高層建筑巖質(zhì)地基評價(jià)及地基處理

于國太

本溪市方正建設(shè)工程質(zhì)量檢測有限公司(本溪 117000)

1 高層建筑巖質(zhì)地基概況

高層建筑至今已有一百多年的發(fā)展歷史，改革開放三十多年以來，我國高層建筑迅猛發(fā)展，目前國內(nèi)最高建筑上海塔(原名上海中心)結(jié)構(gòu)高度為580 m，世界最高建筑迪拜哈利發(fā)塔高度達(dá)828 m。國內(nèi)外高層建筑約50%以上修建于巖質(zhì)地基上，如此的高度建筑自重荷載及水平風(fēng)荷載、水平地震作用都非常大，對地基的承載力、變形及穩(wěn)定性的要求非常嚴(yán)格。修建在土質(zhì)地基上高層建筑天然基礎(chǔ)埋深為建筑地上高度的十五分之一，樁基礎(chǔ)為十八分之一。在建筑埋深范圍內(nèi)若有基巖，設(shè)計(jì)者可選基巖作為基礎(chǔ)持力層，應(yīng)滿足抗滑、抗傾覆及穩(wěn)定要求。與土質(zhì)地基相比較，巖質(zhì)地基具有承載力高、沉降變形小、基礎(chǔ)埋深相對較小、基礎(chǔ)工程費(fèi)用較低等優(yōu)勢。

巖質(zhì)地基常見有巖質(zhì)堅(jiān)硬，地基承載力較高的花崗巖、石灰?guī)r、白云巖、石英巖等。此外，還有巖質(zhì)軟弱，地基承載力較低的片巖、板巖、頁巖、泥灰?guī)r、泥質(zhì)砂巖、泥砂質(zhì)泥巖、泥巖等，這類巖石較易風(fēng)化及遇水軟化。

巖質(zhì)地基潛在的工程地質(zhì)問題主要為地基承載力高低問題、地基建筑性能均勻性問題、地基穩(wěn)定性問題、場地邊坡及深基坑邊坡穩(wěn)定性問題、基礎(chǔ)方案選擇問題。認(rèn)識并重視這些問題且試圖解決這些問題還存在許多誤區(qū)。這些誤區(qū)若不加以克服，勢必危及建筑工程的安全且造成浪費(fèi)。

2 地基承載力數(shù)據(jù)確定的誤區(qū)及克服方法

巖石地基承載力一般都比較高，地勘部門提供的數(shù)據(jù)往往偏低甚至保守，造成基礎(chǔ)工程的浪費(fèi)。主要誤區(qū)表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：

2.1 在確定地基承載力時(shí)，雖然進(jìn)行過測試及試驗(yàn)，由于數(shù)量不符合要求，不足以作為評價(jià)依據(jù)。

(1)巖質(zhì)差異較大，未劃分巖石單元，只籠統(tǒng)評價(jià)地基承載力，以致有的偏大而有的偏小。

(2)測試方法不符合要求，例如巖石完整性較差的巖體，無法直接以鉆探資料劃分單元并確定地基承載力。

(3)測試方法可行，但測試數(shù)量不滿足要求，也難以提出正確的數(shù)據(jù)。

(4)無法取芯進(jìn)行單軸抗壓試驗(yàn)又不進(jìn)行原位荷載試驗(yàn)，以無根據(jù)的數(shù)值確定地基承載力。

2.2 高層建筑、超高層建筑，引用一些不是實(shí)際測試所得的數(shù)據(jù)作為地基承載力，還往往冠以“經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)”，這給地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)帶來安全隱患。

高層建筑巖質(zhì)地基承載力確定，除符合建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范要求外，還應(yīng)正確掌握以下幾個(gè)方面：

(1)認(rèn)真研究巖體的真實(shí)完整性，準(zhǔn)確劃分巖質(zhì)單元。

(2)巖體完整性良好的，巖芯采取率高、巖質(zhì)指標(biāo)(QRD)在50%以上，可用鉆探資料劃分巖質(zhì)單元并取巖芯試驗(yàn)，以單軸抗壓強(qiáng)度值計(jì)算地基承載力。

