , 共四幢 . 因靠近附近居民住宅而无法使用沉管灌注桩 , 故采用筏基 . 其中二幢建至二层时 , 最大沉降已达九厘米 , 沉降差已超过规范规定 . 现已采用锚杆静压桩补强 . 具体数据见附图 .
按规范规定 , 该工程可不作沉降计算 . 但我们认为 , 低层建筑是否进行沉降计算 , 实际因素似还应包括 :
1 . 虽然业主一般不会提出沉降要求 , 但对于联立式住宅等高档建筑 , 最终 沉降似应小于十厘米 .
2 . 建筑物的体量 . 显然体量越大 , 沉降控制要求应该越严 .
3 . 压缩模量的大小与软土层的厚度 . 我们的初步想法是 , 较厚的流塑—软塑状软土 , 压缩模量Es 小于 3Mpa , 似仍应计算沉降 .
其实 , 沉降计算并非难事 , 算一下沉降总不会错的 . 主要困难可能还是在正式设计前 , 通过沉降计算来进行优化设计 . 如上述联立式住宅 , 因某些原因不能采用沉管灌注桩 , 则最合适的基础似应为箱形基础和沉降控制复合桩基 (逆作法锚杆静压桩复合桩基) . 由此可见 , 有时优化设计反而将增加造价 , 但降低了风险 .
二.对地质勘察报告的正确判读问题
不能完全排除地质勘察报告数据出错或不够全面的可能 ，因此存在对地质勘察报告如何正确判读的问题 。 现举三例试说明之 。
1 。勘察报告未提供各种桩型的沉降估算 。 路桥某二层厂房 ， 根据勘察报告建议采用 21m长沉管灌注桩， 静载试验合格 。 但建成后尚未投入使用 ， 两边墙面已出现对称的贯通墙体的斜裂缝 。 而同一厂区采用三十余米长桩的六层办公楼则无恙 。 该地质监站工程师说，此地多层建筑采用三十米左右长桩较可靠 。 该工程设计人员事先未考虑收集本地经验 ， 又未进行沉降计算 ， 确乎有点象“盲人骑瞎马”了。
2 。 勘察报告符合规范规定 ， 只是未建议对采用天然地基的低层住宅控制沉降 。 余姚某三层联体式住宅的勘察报告给出持力层的fk=80kPa ， 下卧层的fk=60kPa 。并建议若由于靠近民居而不能打桩的话， 则可采用天然基础 。 但建至二层时实测平均沉降已达 70mm ，最大沉降差 37mm已超过规范规定 。 于是停下来采用锚杆静压桩按复合桩基补强 。 该工程设计人员对勘察报告判读失误的原因在于 ， 未注意高档住宅的最终沉降应小于 10cm ， 而当土的当量模量小于 3Mpa时欲采用天然基础 ， 仍应计算沉降以便判断能否采用天然基础。 更何况该工程的基底附加压力 62.2kPa已远远超过该处下卧层淤泥质粘土的结构强度了。
3 。勘察报告的数据局部出错 。 上海松江某二层厂房 ， 根据勘察报告提供的各土层桩侧摩阻力与桩端阻力计算得单桩承载力为 500kN ； 但打完桩后静载试验所得单桩极限承载力仅为 500与750kN 。于是重新进场补桩 。再由勘察报告提供的双桥静力触探数据 ， 按“JGJ94-94桩基规范”的（5.2.7）式计算得到的单桩极限承载力为 790kN ，确与静载试验所得单桩极限承载力相近。 由此可见勘察报告建议的各土层桩侧摩阻力与桩端阻力有误 。 然而勘察报告永远不会忘记指出 ，单桩承载力应以静载试验结果为准 。 何况勘察报告提供的双桥静力触探数据并未出错。 该工程设计人员对勘察报告判读失误的原因在于 ，既然你为了满足业主抢进度的要求而同意先打桩后进行静载试验 ， 那么为了规避由此而必然产生的风险 ， 就必须采用各种方法去正确判读勘察报告提供的数据了。舍此别无良方 。
以上所述的几点教训 ， 希望对同行有所帮助 。
三.上海地区复合桩基历史点滴
《复合桩基设计和施工指南》（龚晓南主编，2003年，人民交通出版社）第262页指出，上海地区于廿世纪三，四十年代建造了包括上海外滩沿江建筑的一系列高大建筑物，其中许多采用桩基（大多数用洋松木桩）。而当时桩基础设计计算方法是：承台下土体承受每平方米八吨，余下的荷载由桩群允许承载力承担。与近年来许多“桩土共同工作”的研究者提出的种种方法相比，上海廿世纪三，四十年代设计方法的计算用桩量是最少的。这些已稳固地站立了六，七十年的老建筑的工程实践表明，问题可能是我们的设计理论不完全符合实际。
我幸运地接触过一些老建筑数据与老工程师的经验。为了不割断历史，现将偶然收集的上海地区三，四十年代复合桩基的四个工程实例提供给同行，希望有点用处。
