濕陷性黃土區(qū)復(fù)雜地基上高層建筑巖土勘察設(shè)計(jì)要點(diǎn)淺析

高海博，李芍穎，高鵬，張金鵬，李宗旺

（1.山西華冶勘測(cè)工程技術(shù)有限公司，山西 太原 030002；2.西安科技大學(xué) 建筑與土木工程學(xué)院，陜西 西安 710054）

0 引言

高層建筑荷載大，基坑深，對(duì)地基變形敏感，而濕陷性黃土未浸水強(qiáng)度高，浸水便迅速失去強(qiáng)度，變形大，因此在濕陷性黃土區(qū)進(jìn)行高層建筑加重了巖土工程勘察設(shè)計(jì)的難度，勘察深度如何控制，如何處理濕陷，采取何種基礎(chǔ)形式等都是需要詳加考慮的。本文以濕陷性黃土峁、梁區(qū)的某一高層建筑工程為例，將勘察開始至樁基檢測(cè)結(jié)束所遇到的各類問題進(jìn)行分析總結(jié)，為此類項(xiàng)目提供范例。

1 項(xiàng)目地質(zhì)概況

該項(xiàng)目位于山西省太原市東山，是典型的濕陷性黃土區(qū)，地貌單元為黃土塬及黃土梁，溝谷眾多，地面破碎，建設(shè)難度較大。本文選取具有代表性的一棟31層建筑（圖1），規(guī)模為長(zhǎng)56.4 m，寬18.8 m，高93.5 m，該場(chǎng)地整平標(biāo)高為926.8 m，建筑物基礎(chǔ)埋深6.6 m，基底壓力660 kPa。以其中的兩個(gè)鉆孔及兩個(gè)探井所揭露的地層（表1）進(jìn)行說明。

表1 代表性孔所揭露的地層參數(shù)

圖1 建筑物勘探點(diǎn)平面布置圖

2 勘察階段

《巖土工程勘察規(guī)范》（GB 50021-2001，中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部和中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，2009）中對(duì)不同勘察階段的勘察工作量布置均有不同的規(guī)定和要求。然而，目前的巖土工程勘察大部分是一次性勘察，不是分勘察階段進(jìn)行。由表1知，該建筑基礎(chǔ)范圍內(nèi)土層復(fù)雜，且厚度不均，同一土層厚度差最大為10.3 m，最小的也有6.2 m，巖面起伏較大，相差7.1 m，且風(fēng)化程度不一，通過一次勘察并不足以為設(shè)計(jì)方提供足夠詳細(xì)的數(shù)據(jù)，根據(jù)目前現(xiàn)狀及此類工程情況，認(rèn)為在勘察工作中除了按照初步和詳細(xì)階段的要求開展工作外，同時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：（1）初步勘察階段，主要摸清地層情況及物理力學(xué)特征；（2）詳細(xì)勘察階段，除按規(guī)范要求于建筑邊角中心設(shè)置勘察孔外，仍需于陡坎上下布置一定勘察孔，為后續(xù)的邊坡及填方設(shè)計(jì)提供依據(jù)；（3）施工勘察階段，負(fù)摩阻的存在及上部結(jié)構(gòu)的荷載使得樁基礎(chǔ)需深入巖體足夠的深度來提供承載力，而巖層面起伏不一，且風(fēng)化程度不同，使得每根樁的樁長(zhǎng)都需通過摸清巖層厚度及風(fēng)化程度來確定，這便是這一階段的主要任務(wù)（王現(xiàn)國(guó)，2006）。

本項(xiàng)目采用回轉(zhuǎn)鉆機(jī)鉆進(jìn)取樣，將土樣進(jìn)行相關(guān)土工試驗(yàn)并將地層分層，同時(shí)結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)及雙橋靜力觸探結(jié)果綜合評(píng)價(jià)地基土承載力，各層地基土建議承載力特征值分別為：1層濕陷性粉土150 kPa，2層粉土210 kPa，3層粉砂200 kPa。針對(duì)場(chǎng)地內(nèi)的濕陷性粉土，布置人工開挖探井，井深20 m，井壁刻槽法間隔1 m取樣，并進(jìn)行濕陷性分析試驗(yàn)，依據(jù)規(guī)范及結(jié)果進(jìn)行計(jì)算，T1探井自重濕陷量19 mm，總濕陷量85.5 mm，為Ⅰ級(jí)非自重，T2探井自重濕陷量0 mm，總濕陷量0 mm，為非濕陷?？變?nèi)波速測(cè)試試驗(yàn)結(jié)果結(jié)合鉆孔揭露地層可知，ZK1原覆蓋層厚度13.2 m，經(jīng)分層回填壓實(shí)整平后，覆蓋層變?yōu)?6.5 m；ZK1原覆蓋層厚度30.2 m，經(jīng)分層回填壓實(shí)整平后，覆蓋層變?yōu)?3.6 m。對(duì)鉆孔所取巖樣，砂巖進(jìn)行天然及飽和單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，并計(jì)算軟化系數(shù)；泥巖進(jìn)行天然單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，為樁基設(shè)計(jì)提供依據(jù)（陳忠憲，2011）。

