山區(qū)淺基礎(chǔ)設(shè)計(jì)研究與實(shí)踐

席宇鵬(金堆城鉬業(yè)集團(tuán)有限公司，陜西 華縣 714102)

1 前言

我國(guó)山區(qū)（包括山地、河谷、丘陵和崎嶇的高原等）面積約占國(guó)土面積的69%，人口約占全國(guó)總?cè)丝诘?6%。山區(qū)擁有豐富的礦產(chǎn)資源，分布著我國(guó)絕大多數(shù)的礦山企業(yè)，全國(guó)以礦山企業(yè)發(fā)展起來(lái)的礦業(yè)城市（鎮(zhèn)）共計(jì)426座，總?cè)丝诩s3.1億人，山區(qū)建筑在我國(guó)占據(jù)重要的地位。

山區(qū)建筑物在選址時(shí)，往往只能根據(jù)地形來(lái)定位。受地形復(fù)雜程度和地質(zhì)狀況不良等因素的影響，導(dǎo)致設(shè)計(jì)方案往往難以確定。滑坡、地基承載力分布不均勻和地下水浸蝕等現(xiàn)象，還使部分已有建筑的穩(wěn)定性發(fā)生變化，嚴(yán)重影響了建筑物的正常使用，從而不得不采用加固或拆除重建等手段來(lái)消除安全隱患，加大了建設(shè)成本?；A(chǔ)是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵部位，基礎(chǔ)埋深大于4m的被稱為深基礎(chǔ)，小于等于4m的被稱為淺基礎(chǔ)。淺基礎(chǔ)主要適用于墻承重的單層工業(yè)廠房及六層和六層以下的一般民用建筑，滿足山區(qū)大部分建筑物基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的需要。因此,對(duì)山區(qū)淺基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的研究具有廣泛意義。

2 常規(guī)設(shè)計(jì)方案

基礎(chǔ)的類型與建筑物上部結(jié)構(gòu)形式、荷載大小、地基承載力、水文情況、基礎(chǔ)選用材料性能等因素有關(guān)，基礎(chǔ)按受力特點(diǎn)及材料性能可分為剛性基礎(chǔ)和柔性基礎(chǔ)兩種形式。

建筑上將受壓力分布角α（剛性角）限制的基礎(chǔ)稱為剛性基礎(chǔ)，剛性基礎(chǔ)的截面形式通常有矩形、階梯形和錐形等,所使用的材料主要有灰土、磚、石和混凝土等。

山區(qū)在進(jìn)行淺基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，毛石基礎(chǔ)因其抗壓強(qiáng)度大、耐水、抗凍、取材方便、造價(jià)低廉而得到設(shè)計(jì)者的青睞。但剛性基礎(chǔ)的抗拉、抗剪強(qiáng)度較差，在設(shè)計(jì)和施工時(shí)還應(yīng)注意如下問(wèn)題。

2.1 設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

在設(shè)計(jì)毛石基礎(chǔ)時(shí)，通常應(yīng)注意如下事項(xiàng)。

（1）注意在自然條件下，場(chǎng)區(qū)內(nèi)有無(wú)滑坡現(xiàn)象和斷層破碎帶。

（2）應(yīng)充分考慮因挖、填土和堆、卸載對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響。

（3）建筑地基的不穩(wěn)定性。

（4）地下巖溶、土洞的發(fā)育程度。

（5）出現(xiàn)崩塌、泥石流等不良地質(zhì)現(xiàn)象的可能性。（6）地面水、地下水對(duì)建筑物地基和建設(shè)場(chǎng)區(qū)的影響。

（7）設(shè)計(jì)時(shí)，盡量使基礎(chǔ)大放腳與基礎(chǔ)材料的剛性角α保持一致，以確?；A(chǔ)底面不產(chǎn)生拉應(yīng)力,并盡可能節(jié)約材料，即基礎(chǔ)底面寬度:

式中：b0——基礎(chǔ)頂面的砌體寬度;

