山地住宅工程的地基基礎(chǔ)處理技術(shù)應(yīng)用

■王 坤

（中國建筑第二工程局有限公司）

引 言

山地是與平緩坡地和平原相區(qū)別的一種自然地貌，建造在山地上的城市展現(xiàn)出了與平原城市不同的環(huán)境特征與空間形態(tài)，如國外雅典、羅馬，國內(nèi)山城重慶、東方之珠的香港等。而隨著我國城市化不斷推進，基于耕地保護與城市建設(shè)發(fā)展要求，建設(shè)了越來越多山地住宅，依山而建，可有效緩解耕地壓力，解決城市發(fā)展居住需求，為人們展現(xiàn)出了不一樣的景觀。但是，山地住宅建設(shè)與平原建筑不僅是外部空間的區(qū)別，其建筑技術(shù)差異也較大，盡管可以山地優(yōu)勢資源為依托打造特色效果，但由于山地生態(tài)脆弱性，地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要做好地基處理工作，以保證住宅工程穩(wěn)定性。

1 山地地基特點

山地地形起伏較大，地質(zhì)構(gòu)造較為復(fù)雜，區(qū)域不同地質(zhì)構(gòu)造也有所不同，如同為西南區(qū)域的云南與重慶，盡管均為山地，遍布溶洞、石林、峽谷等喀斯特景觀，但降雨、氣溫等有所不同，尤其是云南省作為地震多發(fā)省份，境內(nèi)分布多條地震斷裂帶，工程建設(shè)中抗震已經(jīng)成為主要任務(wù)。我國山地地基特性總結(jié)而言主要有以下特點：

（1）地面高差大。山地在建設(shè)城市過程中，由于其自身存在自然坡度，在此種場地建設(shè)必定會構(gòu)成挖填方巖土質(zhì)邊坡，通常是同一建筑單體基礎(chǔ)分別放置在挖、填方區(qū)，如若處理不當，將會導(dǎo)致地基產(chǎn)生不均勻沉降，進而對上部結(jié)構(gòu)造成危害[1]。

（2）地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜。山地由于成因?qū)е缕涞刭|(zhì)構(gòu)造十分復(fù)雜，土層在豎向與平面分布上差異較大，不僅存在薄厚不均的情況，各層物理力學(xué)指標也存在諸多差異。

（3）巖基起伏變化大。山地此種地形將會導(dǎo)致建筑物基礎(chǔ)持力層處于不同地質(zhì)層，進而會造成建筑物產(chǎn)生不均勻沉降。

（4）不良地質(zhì)與薄弱層現(xiàn)象多。如古池塘河道溝渠存在淤泥細砂等區(qū)域，土層局部軟弱，可能產(chǎn)生在建筑場地中，如若處理不當同樣會造成不均勻沉降。根據(jù)山區(qū)災(zāi)害研究表明，滑坡、泥石流和崩塌等災(zāi)害，全球全部山區(qū)均可能發(fā)生此情況，以新隆起山系災(zāi)害活躍度最高。近幾年來的“昭通魯?shù)榈卣稹薄ⅰ坝駱涞卣稹?、“汶川地震”等則充分體現(xiàn)了崩塌、泥石流、滑坡及地震斷裂帶所造成的不良地質(zhì)災(zāi)害危險性，建筑物建設(shè)在斷裂帶上，即便采取抗震設(shè)計也難以避免造成嚴重損壞[2]。另外，工程建筑的土洞、巖溶強烈發(fā)育也是隱患，在選擇建設(shè)場地過程中，應(yīng)當盡量將不良地質(zhì)避開，基于合理地基基礎(chǔ)，選擇先進地基處理技術(shù)，方能提高經(jīng)濟效益。

2 山地工程地基基礎(chǔ)處理技術(shù)概述

2.1 樁基礎(chǔ)工程

樁基礎(chǔ)是由承臺與承臺連接樁身所構(gòu)成，可分為高承臺與低承臺樁基，高承臺樁基是指樁身高出地面一部分，處于地面之上；低承臺樁基則是低于地面，藏在土的底部位置，承臺接觸土體本身[3]。在建筑樁基中一般使用低承臺樁基，尤其是土質(zhì)較差地方，應(yīng)用樁基礎(chǔ)較為普遍。

2.1.1 分類

根據(jù)不同施工方法樁基礎(chǔ)分類方式也有所差異：

按照摩擦力可將樁基礎(chǔ)分為摩擦樁與端承載樁。摩擦樁具有摩擦優(yōu)點，可與基部構(gòu)造物與成樁形成張立樁與拉力樁，主要用于載體層較深或沒有較硬載體層的底部位置。而端承樁則是應(yīng)用在承載層結(jié)構(gòu)上，有助于承載構(gòu)造物。

