山地建筑地基與基礎(chǔ)施工技術(shù)

文/趙子鋒　北京　100000

1、工程概況

北京谷泉會(huì)議中心位于北京市平谷區(qū)大華山北麓，距北京城區(qū)約90公里，所在場(chǎng)地處于大華山面向西峪水庫(kù)山脊線北端的山坳中，為臺(tái)階狀層層跌落地形，整個(gè)場(chǎng)地周邊山勢(shì)連綿，植被茂密。

本工程為旅館建筑、坡地建筑，地上七層，地下兩層，依據(jù)功能及布局劃分為五個(gè)區(qū)，Ⅰ、Ⅲ區(qū)為普通客房區(qū)，Ⅱ區(qū)為公共服務(wù)區(qū)，Ⅳ區(qū)為套房客房區(qū)，Ⅴ區(qū)為動(dòng)力站。五個(gè)分區(qū)均為獨(dú)立結(jié)構(gòu)，依山而建?？偨ㄖ娣e為44460m2，其中地上建筑面積37730m2，地下建筑面積6730m2。

2、工程地質(zhì)水文情況

2.1　工程地質(zhì)情況

本工程場(chǎng)地地貌單元屬低山丘陵山前地帶。場(chǎng)區(qū)地勢(shì)東南高、西北低，三面環(huán)山，向西北敞口的緩坡谷地，面對(duì)西峪水庫(kù)。設(shè)計(jì)深度范圍內(nèi)上部為填土、其下為一般第四系沖洪積層，底部為基巖層，擬建場(chǎng)地內(nèi)無(wú)危巖與巖石崩塌現(xiàn)象，無(wú)不良地質(zhì)作用，無(wú)活動(dòng)斷裂帶通過(guò)，屬于穩(wěn)定場(chǎng)地，適宜作為一般建筑場(chǎng)地。

本工程±0.00m相當(dāng)于絕對(duì)標(biāo)高230.500m，地面標(biāo)高在220.27m～265.75m之間，高差達(dá)45.5m，平均坡度約20%。

2.2　水文地質(zhì)情況

根據(jù)勘察報(bào)告，本工程勘察期間在鉆探深度范圍（21.0m）內(nèi)未揭露地下水，建筑物無(wú)抗浮問(wèn)題，不考慮地下水對(duì)混凝土及混凝土中鋼筋的腐蝕性。

3 、GPS地形測(cè)量

本工程為坡地建筑，若采用常規(guī)的測(cè)圖方法比如用經(jīng)緯儀、全站儀，在山地中通視困難，費(fèi)工費(fèi)時(shí)，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果誤差偏大，直接影響到測(cè)設(shè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

為此我們采用GPS RTK新技術(shù)，即載波相位動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)差分（Real-time kinematic）方法，它能夠?qū)崟r(shí)地提供測(cè)站點(diǎn)在指定坐標(biāo)系中的三維定位結(jié)果，并達(dá)到厘米級(jí)精度。應(yīng)用RTK新技術(shù)，可以不布設(shè)各級(jí)控制點(diǎn)，且測(cè)定點(diǎn)位不要求點(diǎn)間通視，僅依據(jù)一定數(shù)量的基準(zhǔn)控制點(diǎn)，便可以高精度并快速地測(cè)定界址點(diǎn)、地形點(diǎn)、地物點(diǎn)的坐標(biāo)，利用測(cè)圖軟件可以在野外一次測(cè)繪成電子地圖，然后通過(guò)計(jì)算機(jī)和繪圖儀、打印機(jī)輸出各種比例尺的圖件，大大提高了測(cè)圖的工作效率。僅用一天時(shí)間就完成了整個(gè)現(xiàn)場(chǎng)的全部地形測(cè)量工作。

4、人工挖孔（帶護(hù)壁）擴(kuò)底樁

4.1　基礎(chǔ)樁概況

根據(jù)場(chǎng)區(qū)土層的分布情況，Ⅰ、Ⅲ區(qū)為巖石土質(zhì)，山體坡度較大，挖樁機(jī)械無(wú)法施工，故我們采取人工挖孔（帶護(hù)壁）擴(kuò)底樁的方法作為基礎(chǔ)樁，樁端持力層為全風(fēng)化～強(qiáng)風(fēng)化花崗巖麻巖，樁端極限端阻力按2000kPa取值。

本工程擴(kuò)底樁樁直徑平均為800mm（人工挖孔樁外徑為1100mm），其中Ⅰ區(qū)共設(shè)擴(kuò)底樁268根，其中分為ZJ1（A）/（B）型擴(kuò)底樁和ZJ2（B）/ZJ3（C）型擴(kuò)底樁。

