延安半巖半土地基類型及處理方法

李氡 趙陽

1.信息產業部電子綜合勘察研究院 陜西西安 710054；2.長安大學 地質工程與測繪學院 陜西西安 710064

延安地處黃土高原中部，工程地質條件復雜，隨著國家大力發展經濟建設，延安地區合理利用土地資源，實施大規模削山造地、溝道造地。大規模的“削山填溝”必然會引起許多地質與巖土工程問題[1-4]，例如產生嚴重不均勻地基等不良地質情況，對城鎮化發展及各種建筑物、構筑物的建設有較大影響。針對嚴重不均勻地基，胡岱文通過對某煤礦調度樓土巖組合地基進行分析，原地基使用換填墊層進行處理，房屋建成三年后結構良好[5]；李仰賢通過對某小區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，房屋仍產生較大貫穿性裂縫[6]；張鳳文對擠密碎石樁復合地基進行分析，在土巖組合地基上使用復合地基加固后，地基承載力和沉降均滿足要求[7]。通過眾多學者研究并結合延安地區建筑特點，本文基于延安地區巖土工程問題，通過大量野外調查與資料調研，對延安半巖半土地基分類，分析討論延安地區半巖半土地基處理技術及土巖界面差異沉降控制方法。

1 半巖半土地基類型

延安地區黃土滿覆于起伏的基巖頂面之上，在抬升的新構造運動影響下，黃土經流土長期侵蝕，形成現今梁峁起伏、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溝谷及陡坎區主要分布于各溝谷下游區域，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度高、節理裂隙發育，形成基巖“U”型溝谷?？傮w來看，河谷區地形相對保存完整，地形利用率相對較高[1]。

隨著延安地區大力發展建設新城，推進城鎮化建設，建設施工方宜合理利用當地土地資源，重視各種地質情況下的地基處理問題，尤其在河谷階地和基巖陡坎地區形成的半巖半土地基。通過對延安地區的地質情況分析，筆者將半巖半土地基依據土體性質劃分為以下幾種。

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，土質為灰色、灰黃色的粉質粘土、粘土等，呈可塑-軟塑狀態，含水量大，孔隙比相對較小，工程性質較差。該層下部的強風化砂巖滲透性較好，地下水呈疏干狀態[1]。

如地質剖面圖3所示，延安地區河谷兩岸階地發育，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

延安地區城市用地極為緊張，大量工程都存在削坡現象，即通過削坡后進行田地耕種或修建建筑物，如地質剖面圖4所示，黃土緩坡區工程地質結構以馬蘭黃土—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+基巖型地質剖面圖

圖4 黃土緩坡+下伏基巖型地質剖面圖

圖5 人工填土+基巖型地質剖面圖

1.3 人工填土+基巖型

延安地區的人工填土如圖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、土體性質差異較大，地基嚴重不均勻。

調查區內削坡建房、交通建設、采石等人類工程活動強烈，群眾居住地大部分位于各支谷下游及溝口位置，大多數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

調查區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構的邊坡，如圖6所示。在降雨及重力作用下斜坡失穩，沿基巖面面向前滑動，滑動物質堆積于基巖溝谷中?；露逊e土主要由Q2和Q3黃土滑動后的混雜堆積物組成，土體擠壓破碎現象明顯。

圖6 滑坡堆積土+基巖型地質剖面圖

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生滑坡，滑坡堆積體又堆積在基巖溝谷中。此類地質情況下，底部的沖洪積土工程性質較差，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行劃分，結合延安地區工程地質條件及建筑物特點，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：強夯（強夯置換）、換填、擠密樁、CFG樁、長短樁或剛柔性樁等。同時應注意在下伏基巖坡度較大場地上的建筑物，設計時必須考慮地基土的抗滑穩定性，當基巖坡度超過35°時，宜采取防止地基土可能沿土巖界面滑動的措施[8]，抗傾覆穩定性可參照《建筑地基基礎設計規范》GB50007-2011進行驗算。

2.1 半巖半土地基處理原則

（1）適用性：根據半巖半土地區地基土性質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應結合上部結構、基礎形式、地質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：應根據施工經驗和地區施工設備選擇合理的地基處理方案；

