山區(qū)地質(zhì)環(huán)境因素對(duì)確定地基處理方案的影響

江濤 孫宗義

（山東省機(jī)械施工有限公司 山東濟(jì)南 250022）

1 引言

在《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007-2011）及《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ79-2002）等國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)條文均明確規(guī)定山區(qū)（包括丘陵地帶）的地基設(shè)計(jì)，應(yīng)對(duì)地面水、地下水對(duì)建筑地基和建設(shè)場(chǎng)區(qū)的影響分析認(rèn)定，但往往山區(qū)地區(qū)或丘陵與平原的交接地帶的工程地質(zhì)勘察或設(shè)計(jì)單位在建議或確定地基處理方案時(shí)，因經(jīng)驗(yàn)不足或其他原因，不太重視地形、地貌及地下水等工程地質(zhì)環(huán)境對(duì)處理后地基的影響，造成工程質(zhì)量問(wèn)題。本文就濟(jì)南地區(qū)某地基工程因?qū)こ痰刭|(zhì)環(huán)境因素考慮不周，該地基工程經(jīng)強(qiáng)夯加固處理后，地基出現(xiàn)了不均勻沉降。

2 工程實(shí)例

2.1 工程地質(zhì)情況

某擬建住宅樓工程，框架剪力墻結(jié)構(gòu)，高度34m，筏板基礎(chǔ)，位于濟(jì)南市漿水泉熱源站的下游大沖溝喇叭型出口的北側(cè)，靠山的拐彎處，地形相對(duì)高差約30m。擬建場(chǎng)地受認(rèn)為改造影響較大，多覆蓋較厚雜填土，屬山前沖洪積傾斜平原地貌單元。根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，地層自上而下分為：①雜填土：主要由粘性土、殘積土、塊石、碎石、生活與建筑垃圾組成，厚度3.60～5.40m不等。②沖填土：主要由深褐色粘性土、碎石土、砂粒及塊石，山區(qū)坡洪積物近期水力搬運(yùn)而形成，厚度約5.0m左右，結(jié)構(gòu)松散。③濕陷性黃土：淺黃色、可塑、針蟲(chóng)狀孔隙發(fā)育，含小礫石、小姜石、局部透水性好。有姜石、小礫石透鏡體分布，平均厚度約2.80m。④碎石層：淺灰色、石灰?guī)r成分，級(jí)配較均勻，層厚很不均勻，透鏡體狀分布。⑤輝長(zhǎng)巖。

2.2 設(shè)計(jì)要求及地基處理方案

山區(qū)某住宅工程擬采用強(qiáng)夯法進(jìn)行地基處理，設(shè)計(jì)要求夯后地基承載力特征值不小于160kPa，并消除黃土濕陷性。根據(jù)設(shè)計(jì)要求及地質(zhì)情況，采用了以下地基處理方案：首先將含有生活及建筑垃圾等成分混雜、工程力學(xué)性質(zhì)較差的雜填土挖除，深度約為5m，重新回填碎石土，然后使用夯擊能為3000kN·m，布點(diǎn)間距為3.5m×3.5m的強(qiáng)夯施工工藝進(jìn)行加固。

2.3 竣工驗(yàn)收

2016年5月強(qiáng)夯施工完畢后，按規(guī)范要求進(jìn)行檢測(cè)，夯后地基承載力特征值達(dá)到165kPa，送檢的土工試樣結(jié)果，黃土濕陷性已消除，地基工程指標(biāo)均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

2.4 驗(yàn)收后工程出現(xiàn)的問(wèn)題

2016年8月在準(zhǔn)備筏板基礎(chǔ)施工時(shí)，土建施工單位發(fā)現(xiàn)基槽西部基礎(chǔ)墊層發(fā)生了沉降，并出現(xiàn)了開(kāi)裂現(xiàn)象，現(xiàn)場(chǎng)情況如圖1所示。

圖1

裂隙特點(diǎn)：①裂隙；②裂隙為閉合裂隙；③裂隙為張性裂隙，隙寬1～3mm。裂隙發(fā)展伸延向下不明。

3 原因分析

3.1 施工質(zhì)量檢查與勘探

通過(guò)對(duì)各項(xiàng)工序及施工資料檢查，均未發(fā)現(xiàn)墊層施工單位在施工質(zhì)量控制過(guò)程中有任何瑕疵。為了弄清沉降及裂隙發(fā)生的原因，2016年8月14日對(duì)強(qiáng)夯地基進(jìn)行了勘探，經(jīng)過(guò)勘探及取樣分析，在強(qiáng)夯加固范圍內(nèi)的各項(xiàng)土工指標(biāo)仍保持了與原檢測(cè)報(bào)告的一致性，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象。

3.2 對(duì)山區(qū)工程地質(zhì)環(huán)境因素的分析

3.2.1 地形地貌與地下水

地形地貌：擬建場(chǎng)地位于濟(jì)南漿水泉、漿水泉熱源站的下游大沖溝喇叭型出口的北側(cè)靠山的拐彎處，，西側(cè)為山體，地形相對(duì)高差約30m。

