李氡 趙陽

1.信息產(chǎn)業(yè)部電子綜合勘察研究院 陜西西安 710054；2.長安大學(xué) 地質(zhì)工程與測繪學(xué)院 陜西西安 710064

延安地處黃土高原中部，工程地質(zhì)條件復(fù)雜，隨著國家大力發(fā)展經(jīng)濟(jì)建設(shè)，延安地區(qū)合理利用土地資源，實(shí)施大規(guī)模削山造地、溝道造地。大規(guī)模的“削山填溝”必然會引起許多地質(zhì)與巖土工程問題[1-4]，例如產(chǎn)生嚴(yán)重不均勻地基等不良地質(zhì)情況，對城鎮(zhèn)化發(fā)展及各種建筑物、構(gòu)筑物的建設(shè)有較大影響。針對嚴(yán)重不均勻地基，胡岱文通過對某煤礦調(diào)度樓土巖組合地基進(jìn)行分析，原地基使用換填墊層進(jìn)行處理，房屋建成三年后結(jié)構(gòu)良好[5]；李仰賢通過對某小區(qū)墻體裂縫的檢測與分析，針對半巖半土地基使用擠密碎石樁加固后，房屋仍產(chǎn)生較大貫穿性裂縫[6]；張鳳文對擠密碎石樁復(fù)合地基進(jìn)行分析，在土巖組合地基上使用復(fù)合地基加固后，地基承載力和沉降均滿足要求[7]。通過眾多學(xué)者研究并結(jié)合延安地區(qū)建筑特點(diǎn)，本文基于延安地區(qū)巖土工程問題，通過大量野外調(diào)查與資料調(diào)研，對延安半巖半土地基分類，分析討論延安地區(qū)半巖半土地基處理技術(shù)及土巖界面差異沉降控制方法。

1 半巖半土地基類型

延安地區(qū)黃土滿覆于起伏的基巖頂面之上，在抬升的新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響下，黃土經(jīng)流土長期侵蝕，形成現(xiàn)今梁峁起伏、河谷深切的地勢。河谷兩岸黃土斜坡陡峻，如圖1所示，兩側(cè)坡腳均有基巖出露，形成5-30m的基巖陡坎?；鶐r溝谷及陡坎區(qū)主要分布于各溝谷下游區(qū)域，溝谷深切基巖，局部形成10-45m的直立或近直立陡坎。如圖2形成基巖陡坎的原因系砂礫巖強(qiáng)度高、節(jié)理裂隙發(fā)育，形成基巖“U”型溝谷?？傮w來看，河谷區(qū)地形相對保存完整，地形利用率相對較高[1]。

隨著延安地區(qū)大力發(fā)展建設(shè)新城，推進(jìn)城鎮(zhèn)化建設(shè)，建設(shè)施工方宜合理利用當(dāng)?shù)赝恋刭Y源，重視各種地質(zhì)情況下的地基處理問題，尤其在河谷階地和基巖陡坎地區(qū)形成的半巖半土地基。通過對延安地區(qū)的地質(zhì)情況分析，筆者將半巖半土地基依據(jù)土體性質(zhì)劃分為以下幾種。

圖1 黃土梁峁-黃土陡坡-基巖陡坎

圖2 削山造地

1.1 沖洪（淤）積土+基巖型

延安地區(qū)沖洪（淤）積土廣泛分布在溝谷不同部位，分布于溝谷中的沖洪積及淤積層，土質(zhì)為灰色、灰黃色的粉質(zhì)粘土、粘土等，呈可塑-軟塑狀態(tài)，含水量大，孔隙比相對較小，工程性質(zhì)較差。該層下部的強(qiáng)風(fēng)化砂巖滲透性較好，地下水呈疏干狀態(tài)[1]。

