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摘要：当工程建设遇到断层破碎带时，往往都是需要特殊处理的。本文针对具体的工程实例，通过有限元计算分析，选取了一个合适的基础形式，并且提出了针对断层破碎带的一些施工措施和相关的注意事项。
关键词：断层破碎带 筏板基础 桩基础
ABSTRACT: Our engineering construction often requires special handing when it encounters the shattered fault zone. This paper is meant for a specific construction case，which is built on a shattered fault zone. By finite element analysis, we choose a proper foundation for the shattered fault zone. At last we put forward to some construction measures and associated keys for the shattered fault zone.
Key words: fault; raft foundation; pile foundation
中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：
1前言
鲁巷广场购物中心扩建工程位于武汉市珞瑜路与卓豹路交汇处的一三角形地带，东面与原购物中心相连接，西临规划道路，南临卓豹路。工程建设用地面积12227m2 ，地上七层，地下三层，总的建筑面积为72267.5 m2 ，建筑高度43.2 m。拟建场区位于鲁家巷一近南北向推测断层的西盘，向斜北翼二叠系石灰岩的条带上，其地貌形态为长江Ⅲ级阶地垄岗剥蚀地带[1]，该断层带详见图1。
图1施工场地地质断层带详图
Fig.1 Geological fault zone detailed graph ofconstructionsite
场区的基底岩石为志留纪的泥岩和泥质粉砂岩、泥盆纪的石英砂岩、石炭和二叠纪的石灰岩、二叠纪的矽质岩。地质勘查表明场区地层自上而下可分为八层：①填土（Qm1）；②粉质粘土（Q4a1+p1）；③粘土（Q3 a1+p1）；④粘土夹碎石（Q3 a1+p1）；⑤红粘土（Qeh）；⑤-1残积土（Qeh）；⑥-1泥岩强风化；⑥-2泥岩中风化；⑦石灰岩；⑦-1碳质石灰岩；⑧硅质岩、石英砂岩破碎带。
2施工中遇到的问题
本工程地下设有三层，基坑开挖深度约为17.0m，属于深基坑。基坑未开挖前，勘察报告表明拟建建筑物基底的土层为：粘土夹碎石、红粘土、残积土、泥岩强风化、泥岩中风化、石灰岩、碳质石灰岩、硅质岩、石英砂岩破碎带；其中持力层大范围以石灰岩为主。地基土层地质情况复杂，不同位置的土层性质不一样，受力后其变形会有差异，所以本场区的地基为不均匀地基。
在基坑开挖到设计高程后，我们发现基底岩层分布情况大致和勘查报告相符合，主要以石灰岩为主，其次在小范围内分布有石英砂岩，另外在场区中间有一条横穿场区的断层破碎带。石灰岩和石英砂岩的物理性质良好，可以作为持力层。断层破碎带的地质情况很复杂，分布有残积土、粘土夹碎石、石英砂岩破碎带，其承载能力很弱。我们对残积土、石英砂岩和石灰岩做了压板静荷载实验，检测结果如表1所示。
表1 基底岩层压板静荷载实验结果
Table 1:The basement rock plate static load test results
由压板静荷载实验可知，三种岩层的承载能力差别很大，沉降差异也很大，若在这样的地基上修筑独立基础，不同位置的基础沉降不同，将会导致建筑物倾斜开裂。另外，如果将基础直接修筑在断层破碎带上，有可能会发生滑动及沉降变形，特别是有地震发生时，更容易被破坏，这对建筑物后期留下的安全隐患是无穷的。断层破碎带的存在给基础的设计和施工带来了很大的麻烦。
3处理的措施
3.1 基础形式的选取
石灰岩和石英砂岩的性质良好，可直接作为持力层。本工程主要问题在于横穿基础的断层破碎带如何处理。在控制基础的应力和沉降在允许范围的前提下，将该工程的基础形式选为筏板基础。筏板基础在底部连成一个整体，提高了整个基础的刚度，有助于克服不均匀沉降，减少建筑物的整体沉降。同时，在断层破碎带的位置采用筏板基础结合桩基础的措施。
3.2 基础形式有限元计算分析
通过有限元计算比较分析下面两个方案。
①方案一：基础形式取为筏板基础。
②方案二：基础形式取为筏板基础，在断层破碎带的位置采取筏板基础结合桩基础形式。
