红粘土地区地基基础选型探讨(论文)

红粘土地区地基基础选型探讨

何飞吴孟杨建国

（重庆地质矿产研究院重庆重庆 400042，

重庆市国土资源和房屋管理局矿产地质与环境地质重点实验室，重庆，400042）

摘要：本文对红粘土地区地基和基础的选型问题进行总结，并对红粘土地区地基基础的主要形式进行分类，分析了各种地基基础形式的适用性和特点，而且重点结合红粘土工程地质的差异及其场地岩石面埋深，对红粘土地区常见地基基础类型进行分析，为红粘土地区的地基基础选型提供依据。

关键词：红粘土地基与基础选型

0 引言

红粘土在我国南方地区广泛分布，主要分布于云贵高原, 南岑山脉南北两侧和川南、鄂西、湘西丘陵山地, 长江、珠江中下游及沿海岛屿丘陵地区。是岩溶地区的主要的地基土，由于其特殊的岩溶地质环境，使得红粘土地区的地质条件比较复杂，存在一系列不良地质因素。随着社会经济的快速发展，愈来愈多原来被认为是不良地质因素的红粘土地基上正进行着大规模的开发建设。因此研究红粘土的工程性质和应用，特别是对在红粘土地区的地基基础实用性和可靠性方面的研究显得十分重要。

1地基基础方案选择的原则

选择地基基础方案应考虑的原则主要包括：（1）基础工程的安全问题；（2）基础工程的造价问题；（3）基础形式应与上部结构形式相适应；（4）工程地质条件的限制；（5）施工技术；（6）施工安全与工期；对环境的影响问题；（7）新技术的应用等面的因素。根据对以上各方面因素以及施工单位的施工经验、各种基础施工方法的特征、造价等综合考虑，经过研究分析比较后,才能选择基础方案,使基础方案既满足了其使用的安全性又满足了经济的合理性。针对红粘土场地工程情况的复杂性,以及各种工程要求和特点,应对红粘土场地特殊的土层情况、场地岩溶发育状况进行分析评价,选择合理的地基基础型式。

2 按红粘土工程性质差异及场地岩溶地质条件对地基基础类型分类

2.1天然地基浅基础

当碳酸盐岩埋藏较浅或强度能够满足建筑物地基要求时,可采用天然地基。采用天然地基时,注意应尽量利用上覆层性能较好的土层作为持力层，尽可能避免对

岩溶溶洞扰动。当碳酸盐岩覆盖土层能够满足建筑物时,通常采用浅基础形式：刚性基础、独立柱基、条形基础或箱形基础与片筏基础；当基岩埋藏较浅且较完整,如溶芽出露或岩石较浅地区,可以直接利用岩层作为的基础,常采用的形式有：土岩组合地基、岩石锚杆基础。

（1）独立基础与条形基础

红粘土地地区,根据《岩土工程勘察规范》G850021-2001当基础底面以下的土层厚度大于三倍独立柱基底宽,或大于六倍条形基础底宽,且在使期间不具备形成土洞条件时,可不考虑岩溶对地基稳定性的影响[3]。注意当有形成条件时，须考虑是否具备形成土洞的条件。若具备土洞形成条件时,可用一定技术措施进行处理,如:灌砂、压力灌浆等地基处理方法。

（2）箱形基础与片筏基础

箱形基础与片筏基础以基础形式能覆盖于建筑地基的较大面积和完整的平面连续性为明显特点。它不仅易于满足较软地基承载力的要求,减少地基的附加应力和不均匀沉降,跨越浅层小洞穴或溶沟以及溶斗较发育区域,但这些区域必须是其中被密实的沉积物填满且不被地下水冲蚀。如果上述条件的不满足时，须对地基进行地基处理。

（3）岩石基础:

