◎谷昊偉

隨著國(guó)家對(duì)環(huán)境保護(hù)的重視程度越來(lái)越高，各地為了解決水污染問(wèn)題，給排水工程的新建和改造開(kāi)始大規(guī)模進(jìn)行。良好的土建工程是給排水工程的基礎(chǔ)，而地基處理質(zhì)量又與土建工程質(zhì)量密切相關(guān)，同時(shí)由于給排水工程的建設(shè)往往選在遠(yuǎn)離城鎮(zhèn)中心的郊區(qū)，地質(zhì)條件不是很好。因此，只有選擇經(jīng)濟(jì)安全的地基處理方式，保證地基的堅(jiān)固可靠，才能提高工程的質(zhì)量。本文結(jié)合工程實(shí)例，討論了復(fù)合地基技術(shù)在給排水工程中的應(yīng)用。

引言

作為工程項(xiàng)目中的基礎(chǔ)，地基質(zhì)量的好壞直接影響到工程建設(shè)能否順利完工，同時(shí)也是工程后續(xù)正常安全履行設(shè)計(jì)功能的保證。目前復(fù)合地基技術(shù)在土木工程地基處理中具有非常重要的位置，相當(dāng)部分土木工程中的地基處理均采用該技術(shù)，運(yùn)用該技術(shù)在保證工程質(zhì)量的同時(shí)使得項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性得到了提高。下文介紹了地基處理的基本原則和相關(guān)要點(diǎn)。同時(shí)，以實(shí)際工程為例，討論了復(fù)合地基技術(shù)在土木工程中的應(yīng)用，并提出了相關(guān)問(wèn)題。

一、復(fù)合地基簡(jiǎn)述

在土木工程建設(shè)過(guò)程中，為了加強(qiáng)普通地基的內(nèi)強(qiáng)度，建設(shè)者有時(shí)會(huì)通過(guò)一些手段，用硬土代替普通土體，或者加入一些鋼筋、混凝土等建筑材料，使得土體得到替換或性能得到增強(qiáng)，這種改良的天然地基被稱之為復(fù)合地基。與天然基層相比，復(fù)合基層具有更好的穩(wěn)定性，具有更高的承載能力，從而能夠減少上部結(jié)構(gòu)的沉降。除此之外，復(fù)合基層與天然基層相比具有更好的滲透性。復(fù)合地基技術(shù)作為一種遠(yuǎn)古時(shí)期就得到先民廣泛運(yùn)用與實(shí)踐的技術(shù)，充分證明其在工程中的價(jià)值。傳統(tǒng)的復(fù)合地基處理方法主要有碎石樁等散體材料復(fù)合地基、水泥土樁等柔性復(fù)合地基以及CFG樁、預(yù)應(yīng)力管樁等剛性復(fù)合地基。正是由于工程建設(shè)過(guò)程中對(duì)更經(jīng)濟(jì)更安全的地基處理技術(shù)需求的不斷增多，才推動(dòng)復(fù)合地基技術(shù)不斷的更新與發(fā)展，下面就復(fù)合地基技術(shù)的進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。

在土木工程項(xiàng)目的建設(shè)中，如果工程結(jié)構(gòu)的地基存在嚴(yán)重不穩(wěn)定因素，會(huì)影響結(jié)構(gòu)的整體安全。當(dāng)前，隨著全球氣候異常頻發(fā)，許多老舊建筑地基在暴雨等自然災(zāi)害的作用下，地基存在強(qiáng)度不足、滲透性差等問(wèn)題，導(dǎo)致沉降失穩(wěn)事件時(shí)有發(fā)生。因此，設(shè)計(jì)人員在工程設(shè)計(jì)中必須根據(jù)項(xiàng)目地質(zhì)情況合理選擇地基處理方式，積極探索與應(yīng)用新材料、新技術(shù)，達(dá)到安全與經(jīng)濟(jì)的平衡。