(3)若巖體完整性差或者巖體隱節(jié)理發(fā)育，用鉆探辦法所獲資料無法準(zhǔn)確劃分巖質(zhì)單元并難以取樣試驗(yàn)，此類巖體應(yīng)以聲波縱波速劃分巖質(zhì)單元，用荷載試驗(yàn)確定地基承載力。

3 巖石地基均勻性評價(jià)的誤區(qū)及解決問題的著重點(diǎn)

巖石地基的不均勻性表現(xiàn)在巖石自身及后期的變化兩個(gè)方面：

3.1 我國廣大地區(qū)的地質(zhì)歷史時(shí)期，海進(jìn)海退所形成的極不相同的沉積環(huán)境，沉積的巖石有屬于淺海相的泥質(zhì)巖石層。這些巖層經(jīng)地殼構(gòu)造運(yùn)動，發(fā)生褶皺，導(dǎo)致巖體在水平及垂直方向上的不均勻地基承載力評價(jià)帶來復(fù)雜性，也給建筑邊坡帶來隱患。

3.2 地質(zhì)歷史上地殼運(yùn)動形成的裂隙是極不均勻的，其長度、寬度、深度及后期變化差異十分明顯，導(dǎo)致巖體的風(fēng)化、破碎程度都不一樣，巖體力學(xué)性能是極不均勻的。

3.3 碳酸鹽類巖石因?yàn)樵M成份(硅、鐵、鋁、鈣、鎂、鉀、鈉等)的不同，結(jié)構(gòu)構(gòu)造差異，后期構(gòu)造應(yīng)力作用影響不同，巖溶化程度及深度復(fù)雜多變，導(dǎo)致巖體建筑性能極不均勻。

巖質(zhì)地基勘察、評價(jià)時(shí)，若不研究上述三個(gè)方面的不均勻性，地基評價(jià)不可能符合實(shí)際。常見的誤區(qū)是在不劃分巖質(zhì)單元的情況下，以某幾個(gè)鉆孔巖芯代替整個(gè)巖體，其結(jié)果必然出現(xiàn)許多失誤?？煽康淖龇ㄊ峭ㄟ^地面調(diào)查(巖體成分、構(gòu)造、裂隙等)，鉆探(巖芯采取率、RQD指標(biāo)、巖溶洞隙等)，聲波測試(縱波速)，確定巖體性質(zhì)不均勻性狀況，劃分巖質(zhì)單元，再按單元分別進(jìn)行評價(jià)。

4 地基穩(wěn)定性勘察及評價(jià)誤區(qū)所在

4.1 丘陵山地的建筑場地，絕對平整而無挖方、填方的較為少見。往往在地基主要受力層內(nèi)遇軟弱結(jié)構(gòu)面或泥質(zhì)夾層，一旦外圍出現(xiàn)臨空面，即發(fā)生是否可能滑動的問題，工程地質(zhì)工作者往往忽視這方面的研究，如軟弱結(jié)構(gòu)面延伸方向、埋藏深度、傾向傾角、抗剪性能，可能滑動推力大小，抗滑措施等，這是誤區(qū)之一。地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)人員，也沒引起應(yīng)有的重視。

4.2 巖溶洞隙的存在，歷來是工程地質(zhì)工作者及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)人員的注意重點(diǎn)。其主要誤區(qū)有三個(gè)方面，引起的事故也很多。

(1)由于勘探深度大大超過主要受力層深度，遇到的裂隙、溶洞，一般都不加分析地加以處理。實(shí)際上有幾種情況即使不處理，工程建成使用多年也未出現(xiàn)問題，是經(jīng)得起考驗(yàn)的。