当红粘土层厚度较薄或岩石面起伏较大埋藏较浅地区,可直接采用岩石基础。常使用的主要形式有:土岩组合基础和锚杆基础。

2.2地基处理

(1)人工均质地基

在红粘土地区主要变现为当岩面埋深较浅且上覆红粘土层承载力不能满足建筑物对地基的要求时，需对天然地基进行处理，形成人工地基以满足建筑物对地基的要求。这类人工地基主要的处理方法有换填垫层法，排水固结法，强夯法和强夯置换法，其承载力和沉降计算基本上也与浅基础相同。

(2)溶洞、土洞地基处理

红粘土地区存在溶洞和土洞或岩溶塌陷，将严重影响建筑地基的稳定性，降低地基的承载能力，及加大地基的沉降变形。若对存在的溶洞、土洞或岩溶塌陷进行地基处理，可避免其对建筑地基的所造成的不利影响。

(3)溶洞地基的处理方法

对地基稳定性有影响的岩溶洞隙，应根据其位置、大小、埋深、围岩稳定性和水文地质条件综合分析，因地制宜采取下列处理措施:

A、对洞口较小的洞隙，宜采用镶补、嵌塞与跨盖等方法处理；

B、对洞口较大的洞隙，宜采用梁、板和拱等结构跨越。跨越结构应有可靠

的支承面。梁式结构在岩石上的支承长度应大于梁高1.5倍，也可采用浆砌块石等堵塞措施；

C、对于围岩不稳定、风化裂隙破碎的岩体，可采用灌浆加固和清爆填塞等措施；

D、对规模较大的洞隙，可采用洞底支撑或调整柱距等方法处理。

(4)土洞地基的处理方法

土洞一般埋藏浅，发育快，顶部强度低，发展到一定程度就会塌陷，对建筑物威胁较大，特别是对高层建筑，由于基础埋置深，上部荷载大，造成的危害更大。有时建筑物施工时，由于地质勘察布孔有限而未发现上洞，但在建筑物使用后，由于改变了地下水的条件，如人工降低地下水位，就会产生新的土洞和地表塌陷。土洞对建筑物的影响有时比溶洞还要大，因此在岩溶地段进行建设时，应查清土洞的分布、形状、深度，以及它们的发育程度，可采用钎探的方法(岩溶区采用钎探进行验槽，对查清土洞或塌陷的的分布很有成效)。

(5)、红粘土中裂隙的处置方法

裂隙的出现和存在,将导致地基不均匀沉降,基础墙体开裂,边坡坍塌,地表水下漏影响施工等许多病害。为此可根据不同情况采取以下相应措施:

A、为防止建筑物开裂,在基础浇筑前,于基底铺设20cm～30cm的砂或碎石层,使土的收缩变形得以减缓和扩散,不致集中传给基础；

B、建筑物外围做1.5m～2.1m 宽混凝土散水坡,坡度大于3 % ,散水坡将能起到稳定基底土含水量的作用 ,减少收缩变形；

C、适当增加基础埋深,以减少浅层大裂隙的影响。红粘土的裂隙发育深度约4m～6m,也有达10m以上的,此时宜采用桩基础；

D、基础上部设置圈梁,以增加建筑物的整体性,减少不均匀沉降；

E、施工现场做好排水防水措施。临时水池、洗料场、搅拌站、淋灰池等应设在距建筑物 8m～12m以外 ,并根据必要情况在边坡处做好支挡防塌措施。

(6)、石芽的处置方法

在红粘土地基施工中,基槽中往往遇到基底有石芽出露的现象,石芽与邻近红粘土之下的岩石标高有时相差10m以上,在出露地表的石芽间往往还有隐藏于红粘土中的芽峰不高的石芽。石芽的分布极不规则,是红粘土地基处理中的难点。处理方案应考虑到不使建筑物产生过大沉降差及倾斜、失稳以及经济方便等因素。可采取如下措施:

A、建筑区内遇到孤立石芽时,可用爆破手段除去石芽,换以炉渣、砂、粘土混合碎石的垫层,以调整差异沉降；

B、当大部分基础砌置于基岩上,可清除外露石芽,将基础做在岩石上,交接部

位做成台阶状；

C、因隐藏石芽的存在而使红粘土厚度分布不均匀时,可能将使上部结构产生不均匀沉降或严重倾斜,此时可在基础顶部设置圈梁,或干脆采用桩(墩)基础。2.3复合地基

复合地基是指天然地基在地基处理过程中部分土体得到增强或被置换，或在天然地基中设置加筋材料，加固区是由基体(天然地基土体或被改良的天然地基土体)和增强部分组成的人工地基。在荷载作用下，基体和增强体共同承担荷载的作用复合地基刚性复合地基、柔性复合地基和散体材料复合地基。

(1) 刚性复合地基

刚性桩复合地基主要是通过桩体的置换作用来提高地基的承载能力,由于桩体本身强度较高,所以承载能力比散体桩、柔性桩复合地基提高很多。刚体桩式复合地基的特点在于桩体本身压缩性基本可以忽略,桩土相对滑移明显，其承载关键在于桩距的选择。刚性复合地基的桩基属于摩擦桩，是靠摩阻力和端阻力,以摩阻力为主。在荷载作用下，混凝土桩与被改良的天然地基土体共同承担上部荷载的作用。复合地基中通过褥垫层的合理设置来满足。根据对褥垫层的研究表明,通过考虑选取褥垫材料(如碎石垫层或砂石垫)的模量和厚度,可以很好地调节桩与桩间土的荷载分配。通常使用混凝土桩作为复合地基时,桩间距大于三倍的桩径,且均匀分布。为了能充分发挥桩身材料作用,桩径不宜过大。

(2) 柔性复合地基

柔性复合地基主要为水泥土桩复合地基，按施工方法分主要有深层搅拌法和高压喷射注浆法等。柔性复合地基对软弱地基的加固主要通过桩体的置换作用来提高地基的承载能力。其破坏模式以桩身刺入为主,桩土应力比较大，桩体承担较大的上部荷载，桩身与土体之间相对滑移较为明显，但是桩体本身的压缩性尚大是其与刚体桩式复合地基的本质区别。因此,柔体桩式复合地基的承载的关键在于桩体本身强度的提高。施工工艺的不同,在有些情况下还会有对桩周土的胶结作用和挤密作用，对提高承载力方面有一定作用。在起置换作用时,由于柔体桩本身的强度较高,它可以有较散体桩式复合地基颇大的承载力。复合地基的桩体刚度较小,但桩体具有一定的粘结强度。柔性桩复合地基的承载力由桩体和桩间土共同承担,其中绝大多数情形为桩体的置换作用。

2.4桩基础

（1）磨擦桩

当建筑物跨度较大,柱荷载不是很大,且岩层有相当埋深时(如岩层平均埋深大于15米)，可以考虑采用摩擦桩。主要桩型为:锤击沉管灌注桩、静压桩(预应

力管桩和预制方桩)。

锤击沉管灌注桩:当石灰岩埋藏深达到15米以上地区,可考虑采用此桩型。此类桩型目前在桂林红粘土地区应用还较少,根据广州地区对锤击沉管灌注桩大量

的静压实验统计：若桩长大于是15米时,桩径为Ф460 承载力可达到500kN。打桩时,沉管至岩层面即收锤。这样基本上满足设计要求。若盲目乱打往往会造成桩头的破坏。

