一種復合地基在濕陷性黃土地區的應用研究

摘要：濕陷性黃土地區由于土體結構的特殊性，在較重荷載的作用下，如不進行地基處理往往會有較大的附加沉降，嚴重影響主體結構安全。根據濕陷性黃土的特點，以洛陽市洛龍區東西霍屯棚戶區工程改造項目為載體，對項目淺基坑高層住宅區域采用復合地基以滿足地基承載力的處理方案進行分析論證，得出采用復合地基能夠有效地滿足上部結構對地基承載力的要求且施工方便切實可行。

關鍵詞：濕陷性黃土地區;高層住宅;地基處理

中圖分類號：TU470 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1003-5168（2022）1-0121-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2022.01.027

Application of a Composite Foundation in Collapsible Loess Area

CHENG Yuanbo

（China Construction Seventh Engineering Bureau Co， Ltd， Zhengzhou 450000，China）

Abstract： Due to the particularity of soil structure in collapsibility loess area， under the action of heavy load， if foundation treatment is not carried out， there will often be large additional settlement， which seriously affects the safety of main structure. In this study， based on the characteristics of collapsible loess， in luoyang los area dragons to HuoTun shantytowns engineering projects as the carrier， for shallow foundation pit project of high-level residential area using composite foundation in order to satisfy the bearing capacity of foundation treatment schemes are analyzed， it is concluded that using the composite foundation can effectively meet the requirements of the upper structure， the bearing capacity of foundation and construction convenient and feasible.

Keywords： collapsible loess region; high-rise housing; foundation treatment

0 引言

濕陷性黃土由于其土體結構的特殊性，在正常狀態下其土體強度較高，而遇水后其土體強度會大幅降低且土體會自陷，特別是在施加荷載后如不對土體采取處理，其還會產生附加沉降。在濕陷性黃土地區對地基土進行處理是確保高層建筑結構安全的前提條件。本研究結合洛陽市洛龍區東西霍屯棚戶區工程改造項目，對淺基坑區域高層住宅的地基處理方案進行分析論證，提出切實可行的地基處理方案，有效地解決了濕陷性黃土地基沉降的問題。

1 工程概況和工程地質條件

洛龍區東西霍屯棚戶區工程改造項目，共有12棟高層住宅樓及其商業裙房、幼兒園、社區服務中心及大型地下車庫等，規劃建設用地面積為78 755.15 m2，總建筑面積約為327 426.00 m2，其中地下一層區域為淺基坑區域共包含7棟高層住宅樓，分別編號為1#～3#、8#～11#。

根據項目前期所做的地質勘查報告，場內表層主要為雜填土;雜填土之下主要由第四系全新統沖洪積作用形成的黃土狀粉質黏土、粉土夾粉砂、細砂、卵石及卵石層內的圓礫、礫砂、中砂等多種亞層組成;第四系地層之下為上第三系粉質黏土。

地層分布自上而下依次為：①雜填土層：結構松散～疏松，厚度為0.50～12.40 m;②黃土狀粉質黏土層：具有許多針狀小孔隙及個別大孔隙，硬塑～堅硬為主，局部可塑，干強度高，韌性高，具有濕陷性，濕陷程度屬于輕微，厚度為0.50～5.20 m;③黃土狀粉質黏土層：具有大量針狀小孔隙及少量大孔隙，硬塑～堅硬為主，局部可塑，干強度中等，韌性中，具有濕陷性，濕陷程度屬于輕微～中等，厚度為1.30～4.70 m;④粉土夾粉砂層：干強度低，韌性低，厚度為0.40～3.30 m;⑤卵石層：卵石巖性成分以石英砂巖、石英巖及火成巖為主，粒徑一般在2～10 cm，級配不良，卵石間主要由圓礫、中細砂及黏性土充填，厚度為1.90～8.40 m;⑥粉質黏土層：硬塑～堅硬，干強度高，韌性高，厚度為10.10～16.60 m;⑦粉質黏土層：硬塑～堅硬，干強度高，韌性高，揭露最大厚度19.3 m;各土層承載力特征值及壓縮系數如表1所示。

2 夯實水泥土+CFG復合地基設計

本項目淺基坑區域共計有7棟高層，分別編號為1#～3#、8#～11#樓，場地屬非自重濕陷性黃土場地，地基濕陷等級為Ⅰ級（輕微），依據場地工程地質條件和周邊工程經驗可采用夯實水泥土樁+CFG樁雙樁型復合地基對地基進行加固處理。具體實施時，可先采用夯實水泥土樁對地基進行加固處理，既能提高地基承載力，又能消除地基土的濕陷性;然后再在夯實水泥土樁復合地基上用CFG樁進行二次復合。用前述方法對地基進行加固處理后，1#～3#、8#～11#樓再在雙復合地基上設置筏板基礎。

2.1 夯實水泥土樁與CFG樁施工工藝

對于具有濕陷性的粉質黏土，為了消除其濕陷性，保證擠密效果以及樁徑，采用孔內深層強夯法施工工藝，夯錘為該工法專用錘，錘重不小于1 500 kg，夯實水泥土樁樁孔采用長螺旋鉆機成孔，孔內用水泥土填料分層夯填，孔底在填料前必須夯實，重錘在填料過程中擠密樁間土。夯實水泥土樁的設計、施工及質量檢驗應嚴格按照《孔內深層強夯法技術規程》（CECS 197—2006）[1]進行，同時必須符合并滿足《建筑地基處理技術規范》（JGJ 79—2012）[2]以及《濕陷性黃土地區建筑規范》（GB 50025—2004）[3]，按照有關規范及規程中的規定進行，并應對樁間土的擠密效果進行檢驗。

