山区浅基础设计研究与实践

席宇鹏(金堆城钼业集团有限公司，陕西 华县 714102)

1 前言

我国山区（包括山地、河谷、丘陵和崎岖的高原等）面积约占国土面积的69%，人口约占全国总人口的56%。山区拥有丰富的矿产资源，分布着我国绝大多数的矿山企业，全国以矿山企业发展起来的矿业城市（镇）共计426座，总人口约3.1亿人，山区建筑在我国占据重要的地位。

山区建筑物在选址时，往往只能根据地形来定位。受地形复杂程度和地质状况不良等因素的影响，导致设计方案往往难以确定。滑坡、地基承载力分布不均匀和地下水浸蚀等现象，还使部分已有建筑的稳定性发生变化，严重影响了建筑物的正常使用，从而不得不采用加固或拆除重建等手段来消除安全隐患，加大了建设成本。基础是建筑结构设计中的关键部位，基础埋深大于4m的被称为深基础，小于等于4m的被称为浅基础。浅基础主要适用于墙承重的单层工业厂房及六层和六层以下的一般民用建筑，满足山区大部分建筑物基础设计的需要。因此,对山区浅基础设计的研究具有广泛意义。

2 常规设计方案

基础的类型与建筑物上部结构形式、荷载大小、地基承载力、水文情况、基础选用材料性能等因素有关，基础按受力特点及材料性能可分为刚性基础和柔性基础两种形式。

建筑上将受压力分布角α（刚性角）限制的基础称为刚性基础，刚性基础的截面形式通常有矩形、阶梯形和锥形等,所使用的材料主要有灰土、砖、石和混凝土等。

山区在进行浅基础设计时，毛石基础因其抗压强度大、耐水、抗冻、取材方便、造价低廉而得到设计者的青睐。但刚性基础的抗拉、抗剪强度较差，在设计和施工时还应注意如下问题。

2.1 设计注意事项

在设计毛石基础时，通常应注意如下事项。

（1）注意在自然条件下，场区内有无滑坡现象和断层破碎带。

（2）应充分考虑因挖、填土和堆、卸载对边坡稳定性的影响。

（3）建筑地基的不稳定性。

（4）地下岩溶、土洞的发育程度。

（5）出现崩塌、泥石流等不良地质现象的可能性。（6）地面水、地下水对建筑物地基和建设场区的影响。

（7）设计时，尽量使基础大放脚与基础材料的刚性角α保持一致，以确保基础底面不产生拉应力,并尽可能节约材料，即基础底面宽度:

式中：b0——基础顶面的砌体宽度;

H0——基础高度;

tgα——基础台阶宽高比的允许值。

2.2 施工注意事项

在施工毛石基础时，通常应注意如下事项。

（1）选材：砌筑用毛石应质地坚硬，无裂纹、风化剥落现象，尺寸在200～400mm，强度等级一般为MU20以上；水泥砂浆采用M2.5～5级，稠度5～7cm，灰缝厚度一般为20～30mm，并注意不能采用混合砂浆。

（2）构造：毛石基础台阶宽高比的容许值一般取1.5；每阶高度一般为300～400mm，并至少分两层砌筑；阶梯形毛石基础的每阶伸出宽度不宜大于200mm。

（3）施工：砌筑前应将毛石表面泥土等杂质清除干净，以利于砂浆与块石粘结；砌筑第一层石块时基底要座浆，石块大面朝下，选择比较方正的石块砌筑在各转角处。

毛石基础的顶面宽度应比墙厚大200mm，即每边各宽出100mm;上级阶梯的石块应至少压住下级阶梯的1/2，相邻阶梯的毛石应相互错缝搭砌；砌筑过程中注意留槎，且每天砌筑高度不宜超过1.2m；基础第一层、最上一层及转角处、交接处和洞口处,应选用较大、较平毛石砌筑。

2.3 工程经济分析

在方案选择时，工程造价是其中一个重要因素。以普通民用六层住宅基础设计为例，假设基础底部宽度为1.5m，对毛石条形基础和钢筋混凝土条形基础两种基础的造价进行对比分析（每米长度上），发现采用钢筋混凝土基础比采用毛石基础总体造价要高出约35%，见表1。

表1 毛石基础和混凝土基础造价对比 元

表1数据表明：在山区进行浅基础设计时，应优选经济、合理、可行的毛石基础。

3 建筑物失稳原因分析

通过大量的分析研究,发现山区建筑物稳定性发生变化的主要原因如下。

（1）洪积坡深厚的淤泥层没有处理或处理不彻底,使基础产生了严重的倾斜移位。

（2）在建筑物定位时,忽略了周围边坡对建筑物的影响。

（3）地基承载力分布不均匀，引起了地基不均匀沉降。

（4）地下水位频繁升降,将土中的细颗粒带走,基础出现“空洞”现象。

（5）软岩、老粘土层或非饱和受地下弱酸性水的浸蚀,强度大幅度降低。

4 特殊地质条件设计实例

刚性基础抗拉、抗弯和抗剪性较差的缺陷，设计断面和荷载较大的特点，使其在某些区域使用时受到一定的限制。金钼集团所在的金堆矿区，地处秦岭南麓河谷地带，是典型的山区地质。金堆矿区的工业和民用建筑物的基础多为浅基础，在研究上有一定的代表意义。