H0——基礎(chǔ)高度;

tgα——基礎(chǔ)臺(tái)階寬高比的允許值。

2.2 施工注意事項(xiàng)

在施工毛石基礎(chǔ)時(shí)，通常應(yīng)注意如下事項(xiàng)。

（1）選材：砌筑用毛石應(yīng)質(zhì)地堅(jiān)硬，無(wú)裂紋、風(fēng)化剝落現(xiàn)象，尺寸在200～400mm，強(qiáng)度等級(jí)一般為MU20以上；水泥砂漿采用M2.5～5級(jí)，稠度5～7cm，灰縫厚度一般為20～30mm，并注意不能采用混合砂漿。

（2）構(gòu)造：毛石基礎(chǔ)臺(tái)階寬高比的容許值一般取1.5；每階高度一般為300～400mm，并至少分兩層砌筑；階梯形毛石基礎(chǔ)的每階伸出寬度不宜大于200mm。

（3）施工：砌筑前應(yīng)將毛石表面泥土等雜質(zhì)清除干凈，以利于砂漿與塊石粘結(jié)；砌筑第一層石塊時(shí)基底要座漿，石塊大面朝下，選擇比較方正的石塊砌筑在各轉(zhuǎn)角處。

毛石基礎(chǔ)的頂面寬度應(yīng)比墻厚大200mm，即每邊各寬出100mm;上級(jí)階梯的石塊應(yīng)至少壓住下級(jí)階梯的1/2，相鄰階梯的毛石應(yīng)相互錯(cuò)縫搭砌；砌筑過(guò)程中注意留槎，且每天砌筑高度不宜超過(guò)1.2m；基礎(chǔ)第一層、最上一層及轉(zhuǎn)角處、交接處和洞口處,應(yīng)選用較大、較平毛石砌筑。

2.3 工程經(jīng)濟(jì)分析

在方案選擇時(shí)，工程造價(jià)是其中一個(gè)重要因素。以普通民用六層住宅基礎(chǔ)設(shè)計(jì)為例，假設(shè)基礎(chǔ)底部寬度為1.5m，對(duì)毛石條形基礎(chǔ)和鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)兩種基礎(chǔ)的造價(jià)進(jìn)行對(duì)比分析（每米長(zhǎng)度上），發(fā)現(xiàn)采用鋼筋混凝土基礎(chǔ)比采用毛石基礎(chǔ)總體造價(jià)要高出約35%，見(jiàn)表1。

表1 毛石基礎(chǔ)和混凝土基礎(chǔ)造價(jià)對(duì)比 元

表1數(shù)據(jù)表明：在山區(qū)進(jìn)行淺基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)優(yōu)選經(jīng)濟(jì)、合理、可行的毛石基礎(chǔ)。

3 建筑物失穩(wěn)原因分析

通過(guò)大量的分析研究,發(fā)現(xiàn)山區(qū)建筑物穩(wěn)定性發(fā)生變化的主要原因如下。

（1）洪積坡深厚的淤泥層沒(méi)有處理或處理不徹底,使基礎(chǔ)產(chǎn)生了嚴(yán)重的傾斜移位。

（2）在建筑物定位時(shí),忽略了周圍邊坡對(duì)建筑物的影響。

（3）地基承載力分布不均勻，引起了地基不均勻沉降。

（4）地下水位頻繁升降,將土中的細(xì)顆粒帶走,基礎(chǔ)出現(xiàn)“空洞”現(xiàn)象。

（5）軟巖、老粘土層或非飽和受地下弱酸性水的浸蝕,強(qiáng)度大幅度降低。

4 特殊地質(zhì)條件設(shè)計(jì)實(shí)例

剛性基礎(chǔ)抗拉、抗彎和抗剪性較差的缺陷，設(shè)計(jì)斷面和荷載較大的特點(diǎn)，使其在某些區(qū)域使用時(shí)受到一定的限制。金鉬集團(tuán)所在的金堆礦區(qū)，地處秦嶺南麓河谷地帶，是典型的山區(qū)地質(zhì)。金堆礦區(qū)的工業(yè)和民用建筑物的基礎(chǔ)多為淺基礎(chǔ)，在研究上有一定的代表意義。

