补偿性基础在山区地基中的应用

摘 要：山区地基一般较复杂，建筑物基础有时一部分置于基岩上，一部分落在粘土上。为了处理好建筑物的差异沉降，本文引入桩基础、箱形基础等理论结合实际对基础进行补偿，取得过较好效果。

关键词：山区地基；红粘土；石灰石基岩；矿区厂房；补偿性基础

山区地基条件一般均较复杂，特别在基岩起伏较大的地段建造建（构）筑物时，会遇到很多困难。

云南某矿索道起点站为一大型矿仓，为满足工艺和总图布置的需要，该矿仓基础一部分必须置于石灰石基岩上，另一部分必须落在红粘土上。为了处理好建筑物的差异沉降，采取了补偿性基础方案。即将置于基岩上的柱基设计为独立钢筋砼基础，将落在红粘土上的柱基设计为箱形钢筋砼补偿基础。上部结构不能分开，仍为一整体。该建筑已使用20年，补偿性基础效果良好。

1 工程概况

该矿仓是一多层钢筋砼框架结构，一层为装铁矿石的钢筋砼矿仓，二层有皮带，三层有振动筛设备，四层亦为皮带。建筑物地面以上高度为24.50米，如图一所示。

据工程地质钻孔揭露，建筑场地表层为耕植土层，厚0.30米；其下为坡积（局部为残积）红粘土层，厚度变化大，2～22米；再其下为石灰石基岩，层面起伏极为悬殊，基岩表面坡度较大。地质剖面如图二所示。

红粘土由石灰岩风化而成，为红褐色和黄褐色，硬塑状态。勘察范围内未见地下水。

基岩石灰石，灰白色，中等风化。容许承载力5千克/厘米2。

2 基础方案的选择

该矿仓基础所在范围内的地质剖面如图二所示，①、②、③线六个柱基挖掉2米多厚的覆盖层即可置于石灰石基岩上，④、⑤线四个柱基落于红粘土上，钻孔深度已达22米仍未见基岩面

根据矿区总平面布置要求，矿仓的位置已經定死，因为选矿厂等建筑物早已开始施工，若要变动位置，势必造成其他建筑物返工，矿仓只能放在这样的岩土地基上。

矿山离大城市较远，若因本矿仓几根柱子去采用桩基方案，经济上是不划算的。

该项目工期限得很死，已进入倒计时阶段，甲方要求从定设计方案到施工完毕，一共不到两个月时间，经现场多方案比较后，决定①②③线六个控基采用独立钢筋砼基础；④、⑤线上的四个柱基设计成箱型钢筋砼补偿基础。这样，上部结构未设沉降缝，仍为一整体，满足了工艺专业的要求。

在红粘土地基上设置补偿性基础也要看季节是否适宜。因为红粘土浸水后容易软化，强度降低，变形增大，很容易产生不均匀沉降。本工程还有四个有利条件：

1.地表下22米深的钻探范围内未见地下水；

2.工期要求紧，当时当地正值旱季，基地被雨水浸泡的可能性极小；

3.索道起点站在生产过程中无生产用水；

4.建成后地表雨水进行有组织的导泄，室内外地面可作封闭处理。

综合考虑各种因素后，最后决定设计成补偿性钢筋砼基础，如图三所示。

3 补偿性基础的设计

基础沉降是由建筑物重量产生的附加应力所引起。如果基础底面处的附加应力等于零，沉降也就等于零。因此采用空心的箱形基础，使基桩挖去的土和水在基础底面单位面积上的重量恰好等于建筑物在基底产生的平均压力，即附加压力为零，则理论上基础不会发生沉降。但由于开挖基桩后，有一个卸荷回避问题，再加上卸荷地基会产生一定的压缩量，因此全补偿性基础实际仍有少量沉降发生。由于施工周期短，产生的沉降也就很小。本设计使基础底面处的平均压力P小于基础底面处土的自重压力Pcd，即P

