高層建筑巖質(zhì)地基評價及地基處理

于國太

本溪市方正建設(shè)工程質(zhì)量檢測有限公司(本溪 117000)

1 高層建筑巖質(zhì)地基概況

高層建筑至今已有一百多年的發(fā)展歷史，改革開放三十多年以來，我國高層建筑迅猛發(fā)展，目前國內(nèi)最高建筑上海塔(原名上海中心)結(jié)構(gòu)高度為580 m，世界最高建筑迪拜哈利發(fā)塔高度達828 m。國內(nèi)外高層建筑約50%以上修建于巖質(zhì)地基上，如此的高度建筑自重荷載及水平風荷載、水平地震作用都非常大，對地基的承載力、變形及穩(wěn)定性的要求非常嚴格。修建在土質(zhì)地基上高層建筑天然基礎(chǔ)埋深為建筑地上高度的十五分之一，樁基礎(chǔ)為十八分之一。在建筑埋深范圍內(nèi)若有基巖，設(shè)計者可選基巖作為基礎(chǔ)持力層，應(yīng)滿足抗滑、抗傾覆及穩(wěn)定要求。與土質(zhì)地基相比較，巖質(zhì)地基具有承載力高、沉降變形小、基礎(chǔ)埋深相對較小、基礎(chǔ)工程費用較低等優(yōu)勢。

巖質(zhì)地基常見有巖質(zhì)堅硬，地基承載力較高的花崗巖、石灰?guī)r、白云巖、石英巖等。此外，還有巖質(zhì)軟弱，地基承載力較低的片巖、板巖、頁巖、泥灰?guī)r、泥質(zhì)砂巖、泥砂質(zhì)泥巖、泥巖等，這類巖石較易風化及遇水軟化。

巖質(zhì)地基潛在的工程地質(zhì)問題主要為地基承載力高低問題、地基建筑性能均勻性問題、地基穩(wěn)定性問題、場地邊坡及深基坑邊坡穩(wěn)定性問題、基礎(chǔ)方案選擇問題。認識并重視這些問題且試圖解決這些問題還存在許多誤區(qū)。這些誤區(qū)若不加以克服，勢必危及建筑工程的安全且造成浪費。

2 地基承載力數(shù)據(jù)確定的誤區(qū)及克服方法

巖石地基承載力一般都比較高，地勘部門提供的數(shù)據(jù)往往偏低甚至保守，造成基礎(chǔ)工程的浪費。主要誤區(qū)表現(xiàn)在如下幾個方面：

2.1 在確定地基承載力時，雖然進行過測試及試驗，由于數(shù)量不符合要求，不足以作為評價依據(jù)。

(1)巖質(zhì)差異較大，未劃分巖石單元，只籠統(tǒng)評價地基承載力，以致有的偏大而有的偏小。

(2)測試方法不符合要求，例如巖石完整性較差的巖體，無法直接以鉆探資料劃分單元并確定地基承載力。

(3)測試方法可行，但測試數(shù)量不滿足要求，也難以提出正確的數(shù)據(jù)。

(4)無法取芯進行單軸抗壓試驗又不進行原位荷載試驗，以無根據(jù)的數(shù)值確定地基承載力。

2.2 高層建筑、超高層建筑，引用一些不是實際測試所得的數(shù)據(jù)作為地基承載力，還往往冠以“經(jīng)驗數(shù)據(jù)”，這給地基基礎(chǔ)設(shè)計帶來安全隱患。

高層建筑巖質(zhì)地基承載力確定，除符合建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范要求外，還應(yīng)正確掌握以下幾個方面：

(1)認真研究巖體的真實完整性，準確劃分巖質(zhì)單元。

(2)巖體完整性良好的，巖芯采取率高、巖質(zhì)指標(QRD)在50%以上，可用鉆探資料劃分巖質(zhì)單元并取巖芯試驗，以單軸抗壓強度值計算地基承載力。

(3)若巖體完整性差或者巖體隱節(jié)理發(fā)育，用鉆探辦法所獲資料無法準確劃分巖質(zhì)單元并難以取樣試驗，此類巖體應(yīng)以聲波縱波速劃分巖質(zhì)單元，用荷載試驗確定地基承載力。

3 巖石地基均勻性評價的誤區(qū)及解決問題的著重點

巖石地基的不均勻性表現(xiàn)在巖石自身及后期的變化兩個方面：

3.1 我國廣大地區(qū)的地質(zhì)歷史時期，海進海退所形成的極不相同的沉積環(huán)境，沉積的巖石有屬于淺海相的泥質(zhì)巖石層。這些巖層經(jīng)地殼構(gòu)造運動，發(fā)生褶皺，導致巖體在水平及垂直方向上的不均勻地基承載力評價帶來復雜性，也給建筑邊坡帶來隱患。

3.2 地質(zhì)歷史上地殼運動形成的裂隙是極不均勻的，其長度、寬度、深度及后期變化差異十分明顯，導致巖體的風化、破碎程度都不一樣，巖體力學性能是極不均勻的。

3.3 碳酸鹽類巖石因為原生組成份(硅、鐵、鋁、鈣、鎂、鉀、鈉等)的不同，結(jié)構(gòu)構(gòu)造差異，后期構(gòu)造應(yīng)力作用影響不同，巖溶化程度及深度復雜多變，導致巖體建筑性能極不均勻。

巖質(zhì)地基勘察、評價時，若不研究上述三個方面的不均勻性，地基評價不可能符合實際。常見的誤區(qū)是在不劃分巖質(zhì)單元的情況下，以某幾個鉆孔巖芯代替整個巖體，其結(jié)果必然出現(xiàn)許多失誤。可靠的做法是通過地面調(diào)查(巖體成分、構(gòu)造、裂隙等)，鉆探(巖芯采取率、RQD指標、巖溶洞隙等)，聲波測試(縱波速)，確定巖體性質(zhì)不均勻性狀況，劃分巖質(zhì)單元，再按單元分別進行評價。

