天然地基的案例
巖土工程設計與施工---天然地基上的淺基礎和基礎下的應力分布[Shallow Foundation] (C5)
1 引言
這節課討論天然地基上淺基礎的設計和基礎下的應力分布計算。對于基礎設計，由于地質工程專業比土木工程專業的要求低，因此這節課側重理解最基本的概念和方法論，著重強調從巖土工程的角度來理解地基和基礎，更詳細的討論以及思考題目參看下面為土木工程專業的授課內容:
基礎工程---第一章: 導論 (1)
基礎工程---第一章: 導論 (2)
基礎工程---第二章: 天然地基上的淺基礎 (1)
基礎工程---第二章: 天然地基上的淺基礎 (2)
2 地基與基礎
任何建筑物都建造在一定的地層上，建筑物的全部荷載都由它下面的地層來承擔。一般而言，將承受建筑物各種作用的地層稱為地基，而將建筑物與地基接觸的最下部分，也就是將建筑物的各種作用傳遞至地基的結構物稱為基礎?？梢哉J為受建筑物影響的那一部分地層稱為地基，建筑物與地基接觸的部分稱為基礎。對于巖土工程師來講，我們更關心的是地基。地基分為天然地基和人工地基，天然地基是未經過人為處理即可滿足設計要求的地基，人工地基是經過人工加固或處理后的地基。對于工業與民用建筑，地基和基礎比較容易區分，著重介紹一下橋梁工程的地基和基礎。橋梁上部結構為橋跨結構，下部結構包括橋墩、橋臺及其基礎，如下圖所示。
要求掌握下面的概念：
(1) 地基：承擔建筑物荷載的地層。
(2) 基礎：介于上部結構與地基之間的部分，即建筑物最底下的一部分。剛性基礎是不需配置受力鋼筋的基礎；柔性基礎是用鋼筋砼修建的基礎。
(3) 天然地基：自然狀態下即可滿足承擔基礎全部荷載要求，不需要人工處理的地基。
(4) 人工地基：天然地基的承載力不能承受基礎傳遞的全部荷載，需經人工處理后作為地基的土體稱為人工地基。
展開 CFG樁復合地基變形計算中需注意問題
1） 土層的分層與天然地基相同，各土層的壓縮模量等于該層天然地基壓縮模量的ζ倍，ζ值可按下式確定：
式中：
fka—基礎底面下天然地基承載力標準值(kPa)。
2）地基變形計算深度范圍內壓縮模量的當量值按下式計算：
8 水泥粉煤灰碎石樁復合地基的沉降計算經驗系數ψs可根據沉降觀測資料統計值確定。無經驗，按本規范公式（7.4.7）和公式（7.4.8-1）計算高層建筑地基沉降時，沉降計算經驗系數ψs可分別按表11.5.4-1和表11.5.4-2。
7.4.7 計算建筑物地基變形時，地基內的應力分布可采用各向同性均質線性變形體理論。
展開 專家解讀：后澆帶設置相關問題分析（附近10年成功經典工程案例）
在高層主樓與裙房之間設置了沉降后澆帶的天然地基、復合地基和樁基的工程，在沉降后澆帶兩側設置的沉降觀測點觀測結果表明，由于高層主樓地基下沉時土的剪切傳遞，鄰近裙房地基隨著下沉形成連續沉降曲線而不產生突變現象，更由于許多工程在沉降后澆帶相關結構構件的鋼筋連續不斷開，不再有設置沉降后澆帶的作用。
你知道樁與墩的區別和聯系嗎？
由此可看出，主要使用構件長度來區分墩基與擴底樁的（當然區分后各自的算法就不一樣了），從計算方法上來說，墩基礎仍屬于天然地基，多用于多層建筑，由于基底面積按天然地基的設計方法進行計算，免去了單墩載荷試驗。因此，在工期緊張的條件下較受歡迎。
關于墩基礎的設計與構造可詳下面的一篇文章（關與樁基相應規范上介紹的較詳細，故不再另述）：
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《一種特殊天然地基基礎—墩基礎的設計及構造》