4.1 高边坡基础设计实例

4.1.1 项目概况

金钼集团三十亩地选矿厂煤油库建在高边坡地带,局部处于边坡滑移线以外,原基础设计为800mm宽毛石基础。长期受煤油注入和输出的活荷载作用，导致边坡失稳，基础发生不均匀沉降，致使上部房屋墙体裂缝宽达100mm，给煤油库的安全运行带来了隐患，需要进行治理。

4.1.2 设计方案

在组织方案讨论时，三十亩地选矿厂初步拟订了拆除重建的方案，但现场狭小无法实施煤油罐的迁移，拆除重建方案就无法实施，采用局部拆除加固基础的方案。

最终选择先用钢筋混凝土柱对边坡实施锚固，再在裂缝严重、处于边坡的滑移线以外东南角，采用钢筋混凝土门形支架支撑钢筋混凝土墙基础，然后用MU10机制红砖、M7.5水泥砂浆砌筑厚度为240mm的砖基础。

4.1.3 实施效果

新基础的抗压强度相当于原基础的80%，完全可以满足一层房屋结构设计要求；其荷载仅为原毛石基础的30%，造价也仅增加2 206元，见表2。通过边坡锚固和减轻荷载，提高了房屋的整体稳定性，彻底消除了边坡失稳对建筑正常使用的隐患，现已安全运行8年多，效果较好。

表2 毛石基础和混凝土基础造价对比 元

4.2 承载力不均匀基础设计实例

4.2.1 项目概况

1999年,金钼集团为改善寺坪生活用水条件,计划新建一座1 000m3钢筋混凝土储水池。建设地点选在寺坪东沟储水池院内，区域地质情况复杂、交通不便，工作面旁有六间砖混结构值班房。

地基开挖完毕后，发现基坑2/3区域为地基承载力较高的碎石土地基，另外1/3区域范围内由于受地下水浸泡严重，地基承载力较低，地基承载力分布差异较大。地基不均匀沉降将会给构筑物的结构安全带来隐患，不能满足地基设计要求。当时土石方施工费用已经发生6万余元，加上后续管理工作的要求，重新选址已不可能，只能进行地基加固处理。

4.2.2 设计方案

通过对水池的主体结构进行分析，最终采用了先用100mm厚碎石垫层夯实做找平层；然后采用300mm厚的钢筋混凝土“十字环梁体系”,即在储水池池壁、柱子下部设250mm宽的钢筋混凝土梁闭合形成“十字环梁体系”,进行了地基处理。

4.2.3 实施效果

采用“十字环梁”加固方案，工程造价仅2.5万元。通过10年来的安全运行，证明该方案经济、合理、可行，完全满足地基不均匀沉降区域的基础设计要求。

4.3 洪积坡基础设计实例

4.3.1 项目概况

金钼集团三十亩地选矿厂办公楼，选址在河畔、后临高山，建于上20世纪60年代。由于地下水位频繁升降浸蚀，将土中的细颗粒带走，基础出现“空洞”引起毛石基础的不均匀沉降，导致办公楼墙体裂缝严重，已不能继续使用，必须拆除重建。

4.3.2 设计方案

经过讨论与综合对比，拆除原办公楼基础时，保留了稳定的部分毛石基础，对损坏的毛石基础重新砌筑；然后在毛石基础上部增设了高度240mm钢筋混凝土地圈梁一道；在上部墙体施工时，增设了构造柱。

4.3.3 实施效果

采用毛石基础和钢筋混凝土地圈梁、配合构造柱的设计方案，使基础抗剪强度大大提高。工程造价仅比毛石基础增加了约9%、比使用钢筋混凝土基础节约费用约25%，见表3。通过7年来的安全运行，证明方案技术可行、安全可靠、经济合理。

5 结语

通过对金堆矿区浅基础设计方案和实例的分析与研究，建议在山区浅基础设计时，应严格遵循如下原则。

（1）选址：应对所选的场区做出必要的工程地质和水文地质评价。对建筑物有潜在威胁或直接危害的地段，原则上不宜选作建设场地；当因特殊原因必须使用这种场地时，必须采取可靠的整治措施；建筑物主体应尽可能设置在较好的地基上，使地基条件能够满足上部结构要求。

表3 基础造价对比 元

（2）基础形式：在基础设计时应对不同基础结构形式进行综合对比，力求所选择的基础形式技术可行、安全可靠、经济合理。原则上应首选取材方便、造价较低、施工简单的方案。

（3）材料：应严把材料采购关，选择符合设计要求的材料，杜绝不合格的材料进场和使用。

（4）施工：精心组织、科学施工、从严管理，严格遵守施工规范并按照验收规范组织验收，杜绝工程质量通病，防止建筑物稳定性发生变化。

（5）监测：建立科学完善的沉降观测体系和制度，加强对建筑物沉降变化的监测。

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