4 地基穩(wěn)定性勘察及評價誤區(qū)所在

4.1 丘陵山地的建筑場地，絕對平整而無挖方、填方的較為少見。往往在地基主要受力層內(nèi)遇軟弱結(jié)構(gòu)面或泥質(zhì)夾層，一旦外圍出現(xiàn)臨空面，即發(fā)生是否可能滑動的問題，工程地質(zhì)工作者往往忽視這方面的研究，如軟弱結(jié)構(gòu)面延伸方向、埋藏深度、傾向傾角、抗剪性能，可能滑動推力大小，抗滑措施等，這是誤區(qū)之一。地基基礎(chǔ)設(shè)計人員，也沒引起應(yīng)有的重視。

4.2 巖溶洞隙的存在，歷來是工程地質(zhì)工作者及基礎(chǔ)設(shè)計人員的注意重點。其主要誤區(qū)有三個方面，引起的事故也很多。

(1)由于勘探深度大大超過主要受力層深度，遇到的裂隙、溶洞，一般都不加分析地加以處理。實際上有幾種情況即使不處理，工程建成使用多年也未出現(xiàn)問題，是經(jīng)得起考驗的。

(2)主要受力層內(nèi)的洞體，洞頂板厚度及基礎(chǔ)面積都大于洞隙平面尺寸，頂板為完整性良好的中風化巖體，用不著處理。

(3)由于鉆探遇洞隙時，未圈定其平面尺寸，而將本是裂隙當成溶洞，錯誤的做出必須處理的結(jié)論。

以上巖溶洞隙是否處理在許多工程中存在誤判而導致錯誤的結(jié)論。

4.3 當巖溶洞隙發(fā)育地區(qū)地下水在巖石界面時，因工程建設(shè)需要抽取地下水都會誘發(fā)塌陷的產(chǎn)生。其誤區(qū)之一是只查溶洞的存在，不研究地下水動態(tài)變化對地基穩(wěn)定性的影響。誤區(qū)之二是在供水勘察中，只注意水量及水質(zhì)，忽視抽水對地基的影響，以致大量塌陷，引發(fā)建筑物傾斜，發(fā)生建筑破壞。

5 邊坡穩(wěn)定性誤區(qū)所在

丘陵山區(qū)挖填形成的建筑場地，當其處于褶皺地帶，且存在軟弱的泥質(zhì)夾層，就必然出現(xiàn)邊坡的評價及處理問題。同樣條件下修建高層建筑也必然引起深基坑的邊坡的評價及處理問題。

(1)邊坡失穩(wěn)的誤區(qū)之一是忽視了地質(zhì)歷史上在順向坡潛伏的古滑坡。

(2)邊坡失穩(wěn)的誤區(qū)之二是層狀巖層中較薄的泥質(zhì)夾層沒有引起人們的注意，一旦邊坡下段或坡腳開挖土石方，巖土體立即滑動，各類工程事故隨即發(fā)生。

(3)當巖體切割破碎，若有2～3組交叉裂隙存在，巖體極易順坡下滑。但人們一再忽視對其進行研究，導致工程事故的發(fā)生。

場地邊坡及深基坑邊坡失穩(wěn)多數(shù)是上述三方面失誤產(chǎn)生的。只要重視三方面的研究，邊坡失穩(wěn)事故即可避免。

6 地基基礎(chǔ)處理方案論證

6.1 地基基礎(chǔ)方案的論證及確定，實際工作中的誤區(qū)很多，最主要的有如下幾方面：

(1)在國家規(guī)定必須抗震設(shè)防地區(qū)，缺少抗震設(shè)防工程地質(zhì)評價。

(2)丘陵山地挖填方建筑場地缺少環(huán)境邊坡穩(wěn)定性評價。

(3)建筑場地極其附近地段，或者有抽水井、或者必須施工抽水，缺少抽水塌陷預(yù)測評價。

(4)復雜工程建筑場地沒有就巖體完整性、地基穩(wěn)定性、邊坡穩(wěn)定性、地基均勻性、地基承載力，地下水因素進行建筑條件分區(qū)。

(5)缺乏正確的巖質(zhì)劃分。

(6)地基承載力數(shù)據(jù)不可靠。

6.2 基礎(chǔ)持力層選擇及基礎(chǔ)埋深方面的誤區(qū)

(1)不研究巖石地基與土質(zhì)地基差異，一概滿足基礎(chǔ)埋深為建筑物高度的十五分之一。

(2)不區(qū)分巖石地基完整性及巖溶洞隙發(fā)育狀況，一概采用鉆孔灌注樁。

6.3 基礎(chǔ)方案選擇沒有全面考慮：結(jié)構(gòu)類型及上部荷載、巖體完整性、地下水位、水量及動態(tài)、施工條件、施工技術(shù)因素。

6.4 優(yōu)選基礎(chǔ)方案原則

(1)單獨基礎(chǔ)適用條件：基底下6～10 m范圍巖體的巖溶洞不發(fā)育、強風化層已清除、巖體完整性良好，巖體地基承載力較高。

(2)基底設(shè)置一定厚度碎石層的箱基、筏基適用條件：巖體風化強烈、強風化層已清除、巖體完整性良好。

(3)預(yù)制樁及打入式灌注樁基礎(chǔ)適用條件：地基為巖面起伏不大的軟質(zhì)巖，樁底巖溶洞隙不發(fā)育。

[1]GB50007-2011,建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范[S].

[2]JGJ94-2008,建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].

[3]GB50021-2001,巖土工程勘察規(guī)范[S].