山地建筑地基与基础施工技术

文/赵子锋　北京　100000

1、工程概况

北京谷泉会议中心位于北京市平谷区大华山北麓，距北京城区约90公里，所在场地处于大华山面向西峪水库山脊线北端的山坳中，为台阶状层层跌落地形，整个场地周边山势连绵，植被茂密。

本工程为旅馆建筑、坡地建筑，地上七层，地下两层，依据功能及布局划分为五个区，Ⅰ、Ⅲ区为普通客房区，Ⅱ区为公共服务区，Ⅳ区为套房客房区，Ⅴ区为动力站。五个分区均为独立结构，依山而建。总建筑面积为44460m2，其中地上建筑面积37730m2，地下建筑面积6730m2。

2、工程地质水文情况

2.1　工程地质情况

本工程场地地貌单元属低山丘陵山前地带。场区地势东南高、西北低，三面环山，向西北敞口的缓坡谷地，面对西峪水库。设计深度范围内上部为填土、其下为一般第四系冲洪积层，底部为基岩层，拟建场地内无危岩与岩石崩塌现象，无不良地质作用，无活动断裂带通过，属于稳定场地，适宜作为一般建筑场地。

本工程±0.00m相当于绝对标高230.500m，地面标高在220.27m～265.75m之间，高差达45.5m，平均坡度约20%。

2.2　水文地质情况

根据勘察报告，本工程勘察期间在钻探深度范围（21.0m）内未揭露地下水，建筑物无抗浮问题，不考虑地下水对混凝土及混凝土中钢筋的腐蚀性。

3 、GPS地形测量

本工程为坡地建筑，若采用常规的测图方法比如用经纬仪、全站仪，在山地中通视困难，费工费时，导致测量结果误差偏大，直接影响到测设结果的准确性。

为此我们采用GPS RTK新技术，即载波相位动态实时差分（Real-time kinematic）方法，它能够实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果，并达到厘米级精度。应用RTK新技术，可以不布设各级控制点，且测定点位不要求点间通视，仅依据一定数量的基准控制点，便可以高精度并快速地测定界址点、地形点、地物点的坐标，利用测图软件可以在野外一次测绘成电子地图，然后通过计算机和绘图仪、打印机输出各种比例尺的图件，大大提高了测图的工作效率。仅用一天时间就完成了整个现场的全部地形测量工作。

4、人工挖孔（带护壁）扩底桩

4.1　基础桩概况

根据场区土层的分布情况，Ⅰ、Ⅲ区为岩石土质，山体坡度较大，挖桩机械无法施工，故我们采取人工挖孔（带护壁）扩底桩的方法作为基础桩，桩端持力层为全风化～强风化花岗岩麻岩，桩端极限端阻力按2000kPa取值。

本工程扩底桩桩直径平均为800mm（人工挖孔桩外径为1100mm），其中Ⅰ区共设扩底桩268根，其中分为ZJ1（A）/（B）型扩底桩和ZJ2（B）/ZJ3（C）型扩底桩。

Ⅲ区共设扩底桩185根，其中分为ZJ1（A）/（B）型扩底桩和ZJ2（B）/ZJ3（C）型扩底桩。

图1　扩底桩类型

4.2　人工挖孔（带护壁）扩底桩桩底标高确定的原则

整个结构随山势的起伏逐层而上，每层均有自己的独立基础，且上一层基础须根据下一层土方开挖的情况确定基底标高，由于设计无法预知该山体最终挖除虚土到达持力层的准确标高，因此该工程桩基础和独立柱基础的底标高不确定，只能根据现场实际情况来判断，工程量无法预估，施工难度很大。

为了确定合理的桩底及独立基础底标高，我们提出了两个原则：（1）扩底桩进入持力层深度≥1500mm；（2）桩基应满足最小设计桩长，两相邻桩基或基础有高差时，其柱底中心线之间的水平距离b与垂直距离h的比值须大于1.5:1。

