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坡地建筑地基基础设计及地质灾害防冶

2015-07-13 218 0

我国的陆地面积中，有很大一部分都是山地，随着城市建设速度的不断加快，山地建筑物的数量越来越多，在我国坡地建筑的历史非常的悠久，在开展坡地建筑物建设的过程中，保证建筑物的安全性是非常必要的，这就需要做好其地基基础设计及地质灾害的防治工作，本文就主要结合一些典型实例，对坡地建筑地基基础设计与地质灾害的防治工作予以探讨。
　　一、坡地建筑特性
　　随着各项技术的进步与发展，坡地建筑取得了很大的进步，各种交通工具的广泛应用，有效解决了坡地建筑中的交通问题，并且各种与坡地建筑有关的知识理论与实践经验也不断进步，很多新型的设计方法、设计理念应用于坡地建筑中，在提升坡地建筑建设质量等方面做出了较大贡献。由于山地环境的复杂性，决定了坡地建筑空间形态的复杂性，在实际的研究工作中，是很难对山地环境的空间形态开展统一的分类的，其具有非平整性的特点，其地表中的每个点的位置，与另外一个点都具有三个方面的位移坐标，由于坡地环境形态的复杂性，使得坡地建筑的形态组织也具有丰富的表现手段与创意，通常其建筑设计能够给人以强烈的视觉冲击，作为坡地建筑最直观的表现，建筑形态的多样性不仅体现在建筑类型的多样性上，还体现在其丰富多彩的文化内涵上。
　　坡地建筑形态表现的基础就是坡地环境，这是坡地建筑中不可或缺的一部分，坡地建筑与环境对话的意义在于，其能够在现有的环境中，当新的实体空间置入到开放空间中时，会对现况产生一定程度的影响，由于新置入的空间具有独特的表现形式，会导致所建成的环境表现出新的面貌。在坡地建筑的基础设计过程中，所涉及的问题是非常复杂的，影响因素众多，主要表现为：建筑师主观因素、经济技术因素、人文因素、自然因素、其他人为因素的影响，在实际的坡地建筑设计过程中，综合的考虑这几方面的因素是非常必要的。
　　二、坡地建筑地基基础的分类及应该注意的问题
　　在建筑物的建设过程中，坡地建筑地基基础形式主要有：天然地基、复合地基与深基础几种形式，对各种地基基础予以简单分析：（1）天然地基浅基础，天然地基指的是在进行地基处理的过程中，不需要对其实施处理，可以直接放置基础的天然土层，而浅基础与深基础的主要差别在于其埋置深度不同，相应的设计原则与施工方法就会有较大不同，在浅基础的设计过程中，主要是在对地基沉降与地基承载力予以综合考虑的基础上，应用一定的方法进行验算，对基础底面以上的土的抗剪强度对于地基承载力的作用不予考虑，对基础侧面与土之间的摩擦阻力也不多加考虑，在浅基础的施工过程中是，所应用的施工工艺与施工方法都是比较简单的；（2）复合地基主要指的是在天然场地难以满足建筑要求的情况下，就需要对天然地基开展适当的处理，以便于形成复合地基，在处理的过程中，会使得一部分土体得到增强，或者是直接将其进行置换，有时也会在天然地基中设置加筋材料，其加固区主要由增强体与基体两部分组成，复合地基中的桩体通常不与基础直接相连，而是通过垫层直接过渡，桩基中的桩体与基础直接相连，从而形成一个整体，其受力层主要集中于加固区，复合地基中存在桩基体效用、垫层效用、排水固结效用、挤密效用与加筋效用，在实际建设过程中，每种复合地基都具备一种或者是几种效用，其效用主要是为了提升地基的承载力、改善地基的变形特征，以便于有效减少地基在载荷作用之下可能出现的沉降，同时，对于地基的抗震性能还具有一定的改善作用；（3）深基础，在浅层地基难以满足建筑物的地基变形与承载力的要求也没有合适的地基处理措施的情况下，可以应用深基础方案，将地基的深层坚实土层或者是岩层作为地基的持力层，对于地基各方面性能的提升都具有非常重要的作用，随着各项技术的发展进步，高层建筑的建设数量越来多，深基础桩基的入土深度越来越大，对于其地基基础性能的提升具有非常重要的作用。