按照施工方式可分為灌注樁與預(yù)制樁。灌注樁需要在施工現(xiàn)場鉆孔，達到設(shè)定深度后放入鋼筋，之后澆筑混凝土，具有施工難度低的優(yōu)點，尤其是人工挖孔樁，不會受到機械數(shù)量限制，可在同一時間進行樁基施工，節(jié)省時間，但具有承載力低、用料多的缺點[4]。而預(yù)制樁則是通過打樁機在地面打上預(yù)制鋼筋混凝土樁，具有高要求、高強度、節(jié)省用料的優(yōu)點，可用于高要求建筑，但具有工期長、施工難度高的缺點。

2.1.2 特點

（1）樁基礎(chǔ)擁有較高單樁和群樁剛度，在相鄰重力荷載與自身重力作用下，通常不會產(chǎn)生超過允許值的不均勻沉降，且能夠確保建筑物傾斜度在允許范圍內(nèi)。

（2）持力層較為堅硬，具有較高承載力特征值，所以樁基礎(chǔ)裙裝承載力與單樁承載力均較高，可承擔全部豎向荷載。

（3）有較大抗側(cè)剛度，可承受傾覆荷載與橫向荷載，即可承載地震對建筑物所發(fā)生的水平作用，以確保建筑物擁有抗傾覆力。

（4）樁經(jīng)過可液化土壤嵌在堅硬巖石或支撐在穩(wěn)定堅實土壤上，當?shù)卣饋砼R后，所造成的地震沉降，在深層土壤淺層土壤液化，仍擁有充足隆起能力與抗壓能力，以確保高層建筑穩(wěn)定性，不會產(chǎn)生過多傾斜與沉降。

2.2 深基坑工程

深基坑指的是開挖深度≥5m，或地下室≥3層，或是盡管深度在5m以內(nèi)，但周圍環(huán)境、地質(zhì)條件與地下市政管線較為復(fù)雜的工程[5]。深基坑土方開挖中，如若現(xiàn)場缺乏放坡條件，且放坡后難以確保施工安全，架設(shè)臨時支撐與放坡無法滿足施工需求，則選擇支護結(jié)構(gòu)實現(xiàn)臨時支護，以確?；颖诜€(wěn)定性。

2.3 混凝土基礎(chǔ)工程

混凝土基礎(chǔ)形式包含條形基礎(chǔ)、獨立基礎(chǔ)、筏形基礎(chǔ)及箱型基礎(chǔ)，在基礎(chǔ)混凝土工程中，由模板、鋼筋、混凝土、混凝土施工縫處理、后澆帶混凝土等共同構(gòu)成分項工程。高層結(jié)構(gòu)應(yīng)用筏形基礎(chǔ)或箱型基礎(chǔ)時，長度如若在40m以上，則需要設(shè)置貫通后澆施工縫，貫通鋼筋，寬度在80cm以上。

3 工程概述

某工程項目處于山東省昌樂縣，位于山東半島中部，東鄰青島、西靠濟南、北依渤海、境內(nèi)擁有309國道與濟青高速，地理位置優(yōu)越，交通便利。昌樂谷擁有悠久歷史文化，物產(chǎn)資源豐富，城市發(fā)展迅速，項目區(qū)域擁有顯著優(yōu)勢。本次工程范圍是以房屋土建施工、配套設(shè)施施工、室外管線安裝工程、景觀綠化工程、地下車庫工程、小區(qū)道路工程等為主。規(guī)劃項目總面積約為27.01公頃，23.02公頃建設(shè)用地，建筑總面積235445.15㎡，由地上建筑與地下建筑構(gòu)成，小區(qū)容積率為1.02，建筑密度21.91%，綠地率是36%，總?cè)丝?902人，戶數(shù)1643戶，停車位地下306個，地上738個。

項目位于北溫帶季風氣候帶，四季分明，冬季寒冷干燥，夏季炎熱濕潤，年度降水集中于7-9月份，年平均溫度12℃，最大凍土深度0.5m。地行為山地，西北低、東南高，從102-40m海拔逐漸升高，坡度是6-11%，為山地住宅。項目場地地形起伏較大，受人工改造，分布梯田與采石坑。

4 山地住宅工程的地基基礎(chǔ)處理技術(shù)應(yīng)用措施

以項目住宅樓A15號為例，其建筑面積是6635.69㎡，此單體工程是全現(xiàn)澆鋼筋混凝土架構(gòu)，完成主體結(jié)構(gòu)施工后發(fā)現(xiàn)地梁開裂，且存在不均勻沉降，最大沉降值達到100mm。經(jīng)過檢查后發(fā)現(xiàn)柱梁墻存在裂縫，最長是2000mm，最寬是1.5mm。