4.3　工艺流程

定位放线 → 放标准圆环 → 人工挖孔出土（进尺1m） → 绑扎钢筋 → 支模校正 → 浇护壁混凝土（振捣） → 混凝土养护（护壁模板拆除必须24小时以后） → 继续挖孔1m（如遇易塌土层或砂石层可适当减小挖孔进尺数） → 支模浇护壁混凝土（此循环至孔底标高） → 自检、专职检 → 记录成孔情况 → 盖盖板交活 → 验孔→ 吊放钢筋笼 → 下放串筒 → 浇筑混凝土至设计顶标高以上15～20cm → 成桩养护。

图2　现场地形及开挖

4.3.1　定位

严格按照施工现场所提供的结构轴线、水平基准点放置桩中心线及控制桩顶标高。开孔前，桩位放样准确，在桩位外设置定位龙门桩，安装护壁模板必须用桩心点校正模板位置，并由专人负责。

4.3.2　开挖

人工挖孔桩分节开挖，分节支护。挖孔时必须检查桩的垂直度，扩底桩穿越地层由上至下依次为：表层杂填土、砂质粉土、圆砾、卵石。扩底桩开挖主要采用人工持铁锹开挖，1.0m以下深度范围采用铁锹、尖镐开挖即可，若开挖过程中遇到漂石、花岗岩等坚硬障碍物时，采用钎、风镐破除。

在人工挖孔（带护壁）扩底桩开挖成孔过程中，频遇未风化的坚硬岩石，致使部分桩无法继续向下成孔，根据现场实际情况及设计给定的原则对遇到岩石情况采取如下措施：

（a）桩长已满足设计最短桩长要求，孔径范围内遇整块坚硬岩石，以岩石上表面标高为此桩桩底标高向四周扩孔形成满足设计要求的扩大头，完成后底部仍全为岩石则此桩成孔；

（b）桩长已满足设计最短桩长要求，孔径范围内部分是岩石，优先考虑将岩石凿除，确实无法凿除者（包括1条中扩孔后，扩大头范围内部分是岩石情况），将非岩石部分继续下挖500mm,并以岩石上表面标高为此桩桩底标高向四周扩孔形成满足设计要求的扩大头，在扩大头范围内增设500mm底板，底板内配螺纹三级12@150双层双向钢筋网片，桩钢筋笼定位后直接插入钢筋网片中；

（c）桩长未满足设计最短桩长要求，以岩石上表面标高为此桩桩底标高向四周扩孔，扩底面积（A）按独立柱基面积计算，并配置2条所述底板，钢筋笼直径相应增加，主筋规格及间距不变；

（d）桩位坐落于岩石之上无法开孔（岩石顶标高低于设计桩顶标高），按独立柱基处理。

4.3.3　出土及提升

出土采用人工辘轳摇出孔外，人工用斗车运至较宽位置集中堆放，人员上下采用固定于护壁的钢梯。挖出的土必须堆放在距孔边2m以外的地方。

4.3.4　护壁施工

桩体每开挖1m必须进行支护（护壁），然后方可继续往下挖，每节护壁均应在当日连续施工完毕，上下节护壁的搭接长度不得小于50mm；护壁混凝土必须保证密实。

4.3.5　钢筋笼吊装

本工程扩底桩钢筋笼长度为5.0～12.0m。为保证扩底桩侧面的混凝土保护层厚度，以免吊放钢筋笼时产生倾斜偏差，在钢筋笼周边设置四个限位板，竖向间距4m。钢筋笼直径为Φ800mm。入孔时用16t吊车将钢筋笼吊入孔内，在孔口进行连接，并保持上下节在一条轴线上。

4.3.6　混凝土的浇灌

浇灌混凝土时孔洞口放一漏斗。浇灌至距桩顶标高约3m处需进行人工振捣，一次可同时浇注2～3根桩，每次振捣时间为20～30秒，当混凝土表面不出现气泡时即可停振。浇灌时要注意掌握桩顶标高，并做好浇灌前的准备工作，浇灌后及时用振捣器振捣。混凝土最终浇注量应高出设计有效桩顶标高15～20cm。