静压预应力混凝土(或预制方桩)管桩:当石灰岩层埋深到15米以上区域，可考虑采用静压桩。由于近年来对锤击沉管灌注桩的限制，加上预制混凝土桩造价

下降工速度快，桩身质量有保证，使用这一类型桩愈来愈多。

（2）嵌岩端承桩

建筑物对不均匀沉降比较敏感,或单桩承载力很大,只有采用嵌岩端承桩。如钢筋混凝土人工挖孔灌注桩或钢筋混凝土钻(冲)孔灌注桩。主要桩型为钢筋混凝土人工挖孔灌注桩(简称人工挖孔桩)、钢筋混凝土钻(冲)孔灌注桩(简称钻(冲)孔桩)。未风化一微风化石灰岩属属于硬质岩的较硬岩; 泥灰岩等属于较软岩。因而，完整的灰岩强度较高,变形小,是理想的持力层,若是桩端放到此层，基本上是桩身强度来决定单桩承载力。但是，在石灰岩地区必然存在岩溶发育。使用端承桩时,一定要将端承桩放置在完整的岩体上，或根据岩溶场地地基稳定性评价后,能够满足桩端承载力的岩层上,以确保桩的承载力。当在局部存在不满足时地基稳定性评价时,可采用方法:当溶洞或溶斗岩溶作用较小时，如小于4 米，改变桩分布间距,然后通过承台梁跨过不稳定区域;若溶洞不大或岩溶发育强烈时，如小于8 米,可采用改变柱距的方法。当岩溶发育强烈,溶洞较大时,桩端须穿过不稳定层，直至放置稳定岩层(指完整岩体或岩溶地基评价认为稳定的岩层)。要特别说明的是南方石灰岩地区,岩溶发育较强,岩溶形式千变万化,必须充分了解地质情况,将桩端放至稳定的岩层。

人工挖孔桩由于工程造价较低、可直接对桩端部持力层检验，受到广大设计人员和业主钟爱。很多工程运用人工挖孔桩。在地下水较少、岩层埋藏较浅且土洞及大范围软弱土时,使用该桩是适合的。但由于岩溶的基岩通常高低不平,往往会有一些桩位基岩埋藏很深,岩溶发育,地下水丰富,施工难度极大,且大量抽水影响到周围建筑物,致使施工无法进行。同样，使用钢筋混凝土钻(冲)灌注桩时，亦需要对溶洞进行处理,如增加钢套筒,但往往会花费很大，并且大大提高工程造价。如果钻(冲)孔桩施工期间处理不正确,也可能会造成严重的工程事故，如:周围地面下沉，施工过程中造成附近建筑物破坏,民宅下沉开裂等。

4结语

通过以上对红粘土地区采用基础形式和地基处理措施分析,可以认为:对于红粘土地区新近发展起来的高层建筑，当场地岩石层中岩溶溶洞弱发育地段,但天然

地基基础不满足要求时,应首先考虑桩基础；当场地岩溶溶洞强烈发育时,应尽量采用复合地基基础形式,对上覆红粘土进行复合地基处理，以处理后复合地基加筏板基础作为有强烈岩溶发育场地的地基基础形式。应避免使用桩基础,因为场地岩溶发育,对溶洞的处理会相当复杂的和艰巨，不仅增加了施工进度和周期,而且大大的提高工程造价。如果条件不允许而必须以岩溶作为持力层时，就必须认真选择桩型和桩的持力层厚度(即岩溶地基稳定性评价)，尽量避免穿越大的溶洞，即:按不同地质条件合理选择基础型式,谨慎选择基岩作持力层。对红粘土地区，岩层上面通常覆盖有一层相当厚度的红粘土层。基础选型应遵循以下原则:多层建筑尽可能采用天然地基,如条形基础或片筏基础。当岩层埋藏较浅(基础底板距岩层较小)时,可直接采用岩石作基础或人工挖孔桩，或用地基处理的方法。当岩溶岩层有一定埋深时，天然地基承载力不能满足要求时,对于多层建筑可以使用地基处理方法;对于部分建筑筑物刚度较大，如高层(二十层余层以下)民用建筑物，当柱距不大(如6米以下),可采用复合地基+片筏基础;当柱距较大时,如6米以上,可采用摩擦型桩。当对不均匀沉降较敏感或单柱承载力特别大时,只能采用钻(冲)桩或人工挖孔桩等嵌岩端承桩。

参考文献：

[1] 韦复才,唐健生.我国红土工程地质研究新进展及今后主要研究方向[J].矿产与地质，2005，10(5):568-572

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[3] 王毓华. 中国红粘土特征及建筑地基工程处理方法[J]. 西部探矿工

程,1996,18(4): 627