填土地基上基礎(chǔ)的選型和處理

阮建立

1 工程概況

某市郊區(qū)擬建一住宅小區(qū)，其中包括多棟多層和多棟小高層住宅，均為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。預(yù)計多層住宅的最大柱底力為2 500 kN，小高層住宅的最大柱底力為4 000 kN。

根據(jù)本工程的巖土工程勘察報告，建筑場地地表形態(tài)以丘崗、谷地為主，場地起伏較大，現(xiàn)場地面標(biāo)高27.41 m～60.10 m，設(shè)計整平標(biāo)高34.00 m～48.50 m。地下水埋藏較深，對基槽開挖無影響。未發(fā)現(xiàn)明顯的不良地質(zhì)作用。場區(qū)抗震設(shè)防烈度為6度，建筑場地類別為Ⅱ類，是可進行建設(shè)的一般場地。各地層性狀及特征如下:第①層耕土強度低，工程性質(zhì)差，不宜作為擬建建筑物的基礎(chǔ)持力層;第②層灰褐色粉質(zhì)黏土有一定強度，局部分布，厚度薄，不宜作為擬建建筑物的基礎(chǔ)持力層;第③層黃褐色粉質(zhì)黏土，強度較高，分布普遍，中等壓縮性，可考慮作擬建建筑物的基礎(chǔ)持力層;第④層棕紅色粉質(zhì)黏土，強度高，厚度大，全場分布，可作擬建建筑物的基礎(chǔ)持力層和良好下臥層;第⑤層桔黃色粉質(zhì)黏土，強度較高，厚度大，全場分布，可作擬建建筑物基礎(chǔ)的良好下臥層;第⑥層強風(fēng)化礫巖，強度較高，厚度大，可作擬建建筑物基礎(chǔ)的良好下臥層。

2 問題的提出

2.1 挖方區(qū)

對于挖方區(qū)，多層建筑均可采用天然地基淺基礎(chǔ)方案。而對于挖方區(qū)小高層，為做到安全適用和經(jīng)濟合理，在會同勘察人員現(xiàn)場踏勘和調(diào)研后，建議甲方進行淺層平板載荷試驗，試驗后地基承載力特征值fak達(dá)到400 kPa，故也可較經(jīng)濟地采用淺基礎(chǔ)方案，且該特征值也可用于挖方區(qū)多層住宅的基礎(chǔ)設(shè)計，以節(jié)省造價。

2.2 填方區(qū)

對于填方區(qū)，在基礎(chǔ)的選型上就有了較多的可能性，這是本文探討的重點之一。

下面以某棟多層(局部帶一層裙房)的建筑為例來進行分析。如圖1所示為該建筑所處位置的一個代表性工程地質(zhì)剖面圖，該建筑設(shè)計整平標(biāo)高為34.00 m，一層室內(nèi)地面標(biāo)高為 34.30 m，而自然地面標(biāo)高為27.43 m～29.87 m，平均坡度為4.68%，即整平后填土厚度為4.13 m～6.57 m。顯然不能像挖方區(qū)一樣直接采用天然地基淺基礎(chǔ)方案。

2.3 部分挖方部分填方區(qū)

對于部分挖方部分填方區(qū)，基礎(chǔ)的選型上有較多的問題和爭議，這是本文探討的另外一個重點。

下面以某棟多層的建筑為例來進行分析。如圖2所示為該建筑所處位置的一個代表性工程地質(zhì)剖面圖，該建筑設(shè)計整平標(biāo)高為41.00 m，一層室內(nèi)地面標(biāo)高為41.60 m，而自然地面標(biāo)高為35.32 m～42.50 m，平均坡度為 30.10%和 8.49%，即整平后填土厚度為0 m～5.68 m。顯然這種情況較挖方區(qū)和填方區(qū)都為復(fù)雜。

3 基礎(chǔ)的選型

3.1 填方區(qū)的基礎(chǔ)選型

對于前述填方區(qū)，由于填土并未分層壓實，不宜直接作為建筑物基礎(chǔ)持力層，且填土厚度為4.13 m～6.57 m，加上第②層土的厚度，若采用換填墊層法進行處理，則施工土方量大、棄土多，再加上本小區(qū)填方區(qū)范圍較大，將會導(dǎo)致處理工程費用增高、工期拖長、對環(huán)境的影響增大，故已不經(jīng)濟和不合理。

由于持力層的深度較大，選擇樁基礎(chǔ)比較適合，且本地在人工挖孔灌注樁、混凝土預(yù)制樁、高強度混凝土預(yù)應(yīng)力管樁的設(shè)計和施工上也有較成熟的經(jīng)驗，設(shè)計和施工質(zhì)量可以得到保證，從而減少甚至避免因缺乏經(jīng)驗等因素造成的基礎(chǔ)施工工期的耽擱。