（1）、沉降分析
两个方案的有限元计算不均匀沉降如表2所示。
表2 沉降计算结果表 （单位：mm）
Table 2: Settlement calculation results
方案
在断层破碎带上，方案一的沉降要比方案二的沉降大，而在筏板的四周边角，方案二的沉降比方案一的沉降要大，这说明桩基的存在能减少断层破碎带处基础的沉降，桩基的存在在一定程度上加大了结构局部位置的刚度。
(2)、 筏板最大柱冲切比
两个方案的柱冲切比计算结果如表3所示。
表3 柱冲切安全系数结果表
Table 3:The safety factor of column punching
方案
由表三可以看出，方案二的安全系数很大，桩的存在很大程度上可以承载柱子的荷载。在筏板的四周，方案一的安全系数都比方案二的大，这说明方案二向筏板四周传播荷载的能力要优于方案一，这也可以通过表二中的周边沉降数据来印证。方案二能将更多的上部荷载分往筏板的四周，减少了断层破碎带处筏板上的荷载，这对结构的安全是有好处的，从这一点上来说，方案二是优于方案一的。
（3）、分析结论
虽然方案二会增加筏板基础周边的沉降，但是方案二的断层破碎带区域的基础沉降更小，另外，方案二会将更多的荷载分配到筏板四周去，这对破碎带区域的筏板更为有利，所以方案二的基础形式是比较合理的。
3.3 桩基础的施工
如果断层破碎带作为持力层，会给建筑物的安全留下很大的隐患。由上面的论证分析可知，在断层破碎带的位置采用筏板基础和桩基础相结合的方法解决这个问题。由于本工程的基础占地面积较大，施工必须分块进行，断层破碎带为整个过程的最后一处分块，其他分块施工完成后留给此处的工作面相当狭小，已经无法采用机械施工。另外，桩基础周围的土质主要是残积土、粘土夹碎石，有的位置夹杂有较大个灰岩孤石等，采用冲击钻或者旋挖钻施工，会经常发生卡钻。还有就是有几个桩位于断层滑动面上，土质情况比较特殊，遇较大孤石需采用人工爆破施工。综上可知，桩基础采用人工挖孔灌注桩施工是比较合理的，既能解決问题，又可以降低施工成本。不过该桩基础的施工是在深基坑的内部进行，有其特殊性，在施工的过程中要注意下面几点：
1、在人工挖孔桩施工前做好超前勘探，每一个桩位至少打三个探孔，摸清楚地质情况，预测施工深度。
2、由于桩孔距离自然地面绝对深度很大，在施工的过程中，水平压力很大，所以要加大护壁的厚度。本工程每0.5米就施工一圈护壁，厚度采取200mm，同时加密护壁钢筋间距至150mm。
3、在护壁混凝土中添加早强剂，护壁强度达到80%方能继续往下开挖施工。
4、估计渗水量，每孔采用三台直径150mm扬程30m的排水泵排水。
5、采用高速电动工具垂直运输施工器具和施工人员。施工人员要戴好安全帽，系好安全绳，发现异常，随时准备逃离桩孔。
4结束语
鲁巷广场购物中心扩建工程的基础设计经过了独立柱基础→筏板基础→筏板基础和桩基础结合的变化，该工程实例说明了岩土工程勘察的重要性，也说明工程设计及施工应紧跟地质情况的变化而变化，不拘泥于形式，力求做到具体问题具体分析。
断层破碎带是工程上比较敏感的地质情况，往往工程修建碰到断层后，都会在很大程度上受到断层的影响。本工程对于断层破碎带的处理措施，成功地解决了施工过程中由于断层破碎带产生的一些难题，保证了施工的安全进行，也在一定程度上对类似的工程具有相应的指导作用和参考意义。
参考文献：
[1] 张丽丽 张晓玉.鲁巷广场购物中心扩建工程岩土工程勘查报告书[R].武汉：中南勘察设计院，2011
作者简介：向欣海（1982-），男，湖南岳阳人，武汉鸣辰建设集团有限公司工程师，从事房屋建筑。
任桂雄，男，福建连江人，武汉鸣辰建设集团有限公司项目经理，从事房屋建筑。
关键词：断层破碎带 筏板基础 桩基础
ABSTRACT: Our engineering construction often requires special handing when it encounters the shattered fault zone. This paper is meant for a specific construction case，which is built on a shattered fault zone. By finite element analysis, we choose a proper foundation for the shattered fault zone. At last we put forward to some construction measures and associated keys for the shattered fault zone.