文章來源——xiong-818網友。
一、 墩基的適用范圍：
埋深大于3m、直徑不小于800mm、且埋深與墩身直徑的比小于6或埋深與擴底直徑的比小于4的獨立剛性基礎，可按墩基進行設計。墩身有效長度不宜超過5m。
墩基礎多用于多層建筑，由于基底面積按天然地基的設計方法進行計算，免去了單墩載荷試驗。因此，在工期緊張的條件下較受歡迎。
墩基施工應采用挖（鉆）孔樁的方式，擴壁或不擴壁成孔。考慮到埋深過大時，如采用墩基方法設計則不符合實際，因此規定了長徑比界限及有效長度不超過5m的限制，以區別于人工挖孔樁。當超過限制時，應按挖孔樁設計和檢驗。
單從承載力方面分析，采用墩基的設計方法偏于安全。
二、 墩基的設計應符合下列規定：
1 單墩承載力特征值或墩底面積計算不考慮墩身側摩阻力，墩底端阻力特征值采用修正后的持力層承載力特征值或按抗剪強度指標確定的承載力特征值。巖石持力層承載力特征值不進行深寬修正。
2 持力層承載力特征值的確定應符合國家標準《建筑地基基礎設計規范》GB50007—2002第5．2．3條的規定。
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新規之下，基坑驗槽怎么驗？
依據GB50202-2018《建筑地基基礎工程施工質量驗收標準規范》：地基基礎工程必須進行驗槽?；樱ú郏┩谥粱自O計標高并清理后，施工單位必須會同勘察、設計、建設、監理等單位共同進行驗槽，合格后方能進行基礎工程施工。
驗槽條件
? 勘察、設計、監理、施工、建設等各方相關技術人員應共同參加驗槽。
? 驗槽時，現場應具備巖土工程勘察報告、輕型動力觸探記錄（可不進行輕型動力觸探的情況除外）、地基基礎設計文件、地基處理或深基礎施工質量檢測報告等。
? 驗槽應在基坑或基槽開挖至設計標高后進行，對留置保護土層時其厚度不應超過100mm；槽底應為無擾動的原狀土。
驗槽內容
1
天然地基驗槽
? 天然地基驗槽應檢驗下列內容：
1）根據勘察、設計文件核對基坑的位置、平面尺寸、坑底標高；
2）根據勘察報告核對基坑底、坑邊巖土體和地下水情況；
3）檢查空穴、古墓、古井、暗溝、防空掩體及地下埋設物的情況，并應查明其位置、深度和性狀；
4）檢查基坑底土質的擾動情況以及擾動的范圍和程度；
5）檢查基坑底土質受到冰凍、干裂、受水沖刷或浸泡等擾動情況，并應查明影響范圍和深度。
展開 新規之下，基坑驗槽怎么驗？
來源：建筑工程魯班聯盟
依據GB50202-2018《建筑地基基礎工程施工質量驗收標準規范》：地基基礎工程必須進行驗槽?；樱ú郏┩谥粱自O計標高并清理后，施工單位必須會同勘察、設計、建設、監理等單位共同進行驗槽，合格后方能進行基礎工程施工。
驗槽條件
? 勘察、設計、監理、施工、建設等各方相關技術人員應共同參加驗槽。
? 驗槽時，現場應具備巖土工程勘察報告、輕型動力觸探記錄（可不進行輕型動力觸探的情況除外）、地基基礎設計文件、地基處理或深基礎施工質量檢測報告等。
? 驗槽應在基坑或基槽開挖至設計標高后進行，對留置保護土層時其厚度不應超過100mm；槽底應為無擾動的原狀土。
驗槽內容
1
天然地基驗槽
? 天然地基驗槽應檢驗下列內容：
1）根據勘察、設計文件核對基坑的位置、平面尺寸、坑底標高；
2）根據勘察報告核對基坑底、坑邊巖土體和地下水情況；
3）檢查空穴、古墓、古井、暗溝、防空掩體及地下埋設物的情況，并應查明其位置、深度和性狀；
4）檢查基坑底土質的擾動情況以及擾動的范圍和程度；
5）檢查基坑底土質受到冰凍、干裂、受水沖刷或浸泡等擾動情況，并應查明影響范圍和深度。
