濕陷性黃土區復雜地基上高層建筑巖土勘察設計要點淺析

高海博，李芍穎，高鵬，張金鵬，李宗旺

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

0 引言

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

1 項目地質概況

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

表1 代表性孔所揭露的地層參數

圖1 建筑物勘探點平面布置圖

2 勘察階段

《巖土工程勘察規范》（GB 50021-2001，中華人民共和國住房和城鄉建設部和中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，2009）中對不同勘察階段的勘察工作量布置均有不同的規定和要求。然而，目前的巖土工程勘察大部分是一次性勘察，不是分勘察階段進行。由表1知，該建筑基礎范圍內土層復雜，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，且風化程度不一，通過一次勘察并不足以為設計方提供足夠詳細的數據，根據目前現狀及此類工程情況，認為在勘察工作中除了按照初步和詳細階段的要求開展工作外，同時應注意以下幾點：（1）初步勘察階段，主要摸清地層情況及物理力學特征；（2）詳細勘察階段，除按規范要求于建筑邊角中心設置勘察孔外，仍需于陡坎上下布置一定勘察孔，為后續的邊坡及填方設計提供依據；（3）施工勘察階段，負摩阻的存在及上部結構的荷載使得樁基礎需深入巖體足夠的深度來提供承載力，而巖層面起伏不一，且風化程度不同，使得每根樁的樁長都需通過摸清巖層厚度及風化程度來確定，這便是這一階段的主要任務（王現國，2006）。

本項目采用回轉鉆機鉆進取樣，將土樣進行相關土工試驗并將地層分層，同時結合標準貫入試驗及雙橋靜力觸探結果綜合評價地基土承載力，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。針對場地內的濕陷性粉土，布置人工開挖探井，井深20 m，井壁刻槽法間隔1 m取樣，并進行濕陷性分析試驗，依據規范及結果進行計算，T1探井自重濕陷量19 mm，總濕陷量85.5 mm，為Ⅰ級非自重，T2探井自重濕陷量0 mm，總濕陷量0 mm，為非濕陷?？變炔ㄋ贉y試試驗結果結合鉆孔揭露地層可知，ZK1原覆蓋層厚度13.2 m，經分層回填壓實整平后，覆蓋層變為26.5 m；ZK1原覆蓋層厚度30.2 m，經分層回填壓實整平后，覆蓋層變為33.6 m。對鉆孔所取巖樣，砂巖進行天然及飽和單軸抗壓強度試驗，并計算軟化系數；泥巖進行天然單軸抗壓強度試驗，為樁基設計提供依據（陳忠憲，2011）。

3 地基處理

濕陷性黃土地區土層結構穩定性低，受到強壓或大量水源浸濕時，土質強度會迅速減弱，出現大面積、大幅度下沉的現象（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中常會出現漏漿現象，且土樣的物理力學指標會發生突變，統計中應注意剔除該處數值（閆俊茂，2009）。由于存在挖方及填方，濕陷性試驗的試驗壓力，應根據場地整平標高而非根據鉆孔的實際標高來施加，如若根據鉆孔標高施加試驗壓力，會造成挖方區濕陷程度變高，過度處理造成經濟浪費，填方區濕陷程度降低，影響工程安全。該建筑物基底標高為926.8-6.6=920.2 m，則T1的第一個土樣最大試驗壓力至少為660+（920.2-918.7）×20=690 kPa，T2的第一個土樣最大試驗壓力至少為660-（923.3-920.2）×20=596 kPa。

大厚度黃土與填挖改造場地地基處理方法選擇時，應根據處理目的與深度，現場環境與施工條件，經過經濟與工期比較后確定（華遵孟等，2010）。由圖1可知，建筑物位于黃土丘陵溝壑區，若要進行基礎施工，需先處理好建筑范圍內的不良地基體，該場地的不良地基體包括建筑物北側及西側的崩塌、北側的土洞（窯洞）、西側的滑坡。針對場地內的崩塌堆積物采用挖而不運、就地解決的處理原則；對土洞追蹤開挖，分層回填，同時強夯處理；填方區小滑坡將其挖出就近碾壓，規模較大時通過強夯處理，挖方區的滑坡，土方開挖時從不影響滑坡穩定的部位開挖，以免誘發滑坡。

為了保持地基的整體穩定，還需對落差較大的坎臺（建筑物東北側及東側）、邊坡（建筑物西側）進行填筑及加固。填土的均勻性及密實度宜用觸探測定，輔以室內試驗。輕型動力觸探適用于黏性、粉性素填土。填土的壓縮性、濕陷性可采用室內固結試驗或現場載荷試驗（楊文強，2018）。在該工序中，尤其需注意各種交接面的處理，需采用臺階開挖（臺階面適當內傾）并通過強夯補強。隨后是邊坡的設計處理，在滿足安全系數的前提下，還需對坡面防護、坡腳處理及排水做出要求（曹杰等，2019）。鑒于該區域分布的濕陷性土層的工程特性，應在工程開發建設時采取相應的防水排水措施，以防止地基土浸水濕陷對建筑物產生不利影響（陸亮，2019）。

