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(山西建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 太原 030006)

引言

濕陷性黃土是指被水浸漬后，在其自重或其他附加應(yīng)力作用下，土體壓縮性提高、地基承載力顯著降低的黃土。濕陷性黃土廣泛存在于山西、甘肅、寧夏、陜西、內(nèi)蒙古等中西部省份地區(qū)，地基處理難度大，對于擬建工程項目的順利實施及安全使用是一個很大的考驗。實施地基處理方案，不僅要提高地基承載力，而且要有效削減地基土的濕陷性，降低不均勻沉降。

地基處理的基本原理是破壞土體的結(jié)構(gòu)，提高土的工程性質(zhì)，降低土壤的透水性和壓縮性，部分或完全消除其潰散性。對濕陷性黃土的處理方案有很多種，其設(shè)計思路一般有如下三種。

(1)使用穩(wěn)定性較好的砂石、素黏土、灰土等材料采用換填墊層法或擠密樁復(fù)合地基，同時對建筑物底板及外墻做好防水措施，以消除或削減黃土層的濕陷性，提高土體承載力。

(2)地基處理穿透濕陷性黃土層，利用非濕陷性土層或承載力較高的土層承擔(dān)上部結(jié)構(gòu)荷載。常用的方法是樁基，該方案在重要的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上應(yīng)用較廣泛。

(3)采用強度更高的碎石樁或水泥土深層攪拌樁處理地基，利用樁體本身較高的承載力及施工中擠密后的樁間土組成的復(fù)合地基提高地基承載力，降低沉降量[1]。

本文結(jié)合實際工程案例，就濕陷性黃土地基處理方案的選擇依據(jù)進(jìn)行了分析，以期為其他類似工程項目的建設(shè)實施、地基處理方案的選擇提供思路和技術(shù)參考。

1 工程概況

某工程建筑性質(zhì)為公共建筑，地下一層為車庫，1～4層為商場，5～15層為公寓和酒店，結(jié)構(gòu)類型為框架剪力墻結(jié)構(gòu)。建筑面積：地上41 856.13 m2，地下4 283.48 m2。建筑規(guī)模：地上15層，建筑高度64.4 m；地下1層，層高7.5 m?；A(chǔ)形式為鋼筋混凝土筏板基礎(chǔ)；抗震設(shè)防烈度為7度，抗震等級為三級?；影踩ёo(hù)等級為二級；基坑側(cè)壁安全等級為二級。

該工程項目±0.000標(biāo)高相當(dāng)于城市絕對高程921.60 m，自然地坪標(biāo)高920.60 m，基底標(biāo)高916.6 m。土層參數(shù)見表1。

表1 土層參數(shù)

勘察期間，該場地水位埋深在13.5～12.4 m，根據(jù)探井取土土樣分析，場地雜填土以下第②層土具有濕陷性，濕陷類型為自重濕陷性黃土，綜合濕陷性等級為II級。

2 地基處理方案的初選及技術(shù)性對比

常用的濕陷性黃土地基處理方案包括換填墊層法、強夯法、素土、灰土擠密樁復(fù)合地基、碎石樁等。但由于該項目地基處理范圍內(nèi)土層有地下水存在，結(jié)合土層濕陷性黃土種類、濕陷等級及土層處理深度，初步選擇灰土擠密樁+CFG樁復(fù)合樁、碎石樁、鋼筋混凝土灌注樁、PHC預(yù)制預(yù)應(yīng)力管樁四種地基處理方案進(jìn)行比選。

