深厚填土区地基处理方案设计

2012-11-06张立丽

山西建筑 2012年36期

张立丽

(广东省地质建设工程集团公司，广东广州 510080)

0 引言

填土地基具有地基承载力低、地层不均匀性、差异变形量大等特点，深厚层填土特别是山地地区，若对其处理不当，将给建(构)筑物带来很大危害，引起建筑物开裂甚至倒塌。填土地基的特性常给基础设计与施工带来不少困难，在选择基础类型和计算时要特别慎重。在填土地基上，为保证建筑物的均匀沉降，防止其倾斜或开裂，同一栋建筑不宜同时选用两种以上的基础形式，同时应根据填土厚度及填土层以下地基土性质，采用合适的处理方式，减小地基不均匀沉降。本文以广东省云浮某工程为例，介绍了深厚填土区的地基处理经验，供同行参考。

1 工程概况

工程位于广东省清远市，拟建工程为厂房，呈近L形展布，占地面积约120 000 m2，厂址地处丘陵地貌，岩溶峰丛地形，地形起伏较大，高程在30 m～95 m之间，大体呈北高南低之势。地表植被较发育，主要是一些灌木、荆棘，区内分布有多个鱼塘，地表水较发育。

现场已经过场地平整，区内分为多级平台，填土的材料主要为附近山体开挖的粉质粘土及全风化岩，填土采用分层碾压施工，分层厚度约0.5 m，填土层厚度因现场地形高低及设计平台高度不同而不同，填土厚度变化2.50 m～32.50 m之间。

厂区内厂房区域设计要求地基承载力特征值达到300 kPa以上，道路区该区域东段要求处理后承载力达到250 kPa以上，填土层的地基承载力勘察报告没有提供，按地区经验，填土层承载力暂按120 kPa计算，根据填土区勘察资料及检测资料，填土区地基承载力为120 kPa，应进行地基处理。

2 地质环境条件

2.1 工程地质条件

地基岩土主要由人工填土、植物层、第四系坡洪积的粘性土(揭露于沟谷地带)及第四系残积坡积的粘性土所组成，基岩为紫红、褐红色砂岩、黄褐～灰～灰黑色砂质页岩。场地地层结构自新至老叙述如下:

①-1素填土:主要由粘性土、角砾、砂、岩石碎块等组成。松散～稍密。②-1粉质粘土:褐黄～棕红色，含氧化铁条纹及铁锰质结核，部分地段为粘土层，呈软塑状。②-2粉质粘土:褐黄～棕红色，含氧化铁条纹及铁锰质结核，混多量碎石、角砾，部分地段为粘土层，呈可塑状。②-3粉质粘土:褐黄～棕红色，含氧化铁条纹及铁锰质结核，混多量碎石、角砾，部分地段为粘土层，局部含块石，呈硬塑状。③-1全风化页岩:黄褐色、灰黑色，结构及构造已无法辨认，全风化，呈土状，局部有强风化、中等风化页岩薄层。③-2强风化页岩:棕褐色、灰褐色，强风化，钙质胶结，砂质结构，薄层状构造，岩芯呈碎块状和土状，局部有全风化页岩薄层。③-3中风化页岩:灰褐色、灰黑色，中风化，钙质胶结，砂质结构，薄层状构造，岩芯呈短柱～柱状，局部有强风化页岩薄层。各主要岩土层参数如表1所示。

表1 各岩土层主要参数一览表

2.2 水文地质条件

拟建场地第四系地层以粘土、粉质粘土为主，一般来说属于隔水层，但局部受地形的影响，在沟谷地段的第四系残坡积层、坡洪积层在与基岩交界面也有季节性流水，水量较小。

拟建厂区内及周边人工鱼塘及小溪流较多，无大的地表水体，雨季这些小溪流汇集地表水体，辗转流入鱼塘。勘察期间部分钻孔遇到了地下水，地下水稳定水位埋深为0.40 m～27.00 m，相当于标高27.03 m～69.71 m，主要赋存于第四系冲洪积层和全风化、强风化基岩中，主要补给源为大气降水，变化幅度在2.0 m左右。地下水对混凝土结构具有中腐蚀性，对混凝土结构中钢筋具微腐蚀性;鱼塘中的地表水对混凝土结构具有微腐蚀性，对混凝土结构中钢筋具微腐蚀性。

3 地基处理方案分析

3.1 适用的处理方法

本工程场地基础以下地层性质、厚度变化很大，地基很不均匀，应采取地基处理措施，提高地基承载力，减小差异沉降。

本工程场地需进行处理的地基土主要为填土层、软～可塑状粉质黏土层，填土厚度非常大，虽经辗压处理，但处理效果不明显，达不到设计要求地基承载力，需要重新进行处理。填土区可以采用的地基处理方法很多，但对如此深厚填土区，换填和强夯不适用，搅拌桩处理深度一般小于20 m，而高压旋喷桩费用较高而且单桩承载力较低，高压旋喷经济上也不适用。因此，本工程宜采用刚性桩复合地基，刚性桩可以选用CFG桩和管桩。

3.2 CFG桩和管桩对比

3.2.1 成桩质量

CFG桩属于复合地基处理的一种，它是采用现场灌注桩，桩身强度C30，因而成桩质量没有管桩直观、稳定，易出现断桩、缩径。

PHC预应力高强混凝土管桩为工厂制作，桩身强度高，混凝土强度等级大于C80，管桩出厂前经过多道程序的严格检测，施工过程中不易出现桩头损坏、烂桩等现象，避免了烂桩造成的成本及工期的增加。