如地質(zhì)剖面圖3所示，延安地區(qū)河谷兩岸階地發(fā)育，一般在溝谷下游黃土陡坡與基巖陡坎相接觸，溝谷坡腳附近存有一定厚度沖洪積土。

1.2 黃土緩坡+下伏基巖型

延安地區(qū)城市用地極為緊張，大量工程都存在削坡現(xiàn)象，即通過削坡后進(jìn)行田地耕種或修建建筑物，如地質(zhì)剖面圖4所示，黃土緩坡區(qū)工程地質(zhì)結(jié)構(gòu)以馬蘭黃土—離石黃土—新近系紅粘土—侏羅系碎屑巖型為主，濕陷性土層厚度一般小于5m[1]。

圖3 沖洪積土+基巖型地質(zhì)剖面圖

圖4 黃土緩坡+下伏基巖型地質(zhì)剖面圖

圖5 人工填土+基巖型地質(zhì)剖面圖

1.3 人工填土+基巖型

延安地區(qū)的人工填土如圖5所示，主要為廢棄石料、近期人工堆積的素土、建筑垃圾等。廢棄石料一般在石料廠附近堆積于溝谷中，堵塞整個(gè)溝道；素土一般由開挖邊坡、平整場地挖出的黃土組成；建筑垃圾一般由混凝土塊石夾雜生活垃圾、磚瓦碎塊組成，沿山坡道路向溝谷堆放。填土層總體分布松散凌亂、土體性質(zhì)差異較大，地基嚴(yán)重不均勻。

調(diào)查區(qū)內(nèi)削坡建房、交通建設(shè)、采石等人類工程活動(dòng)強(qiáng)烈，群眾居住地大部分位于各支谷下游及溝口位置，大多數(shù)人工填土即分布于此，受填筑前原始地形的影響，填土厚度差異較大。

1.4 滑坡堆積土+基巖型

調(diào)查區(qū)滑坡堆積層在各溝谷均有分布，尤其是溝谷下游，溝谷深切基巖，形成由侏羅系碎屑巖、離石黃土、馬蘭黃土組成的三層結(jié)構(gòu)的邊坡，如圖6所示。在降雨及重力作用下斜坡失穩(wěn)，沿基巖面面向前滑動(dòng)，滑動(dòng)物質(zhì)堆積于基巖溝谷中?；露逊e土主要由Q2和Q3黃土滑動(dòng)后的混雜堆積物組成，土體擠壓破碎現(xiàn)象明顯。

圖6 滑坡堆積土+基巖型地質(zhì)剖面圖

1.5 多層不良地基土+基巖型

所謂多層不良地基即坡腳基巖陡坎處存在沖洪積土，坡體在降雨雨水入滲等情況下易發(fā)生滑坡，滑坡堆積體又堆積在基巖溝谷中。此類地質(zhì)情況下，底部的沖洪積土工程性質(zhì)較差，且滑坡堆積土存在較大濕陷性。

2 地基處理

通過對半巖半土地基形式進(jìn)行劃分，結(jié)合延安地區(qū)工程地質(zhì)條件及建筑物特點(diǎn)，下文針對多層建筑物下半巖半土地基提出合理的地基處理方案：強(qiáng)夯（強(qiáng)夯置換）、換填、擠密樁、CFG樁、長短樁或剛?cè)嵝詷兜?。同時(shí)應(yīng)注意在下伏基巖坡度較大場地上的建筑物，設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮地基土的抗滑穩(wěn)定性，當(dāng)基巖坡度超過35°時(shí)，宜采取防止地基土可能沿土巖界面滑動(dòng)的措施[8]，抗傾覆穩(wěn)定性可參照《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50007-2011進(jìn)行驗(yàn)算。

2.1 半巖半土地基處理原則

（1）適用性：根據(jù)半巖半土地區(qū)地基土性質(zhì)及基巖埋藏深度與坡度確定合適的地基處理方案；

（2）局部性：確定地基處理方式時(shí)應(yīng)結(jié)合上部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)形式、地質(zhì)情況等確定合理的加固范圍；

（3）針對性：半巖半土地基處理重點(diǎn)宜在地基土承載力、沉降和土巖界面差異沉降控制；

（4）易施工性：應(yīng)根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)和地區(qū)施工設(shè)備選擇合理的地基處理方案；

