補償性基礎在山區地基中的應用

摘 要：山區地基一般較復雜，建筑物基礎有時一部分置于基巖上，一部分落在粘土上。為了處理好建筑物的差異沉降，本文引入樁基礎、箱形基礎等理論結合實際對基礎進行補償，取得過較好效果。

關鍵詞：山區地基；紅粘土；石灰石基巖；礦區廠房；補償性基礎

山區地基條件一般均較復雜，特別在基巖起伏較大的地段建造建（構）筑物時，會遇到很多困難。

云南某礦索道起點站為一大型礦倉，為滿足工藝和總圖布置的需要，該礦倉基礎一部分必須置于石灰石基巖上，另一部分必須落在紅粘土上。為了處理好建筑物的差異沉降，采取了補償性基礎方案。即將置于基巖上的柱基設計為獨立鋼筋砼基礎，將落在紅粘土上的柱基設計為箱形鋼筋砼補償基礎。上部結構不能分開，仍為一整體。該建筑已使用20年，補償性基礎效果良好。

1 工程概況

該礦倉是一多層鋼筋砼框架結構，一層為裝鐵礦石的鋼筋砼礦倉，二層有皮帶，三層有振動篩設備，四層亦為皮帶。建筑物地面以上高度為24.50米，如圖一所示。

據工程地質鉆孔揭露，建筑場地表層為耕植土層，厚0.30米；其下為坡積（局部為殘積）紅粘土層，厚度變化大，2～22米；再其下為石灰石基巖，層面起伏極為懸殊，基巖表面坡度較大。地質剖面如圖二所示。

紅粘土由石灰巖風化而成，為紅褐色和黃褐色，硬塑狀態。勘察范圍內未見地下水。

基巖石灰石，灰白色，中等風化。容許承載力5千克/厘米2。

2 基礎方案的選擇

該礦倉基礎所在范圍內的地質剖面如圖二所示，①、②、③線六個柱基挖掉2米多厚的覆蓋層即可置于石灰石基巖上，④、⑤線四個柱基落于紅粘土上，鉆孔深度已達22米仍未見基巖面

根據礦區總平面布置要求，礦倉的位置已經定死，因為選礦廠等建筑物早已開始施工，若要變動位置，勢必造成其他建筑物返工，礦倉只能放在這樣的巖土地基上。

礦山離大城市較遠，若因本礦倉幾根柱子去采用樁基方案，經濟上是不劃算的。

該項目工期限得很死，已進入倒計時階段，甲方要求從定設計方案到施工完畢，一共不到兩個月時間，經現場多方案比較后，決定①②③線六個控基采用獨立鋼筋砼基礎；④、⑤線上的四個柱基設計成箱型鋼筋砼補償基礎。這樣，上部結構未設沉降縫，仍為一整體，滿足了工藝專業的要求。

在紅粘土地基上設置補償性基礎也要看季節是否適宜。因為紅粘土浸水后容易軟化，強度降低，變形增大，很容易產生不均勻沉降。本工程還有四個有利條件：

1.地表下22米深的鉆探范圍內未見地下水；

2.工期要求緊，當時當地正值旱季，基地被雨水浸泡的可能性極小；

3.索道起點站在生產過程中無生產用水；

4.建成后地表雨水進行有組織的導泄，室內外地面可作封閉處理。

綜合考慮各種因素后，最后決定設計成補償性鋼筋砼基礎，如圖三所示。

3 補償性基礎的設計

基礎沉降是由建筑物重量產生的附加應力所引起。如果基礎底面處的附加應力等于零，沉降也就等于零。因此采用空心的箱形基礎，使基樁挖去的土和水在基礎底面單位面積上的重量恰好等于建筑物在基底產生的平均壓力，即附加壓力為零，則理論上基礎不會發生沉降。但由于開挖基樁后，有一個卸荷回避問題，再加上卸荷地基會產生一定的壓縮量，因此全補償性基礎實際仍有少量沉降發生。由于施工周期短，產生的沉降也就很小。本設計使基礎底面處的平均壓力P小于基礎底面處土的自重壓力Pcd，即P