（5）因地制宜性：地基處理材料可結合當地建筑垃圾或其他建筑材料，合理利用周邊材料；

（6）經濟性：對確定的多種地基處理方法對比分析，選擇較為經濟的方案。

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，宜在基巖埋深較淺或下伏基巖面起伏不大時采用，結合出露基巖面風化程度，一般選擇強度較高的碎石、卵石墊層[8-10]；可結合延安地區地質條件，采用毛石混凝土或利用當地巖石廢棄料摻和混凝土換填，調平地基剛度。換填深度宜結合工程地質條件確定，當基巖最大埋深在3m以內應全部換填，如圖7所示；最大深度在5m以內，宜開挖至一定深度再進行墊層施工。鑒于半巖半土地質條件，對不均勻沉降控制較為嚴格，在設計施工中，可適當增加墊層厚度。

2.3 強夯和強夯置換

在半巖半土中地基土部分使用強夯法時，應注意其適用地基土的范圍，對淤泥和淤泥質土地基不宜采用強夯法處理[11-12]。大多數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，采用換填墊層法難以施工且工程量較大，此時應根據軟土厚度選擇強夯或強夯置換法，置換材料可選用級配良好的塊石、碎石、礦渣、建筑垃圾等堅硬粗顆粒材料，合理利用當地條件，對于延安半巖半土地區的沖洪積土、淤積土部分，飽和度較高情況下可使用強夯置換法，在碎石墩和墩間土上鋪設厚度不小于500mm的碎石墊層形成復合地基，置換材料應充分利用地方材料。

2.4 擠密樁

半巖半土地基中土層較厚時，宜采用擠密樁處理，根據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）積土或強度較小的人工填土時，宜采用擠密碎石樁復合地基；地基土存在較大濕陷性時，宜選擇擠密灰土樁。延安地區多層建筑基礎形式多數為條形基礎，擠密樁加固范圍不宜超出或適當超出基礎底面。一般經復合地基加固后地基土范圍內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，宜對土巖界面附近土體進行加固，可參考強夯或強夯置換施工技術中的分層夯實技術或在基巖陡坎附近使用（半）剛性樁進行地基土加固[13]。

圖7 換填法示意圖

圖8 擠密樁復合地基示意圖

2.5 水泥粉煤灰碎石樁

延安地區CFG樁施工工藝一般選擇非擠土成樁，在地基處理時應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，以免出現樁土應力比過大、樁基脫空等情況。在設計前應明確場地工程地質情況，如圖9所示，基巖埋藏較深、起伏范圍較大且地基土性質較好時，宜采用CFG樁復合地基解決承載力不足等問題，樁體宜穿過強風化巖層或嵌入強風化巖層一定深度，同時可適當增加墊層厚度以保證樁土協調變形[14-19]。

2.6 長短樁或剛柔性樁

本文的長短樁復合地基，一類是廣義的長短樁復合地基，當基巖面起伏較大，地基處理時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合地基，如圖10所示。使用時應重視其形成條件，確保長樁、短樁和樁間土同時承擔由基礎傳遞的荷載。結合延安地質情況分析，地基土下砂巖埋深較淺，在基礎下必須設置褥墊層，通過墊層協調長樁、短樁和樁間土的變形。長短樁復合地基中，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樁復合地基示意圖

圖10 長短樁復合地基示意圖

3 土巖界面差異沉降控制方法

通過野外調研及室內搜集資料，建筑物損壞一般出現在土巖界面處，由于附近土體未達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力集中。針對這一現象，筆者建議當土巖界面附近基巖埋深較淺時，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對土巖界面土體分層夯實，提高分界面處地基土剛度。當基巖埋深較深，筆者建議使用變剛度復合地基，如圖12所示。地基土采用柔性樁或散體樁復合地基滿足承載力和沉降要求，同時為控制土巖界面的差異沉降，在其一側地基土部分使用（半）剛性樁和柔性樁（散體樁）相結合的方式，使過渡區地基剛度介于基巖剛度和復合地基剛度之間，沉降由突變變為漸變，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 變剛度復合地基示意圖

4 結論

（1）本文根據地基土性質對延安半巖半土地基分類，對后續工程建設提供相關參考。

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

（3）現階段地基土經地基處理后均能滿足要求，但土巖界面處仍需注意。后續工程建設可參照本文提出的差異沉降控方法，結合現場工程條件進行地基處理。

（4）在進行施工設計時應結合現場地質條件，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，宜對其進行特殊處理。