（5）因地制宜性：地基處理材料可結(jié)合當(dāng)?shù)亟ㄖ蚱渌ㄖ牧?，合理利用周邊材料?/p>

（6）經(jīng)濟(jì)性：對確定的多種地基處理方法對比分析，選擇較為經(jīng)濟(jì)的方案。

2.2 換填

換填法適用于沖洪積土、淤積土、濕陷性黃土、人工填土等淺層處理。使用換填法處理地基時(shí)，宜在基巖埋深較淺或下伏基巖面起伏不大時(shí)采用，結(jié)合出露基巖面風(fēng)化程度，一般選擇強(qiáng)度較高的碎石、卵石墊層[8-10]；可結(jié)合延安地區(qū)地質(zhì)條件，采用毛石混凝土或利用當(dāng)?shù)貛r石廢棄料摻和混凝土換填，調(diào)平地基剛度。換填深度宜結(jié)合工程地質(zhì)條件確定，當(dāng)基巖最大埋深在3m以內(nèi)應(yīng)全部換填，如圖7所示；最大深度在5m以內(nèi)，宜開挖至一定深度再進(jìn)行墊層施工。鑒于半巖半土地質(zhì)條件，對不均勻沉降控制較為嚴(yán)格，在設(shè)計(jì)施工中，可適當(dāng)增加墊層厚度。

2.3 強(qiáng)夯和強(qiáng)夯置換

在半巖半土中地基土部分使用強(qiáng)夯法時(shí)，應(yīng)注意其適用地基土的范圍，對淤泥和淤泥質(zhì)土地基不宜采用強(qiáng)夯法處理[11-12]。大多數(shù)半巖半土地基中地基土部分屬于軟土地基，厚度介于5-10m時(shí)，采用換填墊層法難以施工且工程量較大，此時(shí)應(yīng)根據(jù)軟土厚度選擇強(qiáng)夯或強(qiáng)夯置換法，置換材料可選用級配良好的塊石、碎石、礦渣、建筑垃圾等堅(jiān)硬粗顆粒材料，合理利用當(dāng)?shù)貤l件，對于延安半巖半土地區(qū)的沖洪積土、淤積土部分，飽和度較高情況下可使用強(qiáng)夯置換法，在碎石墩和墩間土上鋪設(shè)厚度不小于500mm的碎石墊層形成復(fù)合地基，置換材料應(yīng)充分利用地方材料。

2.4 擠密樁

半巖半土地基中土層較厚時(shí)，宜采用擠密樁處理，根據(jù)樁體材料將擠密樁分為擠密砂石樁、土樁、灰土樁等[11]。如圖8所示，地基土為沖洪（淤）積土或強(qiáng)度較小的人工填土?xí)r，宜采用擠密碎石樁復(fù)合地基；地基土存在較大濕陷性時(shí)，宜選擇擠密灰土樁。延安地區(qū)多層建筑基礎(chǔ)形式多數(shù)為條形基礎(chǔ)，擠密樁加固范圍不宜超出或適當(dāng)超出基礎(chǔ)底面。一般經(jīng)復(fù)合地基加固后地基土范圍內(nèi)的承載力和沉降均可滿足要求，但土巖界面附近地基土深度過小或基巖陡坎坡度較大時(shí)，宜對土巖界面附近土體進(jìn)行加固，可參考強(qiáng)夯或強(qiáng)夯置換施工技術(shù)中的分層夯實(shí)技術(shù)或在基巖陡坎附近使用（半）剛性樁進(jìn)行地基土加固[13]。

