山地建筑地基處理和基礎(chǔ)選型淺析

葉川，裴學(xué)軍，楊立煌

（1.重慶大學(xué)建筑規(guī)劃設(shè)計總院有限公司 重慶 400045）（2.昆明恒基建設(shè)工程施工圖審查中心 云南 昆明 650000）（3.云南卓立工程檢測有限公司 昆明 650000）

0 引言

山地是區(qū)別于平原和平緩坡地的一種自然地貌。建造于其上的城市呈現(xiàn)出了與平原城市迥然不同的空間形態(tài)和環(huán)境特征，如我國著名的山城—重慶、東方之珠—香港，以及國外的羅馬、雅典等。隨著我國城鎮(zhèn)化的推進(jìn)，城市建設(shè)的迅猛發(fā)展以及耕地保護(hù)等環(huán)境因素要求，出現(xiàn)了越來越多的山地建筑產(chǎn)品，區(qū)別于傳統(tǒng)山地建筑，很多高層山地建筑也在其中暫露頭角，例如云南省出臺的《云南省人民政府關(guān)于加強耕地保護(hù)促進(jìn)城鎮(zhèn)化科學(xué)發(fā)展的意見》推動了云南省城鎮(zhèn)上山，高層、小高層住宅鱗次櫛比，依山而建，不僅緩解了耕地壓力，解決了城市發(fā)展的居住需求，也呈現(xiàn)出了不一樣的城市景觀。

山地建筑與平原建筑的區(qū)別不僅僅是外部空間，其建筑技術(shù)上也有很大的差別。雖然山地建筑可以依托山地優(yōu)勢資源打造呈現(xiàn)特色的效果，但因山地生態(tài)的脆弱性，更增加了開發(fā)的難度，特別是山地地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，給山地建筑的地基處理和基礎(chǔ)選型增加了難度，本文以重慶和云南的山地建筑開發(fā)經(jīng)驗為基礎(chǔ)，淺析山地建筑地基處理和基礎(chǔ)選型，以供同行參考。

1 山地地基特點

山地地形起伏大，地址構(gòu)造復(fù)雜。不同區(qū)域的地質(zhì)構(gòu)造各不相同，例如同屬西南地區(qū)的重慶和云南，雖都是山地為主，都分布著石林、溶洞、峽谷等卡斯特景觀。但氣溫、降雨等均不相同，特別是云南省屬于地震多發(fā)省份，多條地震斷裂帶分布于境內(nèi)，抗震成了工程建設(shè)的首要要務(wù)。歸納總結(jié)我國山地地基特性，主要呈現(xiàn)以下特點：

（1）地面高差大。在《云南省山地城鎮(zhèn)建筑設(shè)計導(dǎo)則》（以下簡稱“導(dǎo)則”）中，將《導(dǎo)則》的適應(yīng)范圍定義為“山地自然坡度大于15%的城鎮(zhèn)建設(shè)建筑設(shè)計[1]?！痹谶@樣的場地上建設(shè)，勢必形成挖填方巖土質(zhì)邊坡，同一建筑單體基礎(chǔ)分別置于挖、填方區(qū)的情況比比皆是；如果處理不當(dāng)，將造成地基不均勻沉降，從而危害上部結(jié)構(gòu)；

（2） 基巖起伏變化較大，覆土層厚薄不均。此種情況在喀斯特地貌中尤為突出，常造成建筑物基礎(chǔ)持力層置于不同地質(zhì)層，是帶來建筑物不均勻沉降的因素之一；

（3） 地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜。由于山地的成因使其地質(zhì)構(gòu)造較為復(fù)雜，土層在平面與豎向分布上常有很大的差異，不僅厚薄不均，各層的物理力學(xué)指標(biāo)也差異頗多；

