大面積填土地基的處理設(shè)計

周戈梅

（中鐵華鐵工程設(shè)計集團(tuán)有限公司，北京100071）

1 工程概況

本工程擬建場地東西長約330～380m，南北長約1 200m，占地面積約29hm2。本場地地勢較平坦，原為果樹苗圃，場地標(biāo)高在29.48～30.81m（最大高差1.3m）,平均標(biāo)高29.8m。車輛段場坪設(shè)計高程為32.00m，鐵路軌頂高程為32.70m。整個場地均為回填區(qū)，回填深度約2.2m。

1.1 工程地質(zhì)條件

本場區(qū)根據(jù)勘察報告勘探深度范圍內(nèi)自上而下可分為：人工填土層、新近沉積、第四紀(jì)沉積層和第四紀(jì)晚更新世沉積層。新近沉積土層包括：粉土②層、粉質(zhì)黏土②1 層和粉細(xì)砂②3 層。土層名稱和編號及各地基土層的承載力標(biāo)準(zhǔn)值、壓縮模量見表1。

表1 某工程場地土層地基承載力和壓縮模量

1.2 水文地質(zhì)條件

本次勘察鉆孔最大深度30m，根據(jù)本次勘察成果，在勘察深度范圍內(nèi)，本場地主要賦存有2 層地下水，地下水類型分別為上層滯水和潛水。上層滯水對局部地段地基處理有一定的影響，潛水埋深較大對本工程建設(shè)無影響。

2 強夯法和級配砂石樁復(fù)合地基分析對比

根據(jù)上述工程概況可知，填土地基處理設(shè)計方案對工程的質(zhì)量、工期及造價起著關(guān)鍵的決定作用。本工程中的幾個建筑物中：有吊車的、有地面軌道檢修坑的、樓層高柱底力大的，這些都對基礎(chǔ)沉降有較高要求。針對采用強夯法處理還是柱錘沖擴級配砂石樁進(jìn)行地基處理，就進(jìn)行了多次的方案討論，特別是從工程質(zhì)量、工期及造價這3 方面進(jìn)行了對比分析。根據(jù)業(yè)主對工程造價的嚴(yán)格控制，設(shè)計院依據(jù)本市建筑工程造價定額進(jìn)行了工程造價的預(yù)算。下面將主要單體建筑物擬采用的地基處理方案設(shè)計從工程質(zhì)量、工期及造價方面進(jìn)行對比（見表2）。

表2 2 種地基處理方法分析對比

從表2 可知，強夯處理后能滿足工程使用功能，提高地基強度、降低土的壓縮性，但地基土含水量的高低決定著強夯的處理效果，受自然因素影響較大。柱錘沖擴級配砂石樁處理地基質(zhì)量容易控制、效果良好，受自然因素影響較小。在工期方面二者基本相同，均能滿足工期要求。但是，工程造價相差懸殊，柱錘沖擴級配砂石樁比強夯法多出2 000 萬元。出于經(jīng)濟(jì)方面的考慮，業(yè)主優(yōu)先選用強夯法進(jìn)行地基處理，這是性價比較高的施工方案。但在施工準(zhǔn)備工作期間，由于強夯法給周邊環(huán)境造成的振動影響較大，周邊單位及居民堅決不同意強夯法施工，最終被否決。經(jīng)過與業(yè)主、施工方、當(dāng)?shù)鼐用窆餐瑓f(xié)商，最終采用柱錘沖擴級配砂石樁方案進(jìn)行地基處理。

3 壓實地基

廠區(qū)的綠化區(qū)、門衛(wèi)、道路等，對地基承載力要求不高、沉降要求不嚴(yán)格的區(qū)域，可采用壓實地基。清除表層有機質(zhì)土后整平場地，采用振動碾（10～15t）進(jìn)行碾壓3～5 遍，然后，素土分層回填碾壓至標(biāo)高30.00m，且壓實系數(shù)≥0.95。壓實填土施工過程中應(yīng)采取防雨、防凍措施，防止填料（粉土及粉質(zhì)黏土）受雨水淋濕或凍結(jié)。粉土、粉質(zhì)黏土應(yīng)采取水平分層、分段填筑，并分層壓實，同一水平層應(yīng)采用同一填料，不得混合填筑。壓實地基要嚴(yán)格控制壓實系數(shù)和土的含水量，其含水量宜為最優(yōu)含水量。壓實填土地基的質(zhì)量檢驗應(yīng)按設(shè)計要求進(jìn)行驗收，未經(jīng)驗收或驗收不合格時，不得進(jìn)行下一道工序施工。