4.1 山地地基處理問題

4.1.1 地質(zhì)勘察問題

地層與巖土性質(zhì)如下：第一層為素填土，顏色以灰黑色為主，整體土質(zhì)松散，成分多為玄武巖碎塊，局部則是建筑垃圾；第二層為粉土，顏色以黃褐色和淺黃為主，土質(zhì)中密稍濕，韌性較低、不見光澤；第三層為粉質(zhì)黏土，顏色以棕紅色和黃褐色為主，強度與韌性中等，無搖震反應(yīng)，可塑性強；第四層為含鈣質(zhì)結(jié)構(gòu)，顏色以棕紅色為主，底部有玄武巖碎塊和礫石；第五層為風化玄武巖，以灰黑色和雜色為主，敲擊易碎，堅硬等級是極軟巖[6]。工程施工中由于土質(zhì)不均勻分布，且住宅又存在地下一層，導(dǎo)致基礎(chǔ)處于不同持力層，造成主體受力不均出現(xiàn)上部結(jié)構(gòu)扭矩彎矩的情況，進而導(dǎo)致建筑物產(chǎn)生裂縫。

4.1.2 設(shè)計計算問題

項目上部結(jié)構(gòu)與地基基礎(chǔ)存在涉及不合理性，亂套用其他工程圖紙，設(shè)計計算錯誤，未經(jīng)過驗算。首先，此項目工程處于粘土天然地基，需深埋基礎(chǔ)在1.1m以上，過小的基礎(chǔ)尺寸嚴重降低了其受沖切承載力。并且，整體框架設(shè)計存在失誤，配筋不足、構(gòu)件截面尺寸過小，含鋼量低，上部建筑荷載與高差較大，未能在設(shè)計中進行處理，導(dǎo)致地基產(chǎn)生不均勻沉降。

4.1.3 臨近建筑物影響

隨著暴雪暴雨天氣來臨，項目與壽陽山狩獵場相鄰，獵場內(nèi)積雪融化將會排入項目中，且獵場建筑高10層，相較于本項目水平面標高超出60m。西面與省道相連，過往卡車超載頻繁，將會對住宅樓產(chǎn)生振動效應(yīng)。并且，附近有工程施工，當臨近工程土體擠壓和打樁震動后，則會對建筑物地基基礎(chǔ)造成影響，進而改變原有地下水水位，地基變形程度加大，設(shè)計考慮步驟或施工順序不當，均可能造成施工裂縫。

4.2 山地地基處理要點

處理地基結(jié)果將會對基礎(chǔ)選型具有決定性影響，也會影響工程造價。工程位于山區(qū)具有復(fù)雜地質(zhì)特征，邊坡穩(wěn)定和地基變形均勻性則是處理重點。在地基處理過程中，一方面需要考慮在自然條件下，建筑場地中是否存在滑坡現(xiàn)象及對場地穩(wěn)定性有影響的斷層破碎帶，場巖基面起伏情況、場地周邊是否存在不穩(wěn)定邊坡、有無影響地基穩(wěn)定性臨空面、厚度與空間分布情況[7]；另一方面則需要考慮地基、基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)的共同作用，情況必要可應(yīng)用強化上部結(jié)構(gòu)強度與剛度的方式，以促進建筑物適應(yīng)能力提高，解決地基不均勻變形問題。

在選擇山地建筑過程中則需要評價場地，重點對土體、巖石穩(wěn)定性進行評價，考慮建設(shè)過程中由于堆載、填方、挖方及卸載等可能影響場地穩(wěn)定性的情況。建設(shè)過程中充分利用天然形成的山地植被與排水系統(tǒng)，做好適當改變，在易于攔截或?qū)Я魑恢脤⑺觯艿缴胶橛绊懖课粍t需要做好排洪措施，在汛期與雨季特變注重場地穩(wěn)定性。而已經(jīng)選擇地基處理方法后，需通過代表性場地現(xiàn)場實驗，做好必要測試工作，以保證設(shè)計參數(shù)的加固效果，為后續(xù)檢驗施工質(zhì)量提供依據(jù)。

4.3 地基處理解決方案

4.3.1 加固糾偏原有地基基礎(chǔ)