常見(jiàn)的地基基礎(chǔ)形式主要有天然地基淺基礎(chǔ)、樁基礎(chǔ)和復(fù)合地基基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)這些不同類型的地基選擇最合適的技術(shù)。其中，樁基主要是指上部荷載由承臺(tái)或者筏板先傳遞給樁，再通過(guò)樁傳遞給周邊土體或持力層；天然地基淺基礎(chǔ)是指未經(jīng)處理的土體即可以直接承擔(dān)淺埋基礎(chǔ)傳遞的全部荷載，不需要進(jìn)行人工干預(yù)；復(fù)合地基基礎(chǔ)是指天然狀態(tài)下的地基土中的部分被強(qiáng)化，或被替換，或在天然地基中設(shè)置增強(qiáng)體，加固區(qū)是由基體（土體）和增強(qiáng)體兩部分組成的人工地基，其中加固體以樁作為豎向加強(qiáng)的又被稱為樁體復(fù)合地基。荷載由天然土體和加強(qiáng)體共同承受。設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)工程項(xiàng)目的實(shí)際情況進(jìn)行選擇，在達(dá)到更好的應(yīng)用效果的同時(shí)，爭(zhēng)取最優(yōu)的成本控制。

二、常見(jiàn)復(fù)合地基的選擇方法

1.換填墊層法。

換填墊層法適用于結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)埋深較淺的軟弱或不均勻土層的地基處理。常用的換填材料主要有：級(jí)配的砂石或碎石、2：8或3：7灰土、粉煤灰等。換填墊層的厚度應(yīng)根據(jù)原狀土的承載力或換填后下臥層的承載力進(jìn)行計(jì)算后確定。

2.強(qiáng)夯法。

強(qiáng)夯法是指通過(guò)大型起重設(shè)備將重錘吊至一定的高度后，使重錘從空中自由落下，給土體以強(qiáng)大的沖擊，迫使土層空隙壓縮，孔隙水和氣體逸出，使土體重新排列，達(dá)到固結(jié)，從而提高地基承載力，降低其壓縮性。強(qiáng)夯廣泛適用于碎石土、砂土、非飽和細(xì)粒土、濕陷性黃土、素填土和雜填土等地基的處理。強(qiáng)夯法的確定必須擁有詳細(xì)的地勘資料以及主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)資料，掌握?qǐng)龅刂苓吔ㄖ?、管線情況，避免強(qiáng)夯對(duì)周邊造成影響。采用強(qiáng)夯法時(shí)必須進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)夯試驗(yàn)，確定其效果和調(diào)整設(shè)計(jì)施工參數(shù)。

3.水泥攪拌樁。

水泥攪拌樁是以水泥作為固化劑，利用攪拌機(jī)將水泥噴入土體并充分?jǐn)嚢?，使水泥與土發(fā)生一系列物理化學(xué)反應(yīng)，使軟土性質(zhì)發(fā)生改變，提高硬度從而提高地基承載力，形成的水泥土樁。適用于處理淤泥、淤泥質(zhì)土、素填土、黏性土、粉細(xì)砂（松散、中密）、飽和黃土等軟土土層。對(duì)于含阻礙攪拌機(jī)攪拌的雜物且不易清除的雜填土、密實(shí)的砂類土、地下水滲流比較嚴(yán)重，水泥與土體難以形成樁體的土層不適用。

4.CFG樁（水泥粉煤灰碎石樁）。

通常意義上的CFG樁是由水泥、粉煤灰等加水?dāng)嚢栊纬傻臉?，?shí)際也常常采用素混凝灌注攪拌。CFG樁樁身一般不配置鋼筋，主要依靠和樁間土、褥墊層一起共同承載上部荷載。CFG樁具有無(wú)泥漿污染、噪音小、地基承載力提高程度高的優(yōu)點(diǎn)，適用于處理粘性土、粉土、沙土和下層土存在相對(duì)較硬層、承載力不低于70KPa的淤泥質(zhì)土等情況。

