山地建筑地基处理和基础选型浅析

叶川，裴学军，杨立煌

（1.重庆大学建筑规划设计总院有限公司 重庆 400045）（2.昆明恒基建设工程施工图审查中心 云南 昆明 650000）（3.云南卓立工程检测有限公司 昆明 650000）

0 引言

山地是区别于平原和平缓坡地的一种自然地貌。建造于其上的城市呈现出了与平原城市迥然不同的空间形态和环境特征，如我国著名的山城—重庆、东方之珠—香港，以及国外的罗马、雅典等。随着我国城镇化的推进，城市建设的迅猛发展以及耕地保护等环境因素要求，出现了越来越多的山地建筑产品，区别于传统山地建筑，很多高层山地建筑也在其中暂露头角，例如云南省出台的《云南省人民政府关于加强耕地保护促进城镇化科学发展的意见》推动了云南省城镇上山，高层、小高层住宅鳞次栉比，依山而建，不仅缓解了耕地压力，解决了城市发展的居住需求，也呈现出了不一样的城市景观。

山地建筑与平原建筑的区别不仅仅是外部空间，其建筑技术上也有很大的差别。虽然山地建筑可以依托山地优势资源打造呈现特色的效果，但因山地生态的脆弱性，更增加了开发的难度，特别是山地地质结构复杂，给山地建筑的地基处理和基础选型增加了难度，本文以重庆和云南的山地建筑开发经验为基础，浅析山地建筑地基处理和基础选型，以供同行参考。

1 山地地基特点

山地地形起伏大，地址构造复杂。不同区域的地质构造各不相同，例如同属西南地区的重庆和云南，虽都是山地为主，都分布着石林、溶洞、峡谷等卡斯特景观。但气温、降雨等均不相同，特别是云南省属于地震多发省份，多条地震断裂带分布于境内，抗震成了工程建设的首要要务。归纳总结我国山地地基特性，主要呈现以下特点：

（1）地面高差大。在《云南省山地城镇建筑设计导则》（以下简称“导则”）中，将《导则》的适应范围定义为“山地自然坡度大于15%的城镇建设建筑设计[1]。”在这样的场地上建设，势必形成挖填方岩土质边坡，同一建筑单体基础分别置于挖、填方区的情况比比皆是；如果处理不当，将造成地基不均匀沉降，从而危害上部结构；

（2） 基岩起伏变化较大，覆土层厚薄不均。此种情况在喀斯特地貌中尤为突出，常造成建筑物基础持力层置于不同地质层，是带来建筑物不均匀沉降的因素之一；

（3） 地质构造复杂。由于山地的成因使其地质构造较为复杂，土层在平面与竖向分布上常有很大的差异，不仅厚薄不均，各层的物理力学指标也差异颇多；

（4） 薄弱层和不良地质现象较多。古（老）池塘，河道沟渠的淤泥细砂等局部软弱土层时有出现在建筑场地内，处理不当也是造成不均匀沉降的因素之一；据山区灾害研究显示：泥石流、滑坡与崩塌等山地灾害，几乎在地球上所有的山区都有可能发生，其中以最新隆起山系的山地灾害最为活跃[2]。近年发生的“汶川地震”“玉树地震”“昭通鲁甸地震”均充分显现了滑坡、泥石流、崩塌以及地震断裂带等不良地质灾害带来的危害，断裂带上的建构筑物，即使经过抗震设计也无一幸免，造成了严重破坏；此外岩溶、土洞强烈发育也是建筑工程的隐患，因此在建设场地选择时，应尽量避开不良地质。合理的基础选型，适宜的地基处理既能在技术上先进，也能在经济上取得合理效益。

2 山地建筑地基的常用处理方法

2.1 山地地基处理要点

地基处理的结果影响着基础的选型，决定了工程造价。居于山区工程地质的复杂性特征，地基变形均匀性和边坡稳定是处理的关键点。

在地基处理设计时，一应考虑建设场地内，在自然条件下，有无滑坡现象，有无影响场地稳定性的断层破碎带；场地周边有无不稳定边坡；基岩面的起伏情况、厚度及空间分布情况、有无影响地基稳定性的临空面；二应考虑上部结构、基础和地基的共同作用，必要时应采取加强上部结构刚度和强度的措施，以提高建筑物对地基不均匀变形的适应能力。

在山地建筑选址时应针对场地进行评价，重点评价场地岩、土体稳定性，应考虑在建设活动中因挖方、填方、堆载和卸载等对场地稳定性的影响。在建设中，对天然形成的排水系统和山地植被应充分加以保护和利用。当必须改变时，应在易于导流或拦截的部位将水引出场外；在受山洪影响的地段，应采取相应的排洪措施；应密切关注场地的稳定性（尤其在雨季或汛期）[3]。

