软土和岩石组合地基基础处理方法与实例

摘要：在分析常用土岩组合地基基础工程处理措施的基础上，对某住宅小区的软土和岩石地基基础工程处理方法进行了介绍。通过采用独立基础和一柱一桩基础的设计，制定多种能够及时应对施工过程中发现的不良地质问题的处治原则，加上施工过程中设计、施工、勘察和监理各单位的密切配合，使该小区软土和岩石组合地基上的基础工程得到了及时有效的处理，取得了良好效果。

关键词：土岩组合地基； 处理； 设计； 处治原则

中图分类号：TU447

文献标识码：B

文章编号：1008-0422（2008）06-0146-03

1前言

地基基础是整个建筑物的重要组成部分，它对建筑物的安全和正常使用有着密切联系，一旦出现事故，处理就比较困难，例如地基的下沉将造成室内地坪空鼓、开裂，室外散水空鼓开裂、下沉，建筑物基础受水浸泡，甚至导致建筑物不均匀沉降等问题。土岩组合地基是山区常见的建筑场地，常见的土岩组合地基主要有：①土层呈尖灭状分布的地基，这是由于下卧基岩表面坡度较大形成的；②覆盖土层厚薄极度不均匀的地基，这是由于基岩表面起伏不平导致的；③石芽地基，石灰岩地区常见地基形式，并有可能部份石芽出露。④球状岩块与残积层混杂堆积的地基；⑤崩塌体堆积的地基或崩塌休堆积物与残积坡积物混杂堆积的地基；⑥岩石碎屑填土地基，以及矿产残碴(如煤歼石堆积)或工业废料(如炉碴或钢碴堆积)等堆积物形成的地基。一般来说，这些地基无论岩石还是土体的承载力都比较高，因此地基的承载力一般卓有富余，但是由于土层和岩石的刚度差异巨大，因此最大的问题是容易出现不均匀变形，导致建筑开裂等问题。已有的文献对这些地基的处理已有大量介绍，本文将在这些已有经验的基础上，介绍一个软土和岩石组合地基上的基础工程处理方法和实例，供同行参考。

2工程概况

新都住宅小区的建筑场地原为工厂厂区，旧建筑物己全部拆除，场地平坦、宽阔，其中9#~15#楼为二组大底盘，三塔楼形式建筑，总高35.3m(13层)，结构类型为带一层转换层的短股剪力墙结构体系，主要转换层柱网尺寸为5.7×7.9m柱底最大轴力设计值6100kN。连接体部分柱网尺寸为75×7.8m，柱底最大轴力设计值2710 kN。该场地土层厚薄不均、性质不同，自上而下的土层分别是：①杂填土厚0.5~1.0m；②硬塑状粘土(fak=180kpa，Es=27.5Mpa) 厚1.0~1.2m；③可塑状粘土(fak=130kpa，Es=5.5Mpa) 厚0~2.2m，局部缺失；④软塑状粘土(fak=60kpa，Es =2.0Mpa) 厚1.0~2.5m；⑤流塑状粘土(fak=30kpa，Es=1.0Mpa) 厚0~2.1m，局部缺失。土层以下为基岩，为石灰系下统岩关组炭岩，但是基岩面深浅不一：浅的2.5m，深的9.2m，基岩fak=4000kPa，qpk=8000kPa。基底标高部分位于基岩下，部分位于土层上。根据地质勘察报告，该场地岩溶发育，而且存在不均匀性，钻探中发现普遍存在鹰嘴岩、溶沟、溶洞等不良地质条件。这是一个土层厚度不均匀，还存在流塑软土；基岩承载力较高，但又存在不良地质的土岩组合地基，加之上部结构为复杂高层建筑结构，单柱荷载较大。其基础工程的妥善处理，不仅事关工程造价，而且影响到建筑的安全和使用。

3土岩组合地基常用处理方法

3.1 设置褥垫法

土岩组合地基中，由于岩石地基和土地基在强度和刚度的差异，位于岩石地基部分的基础变形小，导致与岩石相邻的土层的承载力发挥不出来，使基础在土岩交界处形成应力集中，因此需要在土层和岩层顶面设置一层褥垫层，以减小土岩之间的沉降差褥垫法是通过在土岩地基上方设置一定厚度散体垫层，基础设置在在垫层，通过垫层的压缩和过渡使基础变形和受力得到过渡，避免基础在交界处形成大转角。褥垫层不能提高土层的承载力，因此褥垫法一般用在土层承载力能够满足要求的场地。褥垫可采用炉渣、中砂、粗砂、土夹石或粘性土等材料，其厚度应能达到能够使地基变形平顺过渡的要求，一般取300至500mm。褥垫法多用于房屋为单层排架结构或一、二层砌体承重结构，土层的地基承载力标准值一般大于应150KPa的土岩组合地基。其夯填度应根据试验确定，夯填度为褥垫夯实后的厚度与虚铺厚度的比值。