CFG樁的施工，由于場地地下水水位埋深較淺，持力層為第⑤層卵石或第⑥層粉質黏土，根據現場條件及施工經驗采用動力較強勁的長螺旋鉆孔，且施工前應進行試樁。

2.2 夯實水泥土+CFG復合地基的設計

夯實水泥土樁樁長應穿過具濕陷性的全部第③層土，同時盡量穿過其下承載力較低的第④層，以第④層層底部段或第⑤層頂部作為樁端持力層;CFG樁應以承載力較高的第⑤層卵石層或第⑥層粉質黏土層作為樁端持力層。

復合地基加固地基時，夯實水泥土樁引孔直徑為400 mm，通過分層夯填要求成樁平均直徑不應小于550 mm，夯實水泥土樁可按正方形布置，樁間距取1.50 m;CFG樁布置在形成正方形的4根水泥土樁的形心處，相鄰的CFG樁自身也形成正方形，CFG樁樁徑取500 mm，其樁間距亦為1.50 m，由此可計算出CFG樁置換率m1=0.087。夯實水泥土樁置換率m2=0.105 5，兩種樁型交叉呈梅花狀布設，兩種樁緊鄰的樁心點互相組合形成等邊三角形，兩種樁的相對位置見圖1。

2.3 夯實水泥土+CFG復合地基承載力計算

主樓基礎擬采用筏板基礎，通過軟件計算模型的計算結果，處理后要求的復合地基承載力特征值見表2，根據土工試驗測得不同持力層CFG樁地基土側阻力及樁端阻力特征值建議值見表3。

復合地基大面積施工前，應進行試樁，準確地確定雙樁型復合地基的承載力以及單樁設計與施工參數。初步設計時可以按式（1）進行估算。

夯實水泥土樁及CFG樁Ra按式（2）計算單樁豎向承載力特征值。

式中各符號的意義詳見《建筑地基基礎設計規范》（GB 50007—2011）中第8.5.6條，其中[ap]取1.0并滿足式（3）。

按上述布樁方案，計算各建筑物的復合地基承載力特征值估算結果見表4。

根據表4估算結果，處理后的雙樁型復合地基承載力特征值能達到高層住宅樓主體設計所要求的465 kPa、520 kPa。

3 復合地基沉降計算

多樁型復合地基的變形計算可按《建筑地基基礎設計規范》中第5.3.5條進行，復合地基分層與天然地基分層相同，各復合土層的壓縮模量等于該層天然地基壓縮模量的ξ（ξ=fspk/fak）倍。經地基處理后各土層復合模量建議值如表5和表6所示。

地基土變形估算公式為式（4）。

式中各符號的意義詳見《建筑地基基礎設計規范》[4]中第5.3.5條。采用夯實水泥土樁與CFG樁雙樁按交叉呈梅花狀布設，樁型比例為1∶1，以第⑤層卵石或第⑥層粉質黏土作為樁端持力層時，按式（4）計算各高層住宅樓處寬度方向地質條件差別較大兩孔處組合型樁復合地基沉降量以及沉降差、傾斜值分別如表7所示。

由表7可以看出，當1#～3#、8#～11#樓采用雙樁型復合地基時，復合地基均勻性較好，樓房寬度方向兩鉆孔處的沉降差較小，其沉降量與傾斜值均符合規范要求。

4 復合地基可行性分析及其對環境的影響

當選用夯實水泥土樁+CFG樁復合樁處理地基時，夯實水泥土樁處理深度較淺，樁長深度范圍內均為黃土狀土與粉土，成孔較容易，用孔內深層強夯法施工工藝很容易處理該類型地基，CFG樁以第⑤層卵石或第⑥層粉質黏土作為樁端持力層時，場地內上部樁周地基土層主要為黃土狀土與粉土，成孔較容易，但第⑤層卵石層中夾有漂石顆粒，進入第⑤層卵石，或穿過第⑤層卵石、進入第⑥層粉質黏土的施工難度較大，因此需要采用動力強勁的長螺旋鉆機成孔，確保進入設計要求深度。

使用孔內深層強夯法工藝處理黃土場地，經驗成熟，且該工藝在孔內強夯，噪聲小;CFG樁無泥漿排放，噪聲也很小，兩種樁施工均較為環保，對環境影響較小，成孔成樁完全切實可行。

5 結語

在濕陷性黃土地層通過采用復合地基的處理方法，能夠有效滿足上部結構對地基承載力的要求，同時避免了由于不均勻沉降所引起的結構安全問題，施工方便，可行性較強。

參考文獻：

[1] 中國工程建設標準化協會.孔內深層強夯法技術規程：CECS 197—2006[S].北京：中國計劃出版社，2006.

[2]住房和城鄉建設部.建筑地基處理技術規范：JGJ 79—2012[S].北京：中國建筑工業出版社，2012.

[3] 建設部，國家質量監督檢驗檢疫總局.濕陷性黃土地區建筑規范：GB 50025—2004 [S].北京：中國建筑工業出版社，2004.

[4] 住房和城鄉建設部，國家質量監督檢驗檢疫總局.建筑地基基礎設計規范：GB 5007—2011[S].北京：中國建筑工業出版社，2012.

收稿日期：2021-10-28

作者簡介：程淵博（1992—），男，本科，助理工程師，研究方向：施工技術管理。

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