山地住宅工程的地基基础处理技术应用

■王 坤

（中国建筑第二工程局有限公司）

引 言

山地是与平缓坡地和平原相区别的一种自然地貌，建造在山地上的城市展现出了与平原城市不同的环境特征与空间形态，如国外雅典、罗马，国内山城重庆、东方之珠的香港等。而随着我国城市化不断推进，基于耕地保护与城市建设发展要求，建设了越来越多山地住宅，依山而建，可有效缓解耕地压力，解决城市发展居住需求，为人们展现出了不一样的景观。但是，山地住宅建设与平原建筑不仅是外部空间的区别，其建筑技术差异也较大，尽管可以山地优势资源为依托打造特色效果，但由于山地生态脆弱性，地质结构复杂，需要做好地基处理工作，以保证住宅工程稳定性。

1 山地地基特点

山地地形起伏较大，地质构造较为复杂，区域不同地质构造也有所不同，如同为西南区域的云南与重庆，尽管均为山地，遍布溶洞、石林、峡谷等喀斯特景观，但降雨、气温等有所不同，尤其是云南省作为地震多发省份，境内分布多条地震断裂带，工程建设中抗震已经成为主要任务。我国山地地基特性总结而言主要有以下特点：

（1）地面高差大。山地在建设城市过程中，由于其自身存在自然坡度，在此种场地建设必定会构成挖填方岩土质边坡，通常是同一建筑单体基础分别放置在挖、填方区，如若处理不当，将会导致地基产生不均匀沉降，进而对上部结构造成危害[1]。

（2）地质构造复杂。山地由于成因导致其地质构造十分复杂，土层在竖向与平面分布上差异较大，不仅存在薄厚不均的情况，各层物理力学指标也存在诸多差异。

（3）岩基起伏变化大。山地此种地形将会导致建筑物基础持力层处于不同地质层，进而会造成建筑物产生不均匀沉降。

（4）不良地质与薄弱层现象多。如古池塘河道沟渠存在淤泥细砂等区域，土层局部软弱，可能产生在建筑场地中，如若处理不当同样会造成不均匀沉降。根据山区灾害研究表明，滑坡、泥石流和崩塌等灾害，全球全部山区均可能发生此情况，以新隆起山系灾害活跃度最高。近几年来的“昭通鲁甸地震”、“玉树地震”、“汶川地震”等则充分体现了崩塌、泥石流、滑坡及地震断裂带所造成的不良地质灾害危险性，建筑物建设在断裂带上，即便采取抗震设计也难以避免造成严重损坏[2]。另外，工程建筑的土洞、岩溶强烈发育也是隐患，在选择建设场地过程中，应当尽量将不良地质避开，基于合理地基基础，选择先进地基处理技术，方能提高经济效益。

2 山地工程地基基础处理技术概述

2.1 桩基础工程

桩基础是由承台与承台连接桩身所构成，可分为高承台与低承台桩基，高承台桩基是指桩身高出地面一部分，处于地面之上；低承台桩基则是低于地面，藏在土的底部位置，承台接触土体本身[3]。在建筑桩基中一般使用低承台桩基，尤其是土质较差地方，应用桩基础较为普遍。

2.1.1 分类

根据不同施工方法桩基础分类方式也有所差异：

按照摩擦力可将桩基础分为摩擦桩与端承载桩。摩擦桩具有摩擦优点，可与基部构造物与成桩形成张立桩与拉力桩，主要用于载体层较深或没有较硬载体层的底部位置。而端承桩则是应用在承载层结构上，有助于承载构造物。

按照施工方式可分为灌注桩与预制桩。灌注桩需要在施工现场钻孔，达到设定深度后放入钢筋，之后浇筑混凝土，具有施工难度低的优点，尤其是人工挖孔桩，不会受到机械数量限制，可在同一时间进行桩基施工，节省时间，但具有承载力低、用料多的缺点[4]。而预制桩则是通过打桩机在地面打上预制钢筋混凝土桩，具有高要求、高强度、节省用料的优点，可用于高要求建筑，但具有工期长、施工难度高的缺点。