±0.00相当于绝对高标2302.95

根据上部结构传下来的荷重和基础自重，计算出补偿基础的平面尺寸为9米×9米，埋深（室内地面下）7米。基础底面处的平均压力为10.69T/M2，基础底面处土的自重压力（从天然地面算起）为12.04 T/M2，土的自重压力为建筑物平均压力的1.126倍，为过补偿性基础。

为了防止在使用过程中水渗入箱基内，以免影响补偿效果，须将箱形基础设计成为现浇钢筋砼整体封闭结构。板的厚度，四壁按土压力计算，厚200毫米，顶板按地面荷载设计，厚150毫米，底板按建筑物重量产生的反力设计，取800毫米厚。

同时，在箱形基础顶板有一个800×800毫米的人孔，在施工完成后，用以排除箱内施工用水和清理施工垃圾。清理好后加钢筋砼盖板，并对盖板四周的缝用沥青密封，以防地面水渗入箱内。

4 施工要求

1.要求做好备料工作，待补偿性基础的基坑开挖后，立即施工混凝土垫层，并紧接着施工箱形基础，防止基桩表面的原状土被扰动和长期暴露。

2.做好施工期间的临时排水工作，防止施工用水和雨水浸泡，严防水浸泡基桩。

3.箱形基础施工完成后，基坑不得长期暴露，要马上进行回填土工作。回填时，要首先清除基坑中的杂物，然后在箱基四周同时均匀进行分层夯实，直到室外设计地坪标高，使场地施工期间不积水。

4.上部结构施工完成后，要抓紧施工室内外混凝土地坪，对室内外地面进行封闭。封闭宽度为6米，厚度80毫米，跑汽车部位为150毫米。

施工单位严格按照上述要求进行了施工，同时施工期间没有下雨，施工质量较好。

5 基础的使用效果

该矿仓从建成生产至今已经过20年冬夏的考验。根据观测，矿仓两端几乎没有差异沉降，上部结构也没有裂缝，该建筑物仍在正常使用中。证明当时确定的设计原则是正确的，也证明补偿性基础是处理山区地基不均匀沉降的一种有效措施。

位于同一山坡上侧的选矿厂，建筑物的地质构造和矿仓位置一样，上部为第四系坡残积红粘土，下部为二迭系昆阳群灰岩，由于先设计时没有采取防范措施，使用4年后，据不完全统计，整个厂区发生的不均匀沉降和地面塌陷约有60多处，其位置一般是发生在大雨后地面积水处或生产用水溢流处。水是造成地面塌陷和不均匀沉降的主要原因。

6 几点体会

1.设计方案要因时因地制宜

本矿仓基础设计方案，就是适应了地基下无地下水，施工又正值旱季，钻孔揭露的地质条件比较单一，在22米深的范围内无软弱下卧层，也无大的孔洞，有利于补偿性基础的施工，这是本方案得以成立的先决条件。

2.针对红粘土地区，设计必须充分考虑地面水、地下水对建筑地基和建设场区的影响。

水是造成红粘土地区地面塌陷和地基失稳的根本原因，本项目设计考虑了一系列防止地面水下渗的措施，保证了地面和地基稳定，才能安全使用至今。

3.施工方必须严格按设计要求和规范施工，工期再紧，也必须保证质量，由于施工方严格控制了施工用水的规定未出现施工用水的漫流现象，同时，施工工艺上一环扣二环，才保证了地基土不被水浸，不被扰动，使本设计方案取得了良好效果。

4.补偿性基础设计，必须考虑地基土有膨胀和回弹现象的发生，由于本设计采用了过补偿性基础，所以建筑物最终几乎无差异沉降发生。

参考文献

[1]《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011

[2]《工程地质勘察规范》GJJ57-94

作者简介

田锋（1968-），男，身份证号：53010319******2933，工程师，广东省东莞市松山湖城市建设管理有限公司。