（4） 薄弱層和不良地質(zhì)現(xiàn)象較多。古（老）池塘，河道溝渠的淤泥細(xì)砂等局部軟弱土層時有出現(xiàn)在建筑場地內(nèi)，處理不當(dāng)也是造成不均勻沉降的因素之一；據(jù)山區(qū)災(zāi)害研究顯示：泥石流、滑坡與崩塌等山地災(zāi)害，幾乎在地球上所有的山區(qū)都有可能發(fā)生，其中以最新隆起山系的山地災(zāi)害最為活躍[2]。近年發(fā)生的“汶川地震”“玉樹地震”“昭通魯?shù)榈卣稹本浞诛@現(xiàn)了滑坡、泥石流、崩塌以及地震斷裂帶等不良地質(zhì)災(zāi)害帶來的危害，斷裂帶上的建構(gòu)筑物，即使經(jīng)過抗震設(shè)計也無一幸免，造成了嚴(yán)重破壞；此外巖溶、土洞強烈發(fā)育也是建筑工程的隱患，因此在建設(shè)場地選擇時，應(yīng)盡量避開不良地質(zhì)。合理的基礎(chǔ)選型，適宜的地基處理既能在技術(shù)上先進(jìn)，也能在經(jīng)濟(jì)上取得合理效益。

2 山地建筑地基的常用處理方法

2.1 山地地基處理要點

地基處理的結(jié)果影響著基礎(chǔ)的選型，決定了工程造價。居于山區(qū)工程地質(zhì)的復(fù)雜性特征，地基變形均勻性和邊坡穩(wěn)定是處理的關(guān)鍵點。

在地基處理設(shè)計時，一應(yīng)考慮建設(shè)場地內(nèi)，在自然條件下，有無滑坡現(xiàn)象，有無影響場地穩(wěn)定性的斷層破碎帶；場地周邊有無不穩(wěn)定邊坡；基巖面的起伏情況、厚度及空間分布情況、有無影響地基穩(wěn)定性的臨空面；二應(yīng)考慮上部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)和地基的共同作用，必要時應(yīng)采取加強上部結(jié)構(gòu)剛度和強度的措施，以提高建筑物對地基不均勻變形的適應(yīng)能力。

在山地建筑選址時應(yīng)針對場地進(jìn)行評價，重點評價場地巖、土體穩(wěn)定性，應(yīng)考慮在建設(shè)活動中因挖方、填方、堆載和卸載等對場地穩(wěn)定性的影響。在建設(shè)中，對天然形成的排水系統(tǒng)和山地植被應(yīng)充分加以保護(hù)和利用。當(dāng)必須改變時，應(yīng)在易于導(dǎo)流或攔截的部位將水引出場外；在受山洪影響的地段，應(yīng)采取相應(yīng)的排洪措施；應(yīng)密切關(guān)注場地的穩(wěn)定性（尤其在雨季或汛期）[3]。

對已選定的地基處理方法，宜選擇代表性場地進(jìn)行相應(yīng)的現(xiàn)場試驗，并進(jìn)行必要的測試，以檢驗設(shè)計參數(shù)和加固效果，同時為施工質(zhì)量檢驗提供相關(guān)依據(jù)。

2.2 山地地基的常用處理方法

（1）樁基礎(chǔ)。山區(qū)建設(shè)普遍采用此法，樁基礎(chǔ)分機(jī)械成孔灌注樁或人工挖孔灌注樁，樁端穿過軟弱土層，嵌固在堅硬的土(石)層上，控制建筑物的沉降，使之滿足設(shè)計要求[4]。樁基的使用可以大大減少土方工程，特別是在某些沒有條件使用機(jī)械成孔的場合，人工挖孔樁顯現(xiàn)出了其優(yōu)越性，在云南的山地建設(shè)中，質(zhì)量控制和工程經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢尤為明顯。

（2）淺基礎(chǔ)。當(dāng)?shù)鼗至由喜客翆拥膹姸容^高、壓縮性較低，且其厚度滿足規(guī)范相關(guān)要求時，應(yīng)充分利用上覆土層，盡量優(yōu)先采用淺埋式基礎(chǔ)更為經(jīng)濟(jì)合理。