3.2.2 单桩承载力

单桩承载力由地基土侧阻、端阻提供的单桩承载力和桩身承载力较小值控制。

对于地基土侧阻、端阻提供的单桩承载力，CFG桩和PHC管桩计算公式一样，但PHC管桩为挤土桩，其桩侧阻力比CFG桩大约30%～50%，端阻力比CFG桩大约30%，本工程场区填土厚度大，桩端侧阻力按占单桩承载力的30%计，相同桩长、桩径的PHC管桩的单桩承载力比CFG桩大30%～44%。

CFG桩按JGJ 79-2002建筑地基处理技术规范［1］计算:

其中，fcu为桩体混合料抗压强度平均值，桩身强度一般为C30，取30 MPa;Ap为桩体截面面积。

根据JGJ 94-2008建筑桩基技术规范［2］，PHCφ300A-70管桩最大单桩设计值为1 410 kN，PHCφ400A-95管桩最大单桩特征值为2 250 kN，PHCφ500A-100管桩最大单桩特征值为3 570 kN。荷载分项系数取1.35，可分别得到单桩承载力特征值。

将CFG桩和PHC管桩桩身承载力特征值列于表2。

表2 桩身承载力对比

由表1可看出，相同桩径的PHC管桩的单桩承载力比CFG桩大35%～50%。

3.2.3 工期

CFG属于现场灌注桩，混凝土有28 d的养护龄期。由于单桩承载力较低，布桩数量增加，增加工期。容易受气候的影响，原材料供应影响工期。单台施工设备600 m/d。

PHC管桩工厂生产周期短，从下料至成品为24 h。管桩单位承载力高，相同桩长、直径管桩高于CFG桩30%～44%，若管桩加长，其单桩承载力可进一步加大，因此布桩数量减少。现场可以大量储存管桩成品，不受气候影响，单台施工设备为500 m/d～600 m/d。

若总工程量一致，二者工期相差不大，但CFG需要28 d养护，试桩周期很长，而且CFG桩单桩承载力小，工程量明显大于PHC桩，因此，PHC管桩工期有明显优势。

3.2.4 造价

根据地质资料，本工程拟采用②-3粉质粘土层作为桩端持力层，该层埋深在11.20 m～31.50 m，桩端应进入②-3粉质粘土层1 m以上，CFG桩平均桩长为18.50m，PHC管桩平均桩长为25.20m。选用φ400 CFG桩(造价92元/m)和PHC管桩(造价170元/m)进行对比，计算得CFG桩单桩承载力特征值为477 kN，PHC管桩单桩承载力特征值为985 kN。CFG桩折算单价为3.62元/kN，PHC管桩折算单价为4.08元/kN，CFG桩单位造价比PHC管桩便宜11.3%。

3.2.5 其他因素

CFG桩一般设备采用长螺旋钻及泵送设备，排出泥土影响周边环境，同时受水、电的影响。用桩的长度靠设备的长度控制，桩的入土深度不大于30 m。

PHC管桩施工设备可采用静压机和柴油锤设备，不受施工周围的环境影响，静压机噪声小、不扰民。管桩长径比可控制在100，例如:φ300的管桩其桩长在30 m，φ400的管桩其桩长在40 m，φ500的管桩其桩长在50 m。

3.3 地基处理方案确定

以上分析可看出，采用PHC管桩虽然在工程造价略高，但工期大大缩短、施工质量容易保证，本工程工期非常紧张，采用CFG桩工期与造价相比，工期更重要，因此选用PHC管桩的刚性桩复合地基进行处理。

4 地基处理方案设计

4.1 单桩承载力及桩间距确定

根据岩土工程勘察报告，依据DBJ 15-38-2005建筑地基处理技术规范［3］11.2.6:

管桩以②-3粉质粘土层为桩端持力层。

其中，桩径取300mm;qpa为桩端阻力特征值(kPa)为2 500 kN;Ap为桩的截面积，0.125 6 m2;qsia为桩周第i层土的侧阻力特征值，按表1取值;u为桩的周长，1.256 m。

依据DBJ 15-38-2005建筑地基处理技术规范11.2.4:

其中，fspk为复合地基承载力特征值，取值300 kPa;fsk为桩间土承载力特征值，填土取值120 kPa;m为面积置换率;Ra为单桩承载力特征值，Ra实取值1 000 kN;β为桩间土强度发挥系数，取0.75。

求得m=0.015，按正方形布设，计算得桩间距Sa=2.90 m，取2.80 m，Sa/d=7满足规范要求。

整个场地共布置PHCφ400A-95管桩8 355条，预计总桩长210 546 m。

4.2 变形验算

依据JGJ 79-2002建筑地基处理技术规范，复合土层的压缩模量等于该层天然地基压缩模量的ζ倍，①-1素填土层、②-1粉质粘土、②-2粉质粘土和②-3粉质粘土ζ值分别取为2.5，3.75，2.5和1.875，则对应各土层的压缩模量分别为10.0 MPa，9.38 MPa，10.50 MPa，12.75 MPa。基础采用宽度为4m的条形基础，选取填土厚度变化最大的ZK9和ZK10资料进行验算，钻孔间距为15 m，填土厚度分别为12 m和32 m，按GB 50007-2002建筑地基基础设计规范［4］进行验算，处理后两钻孔的地基变形量分别为:164.60 mm和176.56 mm，最大变形量均小于200 mm，差异沉降为12 mm，小于0.003 1(45 mm)，最大变形及差异沉降均满足规范要求。