Ⅲ區(qū)共設(shè)擴(kuò)底樁185根，其中分為ZJ1（A）/（B）型擴(kuò)底樁和ZJ2（B）/ZJ3（C）型擴(kuò)底樁。

圖1　擴(kuò)底樁類型

4.2　人工挖孔（帶護(hù)壁）擴(kuò)底樁樁底標(biāo)高確定的原則

整個(gè)結(jié)構(gòu)隨山勢(shì)的起伏逐層而上，每層均有自己的獨(dú)立基礎(chǔ)，且上一層基礎(chǔ)須根據(jù)下一層土方開(kāi)挖的情況確定基底標(biāo)高，由于設(shè)計(jì)無(wú)法預(yù)知該山體最終挖除虛土到達(dá)持力層的準(zhǔn)確標(biāo)高，因此該工程樁基礎(chǔ)和獨(dú)立柱基礎(chǔ)的底標(biāo)高不確定，只能根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況來(lái)判斷，工程量無(wú)法預(yù)估，施工難度很大。

為了確定合理的樁底及獨(dú)立基礎(chǔ)底標(biāo)高，我們提出了兩個(gè)原則：（1）擴(kuò)底樁進(jìn)入持力層深度≥1500mm；（2）樁基應(yīng)滿足最小設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)，兩相鄰樁基或基礎(chǔ)有高差時(shí)，其柱底中心線之間的水平距離b與垂直距離h的比值須大于1.5:1。

4.3　工藝流程

定位放線 → 放標(biāo)準(zhǔn)圓環(huán) → 人工挖孔出土（進(jìn)尺1m） → 綁扎鋼筋 → 支模校正 → 澆護(hù)壁混凝土（振搗） → 混凝土養(yǎng)護(hù)（護(hù)壁模板拆除必須24小時(shí)以后） → 繼續(xù)挖孔1m（如遇易塌土層或砂石層可適當(dāng)減小挖孔進(jìn)尺數(shù)） → 支模澆護(hù)壁混凝土（此循環(huán)至孔底標(biāo)高） → 自檢、專職檢 → 記錄成孔情況 → 蓋蓋板交活 → 驗(yàn)孔→ 吊放鋼筋籠 → 下放串筒 → 澆筑混凝土至設(shè)計(jì)頂標(biāo)高以上15～20cm → 成樁養(yǎng)護(hù)。

圖2　現(xiàn)場(chǎng)地形及開(kāi)挖

4.3.1　定位

嚴(yán)格按照施工現(xiàn)場(chǎng)所提供的結(jié)構(gòu)軸線、水平基準(zhǔn)點(diǎn)放置樁中心線及控制樁頂標(biāo)高。開(kāi)孔前，樁位放樣準(zhǔn)確，在樁位外設(shè)置定位龍門樁，安裝護(hù)壁模板必須用樁心點(diǎn)校正模板位置，并由專人負(fù)責(zé)。

4.3.2　開(kāi)挖

人工挖孔樁分節(jié)開(kāi)挖，分節(jié)支護(hù)。挖孔時(shí)必須檢查樁的垂直度，擴(kuò)底樁穿越地層由上至下依次為：表層雜填土、砂質(zhì)粉土、圓礫、卵石。擴(kuò)底樁開(kāi)挖主要采用人工持鐵鍬開(kāi)挖，1.0m以下深度范圍采用鐵鍬、尖鎬開(kāi)挖即可，若開(kāi)挖過(guò)程中遇到漂石、花崗巖等堅(jiān)硬障礙物時(shí)，采用釬、風(fēng)鎬破除。

在人工挖孔（帶護(hù)壁）擴(kuò)底樁開(kāi)挖成孔過(guò)程中，頻遇未風(fēng)化的堅(jiān)硬巖石，致使部分樁無(wú)法繼續(xù)向下成孔，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況及設(shè)計(jì)給定的原則對(duì)遇到巖石情況采取如下措施：

（a）樁長(zhǎng)已滿足設(shè)計(jì)最短樁長(zhǎng)要求，孔徑范圍內(nèi)遇整塊堅(jiān)硬巖石，以巖石上表面標(biāo)高為此樁樁底標(biāo)高向四周擴(kuò)孔形成滿足設(shè)計(jì)要求的擴(kuò)大頭，完成后底部仍全為巖石則此樁成孔；