2.1 灰土擠密樁+CFG樁復(fù)合樁地基處理法

根據(jù)地質(zhì)勘察報告，該項目地基處理范圍內(nèi)存在濕陷性黃土層，且屬于II級自重式濕陷性黃土，同時考慮到上部結(jié)構(gòu)對地基承載力同樣有較高要求，故在選擇地基處理方案時應(yīng)在保證提高地基承載力的前提下，有效消除土的濕陷性。結(jié)合當(dāng)?shù)爻Ｓ脵C械類型以及現(xiàn)場施工組織的便利性，擬選用灰土擠密樁+CFG樁的復(fù)合樁地基處理法進(jìn)行地基加固處理，并消除黃土濕陷性。樁位布置圖如圖1所示。按照設(shè)計，先組織施工灰土擠密樁，通過灰土基樁及擠密后的樁間土消除黃土的濕陷性；然后按照樁位布置圖組織CFG樁施工，以滿足地基承載力的設(shè)計要求；灰土擠密樁和CFG樁的樁徑均為400 mm，樁中心間距均為1.2 m，正方形布樁?；彝翑D密樁沿基坑長度方向采取由遠(yuǎn)端向近端的施工順序，擠密樁分區(qū)域完成，3天后可進(jìn)行CFG樁施工[2]。

圖1 樁位布置平面圖

灰土擠密樁利用機械洛陽鏟設(shè)備成孔，孔徑400 mm，孔深13 m，成孔后于孔內(nèi)以300 mm高度分層回填三七灰土，并采用500 kg落錘，以≮1 000 mm的落距，將三七灰土夯實5～8遍。夯實后，利用灰土樁提高地基承載力，并使樁間土得以擠密，消除黃土濕陷性。

CFG樁即水泥、粉煤灰、碎石樁，采用長螺旋鉆孔機械現(xiàn)場鉆孔，在拔出長螺旋鉆頭的同時，將已按設(shè)計強度要求配制完成的水泥、粉煤灰、碎石混合物灌入孔內(nèi)，利用成樁后樁體、加固后樁間土及褥墊層組成的復(fù)合地基承受及傳遞上部結(jié)構(gòu)荷載。CFG樁處理方案為：直徑400 mm、樁長16 m、樁中心間距1.2 m的CFG樁，樁身混凝土強度為C20，且單樁承載力特征值≮520 kN，上部采用200 mm厚級配砂石褥墊層施工。

該方案的優(yōu)點：不論擠密樁還是CFG樁，其樁體質(zhì)量穩(wěn)定，能有效提高地基承載力，降低不均勻沉降，灰土擠密樁可有效消除黃土濕陷性，且施工速度快、周期短，施工用材料可就地取材。缺點：CFG基樁施工中場地泥濘、雜亂，不易滿足文明施工要求；CFG成樁后樁頭需截去至設(shè)計樁頂標(biāo)高，樁身完整性易受影響；樁身強度達(dá)到設(shè)計要求強度的時間長；現(xiàn)場施工采用兩種機械先后交叉作業(yè)，機械進(jìn)出場費用增加，施工現(xiàn)場組織、材料進(jìn)場布置難度加大；成樁后需做單樁承載力試驗及復(fù)合地基承載力試驗等相關(guān)試驗，試驗周期長，費用高。

2.2 碎石樁法

根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)條件，也可選用碎石樁進(jìn)行地基處理方案設(shè)計。將場地平整、清理后，進(jìn)行碎石樁樁位放線，一般采用振動或錘擊沉管成孔，成孔后分步灌入粒徑≤50 mm的碎石，分步采用機械振動夯實。碎石樁直徑500 mm，樁長13 m，間距1.5 m，呈梅花形布置，樁頂均勻布設(shè)200 mm厚級配砂石墊層。

該方案的優(yōu)點：材料可就地取材，施工工藝簡單，碎石樁樁體強度高且成樁過程對樁間形成擠密效益，復(fù)合地基承載力高。缺點：成樁過程機械成孔，碎石分步夯實，造成噪聲大、振動大；樁體材料對碎石粒徑及含泥量的要求高且質(zhì)量不穩(wěn)定；成樁過程質(zhì)量控制點多且需專人把控，尤其是對孔內(nèi)回填材料檢驗、回填量及夯實遍數(shù)等參數(shù)要重點控制，樁體質(zhì)量不穩(wěn)定，容易忽視孔底覆土的清除，易造成單樁承載力試驗失敗。