三、工程中地基方案的比選

下面以工程實(shí)例介紹地基方案的比選：

1.工程概況及地質(zhì)情況。

該工程位于安慶市望江縣，為某污水處理廠升級(jí)改造工程，本文以升級(jí)改造工程中一個(gè)構(gòu)筑物——提升泵房為例。提升泵房主體為地下式水工構(gòu)筑物，地面層設(shè)操作間，平面尺寸為18.80mx9.80m，基礎(chǔ)埋深約4.5m。場(chǎng)地的抗震設(shè)防烈度為6度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.05g，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，該場(chǎng)地覆蓋層厚度≥20m，場(chǎng)地土類型為軟弱土，故判定建筑場(chǎng)地類別為Ⅲ類。擬建場(chǎng)地的特征周期Tg=0.45s。

擬建場(chǎng)地為廠區(qū)預(yù)留用地，擬建場(chǎng)地較為平整，地面高程為13.50m，巖土層分布自上而下為：①層素填土、②層粉質(zhì)粘土（淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土）、③層粉細(xì)砂夾粉質(zhì)粘土、④層粉細(xì)砂夾粉土。該構(gòu)筑物基礎(chǔ)坐落在②層土，軟塑狀態(tài)，具有高壓縮性，不可直接用作基礎(chǔ)持力層，表1為地基設(shè)計(jì)參數(shù)一覽表。

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擬建場(chǎng)地在①層素填土賦存上層滯水，孔隙潛水主要為第②、③、④層中，水量豐富。②、③、④層透水性強(qiáng)，富水性中等，水量較大。

2.地基方案選擇。

根據(jù)本工程地勘報(bào)告和擬建構(gòu)筑物特征分析，本工程場(chǎng)地②層粉質(zhì)粘土（淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土）較厚且分布均勻，但本層土的工程性質(zhì)差，未經(jīng)過(guò)處理不可直接作為基礎(chǔ)的持力層。結(jié)合水池基礎(chǔ)形式為筏板基礎(chǔ)，且結(jié)構(gòu)整體性較好，剛度較大，樁筏基礎(chǔ)方案或復(fù)合地基方案可被考慮。

常用的樁基主要有預(yù)應(yīng)力管樁和鉆孔灌注樁，考慮給排水構(gòu)筑物一般情況下對(duì)承載力要求不高，而鉆孔灌注樁具有設(shè)備投入大、作業(yè)空間要求大、單位荷載的成本高的缺點(diǎn)。預(yù)應(yīng)力管樁，如采用靜壓法施工，施工噪聲小、對(duì)周邊建筑和管道沒(méi)有振動(dòng)影響、工廠預(yù)制無(wú)污染，可以縮短建設(shè)工期，創(chuàng)造時(shí)間效益，從而降低工程造價(jià)，同時(shí)場(chǎng)地整潔、施工文明程度高。因此本工程不考慮鉆孔灌注樁方案，預(yù)應(yīng)力管樁方案可以作為備選方案之一。

給排水工程中常用的復(fù)合地基方案有：換填墊層法、水泥土攪拌樁和CFG樁。本工程基礎(chǔ)平面空間較小，埋深較深，達(dá)4.5m，根據(jù)危大工程管理辦法，屬于超過(guò)一定規(guī)模的危大工程，需進(jìn)行深基坑支護(hù)，同時(shí)基礎(chǔ)底部距離③層粉細(xì)砂夾粉質(zhì)粘土最近處為2.26m，如采用換填墊層法，需全部挖除②層粉質(zhì)粘土（淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土）。考慮擬建場(chǎng)地周邊作業(yè)空間有限，基坑擬采用鋼板樁支護(hù)，平均超挖約2.5m換填，存在施工操作不便，支護(hù)費(fèi)用大大增加，支護(hù)安全性降低的缺點(diǎn)，故排除此方案。