3 地基處理

濕陷性黃土地區(qū)土層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性低，受到強(qiáng)壓或大量水源浸濕時(shí)，土質(zhì)強(qiáng)度會(huì)迅速減弱，出現(xiàn)大面積、大幅度下沉的現(xiàn)象（呂永平，2014），而且還具有直立性、崩解性，因此在鉆孔施工過程中，位于高陡坎上邊緣的鉆孔鉆進(jìn)中常會(huì)出現(xiàn)漏漿現(xiàn)象，且土樣的物理力學(xué)指標(biāo)會(huì)發(fā)生突變，統(tǒng)計(jì)中應(yīng)注意剔除該處數(shù)值（閆俊茂，2009）。由于存在挖方及填方，濕陷性試驗(yàn)的試驗(yàn)壓力，應(yīng)根據(jù)場(chǎng)地整平標(biāo)高而非根據(jù)鉆孔的實(shí)際標(biāo)高來施加，如若根據(jù)鉆孔標(biāo)高施加試驗(yàn)壓力，會(huì)造成挖方區(qū)濕陷程度變高，過度處理造成經(jīng)濟(jì)浪費(fèi)，填方區(qū)濕陷程度降低，影響工程安全。該建筑物基底標(biāo)高為926.8-6.6=920.2 m，則T1的第一個(gè)土樣最大試驗(yàn)壓力至少為660+（920.2-918.7）×20=690 kPa，T2的第一個(gè)土樣最大試驗(yàn)壓力至少為660-（923.3-920.2）×20=596 kPa。

大厚度黃土與填挖改造場(chǎng)地地基處理方法選擇時(shí)，應(yīng)根據(jù)處理目的與深度，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境與施工條件，經(jīng)過經(jīng)濟(jì)與工期比較后確定（華遵孟等，2010）。由圖1可知，建筑物位于黃土丘陵溝壑區(qū)，若要進(jìn)行基礎(chǔ)施工，需先處理好建筑范圍內(nèi)的不良地基體，該場(chǎng)地的不良地基體包括建筑物北側(cè)及西側(cè)的崩塌、北側(cè)的土洞（窯洞）、西側(cè)的滑坡。針對(duì)場(chǎng)地內(nèi)的崩塌堆積物采用挖而不運(yùn)、就地解決的處理原則；對(duì)土洞追蹤開挖，分層回填，同時(shí)強(qiáng)夯處理；填方區(qū)小滑坡將其挖出就近碾壓，規(guī)模較大時(shí)通過強(qiáng)夯處理，挖方區(qū)的滑坡，土方開挖時(shí)從不影響滑坡穩(wěn)定的部位開挖，以免誘發(fā)滑坡。

為了保持地基的整體穩(wěn)定，還需對(duì)落差較大的坎臺(tái)（建筑物東北側(cè)及東側(cè)）、邊坡（建筑物西側(cè)）進(jìn)行填筑及加固。填土的均勻性及密實(shí)度宜用觸探測(cè)定，輔以室內(nèi)試驗(yàn)。輕型動(dòng)力觸探適用于黏性、粉性素填土。填土的壓縮性、濕陷性可采用室內(nèi)固結(jié)試驗(yàn)或現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)（楊文強(qiáng)，2018）。在該工序中，尤其需注意各種交接面的處理，需采用臺(tái)階開挖（臺(tái)階面適當(dāng)內(nèi)傾）并通過強(qiáng)夯補(bǔ)強(qiáng)。隨后是邊坡的設(shè)計(jì)處理，在滿足安全系數(shù)的前提下，還需對(duì)坡面防護(hù)、坡腳處理及排水做出要求（曹杰等，2019）。鑒于該區(qū)域分布的濕陷性土層的工程特性，應(yīng)在工程開發(fā)建設(shè)時(shí)采取相應(yīng)的防水排水措施，以防止地基土浸水濕陷對(duì)建筑物產(chǎn)生不利影響（陸亮，2019）。

