高层建筑岩质地基评价及地基处理

于国太

本溪市方正建设工程质量检测有限公司(本溪 117000)

1 高层建筑岩质地基概况

高层建筑至今已有一百多年的发展历史，改革开放三十多年以来，我国高层建筑迅猛发展，目前国内最高建筑上海塔(原名上海中心)结构高度为580 m，世界最高建筑迪拜哈利发塔高度达828 m。国内外高层建筑约50%以上修建于岩质地基上，如此的高度建筑自重荷载及水平风荷载、水平地震作用都非常大，对地基的承载力、变形及稳定性的要求非常严格。修建在土质地基上高层建筑天然基础埋深为建筑地上高度的十五分之一，桩基础为十八分之一。在建筑埋深范围内若有基岩，设计者可选基岩作为基础持力层，应满足抗滑、抗倾覆及稳定要求。与土质地基相比较，岩质地基具有承载力高、沉降变形小、基础埋深相对较小、基础工程费用较低等优势。

岩质地基常见有岩质坚硬，地基承载力较高的花岗岩、石灰岩、白云岩、石英岩等。此外，还有岩质软弱，地基承载力较低的片岩、板岩、页岩、泥灰岩、泥质砂岩、泥砂质泥岩、泥岩等，这类岩石较易风化及遇水软化。

岩质地基潜在的工程地质问题主要为地基承载力高低问题、地基建筑性能均匀性问题、地基稳定性问题、场地边坡及深基坑边坡稳定性问题、基础方案选择问题。认识并重视这些问题且试图解决这些问题还存在许多误区。这些误区若不加以克服，势必危及建筑工程的安全且造成浪费。

2 地基承载力数据确定的误区及克服方法

岩石地基承载力一般都比较高，地勘部门提供的数据往往偏低甚至保守，造成基础工程的浪费。主要误区表现在如下几个方面：

2.1 在确定地基承载力时，虽然进行过测试及试验，由于数量不符合要求，不足以作为评价依据。

(1)岩质差异较大，未划分岩石单元，只笼统评价地基承载力，以致有的偏大而有的偏小。

(2)测试方法不符合要求，例如岩石完整性较差的岩体，无法直接以钻探资料划分单元并确定地基承载力。

(3)测试方法可行，但测试数量不满足要求，也难以提出正确的数据。

(4)无法取芯进行单轴抗压试验又不进行原位荷载试验，以无根据的数值确定地基承载力。

2.2 高层建筑、超高层建筑，引用一些不是实际测试所得的数据作为地基承载力，还往往冠以“经验数据”，这給地基基础设计带来安全隐患。

高层建筑岩质地基承载力确定，除符合建筑地基基础设计规范要求外，还应正确掌握以下几个方面：

(1)认真研究岩体的真实完整性，准确划分岩质单元。

(2)岩体完整性良好的，岩芯采取率高、岩质指标(QRD)在50%以上，可用钻探资料划分岩质单元并取岩芯试验，以单轴抗压强度值计算地基承载力。

(3)若岩体完整性差或者岩体隐节理发育，用钻探办法所获资料无法准确划分岩质单元并难以取样试验，此类岩体应以声波纵波速划分岩质单元，用荷载试验确定地基承载力。

3 岩石地基均匀性评价的误区及解决问题的着重点

岩石地基的不均匀性表现在岩石自身及后期的变化两个方面：

3.1 我国广大地区的地质历史时期，海进海退所形成的极不相同的沉积环境，沉积的岩石有属于浅海相的泥质岩石层。这些岩层经地壳构造运动，发生褶皱，导致岩体在水平及垂直方向上的不均匀地基承载力评价带来复杂性，也给建筑边坡带来隐患。

3.2 地质历史上地壳运动形成的裂隙是极不均匀的，其长度、宽度、深度及后期变化差异十分明显，导致岩体的风化、破碎程度都不一样，岩体力学性能是极不均匀的。

3.3 碳酸盐类岩石因为原生组成份(硅、铁、铝、钙、镁、钾、钠等)的不同，结构构造差异，后期构造应力作用影响不同，岩溶化程度及深度复杂多变，导致岩体建筑性能极不均匀。

岩质地基勘察、评价时，若不研究上述三个方面的不均匀性，地基评价不可能符合实际。常见的误区是在不划分岩质单元的情况下，以某几个钻孔岩芯代替整个岩体，其结果必然出现许多失误。可靠的做法是通过地面调查(岩体成分、构造、裂隙等)，钻探(岩芯采取率、RQD指标、岩溶洞隙等)，声波测试(纵波速)，确定岩体性质不均匀性状况，划分岩质单元，再按单元分别进行评价。

