深厚填土區地基處理方案設計

張立麗

(廣東省地質建設工程集團公司，廣東廣州 510080)

0 引言

填土地基具有地基承載力低、地層不均勻性、差異變形量大等特點，深厚層填土特別是山地地區，若對其處理不當，將給建(構)筑物帶來很大危害，引起建筑物開裂甚至倒塌。填土地基的特性常給基礎設計與施工帶來不少困難，在選擇基礎類型和計算時要特別慎重。在填土地基上，為保證建筑物的均勻沉降，防止其傾斜或開裂，同一棟建筑不宜同時選用兩種以上的基礎形式，同時應根據填土厚度及填土層以下地基土性質，采用合適的處理方式，減小地基不均勻沉降。本文以廣東省云浮某工程為例，介紹了深厚填土區的地基處理經驗，供同行參考。

1 工程概況

工程位于廣東省清遠市，擬建工程為廠房，呈近L形展布，占地面積約120 000 m2，廠址地處丘陵地貌，巖溶峰叢地形，地形起伏較大，高程在30 m～95 m之間，大體呈北高南低之勢。地表植被較發育，主要是一些灌木、荊棘，區內分布有多個魚塘，地表水較發育。

現場已經過場地平整，區內分為多級平臺，填土的材料主要為附近山體開挖的粉質粘土及全風化巖，填土采用分層碾壓施工，分層厚度約0.5 m，填土層厚度因現場地形高低及設計平臺高度不同而不同，填土厚度變化2.50 m～32.50 m之間。

廠區內廠房區域設計要求地基承載力特征值達到300 kPa以上，道路區該區域東段要求處理后承載力達到250 kPa以上，填土層的地基承載力勘察報告沒有提供，按地區經驗，填土層承載力暫按120 kPa計算，根據填土區勘察資料及檢測資料，填土區地基承載力為120 kPa，應進行地基處理。

2 地質環境條件

2.1 工程地質條件

地基巖土主要由人工填土、植物層、第四系坡洪積的粘性土(揭露于溝谷地帶)及第四系殘積坡積的粘性土所組成，基巖為紫紅、褐紅色砂巖、黃褐～灰～灰黑色砂質頁巖。場地地層結構自新至老敘述如下:

①-1素填土:主要由粘性土、角礫、砂、巖石碎塊等組成。松散～稍密。②-1粉質粘土:褐黃～棕紅色，含氧化鐵條紋及鐵錳質結核，部分地段為粘土層，呈軟塑狀。②-2粉質粘土:褐黃～棕紅色，含氧化鐵條紋及鐵錳質結核，混多量碎石、角礫，部分地段為粘土層，呈可塑狀。②-3粉質粘土:褐黃～棕紅色，含氧化鐵條紋及鐵錳質結核，混多量碎石、角礫，部分地段為粘土層，局部含塊石，呈硬塑狀。③-1全風化頁巖:黃褐色、灰黑色，結構及構造已無法辨認，全風化，呈土狀，局部有強風化、中等風化頁巖薄層。③-2強風化頁巖:棕褐色、灰褐色，強風化，鈣質膠結，砂質結構，薄層狀構造，巖芯呈碎塊狀和土狀，局部有全風化頁巖薄層。③-3中風化頁巖:灰褐色、灰黑色，中風化，鈣質膠結，砂質結構，薄層狀構造，巖芯呈短柱～柱狀，局部有強風化頁巖薄層。各主要巖土層參數如表1所示。

表1 各巖土層主要參數一覽表

2.2 水文地質條件

擬建場地第四系地層以粘土、粉質粘土為主，一般來說屬于隔水層，但局部受地形的影響，在溝谷地段的第四系殘坡積層、坡洪積層在與基巖交界面也有季節性流水，水量較小。

擬建廠區內及周邊人工魚塘及小溪流較多，無大的地表水體，雨季這些小溪流匯集地表水體，輾轉流入魚塘。勘察期間部分鉆孔遇到了地下水，地下水穩定水位埋深為0.40 m～27.00 m，相當于標高27.03 m～69.71 m，主要賦存于第四系沖洪積層和全風化、強風化基巖中，主要補給源為大氣降水，變化幅度在2.0 m左右。地下水對混凝土結構具有中腐蝕性，對混凝土結構中鋼筋具微腐蝕性;魚塘中的地表水對混凝土結構具有微腐蝕性，對混凝土結構中鋼筋具微腐蝕性。