地下水的來(lái)源與流向：擬建場(chǎng)區(qū)無(wú)穩(wěn)定的地下水，只有在雨季或下雨時(shí)，地表水的垂直滲入，形成階段性地下水流。水的流量由上游山彎沖溝匯水面積和雨量大小，下雨時(shí)間長(zhǎng)短控制。水流方向從地勢(shì)高向地勢(shì)低運(yùn)動(dòng)，即由西南向東北面流動(dòng)。若遇長(zhǎng)時(shí)間暴雨，區(qū)域內(nèi)地下水的水力坡度相當(dāng)大而產(chǎn)生很大的流速（因地形高差較大而產(chǎn)生）。

擬建場(chǎng)地內(nèi)各地層的透水性質(zhì)：強(qiáng)夯后地基土中的雜填土層結(jié)構(gòu)密實(shí)，透水性極小，形成的硬殼層具有強(qiáng)隔水能力。沖填碎石土、碎石和黃土層是透水層并具濕陷性。下部的輝長(zhǎng)巖為隔水層。

場(chǎng)地地下水的形成及作用：根據(jù)此場(chǎng)地的地層情況及地形地貌，地下水的補(bǔ)給與排泄地不一，整個(gè)場(chǎng)地下的透水層形成一個(gè)徑流通道，一旦有地表水的補(bǔ)給，地下水流在很短時(shí)間內(nèi)消失，不具備儲(chǔ)水條件。

3.2.2 該場(chǎng)地地基土沉降變形的機(jī)理分析

自然界土顆粒是以團(tuán)狀集合體結(jié)構(gòu)存在的，通常認(rèn)為土是由空氣、水和土顆粒三相組成。每一顆粒均被吸著水包圍，吸著水（吸著力約等于10000個(gè)大氣壓）在105°恒溫下才可以排除水分，該水不能移動(dòng)。在它的外圍又有一層弱結(jié)合水包圍，形成膜，可以移動(dòng)，孔隙水在重力作用下可以在巖土孔隙中流動(dòng)（稱(chēng)地下水）。

該工程基礎(chǔ)墊層施工期間正值濟(jì)南市7、8月份的暴雨季節(jié)，地表水補(bǔ)給豐沛，形成的地下水徑流消失后，受強(qiáng)夯處理后的地基其透水層中的孔隙與結(jié)合面失水，此時(shí)介質(zhì)體具有的濕陷性特征產(chǎn)生作用，孔隙收縮，張性結(jié)合面閉合，介質(zhì)體位置下陷。當(dāng)雨季或暴雨再來(lái)時(shí)，地下水作用又將產(chǎn)生，隨著時(shí)間的推移，反復(fù)交替，微量下陷將不斷擴(kuò)大，強(qiáng)夯形成的硬殼層厚度隨之減小。經(jīng)本次現(xiàn)場(chǎng)（2012年8月）勘探揭露，硬殼層厚度在3.50～3.80m，它產(chǎn)生的自重3.50～4.0t/m2。這個(gè)自重作用力，隨著透水層的微量自陷而跟進(jìn)，加大了地基土變形量和速率。因此造成地基局部發(fā)生沉降。

3.2.3 地表徑流對(duì)基礎(chǔ)墊層的影響

由于擬建場(chǎng)地西側(cè)緊鄰山體，參建各方未做任何排水或阻水措施，雨季形成的地表水大量流入基槽，造成西南側(cè)基礎(chǔ)墊層下滲入地表水，形成另外的地下水徑流通道，因基礎(chǔ)墊層僅起到找平及鋼筋保護(hù)層作用，未配筋，在自身荷載或其他外力作用下，發(fā)生了開(kāi)裂，是形成基礎(chǔ)墊層裂隙的另外一方面原因。

4 對(duì)類(lèi)似工程的防治措施

（1）可在來(lái)水方向的上游設(shè)置阻水帶，目的是減小地下水滲透流速，降低水頭壓力差。另外設(shè)置地表排水設(shè)施，及時(shí)排除上游大面積而來(lái)的地表水源，防止?jié)B入地基土層中，確保穩(wěn)定的工程地質(zhì)環(huán)境不受破壞而變形。

（2）采用置換強(qiáng)夯加固處理措施，采用單夯能量為4000kN·m時(shí)，夯錘外徑為2.50m，夯錘質(zhì)量20t，錘底靜壓力40.0kPa。

（3）置換強(qiáng)夯的施工方法：先夯擊形成約2m的夯坑，向夯坑內(nèi)填料再夯擊。如此反復(fù)夯擊直至完成預(yù)定擊數(shù)，并控制最終貫入度。再將夯坑填至地面并再夯一擊，使坑內(nèi)上部填入的虛土充分夯實(shí)，以利滿(mǎn)夯。

5 結(jié)論與建議

（1）無(wú)論是選擇地基處理方式，還是處理方案的確定，應(yīng)全面考慮擬建工程所處的巖土工程地質(zhì)環(huán)境，尤其是山區(qū)與平原的交接地帶，應(yīng)重視地形、地貌及地下水對(duì)工程的影響，地基處理方案除了應(yīng)滿(mǎn)足建筑結(jié)構(gòu)要求外，更重要的是維護(hù)改良后的水文及工程地質(zhì)環(huán)境，保持地基土層環(huán)境不被外力作用破壞，確保構(gòu)筑物的安全使用。

（2）在制定強(qiáng)夯處理方案時(shí)，可考慮在擬建工程周?chē)岣咧脫Q強(qiáng)夯能量，增加加固深度，降低巖土工程地質(zhì)環(huán)境因素的影響。