4 地基稳定性勘察及评价误区所在

4.1 丘陵山地的建筑场地，绝对平整而无挖方、填方的较为少见。往往在地基主要受力层内遇软弱结构面或泥质夹层，一旦外围出现临空面，即发生是否可能滑动的问题，工程地质工作者往往忽视这方面的研究，如软弱结构面延伸方向、埋藏深度、倾向倾角、抗剪性能，可能滑动推力大小，抗滑措施等，这是误区之一。地基基础设计人员，也没引起应有的重视。

4.2 岩溶洞隙的存在，历来是工程地质工作者及基础设计人员的注意重点。其主要误区有三个方面，引起的事故也很多。

(1)由于勘探深度大大超过主要受力层深度，遇到的裂隙、溶洞，一般都不加分析地加以处理。实际上有几种情况即使不处理，工程建成使用多年也未出现问题，是经得起考验的。

(2)主要受力层内的洞体，洞顶板厚度及基础面积都大于洞隙平面尺寸，顶板为完整性良好的中风化岩体，用不着处理。

(3)由于钻探遇洞隙时，未圈定其平面尺寸，而将本是裂隙当成溶洞，错误的做出必须处理的结论。

以上岩溶洞隙是否处理在许多工程中存在误判而导致错误的结论。

4.3 当岩溶洞隙发育地区地下水在岩石界面时，因工程建设需要抽取地下水都会诱发塌陷的产生。其误区之一是只查溶洞的存在，不研究地下水动态变化对地基稳定性的影响。误区之二是在供水勘察中，只注意水量及水质，忽视抽水对地基的影响，以致大量塌陷，引发建筑物倾斜，发生建筑破坏。

5 边坡稳定性误区所在

丘陵山区挖填形成的建筑场地，当其处于褶皱地带，且存在软弱的泥质夹层，就必然出现边坡的评价及处理问题。同样条件下修建高层建筑也必然引起深基坑的边坡的评价及处理问题。

(1)边坡失稳的误区之一是忽视了地质历史上在顺向坡潜伏的古滑坡。

(2)边坡失稳的误区之二是层状岩层中较薄的泥质夹层没有引起人们的注意，一旦边坡下段或坡脚开挖土石方，岩土体立即滑动，各类工程事故随即发生。

(3)当岩体切割破碎，若有2～3组交叉裂隙存在，岩体极易顺坡下滑。但人们一再忽视对其进行研究，导致工程事故的发生。

场地边坡及深基坑边坡失稳多数是上述三方面失误产生的。只要重视三方面的研究，边坡失稳事故即可避免。

6 地基基础处理方案论证

6.1 地基基础方案的论证及确定，实际工作中的误区很多，最主要的有如下几方面：

(1)在国家规定必须抗震设防地区，缺少抗震设防工程地质评价。

(2)丘陵山地挖填方建筑场地缺少环境边坡稳定性评价。

(3)建筑场地极其附近地段，或者有抽水井、或者必须施工抽水，缺少抽水塌陷预测评价。

(4)复杂工程建筑场地没有就岩体完整性、地基稳定性、边坡稳定性、地基均匀性、地基承载力，地下水因素进行建筑条件分区。

(5)缺乏正确的岩质划分。

(6)地基承载力数据不可靠。

6.2 基础持力层选择及基础埋深方面的误区

(1)不研究岩石地基与土质地基差异，一概满足基础埋深为建筑物高度的十五分之一。

(2)不区分岩石地基完整性及岩溶洞隙发育状况，一概采用钻孔灌注桩。

6.3 基础方案选择没有全面考虑：结构类型及上部荷载、岩体完整性、地下水位、水量及动态、施工条件、施工技术因素。

6.4 优选基础方案原则

(1)单独基础适用条件：基底下6～10 m范围岩体的岩溶洞不发育、强风化层已清除、岩体完整性良好，岩体地基承载力较高。

(2)基底设置一定厚度碎石层的箱基、筏基适用条件：岩体风化强烈、强风化层已清除、岩体完整性良好。

(3)预制桩及打入式灌注桩基础适用条件：地基为岩面起伏不大的软质岩，桩底岩溶洞隙不发育。

[1]GB50007-2011,建筑地基基础设计规范[S].

[2]JGJ94-2008,建筑桩基技术规范[S].

[3]GB50021-2001,岩土工程勘察规范[S].