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驗槽內容
1
天然地基驗槽
? 天然地基驗槽應檢驗下列內容：
1）根據勘察、設計文件核對基坑的位置、平面尺寸、坑底標高；
2）根據勘察報告核對基坑底、坑邊巖土體和地下水情況；
3）檢查空穴、古墓、古井、暗溝、防空掩體及地下埋設物的情況，并應查明其位置、深度和性狀；
4）檢查基坑底土質的擾動情況以及擾動的范圍和程度；
5）檢查基坑底土質受到冰凍、干裂、受水沖刷或浸泡等擾動情況，并應查明影響范圍和深度。
? 天然地基驗槽前應在基坑或基槽底普遍進行輕型動力觸探檢驗，檢驗數據作為驗槽依據。
? 遇下列情況之一時，可不進行輕型動力觸探：
1）承壓水頭可能高于基坑底面標高，觸探可造成冒水涌砂時；
2）基礎持力層為礫石層或卵石層，且基底以下礫石層或卵石層厚度大于1m時；
3）基礎持力層為均勻、密實砂層，且基底以下厚度大于1.5m時。
2
地基處理工程驗槽
? 對于換填地基、強夯地基，應現場檢查處理后的地基均勻性、密實度等檢測報告和承載力檢測資料。
? 對于增強體復合地基，應現場檢查樁位、樁頭、樁間土情況和復合地基施工質量檢測報告。
? 對于特殊土地基，應現場檢查處理后地基的濕陷性、地震液化、凍土保溫、膨脹土隔水、鹽漬土改良等方面的處理效果檢測資料。
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驗槽內容
1
天然地基驗槽
? 天然地基驗槽應檢驗下列內容：
1）根據勘察、設計文件核對基坑的位置、平面尺寸、坑底標高；
2）根據勘察報告核對基坑底、坑邊巖土體和地下水情況；
3）檢查空穴、古墓、古井、暗溝、防空掩體及地下埋設物的情況，并應查明其位置、深度和性狀；
4）檢查基坑底土質的擾動情況以及擾動的范圍和程度；
5）檢查基坑底土質受到冰凍、干裂、受水沖刷或浸泡等擾動情況，并應查明影響范圍和深度。
? 天然地基驗槽前應在基坑或基槽底普遍進行輕型動力觸探檢驗，檢驗數據作為驗槽依據。
? 遇下列情況之一時，可不進行輕型動力觸探：
1）承壓水頭可能高于基坑底面標高，觸探可造成冒水涌砂時；
2）基礎持力層為礫石層或卵石層，且基底以下礫石層或卵石層厚度大于1m時；
3）基礎持力層為均勻、密實砂層，且基底以下厚度大于1.5m時。
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地基處理工程驗槽
? 對于換填地基、強夯地基，應現場檢查處理后的地基均勻性、密實度等檢測報告和承載力檢測資料。
? 對于增強體復合地基，應現場檢查樁位、樁頭、樁間土情況和復合地基施工質量檢測報告。
? 對于特殊土地基，應現場檢查處理后地基的濕陷性、地震液化、凍土保溫、膨脹土隔水、鹽漬土改良等方面的處理效果檢測資料。
展開 巖土工程設計與施工---導論(C1)
2.2 淺基礎基本概念
這個模塊討論剛性基礎,柔性基礎, 剛性擴大基礎,地基容許承載力,持力層,下臥層和軟弱下臥層的基本概念; 基礎下的應力分布。有效應力的概念以及在多層土中有效應力的計算方法。
基礎工程---第二章: 天然地基上的淺基礎 (1)
基礎工程---第二章: 天然地基上的淺基礎 (2)
基礎下的應力分布計算---(2:1法和Westergaard法)
2.3 淺基礎沉降計算
在這個模塊中, 簡要描述了砂土和粘土地層沉降的概念和計算方法, 包括瞬時沉降, 主固結沉降和次固結沉降的概念, 演示Settle3D軟件的計算過程和結果解釋.