3.2 设置沉降缝

对于土层厚度差异很大的土岩组合地基，尤其是地基压缩量相差较大的位置，在建筑物上设置沉降缝是常用的处理措施。沉降缝的设置宜结合建筑物的平面形状、地基土质、基础类型及荷载条件等设置沉降缝，一般在下列部位设置：①建筑平面的转折部位；②高度差异或荷载差异处；③长高比过大的砌体承重结构或钢筋混凝土框架结构的适当部位；④建筑结构或基础类型不同处；⑤分期建造的房屋的交界处。沉降缝应有足够的宽度，房屋层数为2至3层时，沉降缝宽度为50~80mm，房屋层数为4至5层时，沉降缝宽度为80~120mm，房屋层数为5层以上时，沉降缝宽度不小于120mm，在特殊情况下可适当加宽。

3.3 后浇带法

处理土岩地基不均匀沉降的后浇带法是在高低层相连处设置的，具体做法是：先把高层主楼与低层裙房分开施工，从基础到裙房屋顶各构件的钢筋均断开，在建筑沉降稳定后，将各构件断开处浇混凝土联系起来，灌后浇带之前需把断开的钢筋焊接起来。采用后浇带法一般还会采用以下方法减少高层主楼和低层裙房的沉降差：①调整主楼基底和裙房基底的压力差，降低主楼和裙楼的沉降差，如：主楼用整片基础，如箱形基础或片筏基础，减小土压力，裙楼用条形基础及独立柱基加大土压力。②较准确地算出主楼与裙楼的沉降值，调整沉降差使沉降后期两者沉降相近。后浇带法通过先施工主楼，待主楼封顶后，再施工裙楼，待沉降基本稳定后，再浇灌后浇带，连为整体的方法，把高层主楼和低层裙房连成整体。采用后浇带法可避免设置沉降缝带来建筑使用功能和防水上的问题。后浇带一般设在裙房一侧，宽度不小于500mm。

3.4 其他措施

在土岩组合地基，采用一些建筑设计手段和施工措施也可降低建筑因地基不均而带来的不均匀沉降问题，例如，在选用建筑平面时，力求平面简单，体型均匀对称，而平面复杂的建筑如L形及T形等的交叉处，基础密集，地基中附加应力相互重盈，容易产生不均匀沉降。增加结构的整体刚度也是处理问题的方法之一，在不均匀场地，特别是碰到软土地基时应适当增加其关键部位的抗拉强度，这样有利于利用建筑物的刚度来调整建筑物的部分不均匀沉降。在不均匀场地进行建筑设什时，应注意相邻建筑物的相互影响，并尽量采用对不均匀沉降不敏感的结构。当建筑物有高差时，只要有可能，就应先施工重的部分，这样便可利用施工程序的时差，让沉降大的部分先沉降一部分，这样便可有效地减少不均匀沉降。

4处理方案设计

对于土岩组合地基，可用的方法很多，设计中应根据工程的实际情况，综合应用上述方法，可使地基承载力和不均匀沉降均能控制在允许范围内，达到最佳技术经济效果。例如某钢筋混凝土框架结构7层建筑，建筑面积6300m2，基础为人工挖孔桩基础，持力层为灰岩。开挖后发现少数孔桩的桩端处70%为岩石，30%为粘土。现场处理措施是将粘土部分挖去后回填混凝土并夯实，该建筑竣工多年来使用正常。而某单层工业厂房，建筑面积1200m2，采用柱下独立基础，持力层为硬塑状粘土。开挖至设计标高后局部见石笋出露，大部分为硬塑状粘土，勘察资料反映其承载力特征值为260kPa。由于粘土层的地基承载力满足要求，因此现场处理措施是将石笋打掉，挖去粘土并回填等厚的砂褥垫层，分层夯实后浇筑基础，该方案也取得了良好的经济效益。

新都住宅小区工程为软土和岩石组合的地基，在地表的硬壳层下为厚度不均的软土，基底标高大部分位于基岩下，局部位于土层上，其基岩承载力较高，但又存在鹰嘴岩、溶沟、溶洞，而上部结构为复杂高层建筑结构，单柱荷载较大。经过多次方案比较、评审，最后采用“独立基础+人工挖孔桩”基础方案：在基岩面埋深较浅的部分，挖除软土，将柱基础直接落在基岩上；对于基岩面埋深较大的部分，则采用人工挖孔桩，一柱一桩，桩端落在基岩上。这样的基础方案适合该工程特点和场地特点：①基础直接落在基岩上，基岩承载力较高，满足高层建筑荷载大的要求；②落在基岩上的基础不存在地基变形问题，既满足了高层建筑基础必须做到基础总沉降量和差异沉降量满足规范规定允许值的要求；③采用该方案后工程主楼与连接体之间不设永久缝，仅设后浇带用以解决险收缩和温度应力。同时，这样的基础方案传力明确、质量可靠、造价较低。

