深回填區域地坪地基設計分析

許楠

中船第九設計研究院工程有限公司 上海 200090

引言

某大型試驗中心建設場地表層有較厚的新近回填土，且尚未完成固結，試驗中心的主體結構為單層鋼排架結構，主要試驗功能均設置于建筑首層地面，地坪是滿足該試驗中心功能的重要載體，并且試驗中心地面的承載力要求高，其中主要工作地面承載力要求達到50kN/m2，同時存在自重較大的大型精密試驗設備；地面沉降控制要求嚴格，總沉降量要求不超過50mm。一般情況下，地坪地基可通過適當的地基處理來滿足承載力和沉降的要求。但是，結合該試驗室的試驗流程要求，地坪開裂或不均勻沉降，會影響試驗正常進行，所以本項目中地坪的地基設計就尤為重要[1]。

1 工程地質概況

擬建場地臨近湖泊，原為荒地，原場地有一定起伏，經清表整填后，場地表層有5～10m的新近回填土，堆積年限大約3～5年，尚未完成自重固結，土質不均勻，屬高壓縮性土，±0設計標高基本與現狀地面持平。回填土層以下依次分布有第②層粉質黏土（Q4al），第③層粉質黏土（Q4al+pl），第④層殘積粉質黏土（Qel），第⑤-1層強風化泥巖（S2f）和第⑤-2層中風化泥巖（S2f）。第⑤-2層層面起伏較大，場地典型地質剖面圖見圖1。

圖1 典型地質剖面

2 室內地坪地基設計分析

試驗中心橫向跨度45.0m，縱向長度71.0m，室內凈高30.0m，上部采用單層單跨鋼排架結構，上部結構基礎采用樁+承臺的形式，樁基持力層為⑤-2層中風化泥巖。試驗中心地面荷載最大達到為80kN/m2，控制總沉降量不超過20mm。考慮到場地表層新近填土較厚，結合荷載需求及主體結構的基礎布置，必須對試驗中心室內地坪進行合理的設計，才能保證試驗功能要求。地坪地基設計的目標主要是在滿足地面荷載的前提下，控制不均勻沉降及過大的沉降值。地坪設計前期，會同使用方及相關專業，根據試驗工藝流程，仔細分析并細化了地坪荷載分布（見圖2），地坪的荷載類型主要有：①固定試驗設備荷載；②移動設施荷載，包括拖曳設施、運輸車輛等；③地坪堆載，主要為試驗耗材、原料及試驗件等堆載。

圖2 地坪荷載分布

2.1 地坪地基處理方案分析

地基處理方案一般為換填墊層、預壓地基、夯實地基或復合地基。考慮到場地表層新近回填土較深，采用換填墊層或夯實地基時無法滿足設計要求。水泥土攪拌樁作為一種良好的軟弱地基處理方案，能夠最大限度地利用原狀土承載力，從而提高地基強度、增大變形模量。但水泥土攪拌樁在欠固結土層中成樁可靠性較差，基于本工程場地土的情況，不適合采用此方案。采用真空和堆載聯合預壓地基處理方式，可有效提高回填土固結程度并提高地基承載力，但該處理方案工期較長，無法滿足項目建設周期要求[2]。

考慮到回填土質不均勻和施工控制等因素，可采用樁基礎架空地坪，即地坪采用鋼筋混凝土結構，基礎為樁基，荷載通過地坪結構傳至樁基。相較傳統的地基處理方式，樁基礎架空地坪具有承載力高、沉降量小、平整度高、施工質量可控、周期短的優勢。

2.2 樁基礎架空地坪方案比較分析

樁基礎架空地坪可采用平板式或梁板式，平板式架空地坪板受力方式類似無梁樓蓋，鋼筋混凝土地坪板直接支承于樁基承臺上，梁板式架空地坪中荷載通過地坪梁傳至樁基礎，可有效減少地坪板的厚度。本工程中不同地坪荷載類型下均選取了平板式和梁板式方案進行比較，樁基承臺均采用單樁承臺，單樁承載力特征值為1300kN，平面布置采用5跨×5跨。布置簡圖見圖3，比較結論見表1。

表1 不同荷載條件下的平板式、梁板式地坪材料用量比較

圖3 架空地坪結構平面布置示意

由表1可得，平板式架空地坪造價具有優勢。平板式地坪板厚較大，耐久性也相對更好。同時，相比梁板式地坪，平板式地坪在施工上也較為簡單。免去地坪梁支模的材料和工期[3]。

3 室內地坪地基設計

根據對比結果，本試驗室地坪采用樁基礎架空地坪，地坪結構形式采用平板式。根據周邊環境要求，樁基采用鉆孔灌注樁，持力層采用⑤-2層中風化泥巖層，該層為下伏基巖，可視為不可壓縮地層，能夠滿足試驗室地坪沉降要求。樁長19～24m，且進入持力層不小于2d（d為樁直徑），單樁承載力特征值為1300kN，樁距參照對比結果并根據計算確定，地坪板厚300～350mm。基礎布置平面示意見圖4。

圖4 基礎平面布置示意

對于架空地坪的單樁承臺，可采用方形承臺，也可采用錐形（加腋）承臺（圖5）。相同承臺厚度下，當承臺面積采用構造要求的最小尺寸（承臺邊到樁中心不小于1d，且樁的外邊緣到承臺邊緣的距離不小于150mm）即可滿足樁沖切、承臺沖切筏板等計算要求時，采用方形承臺的混凝土方量更小，鋼筋量也更小，承臺側面鋼筋采用構造鋼筋即可，從造價角度應采用方形承臺。如因單樁反力較大或有較高水浮力等情況采用方形承臺時樁沖切、承臺沖切筏板等不能滿足計算，可采用錐形（加腋）承臺[4]。

圖5 方形承臺（左）、錐形（加腋）承臺示意

4 結束語

通過對本工程試驗中心地坪地基設計進行多方案的分析比較，了解了各結構方案的適用性及經濟性。對于在未完成固結的新近回填土層上的地坪基礎設計，當沉降控制要求較高時，采用樁基+結構底板的設計，能夠有效控制沉降，且施工工藝成熟，施工質量可控。樁型可根據實際地層情況及場地周邊要求，采用鉆孔灌注樁或混凝土預制樁。不同荷載作用下對比梁板式和平板式的結構地坪，綜合考慮經濟性及施工便捷性，可優先選用平板式的結構地坪。同時荷載取值對基樁分布及板鋼筋設置有較大影響，在設計前應進行精細化分析取值。通過該工程的設計，我們積累了一些深回填區的地坪基礎設計經驗，希望能為其他類似區域或軟土地區同類工程的地坪地基設計提供借鑒。