但選擇樁基礎(chǔ)就面臨著另外一個問題，根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》，對于填土建筑場地，宜先填土并保證填土的密實性，但本工程中的實際情況是樁周圍的素填土未分層壓實，因自重固結(jié)而產(chǎn)生的沉降可能大于基樁的沉降，故應(yīng)考慮樁側(cè)負(fù)摩阻力對基樁的影響。并且從原JGJ 94-94建筑樁基技術(shù)規(guī)范中的第5.2.14條到現(xiàn)行JGJ 94-2008建筑樁基技術(shù)規(guī)范中的5.4.2條，現(xiàn)行規(guī)范對樁側(cè)負(fù)摩阻力的規(guī)定作為強制性條文的情況可以看出，現(xiàn)行規(guī)范對樁側(cè)負(fù)摩阻力的足夠重視。

樁周負(fù)摩阻力對基樁承載力和沉降的影響，取決于樁周負(fù)摩阻力強度、樁的豎向承載類型。現(xiàn)行樁基規(guī)范規(guī)定:1)對于摩擦型基樁，由于受負(fù)摩阻力沉降增大，中性點隨之上移，即負(fù)摩阻力、中性點與樁頂荷載處于動態(tài)平衡。作為一種簡化，取假想中性點以上摩阻力為零，并可按 Nk≤Ra驗算基樁承載力;2)對于端承型樁，由于樁受負(fù)摩阻力后不發(fā)生沉降或沉降量很小，樁土無相對位移或相對位移很小，中性點無變化，故負(fù)摩阻力構(gòu)成的下拉荷載應(yīng)作為附加荷載考慮，并可按 Nk+Qng≤Ra驗算基樁承載力。

3.2 部分挖方部分填方區(qū)的基礎(chǔ)選型

對于部分挖方部分填方區(qū)，基礎(chǔ)的選型上有較多的變數(shù)。

方案一:采用擴展基礎(chǔ)方案的，對挖方區(qū)基礎(chǔ)進入持力層的深度要求較容易滿足，對填方區(qū)可采用開挖至滿足進入持力層深度要求后，對超深的區(qū)域采用毛石混凝土回填至一定標(biāo)高后，在其上做擴展基礎(chǔ)。該方案的特點是基礎(chǔ)形式簡單直接，但當(dāng)填土厚度大或填土區(qū)域面積大時，施工土方量大，可能導(dǎo)致造價高、工期長。就前述圖2的情況來說，選該方案不太適合。

方案二:挖方區(qū)和填土厚度較小的填方區(qū)采用擴展基礎(chǔ)，而填土厚度較大的填方區(qū)采用墩基礎(chǔ)。該方案在較多的情況下有較好的適用性，但其缺點是與樁相比，用相同土層作為基礎(chǔ)持力層時，承載力沒有樁理想。

方案三:采用樁基礎(chǔ)。該方案在填方區(qū)的基礎(chǔ)選型中已敘述。

4 技術(shù)處理和承載力檢測

對于圖1所示工程實例，先選用的是本地設(shè)計和施工工藝方面都比較成熟的人工挖孔灌注樁，選用這種樁型的另一個原因是，挖孔可以直觀地揭示每個樁位各種土層的厚度，尤其是可能產(chǎn)生負(fù)面影響的未壓實填土的厚度，這樣可以有明確針對性地進行處理，如采用涂層法、夾層法或套管法。但后來考慮到人工挖孔過程中，較厚的填土可能給成孔造成一定的難度，以及可能給施工人員和樁的質(zhì)量帶來較大的安全隱患，并且該工程部分僅為一層的裙房，采用挖孔樁會導(dǎo)致承載力有較大的富余，造成浪費，所以放棄了該方案。然后經(jīng)過比選，選擇了靜壓混凝土預(yù)制樁，并擬采用涂層法減小填土的負(fù)摩阻力，但由于建筑場地地表形態(tài)以丘崗、谷地為主，各土層厚度不均且變化較大，經(jīng)過試壓了幾根樁后，發(fā)現(xiàn)樁長難以準(zhǔn)確估算，故涂層的范圍難以確定，但填土厚度可以較準(zhǔn)確地確定，所以最終選用了該樁型，但放棄了涂層法減小負(fù)摩阻力的做法，而采用了樁基規(guī)范中對于摩擦型基樁中性點以上摩阻力為零的方法進行該工程的基礎(chǔ)設(shè)計。

對于圖2所示工程實例，因僅一側(cè)局部為挖方區(qū)，采用前述方案一和方案二均不經(jīng)濟，經(jīng)過工程概預(yù)算后，最終也采用了靜壓混凝土預(yù)制樁。

本工程抽取了5根樁進行單樁豎向靜荷載試驗，樁頂總沉降在8.30 mm～12.10 mm之間，所測試5根樁的單樁豎向抗壓極限承載力均滿足設(shè)計要求。

5 結(jié)語

場地起伏較大，填挖方結(jié)合的建筑場上基礎(chǔ)的選型與處理方案經(jīng)比選后可獲得較好的經(jīng)濟和技術(shù)效益。填土負(fù)摩阻力的處理方法也應(yīng)結(jié)合工程實際情況有區(qū)別的選擇。

[1] GB 50007-2002，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范[S].

[2] JGJ 94-2008，建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].

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

[4] 陳 軍.基礎(chǔ)形式的合理選取[J].山西建筑，2008，34(6):132-133.