±0.00相當于絕對高標2302.95

根據上部結構傳下來的荷重和基礎自重，計算出補償基礎的平面尺寸為9米×9米，埋深（室內地面下）7米。基礎底面處的平均壓力為10.69T/M2，基礎底面處土的自重壓力（從天然地面算起）為12.04 T/M2，土的自重壓力為建筑物平均壓力的1.126倍，為過補償性基礎。

為了防止在使用過程中水滲入箱基內，以免影響補償效果，須將箱形基礎設計成為現澆鋼筋砼整體封閉結構。板的厚度，四壁按土壓力計算，厚200毫米，頂板按地面荷載設計，厚150毫米，底板按建筑物重量產生的反力設計，取800毫米厚。

同時，在箱形基礎頂板有一個800×800毫米的人孔，在施工完成后，用以排除箱內施工用水和清理施工垃圾。清理好后加鋼筋砼蓋板，并對蓋板四周的縫用瀝青密封，以防地面水滲入箱內。

4 施工要求

1.要求做好備料工作，待補償性基礎的基坑開挖后，立即施工混凝土墊層，并緊接著施工箱形基礎，防止基樁表面的原狀土被擾動和長期暴露。

2.做好施工期間的臨時排水工作，防止施工用水和雨水浸泡，嚴防水浸泡基樁。

3.箱形基礎施工完成后，基坑不得長期暴露，要馬上進行回填土工作。回填時，要首先清除基坑中的雜物，然后在箱基四周同時均勻進行分層夯實，直到室外設計地坪標高，使場地施工期間不積水。

4.上部結構施工完成后，要抓緊施工室內外混凝土地坪，對室內外地面進行封閉。封閉寬度為6米，厚度80毫米，跑汽車部位為150毫米。

施工單位嚴格按照上述要求進行了施工，同時施工期間沒有下雨，施工質量較好。

5 基礎的使用效果

該礦倉從建成生產至今已經過20年冬夏的考驗。根據觀測，礦倉兩端幾乎沒有差異沉降，上部結構也沒有裂縫，該建筑物仍在正常使用中。證明當時確定的設計原則是正確的，也證明補償性基礎是處理山區地基不均勻沉降的一種有效措施。

位于同一山坡上側的選礦廠，建筑物的地質構造和礦倉位置一樣，上部為第四系坡殘積紅粘土，下部為二迭系昆陽群灰巖，由于先設計時沒有采取防范措施，使用4年后，據不完全統計，整個廠區發生的不均勻沉降和地面塌陷約有60多處，其位置一般是發生在大雨后地面積水處或生產用水溢流處。水是造成地面塌陷和不均勻沉降的主要原因。

6 幾點體會

1.設計方案要因時因地制宜

本礦倉基礎設計方案，就是適應了地基下無地下水，施工又正值旱季，鉆孔揭露的地質條件比較單一，在22米深的范圍內無軟弱下臥層，也無大的孔洞，有利于補償性基礎的施工，這是本方案得以成立的先決條件。

2.針對紅粘土地區，設計必須充分考慮地面水、地下水對建筑地基和建設場區的影響。

水是造成紅粘土地區地面塌陷和地基失穩的根本原因，本項目設計考慮了一系列防止地面水下滲的措施，保證了地面和地基穩定，才能安全使用至今。

3.施工方必須嚴格按設計要求和規范施工，工期再緊，也必須保證質量，由于施工方嚴格控制了施工用水的規定未出現施工用水的漫流現象，同時，施工工藝上一環扣二環，才保證了地基土不被水浸，不被擾動，使本設計方案取得了良好效果。

4.補償性基礎設計，必須考慮地基土有膨脹和回彈現象的發生，由于本設計采用了過補償性基礎，所以建筑物最終幾乎無差異沉降發生。

參考文獻

[1]《建筑地基基礎設計規范》GB50007-2011

[2]《工程地質勘察規范》GJJ57-94

作者簡介

田鋒（1968-），男，身份證號：53010319******2933，工程師，廣東省東莞市松山湖城市建設管理有限公司。