1 。 上海沪南冷库一库，建于 1932年，八层无梁楼盖，活载为 10~15kN每平方米，片筏基础，采用 18。288m长的洋松木桩共约 650根，桩端位于 Es=3.56Mpa的粘土层。该冷库一直使用到九十年代，现已改建为旅馆。基础图与地质报告见附图。
2 。上海沪南冷库二库，六层，活载为 20kN每平方米 ，条形基础，采用 3.66m长的楔形木桩。使用情况一直良好。基础图见附图。顺便说，采用这样长度的短桩，现在简直难以想象。
3 。 上海东海大楼（即上海南京东路新华书店所在大楼），原名“迟淑大楼”，由著名犹太人哈同建于三，四十年代。六层，八十年代加二层。条形基础，采用 6.1m长的木桩。又是一个现在难以想象的复合桩基。
4 。 上海河滨大楼，位于苏州河边，4.5万平方米，平面尺寸约为 19x260m。八层商住楼，片筏基础，采用2000根 15m长的木桩。上世纪八十年代还加建了三层。
复合桩基在上海地区有数十年成功与失败的经验，教训，再加上上海民用建筑设计院原软土研究室前辈们的多年默默努力，也就难怪沉降控制复合桩基的设计方法会产生在上海了。
四.天然浅基础沉降计算准确度
对天然浅基础沉降计算常闻异议，认为沉降计算经常不准，因此算出来没有什么实用价值。这除了有时因为竣工沉降不大而质疑计算沉降（这可能源于将竣工沉降与最终沉降搞混了），确实也反映了一个现实：即有时计算值确实明显大于实测值。同时请注意一个重要信息，实测值明显大于计算沉降的现象对于天然浅基础尚未听说过。
现举出部分工程实测数据试图说明之。
1． 上海绢花厂，七层厂房，格筏基础，计算沉降55cm，实测推算最终沉降为59cm（沉降观测近八年）；
2． 上海第五服装厂，格筏基础（按七层设计，先造五层），计算沉降（按五层）约70cm，建成后三年实测最大沉降已达48cm；
3． 上海衬衫三厂，片筏基础（按七层设计，先造五层），计算沉降（按五层）72cm，建成后六年实测平均沉降已达35cm；
4． 上海康乐大楼，箱形基础，十二层，计算沉降21cm，实测推算最终沉降为16cm；
5． 上海四平大楼，箱形基础，十二层，计算沉降21cm，实测推算最终沉降为12cm；
6． 上海华盛大楼，箱形基础，十二层，计算沉降19.2cm，实测推算最终沉降为24cm；
7． 上海胸科大楼，箱形基础，十层，计算沉降49. 2cm，竣工时沉降已达35cm；
8． 温州华侨饭店，条形基础，虽然采用1.2m厚的砂垫层解决地基土的强度问题，但当然不可能解决沉降问题，实测沉降历时二十年，计算沉降130cm，实测推算最终沉降为113cm；
9． 上海衡器厂，片筏基础，三层厂房，计算沉降37cm，竣工时沉降6cm，且数年后回访目测发现沉降无明显增加；
10． 上海部分浅层粉土地区（粉土厚6~9m，下卧层为软土），六~七层住宅采用天然浅基础，实测沉降量明显小于计算沉降。
由上述工程实例可知，相当部分的天然浅基础计算沉降与实测推算最终沉降还是符合得较好的。
有的工程如上海衡器厂的实测沉降明显小于计算值，原因有二：该厂房建于单层厂房旧址上，地基土已经固结；其次，该工程的基底附加压力为56kPa，小于软弱下卧层淤泥质粘土的结构强度（60kPa）。可见实测值小于计算值并非事出无因。
浅层粉土地区多层建筑的计算沉降远小于实测值一事，据《上海岩土工程勘察规范（DBJ08-37-94）》介绍，与该地区土层的应力历史对粘性土压缩性的影响有关。该规范还提供一套分别用于正常固结土，超固结土，欠固结土计算沉降的公式，并通过一些工程实例验算，证实计算沉降与实测值较为接近。
总之，只要掌握了土层的应力历史，计算沉降还是能够反映实际情况的。即使计算值有所偏差，也是偏于保守。因此不能说天然浅基础的沉降计算没有实用价值。比如“设计反思录一 : 软土地区低层建筑的沉降计算”所述的余姚某三层联体式住宅，若事先计算出未乘以经验系数的沉降值为45cm，那么即使经验系数取为0.5，则最终沉降还将达到20多厘米。由此就应觉得该工程采用片筏基础的风险太大，可以考虑选用箱形基础或复合桩基了。
五.中短桩复合桩基的经验与教训
上海地区廿世纪五十年代后期起，多层建筑地基由强度控制，多采用天然浅基础。到了八十年代，因沉降较大影响使用，而开始注意控制沉降量；加之六，七层的住宅，其基底附加压力常超过软弱下卧层强度，于是开始另寻途径。