2.3 鋼筋混凝土灌注樁

鋼筋混凝土灌注樁也可應(yīng)用于該項目地基處理。采用旋挖鉆機成孔，現(xiàn)場綁扎鋼筋籠，澆筑混凝土成樁。主要參數(shù)為：樁徑700 mm，樁長16 m，采用柱下單樁承臺，剪力墻下樁間距設(shè)置為1.8 m。該方案的主要優(yōu)點：地基處理效果好，不均勻沉降??；采用交叉作業(yè)，成樁速度快，樁身質(zhì)量可控；適合水下成孔成樁，采用旋挖鉆機成孔，成孔成樁過程基本無噪聲。缺點：樁體大量用到鋼筋及混凝土，成本大幅度提升；樁身質(zhì)量控制難度大，需每道工序把關(guān)；成樁周期長；現(xiàn)場場地雜亂。

2.4 PHC預(yù)制預(yù)應(yīng)力管樁

采用PHC預(yù)制預(yù)應(yīng)力管樁，利用靜壓樁機將樁身靜壓并穿越濕陷性黃土，將樁尖沉設(shè)至堅硬、穩(wěn)定的地下硬土。采用直徑400 mm、壁厚120 mm、樁長17 m、樁徑1.5 m、呈梅花形布置的預(yù)制預(yù)應(yīng)力管樁施工。該方案的優(yōu)點：施工周期短、速度快，施工方便；現(xiàn)場施工無噪聲、無振動；成品樁體質(zhì)量穩(wěn)定且施工過程質(zhì)量較易把控。缺點：靜壓樁機進(jìn)出場費用高，管樁材料費、運輸費用高；靜壓樁機施工邊樁時需要較大的工作面；施工過程中易出現(xiàn)斷樁、樁尖無法達(dá)到設(shè)計標(biāo)高、造成截樁而破壞樁身完整性；成樁過程需接樁，焊接作業(yè)量大[3]。

3 地基處理方案的經(jīng)濟性對比

對四種地基處理方案的每延米樁成本進(jìn)行比較，結(jié)果見表2。

表2 四種地基處理方案每延米樁成本比較1)

4 方案確定

將以上四種地基處理方案進(jìn)行對比，分析各方案的技術(shù)操作性及優(yōu)缺點，并核算各方案的每延米樁成本。可以看出，碎石樁復(fù)合地基雖然經(jīng)濟成本低，但其質(zhì)量不穩(wěn)定，且施工過程中噪聲大，振動大；高層建筑如考慮復(fù)合地基方案時，灰土擠密樁與CFG樁均屬較常使用樁型，在充分考慮提高地基承載力及消除地基濕陷性的設(shè)計要求、施工現(xiàn)場條件及施工經(jīng)濟性等條件后，采取灰土擠密樁+CFG樁的復(fù)合樁地基處理法，可充分發(fā)揮兩種地基處理方法的優(yōu)勢。具體施工參數(shù)：兩種樁樁徑400 mm，樁距1 200 mm，正方形布樁，擠密樁樁長8 m，CFG樁有效樁長按16 m考慮，樁端持力層位于第⑧層粉質(zhì)黏土中。

5 結(jié)語

地基處理必須遵循實事求是的原則。必須充分分析項目的性質(zhì)、地質(zhì)結(jié)構(gòu)、地形地貌，根據(jù)項目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的要求，結(jié)合地基基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)條件，合理選擇地基處理方案。

在確定地基處理方案時，進(jìn)行多角度、多層次的方案設(shè)計及分析對比尤為重要。在濕陷性黃土地區(qū)進(jìn)行濕陷性黃土地基處理時，為了提高地基承載力，降低不均勻沉降，可采用的較為經(jīng)濟、有效的方法是灰土擠密樁+CFG樁的復(fù)合樁地基處理法。