張立麗

(廣東省地質(zhì)建設(shè)工程集團(tuán)公司，廣東廣州 510080)

0 引言

填土地基具有地基承載力低、地層不均勻性、差異變形量大等特點(diǎn)，深厚層填土特別是山地地區(qū)，若對(duì)其處理不當(dāng)，將給建(構(gòu))筑物帶來(lái)很大危害，引起建筑物開(kāi)裂甚至倒塌。填土地基的特性常給基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與施工帶來(lái)不少困難，在選擇基礎(chǔ)類(lèi)型和計(jì)算時(shí)要特別慎重。在填土地基上，為保證建筑物的均勻沉降，防止其傾斜或開(kāi)裂，同一棟建筑不宜同時(shí)選用兩種以上的基礎(chǔ)形式，同時(shí)應(yīng)根據(jù)填土厚度及填土層以下地基土性質(zhì)，采用合適的處理方式，減小地基不均勻沉降。本文以廣東省云浮某工程為例，介紹了深厚填土區(qū)的地基處理經(jīng)驗(yàn)，供同行參考。

1 工程概況

工程位于廣東省清遠(yuǎn)市，擬建工程為廠房，呈近L形展布，占地面積約120 000 m2，廠址地處丘陵地貌，巖溶峰叢地形，地形起伏較大，高程在30 m～95 m之間，大體呈北高南低之勢(shì)。地表植被較發(fā)育，主要是一些灌木、荊棘，區(qū)內(nèi)分布有多個(gè)魚(yú)塘，地表水較發(fā)育。

現(xiàn)場(chǎng)已經(jīng)過(guò)場(chǎng)地平整，區(qū)內(nèi)分為多級(jí)平臺(tái)，填土的材料主要為附近山體開(kāi)挖的粉質(zhì)粘土及全風(fēng)化巖，填土采用分層碾壓施工，分層厚度約0.5 m，填土層厚度因現(xiàn)場(chǎng)地形高低及設(shè)計(jì)平臺(tái)高度不同而不同，填土厚度變化2.50 m～32.50 m之間。

廠區(qū)內(nèi)廠房區(qū)域設(shè)計(jì)要求地基承載力特征值達(dá)到300 kPa以上，道路區(qū)該區(qū)域東段要求處理后承載力達(dá)到250 kPa以上，填土層的地基承載力勘察報(bào)告沒(méi)有提供，按地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，填土層承載力暫按120 kPa計(jì)算，根據(jù)填土區(qū)勘察資料及檢測(cè)資料，填土區(qū)地基承載力為120 kPa，應(yīng)進(jìn)行地基處理。

2 地質(zhì)環(huán)境條件

2.1 工程地質(zhì)條件

地基巖土主要由人工填土、植物層、第四系坡洪積的粘性土(揭露于溝谷地帶)及第四系殘積坡積的粘性土所組成，基巖為紫紅、褐紅色砂巖、黃褐～灰～灰黑色砂質(zhì)頁(yè)巖。場(chǎng)地地層結(jié)構(gòu)自新至老敘述如下:

①-1素填土:主要由粘性土、角礫、砂、巖石碎塊等組成。松散～稍密。②-1粉質(zhì)粘土:褐黃～棕紅色，含氧化鐵條紋及鐵錳質(zhì)結(jié)核，部分地段為粘土層，呈軟塑狀。②-2粉質(zhì)粘土:褐黃～棕紅色，含氧化鐵條紋及鐵錳質(zhì)結(jié)核，混多量碎石、角礫，部分地段為粘土層，呈可塑狀。②-3粉質(zhì)粘土:褐黃～棕紅色，含氧化鐵條紋及鐵錳質(zhì)結(jié)核，混多量碎石、角礫，部分地段為粘土層，局部含塊石，呈硬塑狀。③-1全風(fēng)化頁(yè)巖:黃褐色、灰黑色，結(jié)構(gòu)及構(gòu)造已無(wú)法辨認(rèn)，全風(fēng)化，呈土狀，局部有強(qiáng)風(fēng)化、中等風(fēng)化頁(yè)巖薄層。③-2強(qiáng)風(fēng)化頁(yè)巖:棕褐色、灰褐色，強(qiáng)風(fēng)化，鈣質(zhì)膠結(jié)，砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，薄層狀構(gòu)造，巖芯呈碎塊狀和土狀，局部有全風(fēng)化頁(yè)巖薄層。③-3中風(fēng)化頁(yè)巖:灰褐色、灰黑色，中風(fēng)化，鈣質(zhì)膠結(jié)，砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，薄層狀構(gòu)造，巖芯呈短柱～柱狀，局部有強(qiáng)風(fēng)化頁(yè)巖薄層。各主要巖土層參數(shù)如表1所示。