(2)主要受力層內(nèi)的洞體，洞頂板厚度及基礎(chǔ)面積都大于洞隙平面尺寸，頂板為完整性良好的中風(fēng)化巖體，用不著處理。

(3)由于鉆探遇洞隙時(shí)，未圈定其平面尺寸，而將本是裂隙當(dāng)成溶洞，錯(cuò)誤的做出必須處理的結(jié)論。

以上巖溶洞隙是否處理在許多工程中存在誤判而導(dǎo)致錯(cuò)誤的結(jié)論。

4.3 當(dāng)巖溶洞隙發(fā)育地區(qū)地下水在巖石界面時(shí)，因工程建設(shè)需要抽取地下水都會誘發(fā)塌陷的產(chǎn)生。其誤區(qū)之一是只查溶洞的存在，不研究地下水動態(tài)變化對地基穩(wěn)定性的影響。誤區(qū)之二是在供水勘察中，只注意水量及水質(zhì)，忽視抽水對地基的影響，以致大量塌陷，引發(fā)建筑物傾斜，發(fā)生建筑破壞。

5 邊坡穩(wěn)定性誤區(qū)所在

丘陵山區(qū)挖填形成的建筑場地，當(dāng)其處于褶皺地帶，且存在軟弱的泥質(zhì)夾層，就必然出現(xiàn)邊坡的評價(jià)及處理問題。同樣條件下修建高層建筑也必然引起深基坑的邊坡的評價(jià)及處理問題。

(1)邊坡失穩(wěn)的誤區(qū)之一是忽視了地質(zhì)歷史上在順向坡潛伏的古滑坡。

(2)邊坡失穩(wěn)的誤區(qū)之二是層狀巖層中較薄的泥質(zhì)夾層沒有引起人們的注意，一旦邊坡下段或坡腳開挖土石方，巖土體立即滑動，各類工程事故隨即發(fā)生。

(3)當(dāng)巖體切割破碎，若有2～3組交叉裂隙存在，巖體極易順坡下滑。但人們一再忽視對其進(jìn)行研究，導(dǎo)致工程事故的發(fā)生。

場地邊坡及深基坑邊坡失穩(wěn)多數(shù)是上述三方面失誤產(chǎn)生的。只要重視三方面的研究，邊坡失穩(wěn)事故即可避免。

6 地基基礎(chǔ)處理方案論證

6.1 地基基礎(chǔ)方案的論證及確定，實(shí)際工作中的誤區(qū)很多，最主要的有如下幾方面：

(1)在國家規(guī)定必須抗震設(shè)防地區(qū)，缺少抗震設(shè)防工程地質(zhì)評價(jià)。

(2)丘陵山地挖填方建筑場地缺少環(huán)境邊坡穩(wěn)定性評價(jià)。

(3)建筑場地極其附近地段，或者有抽水井、或者必須施工抽水，缺少抽水塌陷預(yù)測評價(jià)。

(4)復(fù)雜工程建筑場地沒有就巖體完整性、地基穩(wěn)定性、邊坡穩(wěn)定性、地基均勻性、地基承載力，地下水因素進(jìn)行建筑條件分區(qū)。

(5)缺乏正確的巖質(zhì)劃分。

(6)地基承載力數(shù)據(jù)不可靠。

6.2 基礎(chǔ)持力層選擇及基礎(chǔ)埋深方面的誤區(qū)

(1)不研究巖石地基與土質(zhì)地基差異，一概滿足基礎(chǔ)埋深為建筑物高度的十五分之一。

(2)不區(qū)分巖石地基完整性及巖溶洞隙發(fā)育狀況，一概采用鉆孔灌注樁。

6.3 基礎(chǔ)方案選擇沒有全面考慮：結(jié)構(gòu)類型及上部荷載、巖體完整性、地下水位、水量及動態(tài)、施工條件、施工技術(shù)因素。

6.4 優(yōu)選基礎(chǔ)方案原則

(1)單獨(dú)基礎(chǔ)適用條件：基底下6～10 m范圍巖體的巖溶洞不發(fā)育、強(qiáng)風(fēng)化層已清除、巖體完整性良好，巖體地基承載力較高。

(2)基底設(shè)置一定厚度碎石層的箱基、筏基適用條件：巖體風(fēng)化強(qiáng)烈、強(qiáng)風(fēng)化層已清除、巖體完整性良好。

(3)預(yù)制樁及打入式灌注樁基礎(chǔ)適用條件：地基為巖面起伏不大的軟質(zhì)巖，樁底巖溶洞隙不發(fā)育。

[1]GB50007-2011,建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]JGJ94-2008,建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].

[3]GB50021-2001,巖土工程勘察規(guī)范[S].