壓縮指數Cc的經驗估算---與初始孔隙比e0的回歸關系
壓縮指數Cc的經驗估算---與天然含水量Wn的回歸關系
一個粘土預固結壓力的經驗計算方法
砂土上圓形淺層地基的彈性沉降---一個基于實踐的估算方法
不同類型土的彈性模量---一個經驗總結
基礎在粘土地基上的沉降模擬
2.4 淺基礎土的夯實
土的夯實(compaction)是巖土工程中最常見的施工方法, 這個模塊著重強調最優含水量和最大干密度的概念在實踐的巖土工程中的意義, 講授了各種各樣的夯實手段和現場測試方法, 作為一般了解，介紹國內基本不使用但在北美廣泛使用的核密度儀。
填方路基施工---Compaction
尾礦庫閉庫形成的壩堤邊坡(Embankment Construction)
2.5 水平土壓力
這個模塊講授水平土壓力的三種類型, 擋土墻的類型及其驗算內容, 基坑的常用支護結構形式, 特別強調土釘墻(噴錨網)的支護原理, 這是北方地區經常使用的一種基坑支護方式。討論排樁支護基坑的設計和施工方法。
展開 優秀的布樁方式--變剛度調平
按照變形控制原則進行地基基礎設計，需要進行地基與結構（地基-樁-筏板基礎-地下結構）共同作用變形計算分析，依據計算分析進行以減小差異沉降和承臺內力為目標的變剛度調平設計，結合具體條件合理采用的設計措施，包括對于主裙樓連體建筑，當高層主體采用樁基時，裙房（含純地下室）的地基或樁基剛度宜相對弱化；對于框架－核心筒結構高層建筑樁基，應強化核心筒區域樁基剛度（如適當增加樁長、樁徑、樁數、采用后注漿等措施），相對弱化核心筒外圍樁基剛度（采用復合樁基，視地層條件減小樁長）。 對于框架－核心筒結構高層建筑天然地基承載力滿足要求的情況下，宜于核心筒區域局部設置增強剛度、減小沉降的摩擦型樁；對按變剛度調平設計的樁基，需要進行上部結構—基礎—樁—土共同工作分析。
基于差異變形控制的樁筏基礎設計，考慮樁、土、筏板基礎、上部結構相互作用對于承載力和變形的影響，既滿足荷載與抗力的整體平衡，又兼顧荷載與抗力的局部平衡，以優化樁型選擇和布樁為重點，力求減小差異變形，降低承臺內力和上部結構次內力，實現節約資源、增強可靠性和耐久性。
上海中心大廈實例：文[14]（姜文輝，巢斯. 上海中心大廈樁基礎變剛度調平設計[J]. 建筑結構，2012年6月，第42卷第6期：第132～134頁）給出其樁位布置如圖16所示。上海中心大廈為巨柱-核心筒-伸臂桁架結構，考慮底板抗沖切的需要，在地下室范圍巨柱邊增加了壁柱，巨柱與核心筒之間通過翼墻連為整體。樁的布置按照變剛度調平的概念設計，核心筒及周邊6m范圍為核心區，有效樁長56m，梅花形布置，巨柱區域內有效樁長52m，梅花形布置，其余區域有效樁長 52m，正方形布置。這三者構成的樁承載密度大致為 1. 24∶1. 15∶1（詳見文[14]）。上海中心大廈的變調平設計模式可概括為：變樁距+變樁長（如圖17所示）。
展開 巖土動態簡報|基坑開挖|頂板冒落(6/18/2021)
地下連續墻(Diaphragm Wall)小結
滑坡監測(Slope Movement Monitoring)
基礎工程---第二章: 天然地基上的淺基礎 (1)
《巖土工程設計與施工》課程總結
3 基坑塌方事故
2021年6月15日16時48分，位于南京市浦口區玉山路的上海建工四建集團有限公司工地的基坑發生坍塌，導致2人被埋，經搶救無效死亡。另外, 事故造成2人骨折受輕傷、1人表皮擦傷。
基坑發生坍塌是基坑開挖過程中經常遇到的事情, 不足為怪, 但很少會導致人員死亡, 一般來說, 由于基坑的開挖空間相對較大, 如果基坑邊坡發生大的坍塌, 總會有征兆出現, 例如開挖附近的地表出現裂縫, 基坑壁向內側有較大位移等. 而且事故發生在白天, 因此事故發生得很意外.