（b）樁長(zhǎng)已滿足設(shè)計(jì)最短樁長(zhǎng)要求，孔徑范圍內(nèi)部分是巖石，優(yōu)先考慮將巖石鑿除，確實(shí)無(wú)法鑿除者（包括1條中擴(kuò)孔后，擴(kuò)大頭范圍內(nèi)部分是巖石情況），將非巖石部分繼續(xù)下挖500mm,并以巖石上表面標(biāo)高為此樁樁底標(biāo)高向四周擴(kuò)孔形成滿足設(shè)計(jì)要求的擴(kuò)大頭，在擴(kuò)大頭范圍內(nèi)增設(shè)500mm底板，底板內(nèi)配螺紋三級(jí)12@150雙層雙向鋼筋網(wǎng)片，樁鋼筋籠定位后直接插入鋼筋網(wǎng)片中；

（c）樁長(zhǎng)未滿足設(shè)計(jì)最短樁長(zhǎng)要求，以巖石上表面標(biāo)高為此樁樁底標(biāo)高向四周擴(kuò)孔，擴(kuò)底面積（A）按獨(dú)立柱基面積計(jì)算，并配置2條所述底板，鋼筋籠直徑相應(yīng)增加，主筋規(guī)格及間距不變；

（d）樁位坐落于巖石之上無(wú)法開(kāi)孔（巖石頂標(biāo)高低于設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高），按獨(dú)立柱基處理。

4.3.3　出土及提升

出土采用人工轆轤搖出孔外，人工用斗車運(yùn)至較寬位置集中堆放，人員上下采用固定于護(hù)壁的鋼梯。挖出的土必須堆放在距孔邊2m以外的地方。

4.3.4　護(hù)壁施工

樁體每開(kāi)挖1m必須進(jìn)行支護(hù)（護(hù)壁），然后方可繼續(xù)往下挖，每節(jié)護(hù)壁均應(yīng)在當(dāng)日連續(xù)施工完畢，上下節(jié)護(hù)壁的搭接長(zhǎng)度不得小于50mm；護(hù)壁混凝土必須保證密實(shí)。

4.3.5　鋼筋籠吊裝

本工程擴(kuò)底樁鋼筋籠長(zhǎng)度為5.0～12.0m。為保證擴(kuò)底樁側(cè)面的混凝土保護(hù)層厚度，以免吊放鋼筋籠時(shí)產(chǎn)生傾斜偏差，在鋼筋籠周邊設(shè)置四個(gè)限位板，豎向間距4m。鋼筋籠直徑為Φ800mm。入孔時(shí)用16t吊車將鋼筋籠吊入孔內(nèi)，在孔口進(jìn)行連接，并保持上下節(jié)在一條軸線上。

4.3.6　混凝土的澆灌

澆灌混凝土?xí)r孔洞口放一漏斗。澆灌至距樁頂標(biāo)高約3m處需進(jìn)行人工振搗，一次可同時(shí)澆注2～3根樁，每次振搗時(shí)間為20～30秒，當(dāng)混凝土表面不出現(xiàn)氣泡時(shí)即可停振。澆灌時(shí)要注意掌握樁頂標(biāo)高，并做好澆灌前的準(zhǔn)備工作，澆灌后及時(shí)用振搗器振搗。混凝土最終澆注量應(yīng)高出設(shè)計(jì)有效樁頂標(biāo)高15～20cm。

4.4　接樁

按照?qǐng)D紙要求，首層結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)樁的樁頂標(biāo)高為建筑地面標(biāo)高減去1.45m，即4.8m，結(jié)構(gòu)外擋土墻基底標(biāo)高為3.75m，但部分區(qū)域?qū)嶋H自然地面標(biāo)高為-11m。按照?qǐng)D紙做法，人工挖孔樁及擋土墻均處于懸空狀態(tài)，經(jīng)與設(shè)計(jì)現(xiàn)場(chǎng)確定，暫不考慮擋土墻做法，先在基準(zhǔn)土面上進(jìn)行人工挖孔樁施工，進(jìn)入持力層一定深度即可，實(shí)際的樁頂標(biāo)高與設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高之間的高差采用接樁處理。

4.5　人工挖孔（帶護(hù)壁）擴(kuò)底樁安全保證措施

（1）孔內(nèi)設(shè)爬梯供人員上下井；施工人員進(jìn)入孔內(nèi)必須戴安全帽；使用吊籠、電葫蘆等應(yīng)有安全可靠的自動(dòng)卡緊保險(xiǎn)裝置。

（2）挖孔作業(yè)時(shí)，每班2人，井下1人，井上1人，必須保證井口有人。

（3）井下施工照明采用12V安全低電壓，孔中操作工應(yīng)手戴工作手套，腳穿絕緣膠鞋。

（4）孔樁掘進(jìn)5m后，每次下井作業(yè)前，必須堅(jiān)持先向井下強(qiáng)力送風(fēng)后下井操作的制度，挖孔6～12m深，每天至少向孔內(nèi)通風(fēng)1次，超過(guò)10m每天至少通風(fēng)2次。