2.1.2 特点

（1）桩基础拥有较高单桩和群桩刚度，在相邻重力荷载与自身重力作用下，通常不会产生超过允许值的不均匀沉降，且能够确保建筑物倾斜度在允许范围内。

（2）持力层较为坚硬，具有较高承载力特征值，所以桩基础裙装承载力与单桩承载力均较高，可承担全部竖向荷载。

（3）有较大抗侧刚度，可承受倾覆荷载与横向荷载，即可承载地震对建筑物所发生的水平作用，以确保建筑物拥有抗倾覆力。

（4）桩经过可液化土壤嵌在坚硬岩石或支撑在稳定坚实土壤上，当地震来临后，所造成的地震沉降，在深层土壤浅层土壤液化，仍拥有充足隆起能力与抗压能力，以确保高层建筑稳定性，不会产生过多倾斜与沉降。

2.2 深基坑工程

深基坑指的是开挖深度≥5m，或地下室≥3层，或是尽管深度在5m以内，但周围环境、地质条件与地下市政管线较为复杂的工程[5]。深基坑土方开挖中，如若现场缺乏放坡条件，且放坡后难以确保施工安全，架设临时支撑与放坡无法满足施工需求，则选择支护结构实现临时支护，以确保基坑壁稳定性。

2.3 混凝土基础工程

混凝土基础形式包含条形基础、独立基础、筏形基础及箱型基础，在基础混凝土工程中，由模板、钢筋、混凝土、混凝土施工缝处理、后浇带混凝土等共同构成分项工程。高层结构应用筏形基础或箱型基础时，长度如若在40m以上，则需要设置贯通后浇施工缝，贯通钢筋，宽度在80cm以上。

3 工程概述

某工程项目处于山东省昌乐县，位于山东半岛中部，东邻青岛、西靠济南、北依渤海、境内拥有309国道与济青高速，地理位置优越，交通便利。昌乐谷拥有悠久历史文化，物产资源丰富，城市发展迅速，项目区域拥有显著优势。本次工程范围是以房屋土建施工、配套设施施工、室外管线安装工程、景观绿化工程、地下车库工程、小区道路工程等为主。规划项目总面积约为27.01公顷，23.02公顷建设用地，建筑总面积235445.15㎡，由地上建筑与地下建筑构成，小区容积率为1.02，建筑密度21.91%，绿地率是36%，总人口4902人，户数1643户，停车位地下306个，地上738个。

项目位于北温带季风气候带，四季分明，冬季寒冷干燥，夏季炎热湿润，年度降水集中于7-9月份，年平均温度12℃，最大冻土深度0.5m。地行为山地，西北低、东南高，从102-40m海拔逐渐升高，坡度是6-11%，为山地住宅。项目场地地形起伏较大，受人工改造，分布梯田与采石坑。

4 山地住宅工程的地基基础处理技术应用措施

以项目住宅楼A15号为例，其建筑面积是6635.69㎡，此单体工程是全现浇钢筋混凝土架构，完成主体结构施工后发现地梁开裂，且存在不均匀沉降，最大沉降值达到100mm。经过检查后发现柱梁墙存在裂缝，最长是2000mm，最宽是1.5mm。

4.1 山地地基处理问题

4.1.1 地质勘察问题

地层与岩土性质如下：第一层为素填土，颜色以灰黑色为主，整体土质松散，成分多为玄武岩碎块，局部则是建筑垃圾；第二层为粉土，颜色以黄褐色和浅黄为主，土质中密稍湿，韧性较低、不见光泽；第三层为粉质黏土，颜色以棕红色和黄褐色为主，强度与韧性中等，无摇震反应，可塑性强；第四层为含钙质结构，颜色以棕红色为主，底部有玄武岩碎块和砾石；第五层为风化玄武岩，以灰黑色和杂色为主，敲击易碎，坚硬等级是极软岩[6]。工程施工中由于土质不均匀分布，且住宅又存在地下一层，导致基础处于不同持力层，造成主体受力不均出现上部结构扭矩弯矩的情况，进而导致建筑物产生裂缝。

4.1.2 设计计算问题

项目上部结构与地基基础存在涉及不合理性，乱套用其他工程图纸，设计计算错误，未经过验算。首先，此项目工程处于粘土天然地基，需深埋基础在1.1m以上，过小的基础尺寸严重降低了其受冲切承载力。并且，整体框架设计存在失误，配筋不足、构件截面尺寸过小，含钢量低，上部建筑荷载与高差较大，未能在设计中进行处理，导致地基产生不均匀沉降。