4 頂板冒落事故
2021年6月16日上午8時左右，山西晉柳能源有限公司所屬臨縣泰業煤礦二采區集中運輸巷發生冒頂事故，7人被困。幸運的是本次事故沒有造成人員傷亡. 據悉, 已于被困人員取得聯系, 井下通風和通訊正常，救生孔已經打通，食物和飲品已經送達，救援工作正在有序進行。
最近發生的另一起頂板冒落事故是2021年5月26日, 山東省微山縣棗礦集團新安煤礦，那次事故導致6名礦工被困, 最后3人被成功救出. (頂板冒落(Roof Collapse)數據集更新---動態分析)
5 機械事故
2021年6月17日2時05分，沈陽焦煤股份有限公司紅陽三礦西三采區膠帶巷在進行本煤層水裂壓裂過程中，壓裂泵三通接頭爆裂崩人，造成一人受傷，經搶救無效死亡。事故原因正在調查中。
展開 
如何理解什么是地基承載力？一文秒懂！
比如濕陷性黃土場地，天然土的承載力往往較高，但是土浸水后會發生較大的濕陷性沉降，因此，預防濕陷沉降是黃土地基的主要問題。
又比如對孔隙比高的土，對欠固結軟土，其固結沉降是需重點考慮和預防的關鍵問題，單考慮滿足承載力，是不能預防工程事故的。
滑動失穩的典型圖
有時候需要考慮地基的穩定性，比如邊坡邊緣。
抗浮失穩的典型圖
對于自重小于浮力的建筑地下結構，需考慮抗浮穩定性。
勘察巖土工程師需考慮的重點問題：
地基穩定性，地下水情況，地基土層的承載力，處理措施和建議，特殊情況影響。
提出安全適用，質量可靠， 經濟合理，環保的地基基礎形式。
樓脆脆就是因為施工單位不懂地基原理，經驗主要造成的。
設計結構工程師需考慮的重點問題：
上部荷載，地基承載力，地基變形，基礎形式及抗沖切，抗剪切等，上部荷載的分部，基底反力情況，不均勻變形情況等。
以及地震條件下承載力驗算等。
要設計出施工圖。
比薩斜塔，沉降的典型。
展開 鋼結構怎么進行抗震設計？
2、地基和基礎
為了避免建筑物不均勻沉降而導致結構產生裂隙、甚至傾斜，使結構構件過早進入塑性區，同一結構單元不應設置在性質截然不同的地基土上，不宜部分采用天然地基，部分采用樁基；地基有軟弱粘性土、可液化土或嚴重不均勻土層時，應加強基礎的整體性和剛性。
3、平面和立面布置
為了避免地震時建筑發生扭轉和應力集中或塑性變形集中而形成薄弱環節，建筑平面、立面布置宜規則、對稱，質量分布和剛度變化宜均勻。但不設置抗震縫時，應采用與實際情況相符合的計算模型，設置抗震縫時，應將建筑物分割成規則的結構單元。我國《抗震規范》對高層鋼結構房屋的最大適用高度和鋼結構房屋的最大高寬比都有規定：
（1）、結構體系應具有明確的計算簡圖和合理的地震作用傳遞途徑；應有多道抗震設防防線，避免因部分結構或構件失效而導致整個體系喪失抗震能力或喪失對重力的承載能力；應具備必要的承載能力，良好的變形能力和耗能能力；應具有合理的剛度分布和承載力分布，避免因局部削弱或突變而形成薄弱部位，產生過大的應力集中或塑性變形集中，對可能出現的薄弱部位，應采取措施提高其承載能力。