5、人工挖孔（帶護(hù)壁）擴(kuò)底樁部分改為箱型剪力墻空腔基礎(chǔ)

本工程依山勢(shì)而建，每層都需要根據(jù)下一層的基底標(biāo)高來(lái)確定自身的基底標(biāo)高，Ⅰ、Ⅲ區(qū)客房部分每層都有三跨結(jié)構(gòu)，只有當(dāng)下一層的擋土墻與山體之間的肥槽施工完成后，才能進(jìn)行上一層結(jié)構(gòu)施工。整個(gè)工程施工難度很大。Ⅲ區(qū)由于前兩排樁位于斜坡上，且地質(zhì)均為堅(jiān)硬巖石，即便使用破碎炮破碎，進(jìn)展都十分緩慢，且Ⅲ區(qū)自然地面較設(shè)計(jì)標(biāo)高低很多，為避免高填方，減少土方回填量，確?；A(chǔ)穩(wěn)定和安全，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況及設(shè)計(jì)給定的原則對(duì)該部分進(jìn)行優(yōu)化，取消斜坡上的兩排人工挖孔樁，更改為500mm厚的剪力墻，相應(yīng)位置直接生根起框架柱，將自然地面較設(shè)計(jì)標(biāo)高相差部分做成空腔結(jié)構(gòu)，局部空腔高度達(dá)到17m。由于山體本身凹凸不平，這給鋼筋的鋪設(shè)綁扎和混凝土澆筑造成了極大的困難。

該部位無(wú)論是永久性錨桿施工、擋土墻施工還是空腔結(jié)構(gòu)施工，都需要在下一層結(jié)構(gòu)施工完成后才能進(jìn)行，因此整個(gè)空腔的鋼筋、模板、混凝土、腳手架施工均十分困難，是普通工程施工難度的數(shù)倍。

圖3　擋土墻及空腔結(jié)構(gòu)完成情況

6、獨(dú)立基礎(chǔ)改為樁基礎(chǔ)

在Ⅳ區(qū)人工挖孔樁施工過(guò)程中，按照樁底及獨(dú)立基礎(chǔ)底標(biāo)高的確定原則，樁基應(yīng)滿足最小設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)，兩相鄰樁基或基礎(chǔ)有高差時(shí)，其柱底中心線之間的水平距離b與垂直距離h的比值須大于1.5:1。根據(jù)這個(gè)原則，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際地形情況，如果做成獨(dú)立基礎(chǔ)，按照1.5:1的原則挖孔的話，設(shè)計(jì)的樁基水平距離為4.5m，則兩相鄰樁基或基礎(chǔ)高差不應(yīng)超過(guò)3m，而現(xiàn)場(chǎng)的情況是相鄰樁基為6m。這樣的話為了符合這個(gè)原則整個(gè)山勢(shì)將被削平，完全不符合依山而建的設(shè)計(jì)理念。

為此，經(jīng)參加各方現(xiàn)場(chǎng)協(xié)商后確定，將該區(qū)域的獨(dú)立基礎(chǔ)改為人工挖孔（帶護(hù)壁）擴(kuò)底樁基礎(chǔ)，樁頂標(biāo)高為該層建筑標(biāo)高-1.250m，樁長(zhǎng)不小于7m，樁身直徑為擴(kuò)大頭直徑的1/2。通過(guò)這樣的處理方法，既解決了樁身標(biāo)高變化應(yīng)滿足的1.5:1的要求，又保證了山體的原有地貌，很好的體現(xiàn)了設(shè)計(jì)理念。

結(jié)論：

在本工程施工過(guò)程中，我們遇到的一系列問(wèn)題如：GPS RTK新技術(shù)在地形測(cè)量中的應(yīng)用；Ⅰ區(qū)人工挖孔（帶護(hù)壁）擴(kuò)底樁深度的定位原則及底標(biāo)高不確定時(shí)的處理方法；Ⅲ區(qū)人工挖孔（帶護(hù)壁）擴(kuò)底樁改為箱型剪力墻空腔基礎(chǔ)的處理方法；接樁的處理方法等，都是比較具有代表性的坡地建筑施工中的難題。隨著工程的進(jìn)展，我們相繼成功解決了上述諸多難題并取得了良好的效果，縮短了工期并節(jié)約了費(fèi)用。希望對(duì)于以后的類似工程，能夠提供一些有益的幫助。