张宁

0 引言

盐渍土是一种易溶盐含量大于0.3%且＜20%的土质，因其具有溶陷性、盐胀性和腐蚀性，在工程上具有严重的危害。其对基础的危害可进一步扩展为以下三个方面：（1）对基础的溶陷沉降影响；（2）对基础承载力降低影响；（3）对基础钢筋的腐蚀性影响。换填联合碎石桩法可描述为：首先采用级配碎石挤压入土孔内起到置换和挤密的碎石桩法，之后选用材质较好的换填材料分层夯实至基础底，二者的结合使盐渍土具有较高强度和整体性地基的办法。本文结合甘肃某地区受洪积形成盐渍土软土地基的厂房工程实例，对本工程盐渍土地基采用换填联合碎石桩法进行了设计，并通过现场试验验证了本地基处理方法的可行性，对同类工程和地基的处理具有一定指导意义。

1 工程地质概况

根据岩土勘察报告，工程位于冲击平坦区域，地下水埋深较深，场地自上而下分布有圆砾、角砾和圆砾土层；场地内水位埋深15～20m，受暴雨季节由山间沟谷洪流携带含盐物质的影响，主要沉积在山前冲洪积扇的砂砾石层土体中，在降水和洪水的渗透淋滤作用和强烈的蒸发作用下，盐分以层状积聚于细颗粒夹层层面上，溶盐成分主要为亚硫酸盐和亚氯盐，其地表 0～5.7m 范围内含大量易溶盐晶体。易溶盐成分主要为硫酸盐和氯盐，受易溶盐土层吸水膨胀、失水溶陷作用，0～2.0m 的盐渍土具有强溶陷性和强盐胀性，2.0～5.7m 为弱溶陷性盐渍土。

（1）一层为稍密圆砾土：稍密，稍湿，一般粒径2～20mm，约占50%，大于20mm 约占15%，最大粒径30～50mm，砾石成分主要为灰岩、砂岩，砂土充填，厚度约0.68m～1.5m，高压缩性土，承载力特征值为100kpa，以氯盐、亚硫酸盐型盐渍土为主，易溶盐总量8.14～9.21%，盐渍土具有超强溶陷性和强盐胀性。

（2）二层为角砾土：稍密～中密，稍湿，一般粒径2～20mm，约占55%，大于20mm 约占15%，最大粒径30mm，砾石成分为灰岩、砂岩，厚度约4.10m～4.50m，中压缩性土，承载力特征值为140kpa，为弱盐胀性盐渍土，以氯盐、亚氯盐、亚硫酸盐型盐渍土为主，易溶盐总量1.32～1.86%，盐渍土为中溶陷性。

（3）三层为密实圆砾土：密实，稍湿，一般粒径2～20mm，约占55%，大于20mm 约占20%，最大粒径30～150mm，砾石成分为灰岩、砂岩，含量约20%，厚度约6.50m～40.6m，低压缩性土，承载力特征值为280kpa。

2 建筑结构工程概况

某单层厂房工程，位于甘肃地区，建筑面积982.80m，上部结构形式为门式钢架（带2 台20t 吊车），基础形式为设置连续梁的独立基础，横向柱间距为8.0m，纵向跨度为21.0m，檐口高度18.0m，要求基础地基承载力特征值≥200kpa，地基沉降≤30mm，相邻柱基的沉降差＜0.002L。

3 地基加固设计方案

结合场地盐渍土层的分布和特性，本工程采用换填联合碎石桩置换的地基处理方式处理盐渍土，即：先挖除地表下1.5m以上范围内的强盐渍土消除浅层土的溶陷性和盐胀性，之后施工锤击沉管碎石桩和碎石褥垫层，在之后换填3:7 灰土垫层，使土体自下而上挤密形成整体复合地基。充分利用了换填联合碎石桩法的挤密、置换和加筋的作用，使桩与桩间土之间变形协调，能够整体受力。

