談多高層建筑在濕陷性黃土地區(qū)的地基處理

張 志 新

(山西省建筑設(shè)計研究院，山西 太原 030013)

談多高層建筑在濕陷性黃土地區(qū)的地基處理

張 志 新

(山西省建筑設(shè)計研究院，山西 太原 030013)

結(jié)合工程實例，分析了強夯法與素土擠密樁法在濕陷性黃土場地的地基處理技術(shù)，并對地基檢測的內(nèi)容及方法進行了論述，以確保地基處理的質(zhì)量，從而保證建筑物的安全性與穩(wěn)定性。

多高層建筑，濕陷性黃土，地基處理，檢測

主要分布于我國北方地區(qū)的黃土多具濕陷性(這里所說的黃土泛指黃土和黃土狀土，部分雜填土也具有濕陷性)。由于該特種土廣泛存在于我國，而其不做處理時，在上覆土自身重力作用下，或者在附加壓力作用下，土層受水浸后土的結(jié)構(gòu)體系很快破壞而使地基發(fā)生均勻的沉降，導(dǎo)致建筑物發(fā)生傾斜，墻體出現(xiàn)裂縫等嚴(yán)重問題，不僅對正常使用有著嚴(yán)重的影響，也會產(chǎn)生不利的社會影響。但隨著中國經(jīng)濟的高速發(fā)展，各地多高層城建項目不斷增加，因此對濕陷性黃土的處理有了更高的要求，而且高層建筑對地基的承載力提出更高的要求?，F(xiàn)根據(jù)我本人近些年的經(jīng)驗淺談下多高層建筑在濕陷性黃土地區(qū)的地基處理。在濕陷性黃土地基上進行工程建設(shè)時，必須考慮因地基濕陷引起附加沉降對工程可能造成的危害，選擇適宜的地基處理方法，避免或消除地基的濕陷或因少量濕陷所造成的危害。

對濕陷性黃土地區(qū)的地基處理應(yīng)采取以地基處理為主，以防水措施為輔的原則進行綜合考慮?！稘裣菪渣S土地區(qū)建筑規(guī)范》中的地基處理的方法很多，如：墊層法、強夯法、擠密法、預(yù)浸水法。現(xiàn)就以工程實例及實驗結(jié)果分類做如下介紹。

1 多層建筑

地基受水浸濕可能性不大的一般多層建筑，總高不高，可劃分為丙類建筑，地基處理時應(yīng)消除地基的部分濕陷量，不需要全部消除。

1.1 項目概況

某別墅區(qū)均為半一層地下室，地上3層剪力墻住宅，建筑場地類別為：Ⅲ類，高度為16 m，主要土層情況如下：

①雜填土，松散結(jié)構(gòu)，成分復(fù)雜，均勻性差，施工時已全部挖除，平均層底1.0 m～5.5 m。地基承載力特征值為80 kPa。

②濕陷性粉土，密實狀態(tài)，平均層底2.5 m～8.5 m。地基承載力特征值為95 kPa。天然含水量為15%。

③濕陷性粉質(zhì)粘土，可塑狀態(tài)，平均層厚5.5 m～11.5 m，地基承載力特征值為140 kPa。天然含水量為17%。

④粉質(zhì)粘土，可塑狀態(tài)，中等壓縮，平均層厚15.5 m～16.7 m。地基承載力特征值為170 kPa。

⑤粉質(zhì)粘土，中密狀態(tài)，本層未揭穿，地基承載力特征值為200 kPa。

濕陷等級為Ⅱ級自重級濕陷。

1.2 處理方法

根據(jù)《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》3.0.1條，該建筑屬于地基受水浸濕可能性不大的多層建筑，高度小于24 m，可劃分為丙類建筑，地基處理時應(yīng)消除地基的部分濕陷量，不需要全部消除，即滿足地基處理厚度不應(yīng)小于2.50 m，且下部未處理濕陷性黃土層的剩余濕陷量不應(yīng)大于200 mm的要求。由于別墅區(qū)占地面積較大，樓座多，針對不同樓座采用了下面兩種處理方法進行處理，介紹如下。

1.2.1 強夯法

土的含水量是強夯法處理濕陷性至關(guān)重要的因素之一。含水量較大時，土體較軟，夯擊時呈軟塑狀態(tài)，容易出現(xiàn)“橡皮土”，天然含水量低于10%的土較為堅硬，夯擊時表層土極易松動，夯擊能量消耗在表層土上，深部土層不易夯實，消除濕陷性黃土層的有效深度小，處理深度有限，效果不明顯；天然含水量相當(dāng)于或接近最優(yōu)含水量的土，夯擊時土粒間阻力較小，顆粒易于互相擠密，夯擊能量向縱深方向傳遞，在相應(yīng)的夯擊次數(shù)下，總夯沉量和消除濕陷性黃土層的有效深度均大，此時處理效果明顯。

該項目中20號樓的第②層土的最優(yōu)含水量為17%，而土的含水量W=15%，接近最優(yōu)含水量，滿足強夯法處理地基的技術(shù)要求，同時該建筑周邊均無其他建筑，無其他影響，最終強夯方案布置如下：1)單擊夯擊能為3 000 kN·m，錘重200 kN,落距15 m。夯錘為圓形,錘底直徑2.5 m，夯點見圖1。2)試夯分3遍進行。第一遍第二遍夯點見圖1。每一夯點至少夯6次。第三遍為搭接排夯,夯點中心距1.25 m(搭接1/2夯痕),每一夯點至少夯5次。強夯過程中,應(yīng)測量每個夯點每夯擊1次的下沉量,最后兩擊的平均夯沉量不得大于50 mm。3)每遍夯完后用推土機推平,全部夯完后回填至基底標(biāo)高，夯實虛土，要求壓實系數(shù)不小于0.97。