4 基礎選型

項目場地地形起伏較大，至基礎底面最高處需開挖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，用改變其物理力學性質的處理辦法來達到消除濕陷性，提高承載力的目的，是不可靠或不經濟的（胡敏，2010），只能通過樁基礎將荷載傳遞至穩定的泥巖才能保證足夠的承載力。

《建筑樁基技術規范》（JGJ 94-2008，中華人民共和國住房和城鄉建設部，2008）規定，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、群樁效應較低等優點，其單樁豎向極限承載力，由樁周土總極限側阻力和嵌巖段總極限阻力組成（徐賢昭等，2010）。當樁周土因自身固結、場地填土、浸水濕陷、地面堆載等原因而產生的沉降大于樁體沉降時，樁側將產生負摩阻力。負摩阻力將對樁基產生下拉作用，嚴重時甚至會破壞基礎。因此，樁基設計應高度重視負摩阻力問題（胡昕等，2011）。

經試算，樁徑800 mm 時，ZK1 處有效樁長32.3 m可滿足承載力要求，樁端需進入巖層12.2 m；ZK2 處有效樁長35.2 m 可滿足承載力要求，樁端需進入巖層1.6 m。嵌巖深度不同，樁側土層性質及厚度不同，造成承載力發揮的方式不盡相同，為避免局部有效樁長過短、相鄰的樁底標高相差過大，需要設計進一步進行驗算（王俊茹等，2005），且需對設計出的樁基參數進行驗證，這就需要進行場外試樁。試樁優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及東側填方區各布置一根試樁，在南側布置一根試樁，同類項目可根據試樁結果及設計需要，在必要時增加試樁的數量。

5 樁基實施

本工程樁基數量大，穿越濕陷性黃土及填土，而且樁端進入巖層較深，施工難度較大。首先，濕陷性黃土及填土應無水施工，碎渣浮土的厚度如何控制是施工中特別要注意的；其次，部分樁基進入巖層較深，如何保證入巖段施工的工效與質量是工程的難點（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墻的沉渣（虛土）、泥皮和樁底、樁側一定范圍土體的加固。本工程便采用了樁端樁側后注漿的輔助措施，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。不過由于負摩阻的存在，需注意保持樁側豎向增強段位于中性點的下方。

旋挖鉆機土層鉆進速度快，但施工噪音大，震動大，在高回填區容易造成塌孔現象，并且巖層鉆進慢，要想保證較快的施工進度，就需要增加鉆機的數量來達到。洛陽鏟打樁機設備簡單，移動方便，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械相結合的施工工藝，上部用洛陽鏟打樁機進行取土，至砂層或單次取土量較少時移至下一孔位，由旋挖鉆機繼續進行鉆進至設計孔深。這樣的組合既提高了質量效率，又降低了成本，達到了建設方與施工方共贏的目的。

嵌巖樁在施工時應注意以下幾點：

（1）施工中的樁長與周邊樁應能滿足剛性角的要求；

（2）成孔完成后，應及時配合勘察、設計、監理等單位對孔底進行驗收，驗收完成后及時封閉，防止巖層風化，承載力發生變化；

（3）在孔底巖層單軸抗壓強度滿足設計要求時再對樁體進行澆筑，澆筑前應注意：樁底進行清底，確保樁底沉渣（浮土）厚度滿足規范要求；清底完成后用C30細石混凝土將探孔灌實，并對孔底進行封閉，確保封底成功后再行澆筑（張志新，2014）。

6 樁基檢測

樁基載荷試驗是檢驗樁基設計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到一定含水量才會發生沉降，填土的沉降固結往往需要很長時間，而樁基載荷試驗加荷過程中，樁相對于樁周土產生向下的位移，此時，即使中性點以上的土體對樁體亦產生正摩阻力，故樁基承載力特征值應根據樁基最大加載量扣除中性點以上填土的側摩阻力后得出（曹軍嶺，2018）。

對樁身完整性的檢測可通過低應變和鉆芯的手段來達到。根據《建筑基樁檢測技術規范》（JGJ 106-2014，中華人民共和國住房和城鄉建設部，2014）第3.3.3條、3.3.4條及3.3.7條，此類復雜場地，低應變檢測數量不應少于總樁數的30%，且不應少于20根；鉆芯法檢測樁身完整性的同時，可鉆取樁底及樁端持力層巖芯樣，檢驗樁底沉渣厚度，判斷持力層巖石的單軸抗壓強度及樁底下3倍樁徑且不小于5 m深度范圍內有無空洞、破碎帶、軟弱夾層等不良地質條件，檢測數量不少于總樁數的10%，且不少于10根，可根據樁基施工情況及檢測結果擴大檢測數量。

7 結語

濕陷性黃土作為特殊性巖土，其遇水發生顯著附加變形的特性本已對工程建設造成麻煩，如在其上加蓋高層建筑，使得本已復雜的巖土工程勘察設計更加困難。本文通過分析總結某例在濕陷性黃土區的高層建筑項目勘察設計中的難點要點，以期對同類巖土工程勘察設計提供參考。

致謝本文為某房地產公司在太原東山的開發項目的勘察研究成果，論文相關野外勘察取樣、現場試驗、土工試驗得到了項目組全體成員及相關人員的大力支持，山西冶金巖土工程勘察有限公司高級工程師李耀杰、趙躍亭在論文撰寫中給了諸多建議，在此表示感謝！