表1 各巖土層主要參數(shù)一覽表

2.2 水文地質(zhì)條件

擬建場(chǎng)地第四系地層以粘土、粉質(zhì)粘土為主，一般來(lái)說(shuō)屬于隔水層，但局部受地形的影響，在溝谷地段的第四系殘坡積層、坡洪積層在與基巖交界面也有季節(jié)性流水，水量較小。

擬建廠區(qū)內(nèi)及周邊人工魚(yú)塘及小溪流較多，無(wú)大的地表水體，雨季這些小溪流匯集地表水體，輾轉(zhuǎn)流入魚(yú)塘。勘察期間部分鉆孔遇到了地下水，地下水穩(wěn)定水位埋深為0.40 m～27.00 m，相當(dāng)于標(biāo)高27.03 m～69.71 m，主要賦存于第四系沖洪積層和全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化基巖中，主要補(bǔ)給源為大氣降水，變化幅度在2.0 m左右。地下水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)具有中腐蝕性，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋具微腐蝕性;魚(yú)塘中的地表水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)具有微腐蝕性，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋具微腐蝕性。

3 地基處理方案分析

3.1 適用的處理方法

本工程場(chǎng)地基礎(chǔ)以下地層性質(zhì)、厚度變化很大，地基很不均勻，應(yīng)采取地基處理措施，提高地基承載力，減小差異沉降。

本工程場(chǎng)地需進(jìn)行處理的地基土主要為填土層、軟～可塑狀粉質(zhì)黏土層，填土厚度非常大，雖經(jīng)輾壓處理，但處理效果不明顯，達(dá)不到設(shè)計(jì)要求地基承載力，需要重新進(jìn)行處理。填土區(qū)可以采用的地基處理方法很多，但對(duì)如此深厚填土區(qū)，換填和強(qiáng)夯不適用，攪拌樁處理深度一般小于20 m，而高壓旋噴樁費(fèi)用較高而且單樁承載力較低，高壓旋噴經(jīng)濟(jì)上也不適用。因此，本工程宜采用剛性樁復(fù)合地基，剛性樁可以選用CFG樁和管樁。

3.2 CFG樁和管樁對(duì)比

3.2.1 成樁質(zhì)量

CFG樁屬于復(fù)合地基處理的一種，它是采用現(xiàn)場(chǎng)灌注樁，樁身強(qiáng)度C30，因而成樁質(zhì)量沒(méi)有管樁直觀、穩(wěn)定，易出現(xiàn)斷樁、縮徑。

PHC預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁為工廠制作，樁身強(qiáng)度高，混凝土強(qiáng)度等級(jí)大于C80，管樁出廠前經(jīng)過(guò)多道程序的嚴(yán)格檢測(cè)，施工過(guò)程中不易出現(xiàn)樁頭損壞、爛樁等現(xiàn)象，避免了爛樁造成的成本及工期的增加。

3.2.2 單樁承載力

單樁承載力由地基土側(cè)阻、端阻提供的單樁承載力和樁身承載力較小值控制。

對(duì)于地基土側(cè)阻、端阻提供的單樁承載力，CFG樁和PHC管樁計(jì)算公式一樣，但PHC管樁為擠土樁，其樁側(cè)阻力比CFG樁大約30%～50%，端阻力比CFG樁大約30%，本工程場(chǎng)區(qū)填土厚度大，樁端側(cè)阻力按占單樁承載力的30%計(jì)，相同樁長(zhǎng)、樁徑的PHC管樁的單樁承載力比CFG樁大30%～44%。