4 基礎(chǔ)選型

項(xiàng)目場(chǎng)地地形起伏較大，至基礎(chǔ)底面最高處需開挖3.9 m，最低處需回填6.9 m，加之6～12.1 m的濕陷性粉土，濕陷敏感性較強(qiáng)，用改變其物理力學(xué)性質(zhì)的處理辦法來達(dá)到消除濕陷性，提高承載力的目的，是不可靠或不經(jīng)濟(jì)的（胡敏，2010），只能通過樁基礎(chǔ)將荷載傳遞至穩(wěn)定的泥巖才能保證足夠的承載力。

《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ 94-2008，中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，2008）規(guī)定，樁端置于完整、較完整基巖的樁基為嵌巖樁，嵌巖樁具有單樁承載力高、沉降小、抵御水平抗震性能較好、群樁效應(yīng)較低等優(yōu)點(diǎn)，其單樁豎向極限承載力，由樁周土總極限側(cè)阻力和嵌巖段總極限阻力組成（徐賢昭等，2010）。當(dāng)樁周土因自身固結(jié)、場(chǎng)地填土、浸水濕陷、地面堆載等原因而產(chǎn)生的沉降大于樁體沉降時(shí)，樁側(cè)將產(chǎn)生負(fù)摩阻力。負(fù)摩阻力將對(duì)樁基產(chǎn)生下拉作用，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)茐幕A(chǔ)。因此，樁基設(shè)計(jì)應(yīng)高度重視負(fù)摩阻力問題（胡昕等，2011）。

經(jīng)試算，樁徑800 mm 時(shí)，ZK1 處有效樁長(zhǎng)32.3 m可滿足承載力要求，樁端需進(jìn)入巖層12.2 m；ZK2 處有效樁長(zhǎng)35.2 m 可滿足承載力要求，樁端需進(jìn)入巖層1.6 m。嵌巖深度不同，樁側(cè)土層性質(zhì)及厚度不同，造成承載力發(fā)揮的方式不盡相同，為避免局部有效樁長(zhǎng)過短、相鄰的樁底標(biāo)高相差過大，需要設(shè)計(jì)進(jìn)一步進(jìn)行驗(yàn)算（王俊茹等，2005），且需對(duì)設(shè)計(jì)出的樁基參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證，這就需要進(jìn)行場(chǎng)外試樁。試樁優(yōu)先選擇在了填土較厚，嵌巖深度較大的位置，即在建筑物的東北側(cè)及東側(cè)填方區(qū)各布置一根試樁，在南側(cè)布置一根試樁，同類項(xiàng)目可根據(jù)試樁結(jié)果及設(shè)計(jì)需要，在必要時(shí)增加試樁的數(shù)量。

5 樁基實(shí)施

本工程樁基數(shù)量大，穿越濕陷性黃土及填土，而且樁端進(jìn)入巖層較深，施工難度較大。首先，濕陷性黃土及填土應(yīng)無水施工，碎渣浮土的厚度如何控制是施工中特別要注意的；其次，部分樁基進(jìn)入巖層較深，如何保證入巖段施工的工效與質(zhì)量是工程的難點(diǎn)（吳江斌等，2013）。

灌注樁后注漿工法可用于各類鉆、挖、沖孔灌注樁及地下連續(xù)墻的沉渣（虛土）、泥皮和樁底、樁側(cè)一定范圍土體的加固。本工程便采用了樁端樁側(cè)后注漿的輔助措施，一來可以加固清不出來的巖層碎渣及浮土，再者可以提高樁基承載能力。不過由于負(fù)摩阻的存在，需注意保持樁側(cè)豎向增強(qiáng)段位于中性點(diǎn)的下方。