4.1 高邊坡基礎(chǔ)設(shè)計(jì)實(shí)例

4.1.1 項(xiàng)目概況

金鉬集團(tuán)三十畝地選礦廠煤油庫(kù)建在高邊坡地帶,局部處于邊坡滑移線以外,原基礎(chǔ)設(shè)計(jì)為800mm寬毛石基礎(chǔ)。長(zhǎng)期受煤油注入和輸出的活荷載作用，導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)，基礎(chǔ)發(fā)生不均勻沉降，致使上部房屋墻體裂縫寬達(dá)100mm，給煤油庫(kù)的安全運(yùn)行帶來(lái)了隱患，需要進(jìn)行治理。

4.1.2 設(shè)計(jì)方案

在組織方案討論時(shí)，三十畝地選礦廠初步擬訂了拆除重建的方案，但現(xiàn)場(chǎng)狹小無(wú)法實(shí)施煤油罐的遷移，拆除重建方案就無(wú)法實(shí)施，采用局部拆除加固基礎(chǔ)的方案。

最終選擇先用鋼筋混凝土柱對(duì)邊坡實(shí)施錨固，再在裂縫嚴(yán)重、處于邊坡的滑移線以外東南角，采用鋼筋混凝土門形支架支撐鋼筋混凝土墻基礎(chǔ)，然后用MU10機(jī)制紅磚、M7.5水泥砂漿砌筑厚度為240mm的磚基礎(chǔ)。

4.1.3 實(shí)施效果

新基礎(chǔ)的抗壓強(qiáng)度相當(dāng)于原基礎(chǔ)的80%，完全可以滿足一層房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求；其荷載僅為原毛石基礎(chǔ)的30%，造價(jià)也僅增加2 206元，見(jiàn)表2。通過(guò)邊坡錨固和減輕荷載，提高了房屋的整體穩(wěn)定性，徹底消除了邊坡失穩(wěn)對(duì)建筑正常使用的隱患，現(xiàn)已安全運(yùn)行8年多，效果較好。

表2 毛石基礎(chǔ)和混凝土基礎(chǔ)造價(jià)對(duì)比 元

4.2 承載力不均勻基礎(chǔ)設(shè)計(jì)實(shí)例

4.2.1 項(xiàng)目概況

1999年,金鉬集團(tuán)為改善寺坪生活用水條件,計(jì)劃新建一座1 000m3鋼筋混凝土儲(chǔ)水池。建設(shè)地點(diǎn)選在寺坪東溝儲(chǔ)水池院內(nèi)，區(qū)域地質(zhì)情況復(fù)雜、交通不便，工作面旁有六間磚混結(jié)構(gòu)值班房。

地基開(kāi)挖完畢后，發(fā)現(xiàn)基坑2/3區(qū)域?yàn)榈鼗休d力較高的碎石土地基，另外1/3區(qū)域范圍內(nèi)由于受地下水浸泡嚴(yán)重，地基承載力較低，地基承載力分布差異較大。地基不均勻沉降將會(huì)給構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)安全帶來(lái)隱患，不能滿足地基設(shè)計(jì)要求。當(dāng)時(shí)土石方施工費(fèi)用已經(jīng)發(fā)生6萬(wàn)余元，加上后續(xù)管理工作的要求，重新選址已不可能，只能進(jìn)行地基加固處理。

4.2.2 設(shè)計(jì)方案

通過(guò)對(duì)水池的主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，最終采用了先用100mm厚碎石墊層夯實(shí)做找平層；然后采用300mm厚的鋼筋混凝土“十字環(huán)梁體系”,即在儲(chǔ)水池池壁、柱子下部設(shè)250mm寬的鋼筋混凝土梁閉合形成“十字環(huán)梁體系”,進(jìn)行了地基處理。

