西北地區城市雜填土場地的地基處理實例分析

曹 原 樊麗萍

西北地區的一些城市填埋場場地分布在黃土梁洼區和二、三級階地區。填土的厚度深淺不一,最厚可達20 m,其回填時間短,成分雜亂(含生活垃圾和建筑垃圾),結構松散,土質很不均勻,形成具有明顯不均勻特征的建筑地基。在這類場地上建造建筑物時,軟弱地基的處理給建設方帶來許多困惑,不但增加建設方投資的費用和施工周期,也影響了城市建設發展。因此,如何改良軟弱地基,選擇技術上安全可靠、經濟合理和施工可行的地基處理方法成為建設方和設計單位共同關注的問題。

1 常用地基處理方法

在黃土梁洼和高階地區,濕陷性黃土厚度大,地下水位埋藏深,因此,填土坑的周邊或坑底下仍為濕陷性黃土。而在濕陷性黃土地區,由于填土坑周邊的濕陷性黃土具有遇水濕陷的特性,錘擊碎石樁法,粉噴樁等地基處理方法在該地區應用有其局限性。因此選擇地基處理方案時,既要考慮到填土的處理,又必須兼顧消除填土坑周邊黃土的濕陷性,而且尚應采取結構措施和防水措施,即采取處理填土和濕陷性黃土與采取防水措施并舉的綜合措施。可用于上部為雜填土層下部為濕陷性黃土的場地的地基處理方法有換填墊層法、孔內深層強夯法(DDC樁或 SDDC樁)、樁基礎等。本文通過總結幾個實例分析各種地基處理方法的優缺點和適用性。

2 應用實例

2.1 換填墊層法[2]

某建筑場地位于黃土梁洼區之黃土梁。地下水埋深大于21 m。場地中部為垃圾填埋場,東部為取土坑。除取土坑和垃圾填埋場外,其余地段為濕陷性黃土,屬非自重(部分地段為自重)濕陷性黃土場地,Ⅱ級(中等)濕陷性黃土地基。

地基土主要特性為:①填土Qml4:黃褐色。含磚瓦塊,炭渣,生活垃圾等。結構疏松,土質不均,厚度0.3 m～11.5 m。②黃土狀土Qdl+pl4:褐黃～黃褐色。具中等～強烈濕陷性。土質較均,硬可塑,高壓縮性。③黃土Qeol3:褐黃色。具中等濕陷性。堅硬～硬塑,中壓縮性。④古土壤Qel3:棕紅色。具輕微濕陷性。堅硬～硬塑,中壓縮性。⑤黃土Qeol2:褐黃色。輕微～中等濕陷性,硬可塑,中壓縮性。

由于場地內的填土薄厚不一,地基部分地段仍為濕陷性黃土。根據GB 50025-2004設計地基處理范圍是距基礎邊緣外放2 m。在填土厚的地段,下部換填素土,上部為灰土,外放尺寸仍為2 m(見圖1)。

2003年竣工后發現建筑物(局部)地基和周邊的庭院、道路及管道等下沉變形,基礎與地基局部已脫離(尚未引起建筑物變形)。

根據場地地基及其周邊巖土的分布情況分析地表水(主要為施工用水和雨水),由于排水不暢,水聚集后沿填土(強透水層)側向下滲至②黃土狀土和③黃土,引起墊層下臥層濕陷性土層的濕陷變形,地基下沉,基礎局部懸空。

地基2 m以外的人工填土結構疏松,為欠固結的濕陷性土,遇水濕陷下沉后導致擬建物前后庭院、路面及管道變形。

針對建筑物地基、庭院及路面的塌陷問題,結合本工程特點,決定采用壓力灌漿法對建筑物地基以及周邊(外放尺寸以外5 m～7 m范圍內)的庭院及路面進行大面積灌漿。壓力灌漿時孔位采用梅花形布樁,樁徑146 mm,樁間距800 mm,排距700 mm,樁長7 m～11 m,樁端進入③黃土層底部或④古土壤層1 m～2 m。灌漿范圍及樁孔的平面布置見圖2。

由此實例說明,換填墊層法施工速度快,質量也容易控制,且對周邊環境影響小,換填后灰土墊層具有防水和隔水作用。但由于地基處理范圍以外的部分松散的雜填土易形成排水通道,從而引起下部濕陷性黃土的浸水濕陷。對于此類場地,在進行設計時應充分考慮到這種影響,采取相應的防水措施,以免發生事故。

2.2 孔內深層強夯法(DDC樁或SDDC樁)方案[3]