4.4　接桩

按照图纸要求，首层结构基础桩的桩顶标高为建筑地面标高减去1.45m，即4.8m，结构外挡土墙基底标高为3.75m，但部分区域实际自然地面标高为-11m。按照图纸做法，人工挖孔桩及挡土墙均处于悬空状态，经与设计现场确定，暂不考虑挡土墙做法，先在基准土面上进行人工挖孔桩施工，进入持力层一定深度即可，实际的桩顶标高与设计桩顶标高之间的高差采用接桩处理。

4.5　人工挖孔（带护壁）扩底桩安全保证措施

（1）孔内设爬梯供人员上下井；施工人员进入孔内必须戴安全帽；使用吊笼、电葫芦等应有安全可靠的自动卡紧保险装置。

（2）挖孔作业时，每班2人，井下1人，井上1人，必须保证井口有人。

（3）井下施工照明采用12V安全低电压，孔中操作工应手戴工作手套，脚穿绝缘胶鞋。

（4）孔桩掘进5m后，每次下井作业前，必须坚持先向井下强力送风后下井操作的制度，挖孔6～12m深，每天至少向孔内通风1次，超过10m每天至少通风2次。

5、人工挖孔（带护壁）扩底桩部分改为箱型剪力墙空腔基础

本工程依山势而建，每层都需要根据下一层的基底标高来确定自身的基底标高，Ⅰ、Ⅲ区客房部分每层都有三跨结构，只有当下一层的挡土墙与山体之间的肥槽施工完成后，才能进行上一层结构施工。整个工程施工难度很大。Ⅲ区由于前两排桩位于斜坡上，且地质均为坚硬岩石，即便使用破碎炮破碎，进展都十分缓慢，且Ⅲ区自然地面较设计标高低很多，为避免高填方，减少土方回填量，确保基础稳定和安全，根据现场实际情况及设计给定的原则对该部分进行优化，取消斜坡上的两排人工挖孔桩，更改为500mm厚的剪力墙，相应位置直接生根起框架柱，将自然地面较设计标高相差部分做成空腔结构，局部空腔高度达到17m。由于山体本身凹凸不平，这给钢筋的铺设绑扎和混凝土浇筑造成了极大的困难。

该部位无论是永久性锚杆施工、挡土墙施工还是空腔结构施工，都需要在下一层结构施工完成后才能进行，因此整个空腔的钢筋、模板、混凝土、脚手架施工均十分困难，是普通工程施工难度的数倍。

图3　挡土墙及空腔结构完成情况

6、独立基础改为桩基础

在Ⅳ区人工挖孔桩施工过程中，按照桩底及独立基础底标高的确定原则，桩基应满足最小设计桩长，两相邻桩基或基础有高差时，其柱底中心线之间的水平距离b与垂直距离h的比值须大于1.5:1。根据这个原则，结合现场的实际地形情况，如果做成独立基础，按照1.5:1的原则挖孔的话，设计的桩基水平距离为4.5m，则两相邻桩基或基础高差不应超过3m，而现场的情况是相邻桩基为6m。这样的话为了符合这个原则整个山势将被削平，完全不符合依山而建的设计理念。

为此，经参加各方现场协商后确定，将该区域的独立基础改为人工挖孔（带护壁）扩底桩基础，桩顶标高为该层建筑标高-1.250m，桩长不小于7m，桩身直径为扩大头直径的1/2。通过这样的处理方法，既解决了桩身标高变化应满足的1.5:1的要求，又保证了山体的原有地貌，很好的体现了设计理念。

结论：

在本工程施工过程中，我们遇到的一系列问题如：GPS RTK新技术在地形测量中的应用；Ⅰ区人工挖孔（带护壁）扩底桩深度的定位原则及底标高不确定时的处理方法；Ⅲ区人工挖孔（带护壁）扩底桩改为箱型剪力墙空腔基础的处理方法；接桩的处理方法等，都是比较具有代表性的坡地建筑施工中的难题。随着工程的进展，我们相继成功解决了上述诸多难题并取得了良好的效果，缩短了工期并节约了费用。希望对于以后的类似工程，能够提供一些有益的帮助。