对已选定的地基处理方法，宜选择代表性场地进行相应的现场试验，并进行必要的测试，以检验设计参数和加固效果，同时为施工质量检验提供相关依据。

2.2 山地地基的常用处理方法

（1）桩基础。山区建设普遍采用此法，桩基础分机械成孔灌注桩或人工挖孔灌注桩，桩端穿过软弱土层，嵌固在坚硬的土(石)层上，控制建筑物的沉降，使之满足设计要求[4]。桩基的使用可以大大减少土方工程，特别是在某些没有条件使用机械成孔的场合，人工挖孔桩显现出了其优越性，在云南的山地建设中，质量控制和工程经济优势尤为明显。

（2）浅基础。当地基持力层上部土层的强度较高、压缩性较低，且其厚度满足规范相关要求时，应充分利用上覆土层，尽量优先采用浅埋式基础更为经济合理。

（3）梁板跨越法。此法适宜用来处理不良地质现象场合，如溶洞、溶蚀裂缝、土洞裂隙等。对洞口较小的洞隙，宜采用镶补、嵌塞、跨盖等方法处理；对洞口较大洞隙，宜采用梁、板、拱等结构跨越（但应注意跨越结构应有可靠的支承面，梁式结构在岩石上的支承长度应大于梁高1.5倍），也可采用水撼法灌砂、浆砌块石等堵塞措施；对于围岩不稳定、风化裂隙破碎的岩体，可采用灌浆加固和清爆填塞等措施；对规模较大的洞隙，可采用直接在洞底支撑或通过调整柱距等方法处理。

（4）换土法。换土的目的是使建筑物获得均匀沉降，一般有两种方法：一是以硬换软，二是以软换硬（又称“褥垫层”），此法多被应用。褥垫厚度一般为：300~500mm，所用材料为炉渣、中砂、粗砂、土夹石（其中碎石含量为20%~30%）等材料，夯填度：中砂、粗砂为0.87±0.05；土夹石为0.7±0.05；或通过现场试验确定。若软硬地基各一半，宜采用设置沉降缝与局部换土相结合的方法。

（5） 地基处理法：通过对软弱地基处理后，使其能满足建筑地基承载力和变形要求。常用方法有：换填垫层法、强夯法、水泥土搅拌法、高压喷射注浆法、灰土挤密桩法等。其中：

（a）换填垫层法主要作用是提高地基承载力，减少沉降量，加速软弱土层的排水固结，防止冻胀和消除膨胀土的胀缩。适用于浅层软弱地基及不均匀地基的处理；

（b） 强夯法主要用来处理碎石土、砂土、低饱和度的粉土与粘性土、湿陷性黄土、杂填土和素填土等地基；

（c） 水泥土搅拌法主要用来处理正常固结的淤泥与淤泥质土、粘性土、粉土、饱和黄土、素填土以及无流动地下水的饱和松散砂土等地基。

（d） 高压喷射注浆法主要用来处理淤泥、淤泥质土、粘性土、粉土、砂土、人工填土和碎石土地基。

（e） 灰土挤密桩法和土挤密桩法主要用来处理地下水位以上的湿陷性黄土、素填土和杂填土等地基，可处理的深度为5～15m。

在确定地基处理方案时，宜选取不同的多种方法针对设计要求的承载力提高幅质、施工工艺、工程造价等进行比选后确定最终方案。

3 山地建筑基础选型时应考虑的因素

在基础工程设计中，应根据具体的地勘资料，合理选择适宜的基础形式，基础选型时主要应考虑以下因素：

（1） 基础应支承在坚固或较均匀的地基上，应考虑持力层及其下卧层的整体稳定性，同一栋建筑不宜采用多种不同类型的基础型式；

（2） 建筑基础设计应满足构造的要求，即其埋深、高度、偏心距和沉降应满足相应规范的控制要求等；地震区应考虑山地地震力影响，对基础进行稳定性验算；临近边坡、陡坎上的建筑基础应进行抗震稳定性设计。建筑基础与土质、强风化岩边坡的边缘应留有足够的距离，其值根据设防烈度的高低确定，并采取措施避免地震时地基基础破坏。

（3） 根据上部结构的不同结构形式选配相适应的合理的基础型式；

（4） 当上部结构为框架或剪力墙结构、无地下室时：

（a）如地基较好、荷载较小、柱网分布较均匀时，可采用柱下独立基础或墙下条形基础。在抗震设防区，其纵横方向应设连系梁，连系梁可按柱垂直荷载的10%引起的拉力和压力分别验算;