圖7 換填法示意圖

圖8 擠密樁復(fù)合地基示意圖

2.5 水泥粉煤灰碎石樁

延安地區(qū)CFG樁施工工藝一般選擇非擠土成樁，在地基處理時(shí)應(yīng)合理確定其適用范圍，不宜直接用于沖洪積土、淤積土等軟弱土層，以免出現(xiàn)樁土應(yīng)力比過大、樁基脫空等情況。在設(shè)計(jì)前應(yīng)明確場地工程地質(zhì)情況，如圖9所示，基巖埋藏較深、起伏范圍較大且地基土性質(zhì)較好時(shí)，宜采用CFG樁復(fù)合地基解決承載力不足等問題，樁體宜穿過強(qiáng)風(fēng)化巖層或嵌入強(qiáng)風(fēng)化巖層一定深度，同時(shí)可適當(dāng)增加墊層厚度以保證樁土協(xié)調(diào)變形[14-19]。

2.6 長短樁或剛?cè)嵝詷?/h3>

本文的長短樁復(fù)合地基，一類是廣義的長短樁復(fù)合地基，當(dāng)基巖面起伏較大，地基處理時(shí)樁端宜全部嵌入基巖，使得樁長隨基巖面深度而變化，如圖9所示。另一類是狹義的長短樁復(fù)合地基，如圖10所示。使用時(shí)應(yīng)重視其形成條件，確保長樁、短樁和樁間土同時(shí)承擔(dān)由基礎(chǔ)傳遞的荷載。結(jié)合延安地質(zhì)情況分析，地基土下砂巖埋深較淺，在基礎(chǔ)下必須設(shè)置褥墊層，通過墊層協(xié)調(diào)長樁、短樁和樁間土的變形。長短樁復(fù)合地基中，長樁宜采用（半）剛性樁，如CFG樁等樁型，短樁宜采用散體樁或柔性樁，如碎石樁、水泥土樁等。如對于上文的多層不良地基土，上部土層可采用短樁消除黃土濕陷性，提高地基承載力，長樁可采用CFG樁控制地基土變形[20-22]。

圖9 CFG樁復(fù)合地基示意圖

圖10 長短樁復(fù)合地基示意圖

3 土巖界面差異沉降控制方法

通過野外調(diào)研及室內(nèi)搜集資料，建筑物損壞一般出現(xiàn)在土巖界面處，由于附近土體未達(dá)到施工要求或基巖剛度與地基土剛度差異大，使得半巖半土地基在土巖界面處存在應(yīng)力集中。針對這一現(xiàn)象，筆者建議當(dāng)土巖界面附近基巖埋深較淺時(shí)，可參照路基施工過程中挖臺階施工工藝，如圖11所示，換填一部分礦渣墊層或?qū)ν翈r界面土體分層夯實(shí)，提高分界面處地基土剛度。當(dāng)基巖埋深較深，筆者建議使用變剛度復(fù)合地基，如圖12所示。地基土采用柔性樁或散體樁復(fù)合地基滿足承載力和沉降要求，同時(shí)為控制土巖界面的差異沉降，在其一側(cè)地基土部分使用（半）剛性樁和柔性樁（散體樁）相結(jié)合的方式，使過渡區(qū)地基剛度介于基巖剛度和復(fù)合地基剛度之間，沉降由突變變?yōu)闈u變，滿足多層建筑物差異沉降要求。

圖11 挖臺階施工示意圖

圖12 變剛度復(fù)合地基示意圖

4 結(jié)論

（1）本文根據(jù)地基土性質(zhì)對延安半巖半土地基分類，對后續(xù)工程建設(shè)提供相關(guān)參考。

（2）筆者根據(jù)半巖半土地基處理原則，對半巖半土地基類型提出相關(guān)地基處理方案，對于不同地域及不同土巖組合地基形式，均有較強(qiáng)參考價(jià)值。

（3）現(xiàn)階段地基土經(jīng)地基處理后均能滿足要求，但土巖界面處仍需注意。后續(xù)工程建設(shè)可參照本文提出的差異沉降控方法，結(jié)合現(xiàn)場工程條件進(jìn)行地基處理。

（4）在進(jìn)行施工設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場地質(zhì)條件，明確地基處理適用范圍，尤其注意土巖界面因剛度突變造成的不均勻沉降問題，宜對其進(jìn)行特殊處理。