　　在坡地建筑地基基础设计、建设的过程中，通常会遇到下列问题：（1）地基稳定性与承载力的问题，地基的稳定性或者是承载力主要是指地基处于建筑物荷载的作用之下时，能够支撑上部结构保证稳定与正常使用的能力，如果在建筑物建设与运行过程中，其地基的承载力难以满足相关要求，就会导致地基的局部或者是整体的剪切破坏，对于建筑物的正常使用与运行安全产生严重影响；（2）渗透问题，堤坝的蓄水构筑物地基的渗流量一旦超出允许值，就会导致较大的水量损失，严重时会引发蓄水失败，一旦地基中的水力比降超出其允许值，就会导致地基土的潜蚀与管涌破坏，甚至导致建筑物的损坏；（3）水平位移、不均匀沉降、沉降等方面的问题，地基处于建筑物荷载的作用之下，容易产生水平位移、不均匀沉降及沉降，一旦其值超出允许值，就会建筑物的使用安全产生影响，严重时会导致建筑物的破坏。
　　三、坡地建筑地基基础设计与地质灾害防治实施典型实例分析
　　本文在对坡地建筑地基基础设计与地质灾害防治实施分析的过程中，选取绍兴县昌丰自然村的坡地建筑作为实例进行分析，该自然村是建在绍兴县水平镇，其场地北侧是丰昌村，现在已经拆迁，西侧是山与坡地，南侧是农田，东侧是水平大道，其总建筑面积是139644平方米，主要有1栋两层市场、1栋四层综合楼、51栋4～5层的住宅楼，市场是框架结构，最大载荷是1000kN/柱，办公楼也是框架结构，其最大载荷为2000kN/柱，住宅楼是砖混结构，其最大载荷为200kN/m，所有建筑物都应用的预应力管桩基础。该建筑依据拟建工程重要性等级是三级工程，中等复杂场地，中等复杂地基，岩土工程勘察等级是乙级。
　　1.地基勘测方法与所完成的工作量
在开展地基勘察的过程中，应用的是钻探全孔取芯现场分层并取原状样开展室内试验的方法，并结合现场重型动力触探试验及标准灌入试验开展综合性评价，碎石层中的土样是扰动法取样，粉土层、砂土及硬土土样的提取应用重锤少击法提取，软土层的土样提取应用压入法进行提取。本次勘察工作是严格按照标书的要求开展，勘探孔依据其周边线结合角点呈网格状布设，一共布置了230个钻孔，在整个勘察过程中发现持力层顶板具有较大的起伏，通过与业主协商之后，在局部地段实施了增孔加密处理，一种增设了32个钻孔，施工设备应用了四台的XY-1型钻机，由于受到天气因素与场地平整进度的影响，本次工程中的野外工作主要是分三次开展施工。其所完成的实物工作量如表1所示。
　　2.场地的工程地质条件
　　通过钻孔分析结果可知，依据物理学性质与成因类型，可以将该场地的勘探深度分为九个工程地质层，其中有19个亚层，对各个亚层土的特征进行分析，主要表现为：（1）1-1素填土，主要由块石、角砾、粘性土碎石组成，该层的力学性质比较差，没有经过处理，是不适合应用的，该层的分布层厚为0～3.7米；（2）1 -2杂填土，该层主要由灰色软流塑状的粘性土混合少量砂砾及较多的有机质组成，本层土的均一性与力学性质比较差，该部分的分布层厚为0～2.1米；（3）1-3粉质粘土，切面比较光滑，局部含有少量砂，干强度，韧性中等至高，该部分的分布层厚为0～1.9米；（4）2-1淤泥，该土层主要由灰色粘性土与腐殖质组成，局部以泥炭质土为主，并且其切面光滑，没有摇振反应，干强度、韧性高，该部分的分布层厚为0～1.4米；（5）2-2粉质粘土，其切面光滑，摇振没有反应，强度与韧性都比较高；（6）2-3 