（3）梁板跨越法。此法適宜用來處理不良地質(zhì)現(xiàn)象場合，如溶洞、溶蝕裂縫、土洞裂隙等。對洞口較小的洞隙，宜采用鑲補、嵌塞、跨蓋等方法處理；對洞口較大洞隙，宜采用梁、板、拱等結(jié)構(gòu)跨越（但應(yīng)注意跨越結(jié)構(gòu)應(yīng)有可靠的支承面，梁式結(jié)構(gòu)在巖石上的支承長度應(yīng)大于梁高1.5倍），也可采用水撼法灌砂、漿砌塊石等堵塞措施；對于圍巖不穩(wěn)定、風(fēng)化裂隙破碎的巖體，可采用灌漿加固和清爆填塞等措施；對規(guī)模較大的洞隙，可采用直接在洞底支撐或通過調(diào)整柱距等方法處理。

（4）換土法。換土的目的是使建筑物獲得均勻沉降，一般有兩種方法：一是以硬換軟，二是以軟換硬（又稱“褥墊層”），此法多被應(yīng)用。褥墊厚度一般為：300~500mm，所用材料為爐渣、中砂、粗砂、土夾石（其中碎石含量為20%~30%）等材料，夯填度：中砂、粗砂為0.87±0.05；土夾石為0.7±0.05；或通過現(xiàn)場試驗確定。若軟硬地基各一半，宜采用設(shè)置沉降縫與局部換土相結(jié)合的方法。

（5） 地基處理法：通過對軟弱地基處理后，使其能滿足建筑地基承載力和變形要求。常用方法有：換填墊層法、強夯法、水泥土攪拌法、高壓噴射注漿法、灰土擠密樁法等。其中：

（a）換填墊層法主要作用是提高地基承載力，減少沉降量，加速軟弱土層的排水固結(jié)，防止凍脹和消除膨脹土的脹縮。適用于淺層軟弱地基及不均勻地基的處理；

（b） 強夯法主要用來處理碎石土、砂土、低飽和度的粉土與粘性土、濕陷性黃土、雜填土和素填土等地基；

（c） 水泥土攪拌法主要用來處理正常固結(jié)的淤泥與淤泥質(zhì)土、粘性土、粉土、飽和黃土、素填土以及無流動地下水的飽和松散砂土等地基。

（d） 高壓噴射注漿法主要用來處理淤泥、淤泥質(zhì)土、粘性土、粉土、砂土、人工填土和碎石土地基。

（e） 灰土擠密樁法和土擠密樁法主要用來處理地下水位以上的濕陷性黃土、素填土和雜填土等地基，可處理的深度為5～15m。

在確定地基處理方案時，宜選取不同的多種方法針對設(shè)計要求的承載力提高幅質(zhì)、施工工藝、工程造價等進(jìn)行比選后確定最終方案。

3 山地建筑基礎(chǔ)選型時應(yīng)考慮的因素

在基礎(chǔ)工程設(shè)計中，應(yīng)根據(jù)具體的地勘資料，合理選擇適宜的基礎(chǔ)形式，基礎(chǔ)選型時主要應(yīng)考慮以下因素：

（1） 基礎(chǔ)應(yīng)支承在堅固或較均勻的地基上，應(yīng)考慮持力層及其下臥層的整體穩(wěn)定性，同一棟建筑不宜采用多種不同類型的基礎(chǔ)型式；

（2） 建筑基礎(chǔ)設(shè)計應(yīng)滿足構(gòu)造的要求，即其埋深、高度、偏心距和沉降應(yīng)滿足相應(yīng)規(guī)范的控制要求等；地震區(qū)應(yīng)考慮山地地震力影響，對基礎(chǔ)進(jìn)行穩(wěn)定性驗算；臨近邊坡、陡坎上的建筑基礎(chǔ)應(yīng)進(jìn)行抗震穩(wěn)定性設(shè)計。建筑基礎(chǔ)與土質(zhì)、強風(fēng)化巖邊坡的邊緣應(yīng)留有足夠的距離，其值根據(jù)設(shè)防烈度的高低確定，并采取措施避免地震時地基基礎(chǔ)破壞。