旋挖鉆機(jī)土層鉆進(jìn)速度快，但施工噪音大，震動(dòng)大，在高回填區(qū)容易造成塌孔現(xiàn)象，并且?guī)r層鉆進(jìn)慢，要想保證較快的施工進(jìn)度，就需要增加鉆機(jī)的數(shù)量來達(dá)到。洛陽鏟打樁機(jī)設(shè)備簡(jiǎn)單，移動(dòng)方便，噪音小，不易塌孔，在淺部土層及回填土層中取土亦較快。本工程即采用了這兩種成樁機(jī)械相結(jié)合的施工工藝，上部用洛陽鏟打樁機(jī)進(jìn)行取土，至砂層或單次取土量較少時(shí)移至下一孔位，由旋挖鉆機(jī)繼續(xù)進(jìn)行鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)孔深。這樣的組合既提高了質(zhì)量效率，又降低了成本，達(dá)到了建設(shè)方與施工方共贏的目的。

嵌巖樁在施工時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

（1）施工中的樁長(zhǎng)與周邊樁應(yīng)能滿足剛性角的要求；

（2）成孔完成后，應(yīng)及時(shí)配合勘察、設(shè)計(jì)、監(jiān)理等單位對(duì)孔底進(jìn)行驗(yàn)收，驗(yàn)收完成后及時(shí)封閉，防止巖層風(fēng)化，承載力發(fā)生變化；

（3）在孔底巖層單軸抗壓強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)再對(duì)樁體進(jìn)行澆筑，澆筑前應(yīng)注意：樁底進(jìn)行清底，確保樁底沉渣（浮土）厚度滿足規(guī)范要求；清底完成后用C30細(xì)石混凝土將探孔灌實(shí)，并對(duì)孔底進(jìn)行封閉，確保封底成功后再行澆筑（張志新，2014）。

6 樁基檢測(cè)

樁基載荷試驗(yàn)是檢驗(yàn)樁基設(shè)計(jì)及施工是否合格的最直接最重要的手段。由于濕陷性黃土需浸水且達(dá)到一定含水量才會(huì)發(fā)生沉降，填土的沉降固結(jié)往往需要很長(zhǎng)時(shí)間，而樁基載荷試驗(yàn)加荷過程中，樁相對(duì)于樁周土產(chǎn)生向下的位移，此時(shí)，即使中性點(diǎn)以上的土體對(duì)樁體亦產(chǎn)生正摩阻力，故樁基承載力特征值應(yīng)根據(jù)樁基最大加載量扣除中性點(diǎn)以上填土的側(cè)摩阻力后得出（曹軍嶺，2018）。

對(duì)樁身完整性的檢測(cè)可通過低應(yīng)變和鉆芯的手段來達(dá)到。根據(jù)《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》（JGJ 106-2014，中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，2014）第3.3.3條、3.3.4條及3.3.7條，此類復(fù)雜場(chǎng)地，低應(yīng)變檢測(cè)數(shù)量不應(yīng)少于總樁數(shù)的30%，且不應(yīng)少于20根；鉆芯法檢測(cè)樁身完整性的同時(shí)，可鉆取樁底及樁端持力層巖芯樣，檢驗(yàn)樁底沉渣厚度，判斷持力層巖石的單軸抗壓強(qiáng)度及樁底下3倍樁徑且不小于5 m深度范圍內(nèi)有無空洞、破碎帶、軟弱夾層等不良地質(zhì)條件，檢測(cè)數(shù)量不少于總樁數(shù)的10%，且不少于10根，可根據(jù)樁基施工情況及檢測(cè)結(jié)果擴(kuò)大檢測(cè)數(shù)量。

7 結(jié)語

濕陷性黃土作為特殊性巖土，其遇水發(fā)生顯著附加變形的特性本已對(duì)工程建設(shè)造成麻煩，如在其上加蓋高層建筑，使得本已復(fù)雜的巖土工程勘察設(shè)計(jì)更加困難。本文通過分析總結(jié)某例在濕陷性黃土區(qū)的高層建筑項(xiàng)目勘察設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)要點(diǎn)，以期對(duì)同類巖土工程勘察設(shè)計(jì)提供參考。

致謝本文為某房地產(chǎn)公司在太原東山的開發(fā)項(xiàng)目的勘察研究成果，論文相關(guān)野外勘察取樣、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)、土工試驗(yàn)得到了項(xiàng)目組全體成員及相關(guān)人員的大力支持，山西冶金巖土工程勘察有限公司高級(jí)工程師李耀杰、趙躍亭在論文撰寫中給了諸多建議，在此表示感謝！