粉质粘土，主要特征为：切面无光泽，摇振反应迅速，韧性与干强度都比较低，该部分的分布层厚为0～0.8米；（7）3 淤泥质粘土，切面光滑，没有摇振反应，干强度韧性都比较高，该部分的分布层厚为0～7.9米；（8）4 粉质粘土，其表现为切面光滑，没有摇振反应，干强度与韧性都比较高，该部分的分布层厚为0～2.6米；（9）5 圆砾，主要有砂、砾、卵以及灰色的软塑状粘性土组成，卵砾的含量为百分之五十七，均一性与分选性一般，该部分的分布层厚为0～3.4米；（10）6-1 粉质粘土，切面稍有光泽，没有摇振反应，干强度与韧性都比较高，该部分的分布层厚为0～3.3米；（11）6-2 粉质粘土，切面稍有光泽，没有摇振反应，干强度与韧性都比较高；（12）7-1 砂质粉土，稍微没有光泽，摇振反应非常的迅速，干强度与韧性都比较低，该部分的分布层厚为0～1.9米；（13）7-2 砂砾，其中还有大概百分之二十五的砂、百分之四十五的卵砾，其分选性与均一性都比较好，该部分的分布层厚为0～2.8米；（14）7-3 淤泥质粉质粘土，其切面光滑，干强度与韧性都比较高，没有摇振反应，该部分的分布层厚为0～3.3米；（15）8 含粘性土圆砾，其局部主要为粘性土，具有较多的全强风化基岩碎块，分选性与均一性都一般，其分布层厚为0～14.1米，变化比较大；（16）9 夹、粉质粘土，表现为：切面稍有光泽，没有摇振反应，干强度与韧性都比较高，其层厚分布为0～2.1米；（17）10-1 强风化凝灰岩，结构构造可以辨认，风化强烈，矿物质基本上已经蚀变，干钻能够进尺，实芯手容易捏碎，往下风化逐渐减弱，碎砾状岩石逐渐增多，其层厚分布为0～11米；（18）10-2 强风化凝灰岩，局部风化比较弱，质地比较硬，其层厚分布为0～20.3米；（19）10-3 中等风化凝灰岩，其结构构造非常的清晰，具有裂隙，往下逐渐减少，沿着裂隙面其铁锰质物渲染，局部夹杂有少量的风化泥，逐渐往下裂隙逐渐减少。
　　3.场地地震效应与不良地质作用
　　依据历史地震及近期的地震统计，该地区周围曾经发生过12次地震，大多是小于4级的地震，综合分析其发震次数与地震等级，该地区是一个比较稳定的地区，该程度的土质类型属于中软场地土。按照建筑抗震有利、不利与危险地段的划分，其属于抗震不利地段。该地区属于山麓与山间平原地带，没有出现过崩塌、滑坡等不良地质作用，但是在对其中几栋住宅楼西侧山坡的人工开挖后形成了比较陡的边坡，上部是松散的土层以及全风化基岩，对场地周围相近场地已有山体开挖后的情况实施了解，发现在场地西侧已经开挖的山坡在雨季可能会出现小范围的崩塌与滑坡现象，在桩基施工设计的过程中，要注意挤土桩施工过程中挤土作用对于周围管道的不利影响。
　　4.地基土的分析与评价
　　对场地的稳定性实施分析、评价，在场地勘探范围中，没有崩塌、滑坡等不良地质作用，虽然场地局部有暗塘分布，但是由于其埋深比较浅，对于拟建场地的工程没有太大影响，并且通过对该地区的相关资料进行分析发现，该地物的构造活动比较微弱，地震次数少、震级小，属于比较稳定的区块，其地基上部主要是人工填土，第四系滨海相沉积的粉质粘土与淤泥质土，其下部是冲洪相沉积的粘性土，底部是基岩，所以该地区地基的稳定性相对比较好，对于工程的建设比较适合。通过对以上条件勘测、场地的工程地质条件分析及场地地震效应与不良地质作用分析，该工程较好的完成了该坡地建筑地基基础设计。
　　四、坡地建筑地基基础设计与地质灾害的防治