4 换填联合碎石桩法加固盐渍土地基的设计与施工

4.1 换填联合碎石桩法材料的基本要求

碎石桩的材料选用含泥量≤5%的合理级配碎石或卵石，粒径选择20～50mm；换填3:7 灰土垫层选用粒径≤5mm 的新鲜的消石灰，土料选择粒径≤15mm 的粉质黏土。

4.2 碎石桩的设计要点

4.2.1 碎石桩的桩径、桩长

本工程基础形式为柱下独基，由于一层为超盐渍土，不应作为持力层，二层盐渍土溶陷沉降量大也不宜作为工程持力层，所以桩端选择进入持力层较好的三层密实圆砾土层，确保地基承载力和沉降变形，桩径采用500mm，桩长为8m。

4.2.2 碎石桩地基处理的范围

结合场地盐渍土层的地质条件和工程的重要性，根据《盐渍土地区建筑技术规范》外扩基础外边缘1～3 倍，为确保本工程地基的承载力和沉降，地基处理范围取3倍桩径，即1.2m。

4.2.3 碎石桩的置换率和桩间距

由于盐渍土地基的复杂性，以现场实验确定地基承载力设计和施工相关参数较为合理，初步设计时桩间距和置换率可按《建筑地基处理规范》式（1）、（2）和式（3）、（4）计算。

考虑锤击振动密实作用ξ=1.1，D取0.85，处理前e0=0.91，②层土最大、最小孔隙比为1.0 和0.6，挤密后的孔隙比为0.6，考虑砂土处于松散～稍密的状态取1.3 倍天然地基承载力特征值，复核地基桩土应力比n 取1.5，正方形布桩s1=s2=1.2m，带入求得，置换率m=0.2，f=200kpa，碎石桩做法如图1 所示。

图1 碎石桩做法

4.2.4 褥垫层的设计要点

褥垫层的厚度宜为200～400mm，厚度越大应力扩散越明显。本工程选用300mm 厚碎石褥垫层，最大粒径小于30mm，其夯填度控制标准为小于0.9。

4.2.5 质量检验和试验

碎石桩采用重型动力触探检验和静力触探分别检验桩体及桩间土质量，采用复核地基平板载荷实验测定地基承载力极限值。

4.2.6 施工机械

碎石桩的成桩工法可选择锤击沉管、振动沉管、冲孔成孔或振冲等方法，考虑场地洪积导致土层内较多大直径砾石的影响，碎石桩选择易施工且10m深度范围内挤密效果好的锤击工法。

4.3 换填灰土垫层法设计要点

4.3.1 垫层的厚度

换填垫层的厚度一般宜为0.5～3.0m，考虑上部超盐渍土换除深度、下卧层

复合地基承载力和经济性要求，换填3∶7 灰土厚度取0.5m。

4.3.2 垫层宽度

依据《建筑地基处理规范》垫层底面宽度应满足基础底面应力扩散要求，顶面每边超出基础底边缘不应＜300mm，分别按式（5）、式（6）的公式计算，式中b 为基础宽度，灰土θ=28°，β 根据边坡稳定坡度确定为60°，代入式5 和式6，换填做法如图2 所示。