對于住宅樓當前建筑情況，則需要采取地基基礎(chǔ)糾偏與加固技術(shù)。

（1）加固技術(shù)又可稱其為填充托換技術(shù)，主要有以下幾類：

一是墩式托換技術(shù)。事故發(fā)生基礎(chǔ)下挖坑到持力層，在坑底澆筑混凝土至地基，以新澆筑混凝泥土承擔或分擔上部建筑荷載。墩式托換技術(shù)主要是在原基礎(chǔ)下進行墩式基礎(chǔ)設(shè)置，保證基礎(chǔ)處于具有較高承載力的土層上，以達到滿足變形設(shè)計與承載力規(guī)范要求。

二是擴大基礎(chǔ)技術(shù)。通常采取鋼筋混凝土或混凝土進行基礎(chǔ)擴大，以減少地基變形和地基應(yīng)力。在施工中是通過提高建筑物基礎(chǔ)底面積的方式，以將地基作用的擠出壓力減少，降低附加應(yīng)力，從而減少沉降量，達到承載力要求。

三是地基加固技術(shù)。通常是利用處理地基方法對原地基填充土，或是部分地基土體加以改良，以減少地基沉降和提高承載力。

四是樁式托換技術(shù)。地質(zhì)條件復(fù)雜、上部建筑荷載大且地下水位較高，則選用墩式托換技術(shù)會遇到一定困難，可選用樁基礎(chǔ)事故發(fā)生后對建筑物進行托換式加固，此種技術(shù)是在原基礎(chǔ)下安裝樁，以此樁承擔或分擔上部荷載，提高地基承載力。

五是綜合加固技術(shù)。是指對上述兩種或以上加固技術(shù)綜合應(yīng)用，以達到減少沉降，提高地基承載力的目的。

（2）建筑地基糾偏技術(shù)，是當建筑物沉降差或沉降過大，對于建筑正常使用造成影響后，且需要糾斜、頂升的技術(shù)。糾正主要促使沉降小的部位沉降，讓其能夠均勻沉降以糾正建筑物，或是提升沉降大的位置以糾正建筑物[8]。頂升法則通常用于建筑物超過標準沉降值的時候，以提升方式將其提到一定高度；促沉糾斜則是通過加載影響地基形變，或是掏土調(diào)整地基變形以達到目的。

（3）施工組織方案。

當既有基地面積不合尺寸或基礎(chǔ)上產(chǎn)生裂縫可通過鋼筋混凝土將基礎(chǔ)加大。原始條形地基可承擔單面加寬柱基負荷，沿地基加固四邊下側(cè)擴展。在采取此方法中需要注意以下要求：

一是在加固舊基礎(chǔ)過程中，澆筑混凝土前后需對基礎(chǔ)鑿毛清理干凈，涂上高標號水泥砂漿，沿著地面水平位置設(shè)置錨筋，或是在角落中設(shè)置，通過鋼筋鉆孔植筋的方式做好焊接工作，此過程中必須焊牢加固筋與孔焊接鋼。

二是保證加套混凝土價款部分地基上鋪設(shè)墊料，厚度等同于原基礎(chǔ)墊層材料厚度，從而讓加套后地基基礎(chǔ)和原本基礎(chǔ)基底標高及應(yīng)力擴散條件相同。

三是將條形基礎(chǔ)單獨去端后分段分割，禁止在此階段中挖基坑，保證在連續(xù)長度下縮短暴露基礎(chǔ)時間，避免土壤浸泡軟化，進而導(dǎo)致基礎(chǔ)地基產(chǎn)生不均勻沉降。

4.3.2 上部結(jié)構(gòu)地基基礎(chǔ)加固

根據(jù)A15住宅樓情況，對于相同基礎(chǔ)形式A17住宅樓在未施工上部結(jié)構(gòu)前進行提前改正，完善施工處理方案，以做好地基承載力不足、地基變形過大的預(yù)防工作。

（1）地基挖至強風化玄武巖，將其施工為調(diào)節(jié)裝，保證平整垂直；

（2）延筏板基礎(chǔ)墊層寬度區(qū)高度不小于500mm，對毛石砼分層施工，每層厚度≤300mm，使用振搗器振實，強化養(yǎng)護；

（3）毛石砼南部磚模外側(cè)選用素土回填夯實；

（4）毛石砼北側(cè)則加深此部位砂石級配，分層壓實，系數(shù)≥0.94；

（5）擋土墻加強，沿基礎(chǔ)墊層外邊緣超出100mm寬，向下垂直作毛石砼，外側(cè)以素土回填夯實。

4.4 山地住宅工程地基基礎(chǔ)新加固技術(shù)