　　通过对典型实例分析，坡地建筑场地处于沉积平原交接地带与山麓的交接处，各个地基土层顶板与厚度的变化非常的大，并且其地基土层力学在纵横方向也具有较大的变化，整体上来讲，场地地基土均匀性比较差，在开展地基基础设计施工的过程中应充分对地基勘测、场地的工程地质条件分析及场地地震效应与不良地质作用分析等方面予以注意。
　　对桩基础地基条件分析与评价实施分析，其5层圆砾的力学强度比较高，具有低压缩性，但是厚度比较小，变化比较大，不宜作为桩端持力层；6-2层是粉质粘土，其具有中压缩性，力学强度尚可，厚度比较小，局部缺失比较严重，并且其顶板起伏的变化不大，与下卧8层的粘性土圆砾相比，所获得的单桩的承载力比较小，经济性能比较差，不适合作为桩端持力层；7-2层含有粘性砂砾，中密状，其力学性质比较好，对其挤土作用对水管的影响进行分析，其不适合作为桩端持力层。8 层含粘性土圆砾为中密状，力学强度良好，厚度大，较稳定，顶板起伏与厚底变化较小，可作为工程拟建住宅楼、办公楼及市场的预应力管桩或钻孔灌注桩的桩端持力层。10 层风化基岩尤其以 10-3 层中等风化凝灰岩力学强度良好，是本工程各种类型桩的良好的桩端持力层。对场地岩土工程的地质条件，以及周边在建建筑物的实际情况、拟建建筑物的荷载情况，与水管相距比较近的住宅楼与办公楼及市场应用直径为800到1000毫米的钻孔灌注桩或者是人工挖孔桩来开展施工；对于持力层顶板起伏比较大、预应力管桩施工难度比较大的住宅楼，可以应用直径为600到800毫米的钻孔灌注桩基础；对于中等风化基岩的持力层，在其顶板埋深较小处，可以优先考虑应用人工挖孔桩为基础。
　　拟建工程应用以8层含有粘性土圆砾，在开展桩基施工的过程中，容易出现局部沉桩困难的现象，应用锤击式进行穿越；拟建工程采用 10-3 层中等风化基岩作为持力层的钻孔灌注桩，由于基岩顶板前分布有易坍塌，桩基施工时应采取护壁措施，以防软土层缩径和砂砾层及杂填土塌孔，确保成孔质量，废泥浆须外送，对环境无不利影响；由于拟建场地中部及东部分布有水管，挤土桩的挤土效应可能会对地下管线产生一定不利影响，在桩基施工过程中应采取防范措施，如合理安排打桩顺序等措施，以尽量减轻周围环境的影响。
　　通过上文中的坡地建筑地基基础设计与地质灾害防治的实例分析可以看出，在复杂的坡地建筑的地形地貌上开展建筑结构设计的过程中，要对地质灾害危险性与地质勘察资料评估报告予以充分的利用，并结合工程实际，采取针对性的深浅基础相结合的方式来解决边坡稳定、沉降变形及建筑基础承击力等方面的问题，保证边坡建筑的建筑安全，另一方面，需要积极做好边坡防治工作，保证排水系统的有效性，防治滑坡等地质灾害的发生。
　　结束语
　　本文主要将绍兴县昌丰自然村的拆迁安置小区的施工设计作为工程实例，对坡地建筑地基基础设计及地质灾害的防治予以了简单分析，对于实际的坡地建筑施工具有一定的参考作用。
　　参考文献
　　[1]杜建良，赵滇生.坡地建筑地基基础设计的心得与体会[J].山西建筑，2011（7）.
　　[2]陈玺.某坡地建筑结构地基基础设计及加固分析[J].江苏建筑，2013（2）.
　　[3]孙若峰.坡地建筑地基基础设计及地质灾害防治[J].黑龙江科学，2014（7）.
　　[4]李玉汕.某山地建筑小区地基、基础、边坡设计及地质灾害防治[J].福建建筑，2012（3）.
　　[5]方玉树.地基基础设计等级若干问题探讨[J].建筑结构学报，2014（7）.

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