4.2.3 實(shí)施效果

采用“十字環(huán)梁”加固方案，工程造價(jià)僅2.5萬(wàn)元。通過(guò)10年來(lái)的安全運(yùn)行，證明該方案經(jīng)濟(jì)、合理、可行，完全滿足地基不均勻沉降區(qū)域的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)要求。

4.3 洪積坡基礎(chǔ)設(shè)計(jì)實(shí)例

4.3.1 項(xiàng)目概況

金鉬集團(tuán)三十畝地選礦廠辦公樓，選址在河畔、后臨高山，建于上20世紀(jì)60年代。由于地下水位頻繁升降浸蝕，將土中的細(xì)顆粒帶走，基礎(chǔ)出現(xiàn)“空洞”引起毛石基礎(chǔ)的不均勻沉降，導(dǎo)致辦公樓墻體裂縫嚴(yán)重，已不能繼續(xù)使用，必須拆除重建。

4.3.2 設(shè)計(jì)方案

經(jīng)過(guò)討論與綜合對(duì)比，拆除原辦公樓基礎(chǔ)時(shí)，保留了穩(wěn)定的部分毛石基礎(chǔ)，對(duì)損壞的毛石基礎(chǔ)重新砌筑；然后在毛石基礎(chǔ)上部增設(shè)了高度240mm鋼筋混凝土地圈梁一道；在上部墻體施工時(shí)，增設(shè)了構(gòu)造柱。

4.3.3 實(shí)施效果

采用毛石基礎(chǔ)和鋼筋混凝土地圈梁、配合構(gòu)造柱的設(shè)計(jì)方案，使基礎(chǔ)抗剪強(qiáng)度大大提高。工程造價(jià)僅比毛石基礎(chǔ)增加了約9%、比使用鋼筋混凝土基礎(chǔ)節(jié)約費(fèi)用約25%，見(jiàn)表3。通過(guò)7年來(lái)的安全運(yùn)行，證明方案技術(shù)可行、安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)金堆礦區(qū)淺基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案和實(shí)例的分析與研究，建議在山區(qū)淺基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格遵循如下原則。

（1）選址：應(yīng)對(duì)所選的場(chǎng)區(qū)做出必要的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)評(píng)價(jià)。對(duì)建筑物有潛在威脅或直接危害的地段，原則上不宜選作建設(shè)場(chǎng)地；當(dāng)因特殊原因必須使用這種場(chǎng)地時(shí)，必須采取可靠的整治措施；建筑物主體應(yīng)盡可能設(shè)置在較好的地基上，使地基條件能夠滿足上部結(jié)構(gòu)要求。

表3 基礎(chǔ)造價(jià)對(duì)比 元

（2）基礎(chǔ)形式：在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)對(duì)不同基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行綜合對(duì)比，力求所選擇的基礎(chǔ)形式技術(shù)可行、安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理。原則上應(yīng)首選取材方便、造價(jià)較低、施工簡(jiǎn)單的方案。

（3）材料：應(yīng)嚴(yán)把材料采購(gòu)關(guān)，選擇符合設(shè)計(jì)要求的材料，杜絕不合格的材料進(jìn)場(chǎng)和使用。

（4）施工：精心組織、科學(xué)施工、從嚴(yán)管理，嚴(yán)格遵守施工規(guī)范并按照驗(yàn)收規(guī)范組織驗(yàn)收，杜絕工程質(zhì)量通病，防止建筑物穩(wěn)定性發(fā)生變化。

（5）監(jiān)測(cè)：建立科學(xué)完善的沉降觀測(cè)體系和制度，加強(qiáng)對(duì)建筑物沉降變化的監(jiān)測(cè)。

[1] 席宇鵬.金堆地區(qū)淺基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的實(shí)踐[J].中國(guó)鉬業(yè)，2004， 28（3）：54-56.

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