（2）、在抗震結構體系中，應使結構構件和連接部位具有良好的延性，避免脆性破壞，提高抗震結構的整體變形能力。因此，鋼結構構件應合理控制尺寸，防止局部失穩或整體失穩，如對梁翼緣和腹板的寬厚比和高厚比都作了明確規定。此外，還應加強各構件之間的連接，以保證結構的整體性，抗震支承系統應保證地震作用時結構的穩定。
（3）、對于女兒墻、圍護墻、雨篷、封墻等非結構構件，應使其與主體結構有可靠地連接和錨固，避免地震時倒塌傷人，產生附加震害；圍護墻、隔墻等與主體結構的連接，應避免設置不當而導致主體結構破壞；應避免吊頂塌落及懸吊較重的裝飾物墜落，不可避免時應采取可靠措施。
展開 塔吊基礎必須打樁嗎？
像我們之前在北方，干的幾個項目塔吊基本不用打樁，直接利用天然地基，因為根據勘察報告地基承載力是滿足的塔吊使用要求的，地質更好的項目，塔吊基礎都不用挖，直接在原狀地上安裝配重可周轉基礎，十分方便。在當地這是常規操作，主管部門也認可這些做法。
對于需要在不同省份工作的同行，對于當地的地質情況，主管部門要求，在塔吊選型階段一定要通過周邊項目、塔吊廠家等渠道多方了解，避免出差錯。
智能化工程綜合管網管道與人（手）孔井方面的知識匯總
（6）對地基有明顯影響的地段不適宜建設管道。主要有河流、沉降地段、沼澤、沙質土壤、水位高等地段。
（7）管道建設也要堅持路由最短的原則。
（8）管道建設必須經過現場勘驗，必須保持與其他建筑物或設施保持足夠的凈距。
（9）管道建設必須保持一定的坡度，便于排出影響管道安全的異物。
（10）管道的埋深應該結合兩側人井的高度，但高度差要保持在合理的范圍內。
（11）管道段不得出現S彎和U彎。一個段長要控制在100米左右。彎曲管道段曲率半徑一般不小于36米。
四、管道施工
根據設計圖紙、技術交底的要求，管道施工流程為劃線定位、開鑿路面、挖掘溝（坑）、敷設基礎、敷設管道、管道包封、砌筑人手孔、安裝附屬設施、回填夯實、廢料清除等。
1、劃線定位，單個管道段必須先劃線定位，確定沿線的環境及地質情況。滿足設計高程、坐標、中心線、孔位的要求。
2、開鑿路面及挖掘溝坑
安裝確定的中心線位置，以管道總寬度加上作業面寬度為上口寬度開鑿路面，向兩側及下面開挖。遇到不穩定地質情況時應該采取必要的支護措施。
3、管道基礎
（1）基礎類別
管道基礎分為天然基礎、素混凝土基礎和鋼筋混凝土基礎。在土質均勻、堅硬的情況下，敷設金屬管、塑料管可以采用天然基礎。在土質松軟不均勻、有擾動的情況下一般采用鋼筋混凝土基礎。
管道基礎加固方法：
鋪墊小碎石：在管道地溝底部鋪上10cm的碎石，使的底部結實穩定，表面平整。
鋪墊砂石：去掉地基表面軟土，每鋪墊15cm砂石夯實一次，可以提高基面強度。
管道基礎指標：
基礎寬度、厚度：在實際建設管道的寬度倆側各增加8cm,厚度大于8cm。
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