3 地基處理方案分析

3.1 適用的處理方法

本工程場地基礎以下地層性質、厚度變化很大，地基很不均勻，應采取地基處理措施，提高地基承載力，減小差異沉降。

本工程場地需進行處理的地基土主要為填土層、軟～可塑狀粉質黏土層，填土厚度非常大，雖經輾壓處理，但處理效果不明顯，達不到設計要求地基承載力，需要重新進行處理。填土區可以采用的地基處理方法很多，但對如此深厚填土區，換填和強夯不適用，攪拌樁處理深度一般小于20 m，而高壓旋噴樁費用較高而且單樁承載力較低，高壓旋噴經濟上也不適用。因此，本工程宜采用剛性樁復合地基，剛性樁可以選用CFG樁和管樁。

3.2 CFG樁和管樁對比

3.2.1 成樁質量

CFG樁屬于復合地基處理的一種，它是采用現場灌注樁，樁身強度C30，因而成樁質量沒有管樁直觀、穩定，易出現斷樁、縮徑。

PHC預應力高強混凝土管樁為工廠制作，樁身強度高，混凝土強度等級大于C80，管樁出廠前經過多道程序的嚴格檢測，施工過程中不易出現樁頭損壞、爛樁等現象，避免了爛樁造成的成本及工期的增加。

3.2.2 單樁承載力

單樁承載力由地基土側阻、端阻提供的單樁承載力和樁身承載力較小值控制。

對于地基土側阻、端阻提供的單樁承載力，CFG樁和PHC管樁計算公式一樣，但PHC管樁為擠土樁，其樁側阻力比CFG樁大約30%～50%，端阻力比CFG樁大約30%，本工程場區填土厚度大，樁端側阻力按占單樁承載力的30%計，相同樁長、樁徑的PHC管樁的單樁承載力比CFG樁大30%～44%。

CFG樁按JGJ 79-2002建筑地基處理技術規范［1］計算:

其中，fcu為樁體混合料抗壓強度平均值，樁身強度一般為C30，取30 MPa;Ap為樁體截面面積。

根據JGJ 94-2008建筑樁基技術規范［2］，PHCφ300A-70管樁最大單樁設計值為1 410 kN，PHCφ400A-95管樁最大單樁特征值為2 250 kN，PHCφ500A-100管樁最大單樁特征值為3 570 kN。荷載分項系數取1.35，可分別得到單樁承載力特征值。

將CFG樁和PHC管樁樁身承載力特征值列于表2。

表2 樁身承載力對比

由表1可看出，相同樁徑的PHC管樁的單樁承載力比CFG樁大35%～50%。

3.2.3 工期

CFG屬于現場灌注樁，混凝土有28 d的養護齡期。由于單樁承載力較低，布樁數量增加，增加工期。容易受氣候的影響，原材料供應影響工期。單臺施工設備600 m/d。

PHC管樁工廠生產周期短，從下料至成品為24 h。管樁單位承載力高，相同樁長、直徑管樁高于CFG樁30%～44%，若管樁加長，其單樁承載力可進一步加大，因此布樁數量減少。現場可以大量儲存管樁成品，不受氣候影響，單臺施工設備為500 m/d～600 m/d。

若總工程量一致，二者工期相差不大，但CFG需要28 d養護，試樁周期很長，而且CFG樁單樁承載力小，工程量明顯大于PHC樁，因此，PHC管樁工期有明顯優勢。

3.2.4 造價

根據地質資料，本工程擬采用②-3粉質粘土層作為樁端持力層，該層埋深在11.20 m～31.50 m，樁端應進入②-3粉質粘土層1 m以上，CFG樁平均樁長為18.50m，PHC管樁平均樁長為25.20m。選用φ400 CFG樁(造價92元/m)和PHC管樁(造價170元/m)進行對比，計算得CFG樁單樁承載力特征值為477 kN，PHC管樁單樁承載力特征值為985 kN。CFG樁折算單價為3.62元/kN，PHC管樁折算單價為4.08元/kN，CFG樁單位造價比PHC管樁便宜11.3%。