4 柱錘沖擴級配砂石樁復(fù)合地基設(shè)計

根據(jù)建筑物的使用功能和工藝設(shè)計要求，總結(jié)不同建（構(gòu)）筑物的柱錘沖擴級配砂石樁復(fù)合地基設(shè)計參數(shù)（見表3）。柱錘沖擴樁施工前應(yīng)清楚表層有機質(zhì)土且進(jìn)行碾壓3 遍，然后素土分層回填碾壓，分層碾壓回填嚴(yán)格按照施工規(guī)范要求執(zhí)行，壓實系數(shù)≥0.94，回填至設(shè)計標(biāo)高方可進(jìn)行柱錘沖擴樁施工。

表3 不同建（構(gòu)）筑場的柱錘沖擴級配砂石樁復(fù)合地基設(shè)計參數(shù)

注：樁徑均為500mm；設(shè)計樁頂以上保護(hù)樁頭長度≥500mm。建筑物基礎(chǔ)下樁頂鋪設(shè)250mm 厚的砂石褥墊層，其最大粒徑不大于30mm，褥墊層的夯填度不大于0.9。

4.1 級配砂石樁復(fù)合地基承載力計算

根據(jù)公式：fspk=[1+m（n-1）]fak計算復(fù)合地基承載力。其中,樁土應(yīng)力比n=4，樁徑d=500mm、樁間距s=1 300mm，正三角形布置其置換率m=0.134，樁間土（回填土）承載力經(jīng)驗取值fak=120kPa，計算結(jié)果：fspk=[1+0.134×（4-1）]×120=168kPa≥150kPa，滿足設(shè)計要求。

4.2 級配砂石樁復(fù)合地基沉降計算

選取運用較大的基礎(chǔ)，獨立基礎(chǔ)尺寸為4.5m×6.3m，基礎(chǔ)埋深2.5m，相當(dāng)于絕對標(biāo)高30.200m。計算沉降參數(shù)見表4。

根據(jù)上述條件由軟件計算得：

表4 復(fù)合地基計算沉降參數(shù)

1）沉降計算經(jīng)驗計算系數(shù)ψs：

式中，Ai為第i層土附加應(yīng)力系數(shù)沿土層厚度的積分值；Esi為基礎(chǔ)底面下第i層土的壓縮模量，MPa。

查基礎(chǔ)規(guī)范表5.3.5，得：ψs= 0.694。

2）地基最終變形量s按基礎(chǔ)規(guī)范式5.3.5 計算,得：

式中，s'為按分層總和法計算出的地基變形量，mm；p0為相應(yīng)于作用的準(zhǔn)永久組合時基礎(chǔ)底面處的附加應(yīng)力，kPa；zi、zi-1為基礎(chǔ)底面至第i、i-1 層土底面的距離，m；αi、αi-1為基礎(chǔ)底面計算點至第i、i-1 層土底面范圍內(nèi)平均附加應(yīng)力系數(shù)。

s=0.694×22.25=15.5mm≤20mm，滿足設(shè)計及規(guī)范要求。

5 級配砂石樁復(fù)合地基的質(zhì)量檢驗

本工程各單體項目在級配砂石樁施工后均按設(shè)計規(guī)范要求進(jìn)行了質(zhì)量檢驗，且檢驗結(jié)果全部合格。列舉公安派出所單體項目的試驗進(jìn)行分析，公安派出所級配砂石樁總共計1 069根。級配砂石樁施工完2 周后采用重型動力觸探和標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗分別對其樁身和樁間土進(jìn)行檢測，與地基處理前相比標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)提高了30%左右。 成樁23～32d 后進(jìn)行單樁復(fù)合地基靜載荷試驗，載荷試驗板呈圓形，其面積為1.46m2，半徑R=682mm。級配砂石樁直徑為500mm、有效樁長7.0m；載荷試驗板直徑為1 364mm。按照載荷試驗規(guī)定s/d=0.01，對應(yīng)的沉降量應(yīng)為13.64mm。從單樁復(fù)合地基靜載荷試驗結(jié)果中得出：單樁復(fù)合地基承載力特征值為150kPa，其對應(yīng)沉降量最大為12.14mm，均小于13.64mm。說明級配砂石樁復(fù)合地基承載力特征值＞150kPa，滿足設(shè)計要求。

6 結(jié)語

大面積填土地基處理首先應(yīng)根據(jù)使用功能進(jìn)行分區(qū)，本工程劃分為3 個區(qū)域：綠化區(qū)域、軌道區(qū)域和各主要單體建筑物。場地清表有機質(zhì)土堆到綠化區(qū)域不必處理。軌道區(qū)域、地基承載力要求不高的，沉降要求不嚴(yán)格的，設(shè)計要求壓實系數(shù)≥0.95 即可滿足工程使用功能，故此區(qū)段采用壓實地基處理。

對于單體建筑物地基承載力要求高的、室內(nèi)軌道檢修坑對沉降要求嚴(yán)格的，均應(yīng)采用柱錘沖擴級配砂石樁。不同區(qū)域使用不同方法，都能滿足設(shè)計和使用要求，做到既經(jīng)濟(jì)又安全。