三，四十年代的老建筑多采用桩尖未达到暗绿色硬土层的“悬桩式”中短桩复合桩基，情况似乎都不错；老工程师又有“桩间土承担30%，桩承担70%”的传统经验，于是一些多层建筑逐步开始采用“悬桩式”中短桩复合桩基。近十年的实践，有经验也有教训。现介绍一些典型的工程实例。
1． 上海新成五金厂与肇方塑料厂，二幢六层厂房，筏基加八米短桩，桩端土为淤泥质粘土，竣工时沉降约10cm，数年后目测沉降已超过20cm。
2． 上海第二服装厂，五层厂房，筏基加八米短桩，桩端土为淤泥质粘土，竣工时沉降约20cm，数年后目测沉降已超过30cm。值得注意的是，该厂房长达80米，虽然沉降较大，但完全没有出现因沉降差引起的裂缝。而附近采用天然浅基础的厂房均有裂缝，无一例外。这说明短桩复合桩基能够调整沉降差。
3． 上海东华皮件厂，四层厂房，筏基加八米短桩，桩端土为淤泥质粘土，竣工后三年实测沉降约25cm。
4． 上海梅陇小区，六层住宅，筏基加八米短桩，桩端土为淤泥质粘土，竣工时实测沉降已达15cm。但其沉降差比同一小区内采用天然浅基础的五层住宅要小些，这可以从住宅墙面上裂缝的多少与大小看出来。
5． 上海梅陇路仓库，三层，活载每平方米 10~20kN，条基加六米短桩，桩端土为粉砂，下卧层为淤泥质粘土。竣工时实测沉降小于5cm，后期几乎未增加多少沉降量。
6． 上海岚皋路5#，6# 六层住宅，条基加七米短桩，桩端土为粉砂，下卧层为淤泥质粘土。实测推算最终沉降为4cm。
7． 上海永兴路口琴厂八层商住楼，条基加6.5.米短桩，桩端土为粉砂，下卧层为粘土。竣工时沉降远小于5cm，多年来目测，沉降也没有多少发展。
8． 上海苑南华侨新村六层住宅（三幢），十七米桩，桩端土为粉砂，下卧层为粉质粘土。实测推算最终沉降为6cm。
由以上工程可以看出，当桩端土为软土时，虽然短桩复合桩基解决了强度问题，但是沉降量还是相当大。当桩端土为上海的浅层粉土时，尽管下卧层仍为软土，但实测推算最终沉降均小于10cm，令人满意。
这与三，四十年代老建筑的实践经验似乎不同。但究其原因，首先由于未能收集到老建筑的实测沉降，因而并不能说明老建筑的沉降都较小；其次，老建筑似多位于老城区，可能其土层因为数百年旧建筑与人类活动的影响，属于超固结土。如前述沪南冷库一库，表层填土厚3.9m，其物理力学指标已接近上海的表土硬壳层，而且其下还没有淤泥质土。由此看来，部分老建筑的实际沉降量可能较小这一点还是完全可以解释得通的。
事实上，目前上海在多层住宅中经常采用的0.2x0.2x16m微型桩复合桩基就仍然是桩尖未达到暗绿色硬土层的“悬桩式”中桩复合桩基，只是桩已改为由两根八米长桩接起来的十六米长桩了。这也可以说是接受了短桩复合桩基沉降量仍然较大的教训。
桩基础设计内容: 选择桩的类型和几何尺寸； 确定单桩竖向承载力设计值（特征值）； 确定桩的数量、间距和布置方式；验算桩基的承载力和沉降 ；桩身结构设计 ；承台设计 ；绘制桩基施工图
一、 确定单桩竖向承载力设计值
桩侧总极限摩阻力标准值：Rsk=Up×Σlifsi
桩端极限阻力标准值：Rpk=Ap×fp
单桩竖向承载力设计值 Rd=( Rsk+Rpk )/1.65
单桩竖向承载力特征值Ra=( Rsk+Rpk )/2.0
二、 确定桩的数量、间距和布置方式
初步估算桩数时，先不要考虑群桩效应，
当为轴心受压，n≥(F+G)/Ra
当为偏心受压，一般桩的根数应相应的增加10％～20％。
桩的间距（中心距）采用3～4倍桩径
桩在平面上的布置：有方形，矩形网格或者三角形（梅花式）形式，还有采用不等距排列
原则：使得群桩横截面的重心应与荷载合力的作用点重合和接近或者是使其重心处于合力作用点变化范围之内，并应尽量接近最不利的合力作用点。
梁式或板式承台下群桩，布桩时应注意使梁、板中的弯矩尽量减少，即多布设桩在柱墙,以减少梁和板跨中的桩数。
三、 验算桩基的承载力和沉降
四、 桩身结构设计
预制的混凝土强度等级不宜低于C30，采用静压法沉桩时，不宜小于C20
五、 承台设计
独立承台、柱下或墙下条形承台（梁式承台），以及筏板承台和箱形承台，承台设计包括选择承台的材料及其强度等级，几何形状及其尺寸，进行承台结构承载力计算，并应使其构造满足一定的要求。
构造要求：承台最小宽度不应小于500mm，承台边缘至桩中心的距离不宜小于桩的直径或边长，边缘挑出部分不应小于150mm，墙下条形承台边缘挑出部分可降低至75mm。
条形和柱下独立承台的最小厚度为500mm，其最小埋深为600mm。