Key words: fault; raft foundation; pile foundation
中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：
1前言
鲁巷广场购物中心扩建工程位于武汉市珞瑜路与卓豹路交汇处的一三角形地带，东面与原购物中心相连接，西临规划道路，南临卓豹路。工程建设用地面积12227m2 ，地上七层，地下三层，总的建筑面积为72267.5 m2 ，建筑高度43.2 m。拟建场区位于鲁家巷一近南北向推测断层的西盘，向斜北翼二叠系石灰岩的条带上，其地貌形态为长江Ⅲ级阶地垄岗剥蚀地带[1]，该断层带详见图1。
图1施工场地地质断层带详图
Fig.1 Geological fault zone detailed graph ofconstructionsite
场区的基底岩石为志留纪的泥岩和泥质粉砂岩、泥盆纪的石英砂岩、石炭和二叠纪的石灰岩、二叠纪的矽质岩。地质勘查表明场区地层自上而下可分为八层：①填土（Qm1）；②粉质粘土（Q4a1+p1）；③粘土（Q3 a1+p1）；④粘土夹碎石（Q3 a1+p1）；⑤红粘土（Qeh）；⑤-1残积土（Qeh）；⑥-1泥岩强风化；⑥-2泥岩中风化；⑦石灰岩；⑦-1碳质石灰岩；⑧硅质岩、石英砂岩破碎带。
2施工中遇到的问题
本工程地下设有三层，基坑开挖深度约为17.0m，属于深基坑。基坑未开挖前，勘察报告表明拟建建筑物基底的土层为：粘土夹碎石、红粘土、残积土、泥岩强风化、泥岩中风化、石灰岩、碳质石灰岩、硅质岩、石英砂岩破碎带；其中持力层大范围以石灰岩为主。地基土层地质情况复杂，不同位置的土层性质不一样，受力后其变形会有差异，所以本场区的地基为不均匀地基。
在基坑开挖到设计高程后，我们发现基底岩层分布情况大致和勘查报告相符合，主要以石灰岩为主，其次在小范围内分布有石英砂岩，另外在场区中间有一条横穿场区的断层破碎带。石灰岩和石英砂岩的物理性质良好，可以作为持力层。断层破碎带的地质情况很复杂，分布有残积土、粘土夹碎石、石英砂岩破碎带，其承载能力很弱。我们对残积土、石英砂岩和石灰岩做了压板静荷载实验，检测结果如表1所示。
表1 基底岩层压板静荷载实验结果
Table 1:The basement rock plate static load test results
由压板静荷载实验可知，三种岩层的承载能力差别很大，沉降差异也很大，若在这样的地基上修筑独立基础，不同位置的基础沉降不同，将会导致建筑物倾斜开裂。另外，如果将基础直接修筑在断层破碎带上，有可能会发生滑动及沉降变形，特别是有地震发生时，更容易被破坏，这对建筑物后期留下的安全隐患是无穷的。断层破碎带的存在给基础的设计和施工带来了很大的麻烦。
3处理的措施
3.1 基础形式的选取
石灰岩和石英砂岩的性质良好，可直接作为持力层。本工程主要问题在于横穿基础的断层破碎带如何处理。在控制基础的应力和沉降在允许范围的前提下，将该工程的基础形式选为筏板基础。筏板基础在底部连成一个整体，提高了整个基础的刚度，有助于克服不均匀沉降，减少建筑物的整体沉降。同时，在断层破碎带的位置采用筏板基础结合桩基础的措施。
3.2 基础形式有限元计算分析
通过有限元计算比较分析下面两个方案。
①方案一：基础形式取为筏板基础。
②方案二：基础形式取为筏板基础，在断层破碎带的位置采取筏板基础结合桩基础形式。
（1）、沉降分析
两个方案的有限元计算不均匀沉降如表2所示。
表2 沉降计算结果表 （单位：mm）