（3） 根據(jù)上部結(jié)構(gòu)的不同結(jié)構(gòu)形式選配相適應(yīng)的合理的基礎(chǔ)型式；

（4） 當(dāng)上部結(jié)構(gòu)為框架或剪力墻結(jié)構(gòu)、無地下室時：

（a）如地基較好、荷載較小、柱網(wǎng)分布較均勻時，可采用柱下獨立基礎(chǔ)或墻下條形基礎(chǔ)。在抗震設(shè)防區(qū)，其縱橫方向應(yīng)設(shè)連系梁，連系梁可按柱垂直荷載的10%引起的拉力和壓力分別驗算;

（b）如地基較差、荷載較大時，可選用十字型鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)或樁基，當(dāng)不能滿足要求時可以選用筏基；對于不均勻，且土質(zhì)又較軟的地基，應(yīng)先進(jìn)行提高地基承載力，減少地基壓縮性的處理，之后再在其上做筏基。不考慮地基實際情況，一味做筏片基礎(chǔ)就萬無一失的想法是錯誤的，應(yīng)引以為戒。

（5）當(dāng)上部結(jié)構(gòu)為框架或剪力墻結(jié)構(gòu)、有地下室時：

（a）如地基較差、上部結(jié)構(gòu)對不均勻沉降限制較嚴(yán)、防水要求較高時可選用筏基；

（b）如柱網(wǎng)、荷載及開間分布比較均勻、地基較好時、可選用剛性條形基礎(chǔ)；

（6）砌體結(jié)構(gòu)優(yōu)先采用剛性條形基礎(chǔ)；當(dāng)基礎(chǔ)寬度大于2.5m時，可采用鋼筋混凝土擴(kuò)展基礎(chǔ)即柔性基礎(chǔ)。

（7） 當(dāng)采取上述各類型基礎(chǔ)仍不能滿足設(shè)計要求時，可選用樁基或其他有效的人工處理地基。

4 山地地基基礎(chǔ)工程施工中常見的質(zhì)量問題

（1） 邊坡工程：當(dāng)現(xiàn)場不宜進(jìn)行放坡開挖，且可能對鄰近建（構(gòu)）筑物、地下管線、永久性道路產(chǎn)生影響時，應(yīng)對邊坡進(jìn)行支護(hù)后再開挖。目前邊坡支護(hù)的主要方法有：樁板 (錨)擋墻支護(hù)、錨桿及土釘墻支護(hù)、噴錨支護(hù)、重力式擋墻支護(hù)等。邊坡支護(hù)雖然不是直接構(gòu)成工程實體的一部分，但對整個建筑場地的安全穩(wěn)定來說卻有著十分重大的意義，這方面出現(xiàn)的工程事故較多，所以應(yīng)特別重視。其質(zhì)量問題主要表現(xiàn)如下：

（a） 位移：支護(hù)結(jié)構(gòu)向外側(cè)產(chǎn)生位移，從而導(dǎo)致坡頂?shù)孛娉两岛透浇课萘芽p，邊坡出現(xiàn)滑移、失去穩(wěn)定；

（b） 塌方：場地開挖中支護(hù)結(jié)構(gòu)失效，邊坡局部或大面積失穩(wěn)塌方；

（c）未按設(shè)計要求分段、分層進(jìn)行逆作法施工，不重視動態(tài)設(shè)計、信息化施工原則。

（2）地基釬探、驗槽常見質(zhì)量問題：釬探深度不足，釬探結(jié)論不明確；地基驗槽內(nèi)容不全面；

（3）樁基礎(chǔ)不按規(guī)范要求進(jìn)行承載力及有關(guān)質(zhì)量檢測，單柱單樁的大直徑嵌巖樁未按規(guī)范要求對樁底持力層進(jìn)行檢驗；