（b）如地基较差、荷载较大时，可选用十字型钢筋混凝土条形基础或桩基，当不能满足要求时可以选用筏基；对于不均匀，且土质又较软的地基，应先进行提高地基承载力，减少地基压缩性的处理，之后再在其上做筏基。不考虑地基实际情况，一味做筏片基础就万无一失的想法是错误的，应引以为戒。

（5）当上部结构为框架或剪力墙结构、有地下室时：

（a）如地基较差、上部结构对不均匀沉降限制较严、防水要求较高时可选用筏基；

（b）如柱网、荷载及开间分布比较均匀、地基较好时、可选用刚性条形基础；

（6）砌体结构优先采用刚性条形基础；当基础宽度大于2.5m时，可采用钢筋混凝土扩展基础即柔性基础。

（7） 当采取上述各类型基础仍不能满足设计要求时，可选用桩基或其他有效的人工处理地基。

4 山地地基基础工程施工中常见的质量问题

（1） 边坡工程：当现场不宜进行放坡开挖，且可能对邻近建（构）筑物、地下管线、永久性道路产生影响时，应对边坡进行支护后再开挖。目前边坡支护的主要方法有：桩板 (锚)挡墙支护、锚杆及土钉墙支护、喷锚支护、重力式挡墙支护等。边坡支护虽然不是直接构成工程实体的一部分，但对整个建筑场地的安全稳定来说却有着十分重大的意义，这方面出现的工程事故较多，所以应特别重视。其质量问题主要表现如下：

（a） 位移：支护结构向外侧产生位移，从而导致坡顶地面沉降和附近房屋裂缝，边坡出现滑移、失去稳定；

（b） 塌方：场地开挖中支护结构失效，边坡局部或大面积失稳塌方；

（c）未按设计要求分段、分层进行逆作法施工，不重视动态设计、信息化施工原则。

（2）地基钎探、验槽常见质量问题：钎探深度不足，钎探结论不明确；地基验槽内容不全面；

（3）桩基础不按规范要求进行承载力及有关质量检测，单柱单桩的大直径嵌岩桩未按规范要求对桩底持力层进行检验；

（4）几种常见地基处理方法的质量问题：

（a） 换填垫层法常见质量问题有：接槎位置不正确，接槎处不密实，分段分层施工未做成台阶形；不按规定进行压实系数及承载力检验；

（b）强夯法常见质量问题：夯实过程中无法达到试夯时确定的最少夯击遍数和总下沉量，夯击不密实；强夯后，实际加固深度局部或大部分未达到要求的影响深度，加固后的地基强度未达到设计要求；不按规定进行承载力检验；

（c） 水泥土搅拌法常见质量问题：夹层、断桩；桩体强度不够；不按规定进行承载力检验；

（d）基础回填土常见质量问题：橡皮土（弹簧土），填土夯打后土体发生颤动，形成软塑状态，而体积并没有压缩；回填土密实度达不到要求，沉陷；基础施工完毕后不及时回填。

5 结语

综上所述，合理适宜的地基处理和基础选型是山地建筑工程质量保障和开发效益的基础，依据山区地质特征，在处理山地建筑地基和基础选型时应注意以下方面：

（1）应充分了解项目选址的工程地质结构和水文地质情况，因地制宜，认真筛选地基基础处理方案；

（2）山地建设中，场地选址应尽量避开不良地质地带，场地平面设计应避免建筑物跨越地震断裂带，必须跨越的，应采取相应措施；此外要统一规划设计，合理作好平整场地标高，应避免出现较高的高边坡，对填方区要合理地利用填土地基，提出压实处理及基础施工的综合方案，控制填土的密实度和承载力以提高填土质量，满足地基设计要求；

（3）桩基础是解决山地建筑地基不均匀性和部分不良地质现象的一种有效的常用方法，具体采用何种形式，需要根据具体项目的工程地质条件决定。在设计时应重点考虑减少建筑物的沉降差，保证建筑物的稳定性。

（4） 在工程地质条件比较复杂地区施工时，主要建筑物的基槽（坑）施工应及时组织质监、地勘、设计、监理、建设、施工单位进行验槽，通过验收后方能进行下一道工序的施工，基础施工应作好隐蔽工程和特殊处理记录。

（5） 对有代表性的软、硬不均地基的建筑物应加强沉降观测。及时消除隐患，收集数据，为山区建设处理软硬不均地基积累资料；

（6）重视边坡的设计施工。

万丈高楼平地起，没有坚实的基础，高楼也就没有保障。已发生的因基础隐患导致的工程质量事故就证明了这点。居于山区工程地质的复杂性，在工程建设中应充分重视；应严格按照规范要求，结合当地的工程地质情况和实际经验进行综合分析对比，优选安全、经济、合理的方案。