下文就預(yù)應(yīng)力管樁、水泥土攪拌樁和CFG樁進(jìn)行比選。

3.樁型比選。

通過(guò)對(duì)上部模型建模計(jì)算，地基承載力需滿足pk 82KPa，故復(fù)合地基承載力設(shè)計(jì)按100KPa進(jìn)行設(shè)計(jì)。水泥土攪拌樁設(shè)計(jì)樁徑取d=0.6m，樁間距s=1.2m，樁長(zhǎng)取l=4m，按正方形布樁，面積置換率為0.188，樁身水泥土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值取1.8MPa，根據(jù)下列公式計(jì)算：

單樁豎向承載力特征值取公式（3-1）、（3-2）小值為116KN。

復(fù)合地基承載力特征值根據(jù)下面公式：

計(jì)算可得水泥土攪拌樁復(fù)合地基承載力為97KPa。

CFG樁徑取d=0.5m，樁間距s=1.5m，樁長(zhǎng)取l=5m，按正方形布樁，面積置換率為0.116，樁體采用C20混凝土，根據(jù)公式（3-1）和（3-3），計(jì)算可得單樁豎向承載力特征值為124KN，CFG樁復(fù)合地基承載力為100KPa。

本提升泵房平面尺寸為18.8mx9.8m，底板每側(cè)外挑600mm，基礎(chǔ)總平面尺寸20.0mx11.0m。若采用水泥土攪拌樁復(fù)合地基，則需要180根樁，每根長(zhǎng)4m，總樁長(zhǎng)為720m，樁成本按320元/m3（含施工費(fèi)）計(jì)算，共計(jì)約6.50萬(wàn)元；若采用CFG樁復(fù)合地基，則需要113根樁，每根長(zhǎng)5m，總樁長(zhǎng)為565m。CFG樁成本按730元/m3（含施工費(fèi)）計(jì)算，共計(jì)約8.10萬(wàn)元。砂石褥墊層300mm后，按300元/m3計(jì)算，共計(jì)約2.0萬(wàn)元。由于池體自重抗浮不滿足，考慮約750mm厚C20配重，價(jià)格按350元/m3計(jì)算，總配重費(fèi)用約5.70萬(wàn)元。

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根據(jù)地勘報(bào)告，③層及④層土土層分布穩(wěn)定，工程性能較好，可作為預(yù)應(yīng)力管樁持力層。采用預(yù)應(yīng)力管樁方案，若以④層粉細(xì)砂夾粉土作為樁端持力層時(shí)，樁需要穿越③層稍密狀態(tài)粉細(xì)砂層，應(yīng)進(jìn)行試沉樁以確定沉樁參數(shù)，并在沉樁設(shè)備配備上留有一定余量。

通過(guò)對(duì)上部模型建模計(jì)算，選擇PHC-400-AB95樁型，樁長(zhǎng)為10m，以④層粉細(xì)砂夾粉土作為樁端持力層，單樁承載力特征值為450KN，樁間距約2.3m，總樁數(shù)45根。預(yù)應(yīng)力管樁的成本主要包括主材、灌芯混凝土及施工費(fèi)用，根據(jù)市場(chǎng)調(diào)查：PHC-400-AB95樁材料及壓樁費(fèi)用約230元/m；樁尖采用錐形樁尖，約110元/個(gè)；本工程中樁有抗拔要求，根據(jù)規(guī)范灌芯混凝土不小于3m，樁尖防腐要求灌注不小于500mm混凝土，材料按450元/m3，考慮部分連接用鋼筋和封底鋼板費(fèi)用，預(yù)應(yīng)力管樁方案總造價(jià)約為11.48萬(wàn)元。

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從工程造價(jià)上面來(lái)看，在不需要考慮抗浮的情況下，對(duì)于給排水工程中對(duì)地基承載力要求較低的結(jié)構(gòu)，在地基承載力相近的情況下，與CFG樁和預(yù)應(yīng)力管樁相比，采用水泥攪拌樁復(fù)合地基的成本最低。水泥攪拌樁復(fù)合地基比CFG樁節(jié)省費(fèi)用約19%，比預(yù)應(yīng)力管樁節(jié)約35%。當(dāng)構(gòu)筑物因埋深過(guò)深或地下水水位較高，抗浮穩(wěn)定性依靠自身重力無(wú)法滿足而需要采取抗浮措施時(shí)，由于采用配重抗浮的形式往往需要使用大量混凝土，使得復(fù)合地基方案成本大幅增加，經(jīng)濟(jì)性不佳。在這種情況下，水泥攪拌樁復(fù)合地基比預(yù)應(yīng)力管樁貴約24%，CFG樁復(fù)合地基比預(yù)應(yīng)力管樁貴約37%。