由于该场地下土层厚度不均，基岩中又存在鹰嘴岩、溶沟、溶洞等诸多不良地质现象，而且在设计阶段，是很难掌握非常详细的场地的地质条件的，因此设计中还要求无论是直接落在基岩上的柱下独立基础还是人工挖桩基础，均应对持力层灰岩进行超前钻探，查明基底5m（独立基础）或3d（桩基础）范围内基岩的完整性。施工中，勘察、施工、监理应准确提供每一个溶沟溶洞的平面只寸、走向、深度与基础的相对关系、两侧基岩的稳定性、可靠性等书面性资料。对于在施工中发现的溶洞、溶沟，制定了以下4条处治原则：①对外露的、浅层的溶沟、溶洞、裂隙，采取挖填置换的方法处理。能全部清除洞内泥土的全部清除，将洞壁(沟壁)表面凿毛，然后用混凝土回填。当难以清除洞隙内泥土时，也要尽量清除，清除深度不少于1米，然后回填毛石、碎石、浇筑险，并加大基础底面积(原则上加大面积二三洞隙面积)，使之跨越洞隙。②对外露的较深、较大的溶洞，当洞底岩石稳定可靠时，则改用桩基，将桩穿过洞体，使桩尖落在洞底岩石上。③对未外露的在5m或3d深度范围内的洞隙、溶洞，采用险灌注填塞。④对未外露的较大的溶洞，采用在洞内设置高压旋喷桩的处理方法，用旋喷桩支顶溶洞顶板，使之稳定。

5方案实施与效果

由于地质状况在设计阶段很难完全清楚，通过勘察手段也只能概括的查明场地内地形、地貌特征以及地质构造特征，对于是否存在岩溶、土洞、不均匀地基不良地质现象，场地内的地层结构、分布厚度及均匀性，各岩土层主要物理力学性质，场地内地下水类型，水位变化等，有一定的局限性。真实的场地条件只有基坑开挖才得以暴露显现，因此对于软土和岩石组合地基的处理，必须由设计、施工和勘察密切配合，根据暴露显现后的实际情况，调整处理方案，使设计方案实施可行。在新都住宅小区土岩组合地基的处理中，要求设计人员应参与全过程，不仅是在设计中制定处理方案，还应配合施工，实行动态设计，使处理方案经济可行，安全可靠。该工程的基坑开挖后，多处出现在勘察报告中未反映的溶沟、溶槽异常状况，但是通过设计方、施工、监理即时赶到工地，一方面安排清除溶沟、溶槽内泥土，另一方面，请地质勘察部门配合查清溶沟、溶槽平面范围，判断在基础平面内尺寸、定位以及在基础平面外1m范围内的走向、尺寸以及溶沟、溶槽旁基岩是否为完整或较完整的基岩。然后根据不同的实际情况对每个溶沟溶槽做了相应的处理方案。例如：9#楼A-11~A-E轴交柱基础ZHJ(独立柱基础)，基础尺寸A×B×H(高)=1.8×1.8×1.2m，配置φ12@100(双向)钢筋。在基坑开挖时，发现有外露溶沟，溶沟较深，溶沟内泥土难以清除干净。则按上述设计中的第①条原则：“对外露的、浅层的溶沟、溶洞、裂隙，采取挖填置换的方法处理。能全部清除洞内泥土的全部清除，将洞壁(沟壁)表面凿毛，然后用混凝土回填。当难以清除洞隙内泥土时，也要尽量清除，清除深度不少于1m，然后回填毛石、碎石、浇筑险，并加大基础底面积，使之跨越洞隙”进行处理。采取了以下措施：溶沟内泥土清除了约3m，然后填入毛石、碎石、浇注C30混凝土，由地质勘察部门鉴定基坑基岩符合设计要求后，将原基础底面积扩大，跨越溶沟。确定方案后，设计单位立即以设计更改(补充)通知单的形式发至施工单位，及时处理了施工中发现的问题，排除了建筑危害。在该小区基础工程施工过程中，多处出现了类似的问题，但是通过各方密切配合，多次进行基础设计变更取得了效果的良好技术和经济效果。

6结语

土岩石组合地基是不良的建筑场地，对于这样的场地的基础工程，必须根据工程特点和场地特征因地制宜的确定地基基础处理方案。本文在分析了常用土岩组合地基常用处理方法的基础上，介绍了某住宅小区工程中遇到的软土和岩石组合地基基础工程处理实例，通过采用独立基础和一柱一桩的基础形式，并在设计时制定遇到不良地质条件时候的处理原则。在施工过程中，通过设计、监理、施工、勘察的紧密配合，针对工程进行过程中的具体问题具体分析，得到了效果的良好技术和经济效果。

参考文献:

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