西安市東郊某小區6層住宅樓,磚混結構,鋼筋混凝土條形基礎,基礎埋深2.3 m。根據巖土工程勘察報告,該場地主要地層情況見表1。地下水位深 12.10 m。

表1 場地地層情況

由于雜填土層不能做天然地基,故采用碴土樁法處理。設計樁長6.0 m,成孔直徑1.60 m,成樁直徑 2.0 m。按正三角形布置,樁間距3.50 m,排距3.03 m。施工采用15 t錘沖擊成孔,填料后夯擴成樁,樁身填料為建筑垃圾,由磚塊、黏性土等混合物組成。樁頂預留厚度0.50 m的虛樁,在全部樁施工完后,整場進行低能量滿夯,夯擊能1 000 kN·m。整平后鋪設 3∶7灰土墊層,厚度0.60 m。設計復合地基承載力特征值 fspk≥200 kPa。

采用碴土樁法處理雜填土層時,要注意雜填土層在厚度、密實度、物質組成等方面的均勻程度,當差異大時,要采取必要的措施或改用其他方法處理。由于碴土樁及雜填土透水性較強,不利于防水,尤其樁間雜填土仍有遇水發生弱化的可能性,因此建議采取必要的結構措施和防水處理措施。

在基底下局部分布的填土坑處理時,對坑周的濕陷性黃土處理尚應符合GB 50025-2004濕陷性黃土地區建筑規范之規定。對該類場地由于地基很不均勻,地基處理后仍存在不同程度的不均勻性,當建筑物對地基土的變形要求嚴格時,采用灰土墊層+孔內深層強夯法(DDC工法或SDDC工法)處理地基,會取得更加理想的處理效果。

2.3 樁基礎[4]

當深厚填土坑底為非濕陷性土層且填土分布范圍較大時,宜采用樁基方案,樁端穿透填土層,可置于非濕陷土層上。樁基方案優點是單樁承載力高,建筑物變形小,若能采用墻下或柱下的方案布樁與復合地基和換填法相比費用更低。

如某工程位于西安市南郊黃土梁區,擬建物為6層磚混結構,條形基礎,基底平均壓力(標準組合)值Pk=180 kPa。擬建場地地下水埋藏深約32 m。

場地內填土分布厚度大(5.4 m～13.1 m),平面上分布范圍約占擬建場地范圍的2/3;其下古土壤和黃土層為非濕陷土層,且工程特性良好,是理想的樁端持力層。場地西側古土壤層出露地表,屬非自重濕陷性黃土場地,Ⅱ級(中等)濕陷性黃土地基。場地巖土工程條件適合采用復合載體夯擴樁處理濕陷性土和雜填土。設計樁徑500 mm,樁身混凝土強度等級C25,設計要求單樁豎向極限承載力不小于600 kN。

工程樁施工前的試樁在現場進行了載荷試驗3處,在終止荷載600 kN壓力作用下,對應的沉降量為3.369 mm～5.025 mm,3根樁的 Q—S曲線均呈緩變形,s—lg t曲線尾部未見明顯的下彎現象,單樁極限承載力最終取值為 Qu=600 kN,滿足設計要求。

2.4 應注意的問題

在濕陷性黃土地區的地基處理,應遵循“以地基處理為主,并采取防水措施和結構措施的綜合措施”的原則,特別是防水措施尤為重要。除對基底下的填土進行了換填處理外,尚應對填土坑周邊的道路及管溝等采取防水措施,以防止地表水及管道水滲漏浸入坑底未換填的濕陷性土層而造成濕陷變形。

3 結語

1)濕陷性黃土地區雜填土處理方案的選擇,有別于其他地區,既應該考慮到處理填土,又要兼顧處理坑周邊和坑底濕陷性黃土。因此,首先在換填材料和孔內填筑材料上禁止選用具有強透水性的散體材料。2)當填土厚度不大時,宜首選換填(灰土或素土)墊層法處理地基,且應采取有效的防水或隔水措施,防止地表水和管道滲漏浸入坑底的濕陷性土層。3)對大厚度的濕陷性黃土場地的深厚的填土坑選擇擠密樁復合地基方案,或強夯法+擠密樁等復合型地基方案,樁體(孔內)應夯填灰土。尤其是采用孔內深層強夯法(DDC工法或SDDC工法)+灰土墊層法處理填土和濕陷性黃土,會取得較好的處理效果。4)對于坑底為非濕陷土層的填土坑,復合載體夯擴樁比灌注樁在提高端承力方面具有明顯的優勢。若采用墻下或柱下布樁,更能顯示出比復合地基更好的處理效果和經濟效益。

[1] 張鳳文,張賀滿.碎石樁法與強夯法聯合工藝處理軟土地基應用研究[J].巖土工程技術,2001(2):9.

[2] 馮宇輝.碴土樁在雜填土層地基處理中的應用[J].土工基礎,2008(2):20-23.

[3] GB 50025-2004,濕陷性黃土地區建筑規范[S].

[4] CECS 197∶2006,孔內深層強夯法技術規程[S].