（4）幾種常見地基處理方法的質(zhì)量問題：

（a） 換填墊層法常見質(zhì)量問題有：接槎位置不正確，接槎處不密實，分段分層施工未做成臺階形；不按規(guī)定進(jìn)行壓實系數(shù)及承載力檢驗；

（b）強夯法常見質(zhì)量問題：夯實過程中無法達(dá)到試夯時確定的最少夯擊遍數(shù)和總下沉量，夯擊不密實；強夯后，實際加固深度局部或大部分未達(dá)到要求的影響深度，加固后的地基強度未達(dá)到設(shè)計要求；不按規(guī)定進(jìn)行承載力檢驗；

（c） 水泥土攪拌法常見質(zhì)量問題：夾層、斷樁；樁體強度不夠；不按規(guī)定進(jìn)行承載力檢驗；

（d）基礎(chǔ)回填土常見質(zhì)量問題：橡皮土（彈簧土），填土夯打后土體發(fā)生顫動，形成軟塑狀態(tài)，而體積并沒有壓縮；回填土密實度達(dá)不到要求，沉陷；基礎(chǔ)施工完畢后不及時回填。

5 結(jié)語

綜上所述，合理適宜的地基處理和基礎(chǔ)選型是山地建筑工程質(zhì)量保障和開發(fā)效益的基礎(chǔ)，依據(jù)山區(qū)地質(zhì)特征，在處理山地建筑地基和基礎(chǔ)選型時應(yīng)注意以下方面：

（1）應(yīng)充分了解項目選址的工程地質(zhì)結(jié)構(gòu)和水文地質(zhì)情況，因地制宜，認(rèn)真篩選地基基礎(chǔ)處理方案；

（2）山地建設(shè)中，場地選址應(yīng)盡量避開不良地質(zhì)地帶，場地平面設(shè)計應(yīng)避免建筑物跨越地震斷裂帶，必須跨越的，應(yīng)采取相應(yīng)措施；此外要統(tǒng)一規(guī)劃設(shè)計，合理作好平整場地標(biāo)高，應(yīng)避免出現(xiàn)較高的高邊坡，對填方區(qū)要合理地利用填土地基，提出壓實處理及基礎(chǔ)施工的綜合方案，控制填土的密實度和承載力以提高填土質(zhì)量，滿足地基設(shè)計要求；

（3）樁基礎(chǔ)是解決山地建筑地基不均勻性和部分不良地質(zhì)現(xiàn)象的一種有效的常用方法，具體采用何種形式，需要根據(jù)具體項目的工程地質(zhì)條件決定。在設(shè)計時應(yīng)重點考慮減少建筑物的沉降差，保證建筑物的穩(wěn)定性。

（4） 在工程地質(zhì)條件比較復(fù)雜地區(qū)施工時，主要建筑物的基槽（坑）施工應(yīng)及時組織質(zhì)監(jiān)、地勘、設(shè)計、監(jiān)理、建設(shè)、施工單位進(jìn)行驗槽，通過驗收后方能進(jìn)行下一道工序的施工，基礎(chǔ)施工應(yīng)作好隱蔽工程和特殊處理記錄。

（5） 對有代表性的軟、硬不均地基的建筑物應(yīng)加強沉降觀測。及時消除隱患，收集數(shù)據(jù)，為山區(qū)建設(shè)處理軟硬不均地基積累資料；

（6）重視邊坡的設(shè)計施工。

萬丈高樓平地起，沒有堅實的基礎(chǔ)，高樓也就沒有保障。已發(fā)生的因基礎(chǔ)隱患導(dǎo)致的工程質(zhì)量事故就證明了這點。居于山區(qū)工程地質(zhì)的復(fù)雜性，在工程建設(shè)中應(yīng)充分重視；應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)范要求，結(jié)合當(dāng)?shù)氐墓こ痰刭|(zhì)情況和實際經(jīng)驗進(jìn)行綜合分析對比，優(yōu)選安全、經(jīng)濟(jì)、合理的方案。