Table 2: Settlement calculation results
方案
在断层破碎带上，方案一的沉降要比方案二的沉降大，而在筏板的四周边角，方案二的沉降比方案一的沉降要大，这说明桩基的存在能减少断层破碎带处基础的沉降，桩基的存在在一定程度上加大了结构局部位置的刚度。
(2)、 筏板最大柱冲切比
两个方案的柱冲切比计算结果如表3所示。
表3 柱冲切安全系数结果表
Table 3:The safety factor of column punching
方案
由表三可以看出，方案二的安全系数很大，桩的存在很大程度上可以承载柱子的荷载。在筏板的四周，方案一的安全系数都比方案二的大，这说明方案二向筏板四周传播荷载的能力要优于方案一，这也可以通过表二中的周边沉降数据来印证。方案二能将更多的上部荷载分往筏板的四周，减少了断层破碎带处筏板上的荷载，这对结构的安全是有好处的，从这一点上来说，方案二是优于方案一的。
（3）、分析结论
虽然方案二会增加筏板基础周边的沉降，但是方案二的断层破碎带区域的基础沉降更小，另外，方案二会将更多的荷载分配到筏板四周去，这对破碎带区域的筏板更为有利，所以方案二的基础形式是比较合理的。
3.3 桩基础的施工
如果断层破碎带作为持力层，会给建筑物的安全留下很大的隐患。由上面的论证分析可知，在断层破碎带的位置采用筏板基础和桩基础相结合的方法解决这个问题。由于本工程的基础占地面积较大，施工必须分块进行，断层破碎带为整个过程的最后一处分块，其他分块施工完成后留给此处的工作面相当狭小，已经无法采用机械施工。另外，桩基础周围的土质主要是残积土、粘土夹碎石，有的位置夹杂有较大个灰岩孤石等，采用冲击钻或者旋挖钻施工，会经常发生卡钻。还有就是有几个桩位于断层滑动面上，土质情况比较特殊，遇较大孤石需采用人工爆破施工。综上可知，桩基础采用人工挖孔灌注桩施工是比较合理的，既能解決问题，又可以降低施工成本。不过该桩基础的施工是在深基坑的内部进行，有其特殊性，在施工的过程中要注意下面几点：
1、在人工挖孔桩施工前做好超前勘探，每一个桩位至少打三个探孔，摸清楚地质情况，预测施工深度。
2、由于桩孔距离自然地面绝对深度很大，在施工的过程中，水平压力很大，所以要加大护壁的厚度。本工程每0.5米就施工一圈护壁，厚度采取200mm，同时加密护壁钢筋间距至150mm。
3、在护壁混凝土中添加早强剂，护壁强度达到80%方能继续往下开挖施工。
4、估计渗水量，每孔采用三台直径150mm扬程30m的排水泵排水。
5、采用高速电动工具垂直运输施工器具和施工人员。施工人员要戴好安全帽，系好安全绳，发现异常，随时准备逃离桩孔。
4结束语
鲁巷广场购物中心扩建工程的基础设计经过了独立柱基础→筏板基础→筏板基础和桩基础结合的变化，该工程实例说明了岩土工程勘察的重要性，也说明工程设计及施工应紧跟地质情况的变化而变化，不拘泥于形式，力求做到具体问题具体分析。
断层破碎带是工程上比较敏感的地质情况，往往工程修建碰到断层后，都会在很大程度上受到断层的影响。本工程对于断层破碎带的处理措施，成功地解决了施工过程中由于断层破碎带产生的一些难题，保证了施工的安全进行，也在一定程度上对类似的工程具有相应的指导作用和参考意义。
参考文献：
[1] 张丽丽 张晓玉.鲁巷广场购物中心扩建工程岩土工程勘查报告书[R].武汉：中南勘察设计院，2011
作者简介：向欣海（1982-），男，湖南岳阳人，武汉鸣辰建设集团有限公司工程师，从事房屋建筑。
任桂雄，男，福建连江人，武汉鸣辰建设集团有限公司项目经理，从事房屋建筑。