山區地質環境因素對確定地基處理方案的影響

江濤 孫宗義

（山東省機械施工有限公司 山東濟南 250022）

1 引言

在《建筑地基基礎設計規范》（GB50007-2011）及《建筑地基處理技術規范》（JGJ79-2002）等國家和行業標準中有關條文均明確規定山區（包括丘陵地帶）的地基設計，應對地面水、地下水對建筑地基和建設場區的影響分析認定，但往往山區地區或丘陵與平原的交接地帶的工程地質勘察或設計單位在建議或確定地基處理方案時，因經驗不足或其他原因，不太重視地形、地貌及地下水等工程地質環境對處理后地基的影響，造成工程質量問題。本文就濟南地區某地基工程因對工程地質環境因素考慮不周，該地基工程經強夯加固處理后，地基出現了不均勻沉降。

2 工程實例

2.1 工程地質情況

某擬建住宅樓工程，框架剪力墻結構，高度34m，筏板基礎，位于濟南市漿水泉熱源站的下游大沖溝喇叭型出口的北側，靠山的拐彎處，地形相對高差約30m。擬建場地受認為改造影響較大，多覆蓋較厚雜填土，屬山前沖洪積傾斜平原地貌單元。根據地質勘察報告，地層自上而下分為：①雜填土：主要由粘性土、殘積土、塊石、碎石、生活與建筑垃圾組成，厚度3.60～5.40m不等。②沖填土：主要由深褐色粘性土、碎石土、砂粒及塊石，山區坡洪積物近期水力搬運而形成，厚度約5.0m左右，結構松散。③濕陷性黃土：淺黃色、可塑、針蟲狀孔隙發育，含小礫石、小姜石、局部透水性好。有姜石、小礫石透鏡體分布，平均厚度約2.80m。④碎石層：淺灰色、石灰巖成分，級配較均勻，層厚很不均勻，透鏡體狀分布。⑤輝長巖。

2.2 設計要求及地基處理方案

山區某住宅工程擬采用強夯法進行地基處理，設計要求夯后地基承載力特征值不小于160kPa，并消除黃土濕陷性。根據設計要求及地質情況，采用了以下地基處理方案：首先將含有生活及建筑垃圾等成分混雜、工程力學性質較差的雜填土挖除，深度約為5m，重新回填碎石土，然后使用夯擊能為3000kN·m，布點間距為3.5m×3.5m的強夯施工工藝進行加固。

2.3 竣工驗收

2016年5月強夯施工完畢后，按規范要求進行檢測，夯后地基承載力特征值達到165kPa，送檢的土工試樣結果，黃土濕陷性已消除，地基工程指標均滿足設計要求。

2.4 驗收后工程出現的問題

2016年8月在準備筏板基礎施工時，土建施工單位發現基槽西部基礎墊層發生了沉降，并出現了開裂現象，現場情況如圖1所示。

圖1

裂隙特點：①裂隙；②裂隙為閉合裂隙；③裂隙為張性裂隙，隙寬1～3mm。裂隙發展伸延向下不明。

3 原因分析

3.1 施工質量檢查與勘探

通過對各項工序及施工資料檢查，均未發現墊層施工單位在施工質量控制過程中有任何瑕疵。為了弄清沉降及裂隙發生的原因，2016年8月14日對強夯地基進行了勘探，經過勘探及取樣分析，在強夯加固范圍內的各項土工指標仍保持了與原檢測報告的一致性，沒有發現異常現象。

3.2 對山區工程地質環境因素的分析

3.2.1 地形地貌與地下水

地形地貌：擬建場地位于濟南漿水泉、漿水泉熱源站的下游大沖溝喇叭型出口的北側靠山的拐彎處，，西側為山體，地形相對高差約30m。

地下水的來源與流向：擬建場區無穩定的地下水，只有在雨季或下雨時，地表水的垂直滲入，形成階段性地下水流。水的流量由上游山彎沖溝匯水面積和雨量大小，下雨時間長短控制。水流方向從地勢高向地勢低運動，即由西南向東北面流動。若遇長時間暴雨，區域內地下水的水力坡度相當大而產生很大的流速（因地形高差較大而產生）。

擬建場地內各地層的透水性質：強夯后地基土中的雜填土層結構密實，透水性極小，形成的硬殼層具有強隔水能力。沖填碎石土、碎石和黃土層是透水層并具濕陷性。下部的輝長巖為隔水層。

場地地下水的形成及作用：根據此場地的地層情況及地形地貌，地下水的補給與排泄地不一，整個場地下的透水層形成一個徑流通道，一旦有地表水的補給，地下水流在很短時間內消失，不具備儲水條件。

3.2.2 該場地地基土沉降變形的機理分析

自然界土顆粒是以團狀集合體結構存在的，通常認為土是由空氣、水和土顆粒三相組成。每一顆粒均被吸著水包圍，吸著水（吸著力約等于10000個大氣壓）在105°恒溫下才可以排除水分，該水不能移動。在它的外圍又有一層弱結合水包圍，形成膜，可以移動，孔隙水在重力作用下可以在巖土孔隙中流動（稱地下水）。

該工程基礎墊層施工期間正值濟南市7、8月份的暴雨季節，地表水補給豐沛，形成的地下水徑流消失后，受強夯處理后的地基其透水層中的孔隙與結合面失水，此時介質體具有的濕陷性特征產生作用，孔隙收縮，張性結合面閉合，介質體位置下陷。當雨季或暴雨再來時，地下水作用又將產生，隨著時間的推移，反復交替，微量下陷將不斷擴大，強夯形成的硬殼層厚度隨之減小。經本次現場（2012年8月）勘探揭露，硬殼層厚度在3.50～3.80m，它產生的自重3.50～4.0t/m2。這個自重作用力，隨著透水層的微量自陷而跟進，加大了地基土變形量和速率。因此造成地基局部發生沉降。

3.2.3 地表徑流對基礎墊層的影響

由于擬建場地西側緊鄰山體，參建各方未做任何排水或阻水措施，雨季形成的地表水大量流入基槽，造成西南側基礎墊層下滲入地表水，形成另外的地下水徑流通道，因基礎墊層僅起到找平及鋼筋保護層作用，未配筋，在自身荷載或其他外力作用下，發生了開裂，是形成基礎墊層裂隙的另外一方面原因。

4 對類似工程的防治措施

（1）可在來水方向的上游設置阻水帶，目的是減小地下水滲透流速，降低水頭壓力差。另外設置地表排水設施，及時排除上游大面積而來的地表水源，防止滲入地基土層中，確保穩定的工程地質環境不受破壞而變形。

（2）采用置換強夯加固處理措施，采用單夯能量為4000kN·m時，夯錘外徑為2.50m，夯錘質量20t，錘底靜壓力40.0kPa。

（3）置換強夯的施工方法：先夯擊形成約2m的夯坑，向夯坑內填料再夯擊。如此反復夯擊直至完成預定擊數，并控制最終貫入度。再將夯坑填至地面并再夯一擊，使坑內上部填入的虛土充分夯實，以利滿夯。

5 結論與建議

（1）無論是選擇地基處理方式，還是處理方案的確定，應全面考慮擬建工程所處的巖土工程地質環境，尤其是山區與平原的交接地帶，應重視地形、地貌及地下水對工程的影響，地基處理方案除了應滿足建筑結構要求外，更重要的是維護改良后的水文及工程地質環境，保持地基土層環境不被外力作用破壞，確保構筑物的安全使用。

（2）在制定強夯處理方案時，可考慮在擬建工程周圍提高置換強夯能量，增加加固深度，降低巖土工程地質環境因素的影響。