CFG樁按JGJ 79-2002建筑地基處理技術(shù)規(guī)范［1］計(jì)算:

其中，fcu為樁體混合料抗壓強(qiáng)度平均值，樁身強(qiáng)度一般為C30，取30 MPa;Ap為樁體截面面積。

根據(jù)JGJ 94-2008建筑樁基技術(shù)規(guī)范［2］，PHCφ300A-70管樁最大單樁設(shè)計(jì)值為1 410 kN，PHCφ400A-95管樁最大單樁特征值為2 250 kN，PHCφ500A-100管樁最大單樁特征值為3 570 kN。荷載分項(xiàng)系數(shù)取1.35，可分別得到單樁承載力特征值。

將CFG樁和PHC管樁樁身承載力特征值列于表2。

表2 樁身承載力對(duì)比

由表1可看出，相同樁徑的PHC管樁的單樁承載力比CFG樁大35%～50%。

3.2.3 工期

CFG屬于現(xiàn)場(chǎng)灌注樁，混凝土有28 d的養(yǎng)護(hù)齡期。由于單樁承載力較低，布樁數(shù)量增加，增加工期。容易受氣候的影響，原材料供應(yīng)影響工期。單臺(tái)施工設(shè)備600 m/d。

PHC管樁工廠生產(chǎn)周期短，從下料至成品為24 h。管樁單位承載力高，相同樁長(zhǎng)、直徑管樁高于CFG樁30%～44%，若管樁加長(zhǎng)，其單樁承載力可進(jìn)一步加大，因此布樁數(shù)量減少。現(xiàn)場(chǎng)可以大量?jī)?chǔ)存管樁成品，不受氣候影響，單臺(tái)施工設(shè)備為500 m/d～600 m/d。

若總工程量一致，二者工期相差不大，但CFG需要28 d養(yǎng)護(hù)，試樁周期很長(zhǎng)，而且CFG樁單樁承載力小，工程量明顯大于PHC樁，因此，PHC管樁工期有明顯優(yōu)勢(shì)。

3.2.4 造價(jià)

根據(jù)地質(zhì)資料，本工程擬采用②-3粉質(zhì)粘土層作為樁端持力層，該層埋深在11.20 m～31.50 m，樁端應(yīng)進(jìn)入②-3粉質(zhì)粘土層1 m以上，CFG樁平均樁長(zhǎng)為18.50m，PHC管樁平均樁長(zhǎng)為25.20m。選用φ400 CFG樁(造價(jià)92元/m)和PHC管樁(造價(jià)170元/m)進(jìn)行對(duì)比，計(jì)算得CFG樁單樁承載力特征值為477 kN，PHC管樁單樁承載力特征值為985 kN。CFG樁折算單價(jià)為3.62元/kN，PHC管樁折算單價(jià)為4.08元/kN，CFG樁單位造價(jià)比PHC管樁便宜11.3%。

3.2.5 其他因素

CFG樁一般設(shè)備采用長(zhǎng)螺旋鉆及泵送設(shè)備，排出泥土影響周邊環(huán)境，同時(shí)受水、電的影響。用樁的長(zhǎng)度靠設(shè)備的長(zhǎng)度控制，樁的入土深度不大于30 m。

PHC管樁施工設(shè)備可采用靜壓機(jī)和柴油錘設(shè)備，不受施工周?chē)沫h(huán)境影響，靜壓機(jī)噪聲小、不擾民。管樁長(zhǎng)徑比可控制在100，例如:φ300的管樁其樁長(zhǎng)在30 m，φ400的管樁其樁長(zhǎng)在40 m，φ500的管樁其樁長(zhǎng)在50 m。