隨著我國經(jīng)濟發(fā)展，建筑行業(yè)呈現(xiàn)迅猛發(fā)展態(tài)勢，對于建筑工程性能與質(zhì)量也提出了更高要求。但以當前工程質(zhì)量而言，仍有較大提升空間，出現(xiàn)問題原因以不同區(qū)域存在較大施工條件差異為主，即便為同一建筑施工場地，土質(zhì)也可能產(chǎn)生差異。建筑施工中，地基實際情況如若掌握不準或處理不當，則會為工程留下隱患，進而對工程安全性與實用性造成影響，難以保護人們生命財產(chǎn)安全。因此，如若想要保證建筑工程質(zhì)量，則需要做好地基基礎(chǔ)施工。在本次項目中，除了上述地基加固外，還可應(yīng)用以下加固技術(shù)：

4.4.1 靜壓力樁加固技術(shù)

靜壓力樁加固主要是借助建筑物重力存在的反作用力，利用設(shè)備或液體壓設(shè)備，在土中分節(jié)壓入靜力壓樁預(yù)制樁，通過改變土壤顆粒結(jié)構(gòu)、組成及間隙的方式，以加固建筑物地基基礎(chǔ)。在工程中應(yīng)用靜力壓樁加固技術(shù)需要確保接駁上下靜壓力樁位置選用預(yù)埋角鐵焊接，為靜壓力樁穩(wěn)定性和連續(xù)性提供保障[9]。施工中也需要對樁的液壓壓力加以控制，計算壓力達到設(shè)計負荷，并在壓入樁基礎(chǔ)上加固樁頭和焊接鋼管與澆筑承臺底座連為整體，以此將上部結(jié)構(gòu)荷載傳遞到堅硬土層中，達到加固建筑物地基的效果。

4.4.2 灌漿加固技術(shù)

此技術(shù)主要是通過構(gòu)建及支出改善地基加固注漿技術(shù)推力，以借助灌漿鉆機達到目的，在軟土基礎(chǔ)層上鉆入鉆孔，使用高壓注漿設(shè)備，在鉆孔中將水泥化學(xué)泥漿以漿料形式貫入到土壤中形成化學(xué)物理反應(yīng)，產(chǎn)生水泥，之后通過擠壓拆分的方式，改善土壤性能結(jié)構(gòu)，以提高軟土建筑物基礎(chǔ)強度，保證地基基礎(chǔ)承載力符合建筑施工需求[10]。在應(yīng)用技術(shù)前需做好準備，確定軟土特點與分布位置，選擇合適注漿施工類型，通過科學(xué)施工以實現(xiàn)加固，在此過程中需要人員遵循操作要求，提高施工參數(shù)精準性，以穩(wěn)定建筑基礎(chǔ)。

4.4.3 軟土地基真空預(yù)壓加固

此方法是鋪設(shè)密封膜在地基表面，以特制真空設(shè)備將密封膜內(nèi)抽至真空，以保證土體垂直于排水通道與砂墊層形成負壓力，將水加速從孔隙排出，以固結(jié)土體，提高軟土地基強度。該方法適用于淤泥質(zhì)土、淤泥和其他可排水凝固的軟黏土，在真空作用下固結(jié)土體，是不改變總應(yīng)力條件下，增長孔隙應(yīng)力，降低水壓力的過程。抽真空過程中，需要在豎向排水通道與砂墊層表面形成負壓，以讓排水通道、土壤和襯墊間構(gòu)成壓力差，通過壓力差在排水管將土壤孔隙水不斷排出，以減少孔隙水壓力，增加有效用力。所以，在完成地基沉降預(yù)壓后，可提高其強度，不會產(chǎn)生地面不穩(wěn)定或有害殘余沉降問題。施工工藝主要有四部分：一是密封膜，可分離大氣加固地基；二是為加快土壤排水固結(jié)，需進行排水渠道設(shè)置；三是高效率真空裝置；四是為提高安全性與節(jié)能性，需安裝自動記錄控制系統(tǒng)。通過對各個關(guān)鍵節(jié)點加強控制，方能提高地基處理效果。

結(jié) 論

綜上所述，在山地住宅項目施工中，為保證工程質(zhì)量及開發(fā)效益，則應(yīng)當根據(jù)山區(qū)地質(zhì)做好地基處理工作，選址盡量避開不良地帶，做好統(tǒng)一規(guī)劃設(shè)計，保證平整場地標高合理性，以滿足地基設(shè)計要求。而在實際工程中，則應(yīng)當根據(jù)工程情況在原有基礎(chǔ)上做好糾偏加固工作，以解決工程建設(shè)中存在的地質(zhì)勘察、設(shè)計計算、臨近建筑影響等問題，從而保證建筑物施工質(zhì)量，提高建筑物安全性與穩(wěn)定性。