图2 换填灰土垫层法

4.3.3 压实标准

换填3∶7 灰土作为地基的压实系数λc 取0.95，压实标准取压实系数对应土的最大干密度确定，要求换填地基承载力≥200kpa。

4.3.4 隔断措施

为避免地下水位上升、蒸发或毛细作用使盐分向上运动影响地基的承载力和沉降，通常在基础和换填灰土中间设置两层土工布和复合薄膜隔断措施。

4.3.5 质量检验

换填灰土垫层施工质量检验选择标准贯入度实验，每300mm 分层平面上的检验点的间距不大于4m，且应在每分层的压实系数符合设计要求后铺填上一层。

4.3.6 施工机械

灰土垫层的施工机械一般可选择平碾、振动碾或羊足碾，以及蛙式夯、柴油夯等。结合本项目处理范围、深度和施工经验选择了平碾，实测压实效果较好。

4.4 防、排水和地下结构防腐措施

沿房屋场地周边8m 范围内设置排水坡度≥4%的硬化路面，场外10m 范围坡度≥1%，并设置环形截水盲沟，盲沟尺寸1.5×1.5m，埋深6.5m；地下柱及基础混凝土强度等级为C45，钢筋保护层厚度50mm，基础及地下柱表面抹20mm 厚1:3水泥砂浆并外涂400μm 厚环氧沥青防腐涂层。

4.5 施工及使用过程中的要点分析

（1）基坑及基础应尽量选择在枯水期，并应在基坑施工前完成截水沟和场地竖向设计等排水系统，基槽开挖后应及时验收基槽并进行基槽回填土施工；防止周边水系、雨水、生活用水和施工用水流入或渗入影响范围内地基。

（2）对可结合基坑及基础施工的沟槽、管洞、集水井、检漏井和防漏敷设施，应与基础同步完工，无法同步的应采取分段快速作业法，并确保沟槽管洞接口严密、防水层不漏水，集水井和检漏井混凝土浇捣密实、防水砂浆饱满、预留洞口缝隙采用不透水材料塞实。

（3）施工过程中应制定沉降监测细则和应急处理方案，细则中应明确基础沉降的监测频次，并对重点部位采取的隔、排水措施进行定期进行检查修理，应急处理方案应包含对突发性浸、漏水等重大风险源应对措施。

5 地基加固设计效果分析

5.1 地基承载力

依据《建筑地基处理规范》规定，碎石桩的地基承载力应采用单桩复合地基静载荷试验，试验数量不少于总桩数的1%且单体建筑不少于3 点，本工程共设置5 个实验点，承压板采用方形，面积为一根桩承担的处理面积，加载等级分10 级，最大加载压力不小于承载力的特征值的2 倍，地基承载力特征值和对应沉降结果如表1 所示；换填灰土的地基承载力采用平板静载荷实验，实验数量不少于3 处，本工程共设置3 处，承压板采用方形，面积为1.0m，加载等级分8 级，而最大加载压力不小于承载力的特征值的2 倍，极限地基承载力和对应特征承载力结果如表2 所示。

表1 地基承载力特征值和对应沉降结果

表2 极限地基承载力和对应特征承载力结果

由表1 可知，碎石桩复合地基的承载力特征值＞200kpa，满足换填地基和下卧层地基承载力设计要求，但碎石桩复合地基因场地土分布不均匀，导致承载力微微不同；由表2 可知，换填灰土地基的承载力特征值大于200kpa，数值较高，这是因为换填深度较小，平碾碾压后的压实系数较大。

5.2 沉降位移

地基沉降位移可分为三个部分，分别为换填灰土沉降+碎石桩复合地基沉降+桩端下密实圆砾土层沉降，本工程在工程竣工和使用一、二、三年后整理竖向变形结果如表3 所示。

表3 竖向变形结果

由表3 可知，初期竣工验收时已完成大半沉降固结，使用至二～三年后的下降沉降值变化趋势较小，显示固结沉降已接近完成，处理地基最大沉降值满足设计要求，相邻柱基沉降差也满足规范规定。

6 结语

具备溶陷、盐胀和腐蚀性的盐渍土地基设计应引起特别重视，采用换填联合碎石桩法兼具垫层的应力扩散作用和碎石桩的置换、挤密和加筋作用，对加强盐渍土地基的强度和整体稳定性效果较好，施工简便且经济效果也十分显著；本文结合甘肃某地区受洪积形成的盐渍土地基厂房工程实例，对换填联合碎石桩地基进行设计与应用，并通过实验监测，验证了加固设计方法的可行性，对同类盐渍土地基厂房具有指导意义。