3.2.5 其他因素

CFG樁一般設備采用長螺旋鉆及泵送設備，排出泥土影響周邊環境，同時受水、電的影響。用樁的長度靠設備的長度控制，樁的入土深度不大于30 m。

PHC管樁施工設備可采用靜壓機和柴油錘設備，不受施工周圍的環境影響，靜壓機噪聲小、不擾民。管樁長徑比可控制在100，例如:φ300的管樁其樁長在30 m，φ400的管樁其樁長在40 m，φ500的管樁其樁長在50 m。

3.3 地基處理方案確定

以上分析可看出，采用PHC管樁雖然在工程造價略高，但工期大大縮短、施工質量容易保證，本工程工期非常緊張，采用CFG樁工期與造價相比，工期更重要，因此選用PHC管樁的剛性樁復合地基進行處理。

4 地基處理方案設計

4.1 單樁承載力及樁間距確定

根據巖土工程勘察報告，依據DBJ 15-38-2005建筑地基處理技術規范［3］11.2.6:

管樁以②-3粉質粘土層為樁端持力層。

其中，樁徑取300mm;qpa為樁端阻力特征值(kPa)為2 500 kN;Ap為樁的截面積，0.125 6 m2;qsia為樁周第i層土的側阻力特征值，按表1取值;u為樁的周長，1.256 m。

依據DBJ 15-38-2005建筑地基處理技術規范11.2.4:

其中，fspk為復合地基承載力特征值，取值300 kPa;fsk為樁間土承載力特征值，填土取值120 kPa;m為面積置換率;Ra為單樁承載力特征值，Ra實取值1 000 kN;β為樁間土強度發揮系數，取0.75。

求得m=0.015，按正方形布設，計算得樁間距Sa=2.90 m，取2.80 m，Sa/d=7滿足規范要求。

整個場地共布置PHCφ400A-95管樁8 355條，預計總樁長210 546 m。

4.2 變形驗算

依據JGJ 79-2002建筑地基處理技術規范，復合土層的壓縮模量等于該層天然地基壓縮模量的ζ倍，①-1素填土層、②-1粉質粘土、②-2粉質粘土和②-3粉質粘土ζ值分別取為2.5，3.75，2.5和1.875，則對應各土層的壓縮模量分別為10.0 MPa，9.38 MPa，10.50 MPa，12.75 MPa。基礎采用寬度為4m的條形基礎，選取填土厚度變化最大的ZK9和ZK10資料進行驗算，鉆孔間距為15 m，填土厚度分別為12 m和32 m，按GB 50007-2002建筑地基基礎設計規范［4］進行驗算，處理后兩鉆孔的地基變形量分別為:164.60 mm和176.56 mm，最大變形量均小于200 mm，差異沉降為12 mm，小于0.003 1(45 mm)，最大變形及差異沉降均滿足規范要求。

5 地基處理實施

本工程采用靜壓樁基施工，共進靜壓樁機10臺，62 d全部完成樁基礎施工。施工完成后，選取840根樁進行低應變檢測樁身完整性，檢測結果表明，Ⅰ類樁達到30%，Ⅱ類樁達到68.8%，Ⅲ類樁為1.2%，選取60個試驗點進行復合地基載荷試驗，其承載力全部滿足設計要求。

6 結語

深厚填土區的地基處理應根據填土層性質、厚度、上部結構對基礎的要求，結合實施工期、造價等方面合理選擇處理方式，以達到安全、經濟、高效的目的。

［1］JGJ 79-2002，建筑地基處理技術規范［S］.

［2］JGJ 94-2008，建筑樁基技術規范［S］.

［3］DBJ 15-38-2005，建筑地基處理技術規范［S］.

［4］GB 50007-2002，建筑地基基礎設計規范［S］.