4.1.3 临近建筑物影响

随着暴雪暴雨天气来临，项目与寿阳山狩猎场相邻，猎场内积雪融化将会排入项目中，且猎场建筑高10层，相较于本项目水平面标高超出60m。西面与省道相连，过往卡车超载频繁，将会对住宅楼产生振动效应。并且，附近有工程施工，当临近工程土体挤压和打桩震动后，则会对建筑物地基基础造成影响，进而改变原有地下水水位，地基变形程度加大，设计考虑步骤或施工顺序不当，均可能造成施工裂缝。

4.2 山地地基处理要点

处理地基结果将会对基础选型具有决定性影响，也会影响工程造价。工程位于山区具有复杂地质特征，边坡稳定和地基变形均匀性则是处理重点。在地基处理过程中，一方面需要考虑在自然条件下，建筑场地中是否存在滑坡现象及对场地稳定性有影响的断层破碎带，场岩基面起伏情况、场地周边是否存在不稳定边坡、有无影响地基稳定性临空面、厚度与空间分布情况[7]；另一方面则需要考虑地基、基础与上部结构的共同作用，情况必要可应用强化上部结构强度与刚度的方式，以促进建筑物适应能力提高，解决地基不均匀变形问题。

在选择山地建筑过程中则需要评价场地，重点对土体、岩石稳定性进行评价，考虑建设过程中由于堆载、填方、挖方及卸载等可能影响场地稳定性的情况。建设过程中充分利用天然形成的山地植被与排水系统，做好适当改变，在易于拦截或导流位置将水引出，受到山洪影响部位则需要做好排洪措施，在汛期与雨季特变注重场地稳定性。而已经选择地基处理方法后，需通过代表性场地现场实验，做好必要测试工作，以保证设计参数的加固效果，为后续检验施工质量提供依据。

4.3 地基处理解决方案

4.3.1 加固纠偏原有地基基础

对于住宅楼当前建筑情况，则需要采取地基基础纠偏与加固技术。

（1）加固技术又可称其为填充托换技术，主要有以下几类：

一是墩式托换技术。事故发生基础下挖坑到持力层，在坑底浇筑混凝土至地基，以新浇筑混凝泥土承担或分担上部建筑荷载。墩式托换技术主要是在原基础下进行墩式基础设置，保证基础处于具有较高承载力的土层上，以达到满足变形设计与承载力规范要求。

二是扩大基础技术。通常采取钢筋混凝土或混凝土进行基础扩大，以减少地基变形和地基应力。在施工中是通过提高建筑物基础底面积的方式，以将地基作用的挤出压力减少，降低附加应力，从而减少沉降量，达到承载力要求。

三是地基加固技术。通常是利用处理地基方法对原地基填充土，或是部分地基土体加以改良，以减少地基沉降和提高承载力。

四是桩式托换技术。地质条件复杂、上部建筑荷载大且地下水位较高，则选用墩式托换技术会遇到一定困难，可选用桩基础事故发生后对建筑物进行托换式加固，此种技术是在原基础下安装桩，以此桩承担或分担上部荷载，提高地基承载力。

五是综合加固技术。是指对上述两种或以上加固技术综合应用，以达到减少沉降，提高地基承载力的目的。

（2）建筑地基纠偏技术，是当建筑物沉降差或沉降过大，对于建筑正常使用造成影响后，且需要纠斜、顶升的技术。纠正主要促使沉降小的部位沉降，让其能够均匀沉降以纠正建筑物，或是提升沉降大的位置以纠正建筑物[8]。顶升法则通常用于建筑物超过标准沉降值的时候，以提升方式将其提到一定高度；促沉纠斜则是通过加载影响地基形变，或是掏土调整地基变形以达到目的。

（3）施工组织方案。

当既有基地面积不合尺寸或基础上产生裂缝可通过钢筋混凝土将基础加大。原始条形地基可承担单面加宽柱基负荷，沿地基加固四边下侧扩展。在采取此方法中需要注意以下要求：

一是在加固旧基础过程中，浇筑混凝土前后需对基础凿毛清理干净，涂上高标号水泥砂浆，沿着地面水平位置设置锚筋，或是在角落中设置，通过钢筋钻孔植筋的方式做好焊接工作，此过程中必须焊牢加固筋与孔焊接钢。