3.3 地基處理方案確定

以上分析可看出，采用PHC管樁雖然在工程造價(jià)略高，但工期大大縮短、施工質(zhì)量容易保證，本工程工期非常緊張，采用CFG樁工期與造價(jià)相比，工期更重要，因此選用PHC管樁的剛性樁復(fù)合地基進(jìn)行處理。

4 地基處理方案設(shè)計(jì)

4.1 單樁承載力及樁間距確定

根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告，依據(jù)DBJ 15-38-2005建筑地基處理技術(shù)規(guī)范［3］11.2.6:

管樁以②-3粉質(zhì)粘土層為樁端持力層。

其中，樁徑取300mm;qpa為樁端阻力特征值(kPa)為2 500 kN;Ap為樁的截面積，0.125 6 m2;qsia為樁周第i層土的側(cè)阻力特征值，按表1取值;u為樁的周長(zhǎng)，1.256 m。

依據(jù)DBJ 15-38-2005建筑地基處理技術(shù)規(guī)范11.2.4:

其中，fspk為復(fù)合地基承載力特征值，取值300 kPa;fsk為樁間土承載力特征值，填土取值120 kPa;m為面積置換率;Ra為單樁承載力特征值，Ra實(shí)取值1 000 kN;β為樁間土強(qiáng)度發(fā)揮系數(shù)，取0.75。

求得m=0.015，按正方形布設(shè)，計(jì)算得樁間距Sa=2.90 m，取2.80 m，Sa/d=7滿(mǎn)足規(guī)范要求。

整個(gè)場(chǎng)地共布置PHCφ400A-95管樁8 355條，預(yù)計(jì)總樁長(zhǎng)210 546 m。

4.2 變形驗(yàn)算

依據(jù)JGJ 79-2002建筑地基處理技術(shù)規(guī)范，復(fù)合土層的壓縮模量等于該層天然地基壓縮模量的ζ倍，①-1素填土層、②-1粉質(zhì)粘土、②-2粉質(zhì)粘土和②-3粉質(zhì)粘土ζ值分別取為2.5，3.75，2.5和1.875，則對(duì)應(yīng)各土層的壓縮模量分別為10.0 MPa，9.38 MPa，10.50 MPa，12.75 MPa?；A(chǔ)采用寬度為4m的條形基礎(chǔ)，選取填土厚度變化最大的ZK9和ZK10資料進(jìn)行驗(yàn)算，鉆孔間距為15 m，填土厚度分別為12 m和32 m，按GB 50007-2002建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范［4］進(jìn)行驗(yàn)算，處理后兩鉆孔的地基變形量分別為:164.60 mm和176.56 mm，最大變形量均小于200 mm，差異沉降為12 mm，小于0.003 1(45 mm)，最大變形及差異沉降均滿(mǎn)足規(guī)范要求。

5 地基處理實(shí)施

本工程采用靜壓樁基施工，共進(jìn)靜壓樁機(jī)10臺(tái)，62 d全部完成樁基礎(chǔ)施工。施工完成后，選取840根樁進(jìn)行低應(yīng)變檢測(cè)樁身完整性，檢測(cè)結(jié)果表明，Ⅰ類(lèi)樁達(dá)到30%，Ⅱ類(lèi)樁達(dá)到68.8%，Ⅲ類(lèi)樁為1.2%，選取60個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行復(fù)合地基載荷試驗(yàn)，其承載力全部滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

6 結(jié)語(yǔ)

深厚填土區(qū)的地基處理應(yīng)根據(jù)填土層性質(zhì)、厚度、上部結(jié)構(gòu)對(duì)基礎(chǔ)的要求，結(jié)合實(shí)施工期、造價(jià)等方面合理選擇處理方式，以達(dá)到安全、經(jīng)濟(jì)、高效的目的。

［1］JGJ 79-2002，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范［S］.

［2］JGJ 94-2008，建筑樁基技術(shù)規(guī)范［S］.

［3］DBJ 15-38-2005，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范［S］.

［4］GB 50007-2002，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.