從現(xiàn)場(chǎng)施工工期角度分析，CFG樁和水泥攪拌樁同屬于復(fù)合地基，根據(jù)地基處理規(guī)范，都需要進(jìn)行試樁，成樁28d后進(jìn)行靜載實(shí)驗(yàn)；對(duì)于預(yù)應(yīng)力管樁，根據(jù)樁基檢測(cè)規(guī)范，成樁25d后進(jìn)行靜載實(shí)驗(yàn)。由于工程整體體量較小，工程樁施工工期直接差距較小，不與比較。因此，采用預(yù)應(yīng)力管樁相對(duì)CFG樁和水泥攪拌樁在工期上差距不明顯。

從施工條件角度，水泥攪拌樁和CFG樁樁機(jī)設(shè)備尺寸較小，運(yùn)行荷載較小，對(duì)施工環(huán)境要求較低；管樁樁機(jī)一般尺寸較大，運(yùn)行時(shí)荷載較大，在軟弱地基上必須對(duì)地表進(jìn)行硬化處理方可施工。對(duì)于本工程而言，本工程為現(xiàn)有污水廠提標(biāo)工程，擬建場(chǎng)地位于廠區(qū)深處，不利于大型設(shè)備進(jìn)出和操作，作業(yè)空間較小，一側(cè)有現(xiàn)狀管道經(jīng)過(guò)，必須進(jìn)行深基坑支護(hù)，管樁樁基施工困難。

4.小結(jié)。

通過(guò)樁型比選，本工程最終選擇采用水泥攪拌樁復(fù)合地基方案，由于深基坑支護(hù)采用鋼板樁支護(hù)，水泥攪拌樁同時(shí)可作為坑內(nèi)土體加固的方法。目前該工程已順利完工并通過(guò)驗(yàn)收，后期沉降檢測(cè)結(jié)果也滿足規(guī)范要求。

結(jié)語(yǔ)

在給水排水工程中，由于大部分均為儲(chǔ)水構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)，自身整體性較好，地基承載力要求較低，一般情況下地基承載力需求不大于160KPa，對(duì)小型結(jié)構(gòu)常常100—120KPa即可滿足。同時(shí)隨著現(xiàn)階段國(guó)家對(duì)環(huán)保要求的逐步提高，改革開(kāi)放初期建設(shè)的大量項(xiàng)目由于原技術(shù)流程難以滿足越來(lái)越高的排放要求，對(duì)原有廠區(qū)進(jìn)行提標(biāo)改造的工程越來(lái)越多。大量廠區(qū)由于歷史原因布局不合理、管線復(fù)雜、施工條件較差，在這種情況下復(fù)合地基噪聲小、無(wú)振動(dòng)、污染低、施工空間要求低的優(yōu)點(diǎn)得到體現(xiàn)。但是復(fù)合地基也存在工程質(zhì)量受土壤和大氣變化影響較大、主要為隱蔽工程，施工過(guò)程監(jiān)控和質(zhì)量控制難度較大、現(xiàn)階段理論計(jì)算方法不完善，相關(guān)系數(shù)主要由經(jīng)驗(yàn)而來(lái)等等缺點(diǎn)。隨著工程建設(shè)的持續(xù)需求，復(fù)合地基處理技術(shù)日益受到重視，新材料、新方法層出不窮，施工也向著自動(dòng)化、智能化不斷發(fā)展。在實(shí)際工程中，應(yīng)當(dāng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，從節(jié)能環(huán)保、節(jié)約工期、便于施工等多個(gè)方面，選取合適的地基處理方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。