二是保证加套混凝土价款部分地基上铺设垫料，厚度等同于原基础垫层材料厚度，从而让加套后地基基础和原本基础基底标高及应力扩散条件相同。

三是将条形基础单独去端后分段分割，禁止在此阶段中挖基坑，保证在连续长度下缩短暴露基础时间，避免土壤浸泡软化，进而导致基础地基产生不均匀沉降。

4.3.2 上部结构地基基础加固

根据A15住宅楼情况，对于相同基础形式A17住宅楼在未施工上部结构前进行提前改正，完善施工处理方案，以做好地基承载力不足、地基变形过大的预防工作。

（1）地基挖至强风化玄武岩，将其施工为调节装，保证平整垂直；

（2）延筏板基础垫层宽度区高度不小于500mm，对毛石砼分层施工，每层厚度≤300mm，使用振捣器振实，强化养护；

（3）毛石砼南部砖模外侧选用素土回填夯实；

（4）毛石砼北侧则加深此部位砂石级配，分层压实，系数≥0.94；

（5）挡土墙加强，沿基础垫层外边缘超出100mm宽，向下垂直作毛石砼，外侧以素土回填夯实。

4.4 山地住宅工程地基基础新加固技术

随着我国经济发展，建筑行业呈现迅猛发展态势，对于建筑工程性能与质量也提出了更高要求。但以当前工程质量而言，仍有较大提升空间，出现问题原因以不同区域存在较大施工条件差异为主，即便为同一建筑施工场地，土质也可能产生差异。建筑施工中，地基实际情况如若掌握不准或处理不当，则会为工程留下隐患，进而对工程安全性与实用性造成影响，难以保护人们生命财产安全。因此，如若想要保证建筑工程质量，则需要做好地基基础施工。在本次项目中，除了上述地基加固外，还可应用以下加固技术：

4.4.1 静压力桩加固技术

静压力桩加固主要是借助建筑物重力存在的反作用力，利用设备或液体压设备，在土中分节压入静力压桩预制桩，通过改变土壤颗粒结构、组成及间隙的方式，以加固建筑物地基基础。在工程中应用静力压桩加固技术需要确保接驳上下静压力桩位置选用预埋角铁焊接，为静压力桩稳定性和连续性提供保障[9]。施工中也需要对桩的液压压力加以控制，计算压力达到设计负荷，并在压入桩基础上加固桩头和焊接钢管与浇筑承台底座连为整体，以此将上部结构荷载传递到坚硬土层中，达到加固建筑物地基的效果。

4.4.2 灌浆加固技术

此技术主要是通过构建及支出改善地基加固注浆技术推力，以借助灌浆钻机达到目的，在软土基础层上钻入钻孔，使用高压注浆设备，在钻孔中将水泥化学泥浆以浆料形式贯入到土壤中形成化学物理反应，产生水泥，之后通过挤压拆分的方式，改善土壤性能结构，以提高软土建筑物基础强度，保证地基基础承载力符合建筑施工需求[10]。在应用技术前需做好准备，确定软土特点与分布位置，选择合适注浆施工类型，通过科学施工以实现加固，在此过程中需要人员遵循操作要求，提高施工参数精准性，以稳定建筑基础。

4.4.3 软土地基真空预压加固

此方法是铺设密封膜在地基表面，以特制真空设备将密封膜内抽至真空，以保证土体垂直于排水通道与砂垫层形成负压力，将水加速从孔隙排出，以固结土体，提高软土地基强度。该方法适用于淤泥质土、淤泥和其他可排水凝固的软黏土，在真空作用下固结土体，是不改变总应力条件下，增长孔隙应力，降低水压力的过程。抽真空过程中，需要在竖向排水通道与砂垫层表面形成负压，以让排水通道、土壤和衬垫间构成压力差，通过压力差在排水管将土壤孔隙水不断排出，以减少孔隙水压力，增加有效用力。所以，在完成地基沉降预压后，可提高其强度，不会产生地面不稳定或有害残余沉降问题。施工工艺主要有四部分：一是密封膜，可分离大气加固地基；二是为加快土壤排水固结，需进行排水渠道设置；三是高效率真空装置；四是为提高安全性与节能性，需安装自动记录控制系统。通过对各个关键节点加强控制，方能提高地基处理效果。

结 论

综上所述，在山地住宅项目施工中，为保证工程质量及开发效益，则应当根据山区地质做好地基处理工作，选址尽量避开不良地带，做好统一规划设计，保证平整场地标高合理性，以满足地基设计要求。而在实际工程中，则应当根据工程情况在原有基础上做好纠偏加固工作，以解决工程建设中存在的地质勘察、设计计算、临近建筑影响等问题，从而保证建筑物施工质量，提高建筑物安全性与稳定性。