檢測內(nèi)容及結(jié)果如下：1)地基承載力檢測采用原位測試，強夯后能達到設(shè)計要求的地基承載力特征值不小于160 kPa。2)夯面起至其下7 m的深度范圍內(nèi)濕陷性系數(shù)δ<0.015，該深度范圍內(nèi)全部消除濕陷。

由于本場地較大，其中有局部區(qū)域含水量平均值為8.9%，采用強夯后檢測濕陷性系數(shù)δ介于0.015～0.050之間，該區(qū)域未能消除濕陷性，但通過后期增濕后再強夯，最后檢測也能滿足要求，但該種情況延長了施工工期，對工期有要求的工程不建議采用。

1.2.2 素土擠密樁法

素土擠密樁是采用振動沉管成孔后，將其中的濕陷性土置換為素土，并對素土進行夯實，以達到擠密周圍濕陷性土體，降低濕陷系數(shù)，完全消除其濕陷性的目的。

該項目中6號樓土的含水量W=14%，略低于最優(yōu)含水量，擠密的效果最好；如果含水量過大或者過小時，擠密效果不好。其設(shè)計方案如下：有效樁長：7.0 m；樁徑：400 mm；樁間距1.0 m，正三角形布樁；要求成孔方式為沖擊成孔或沉管成孔，成孔擠密應(yīng)間隔分批進行，樁體素土分層回填、分層夯實，壓實系數(shù)不得小于0.96。其中素土要求選用粉質(zhì)粘土，有機質(zhì)含量不得大于5%,不應(yīng)使用塊狀粘土和砂質(zhì)粉土，土料中不得含有松軟雜質(zhì),并應(yīng)過篩,其顆粒不得大于5 mm。樁位布置如圖2所示。

檢測內(nèi)容及結(jié)果如下：

1)素土擠密樁復(fù)合地基的承載力特征值應(yīng)通過現(xiàn)場復(fù)合地基載荷試驗確定，初步設(shè)計預(yù)估為160 kPa。

2)根據(jù)探井檢測結(jié)果如下：素土擠密樁樁間土的干密度平均值為1.6 g/cm3及相應(yīng)的平均擠密系數(shù)為0.93，樁體干密度平均值為1.65 g/cm3及平均壓實系數(shù)為0.97，處理深度內(nèi)濕陷性已消除。

由于該工程對地基承載力要求不高，僅考慮處理濕陷性，所以采用素土擠密樁即可。如果考慮要提高承載力可將填料改為灰土，此時地基承載力特征值基本可以達到200 kPa左右，實際工程可以通過試樁來確定最終采用值。

2 高層建筑

高層建筑按《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》3.0.1條劃分為甲、乙兩類，在地基處理上主要區(qū)別在于處理深度的要求。具體工程中可以區(qū)別對待。

2.1 項目概況

某住宅為1層地下室，層高5.4 m，地上26層的鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)住宅，建筑場地類別為：Ⅲ類，地質(zhì)情況如下：①填土，松散狀態(tài)，平均層厚2.0 m。②濕陷性黃土，密實狀態(tài)，平均層厚5.7 m。③濕陷性粉土，可塑狀態(tài)，平均層厚5.8 m。④粉質(zhì)粘土，可塑狀態(tài)，平均層厚7.8 m。⑤粉質(zhì)粘土，可塑狀態(tài)，中～低等壓縮，平均層厚4.25 m。⑥粉土，可塑狀態(tài)，中～低等壓縮，平均層厚18 m。⑦粉質(zhì)粘土，硬塑狀態(tài)，中等壓縮，未揭穿。濕陷等級為Ⅱ級自重，未見地下水。

2.2 地基處理方案

考慮采用灰土擠密樁和水泥粉煤灰碎石樁(CFG樁)兩種樁型的長短樁復(fù)合地基，灰土擠密樁的機理同素土擠密樁，該部分機理見1.2.2。考慮到本工程為Ⅱ級自重濕陷，采用如下設(shè)計方案處理濕陷性：擠密樁樁長12 m；樁徑：500 mm；正方形布樁，樁間距1.15 m；要求樁體消石灰與土的體積比為2∶8，施工工藝采用振動沉管成孔。

水泥粉煤灰碎石樁設(shè)計方案如下：根據(jù)地質(zhì)報告第⑤層粉質(zhì)粘土提供的土層端阻較大，有利于提高單樁承載力特征值，因此CFG樁設(shè)計方案如下：有效樁長17 m，樁徑為450 mm；正方形布樁，樁間距1.15 m，樁體施工工藝采用長螺旋鉆孔，樁身為C20素混凝土，要求fc≥9.6 N/mm2。試樁時，設(shè)計人員設(shè)計時也可按規(guī)范JGJ 79—2012建筑地基處理技術(shù)規(guī)范第7.9.6-2計算出單樁豎向承載力特征值。參考第7.1.5-3及地質(zhì)報告中探孔的土層厚度計算每個探孔的單樁豎向承載力特征值，通過計算的復(fù)合地基承載力特征值需要達到450 kPa,各孔單樁豎向承載力特征值需要達到510 kPa。

檢測內(nèi)容及結(jié)果分析如下：1)灰土擠密樁樁間土試樣平均干密度、樁體平均干密度、灰土擠密樁樁體壓實系數(shù)均滿足規(guī)范要求。樁長范圍內(nèi)各土層的濕陷性系數(shù)δ<0.015，地基處理深度范圍內(nèi)濕陷性全部消除。灰土擠密樁復(fù)合地基的承載力特征值達到180 kPa。2)根據(jù)新規(guī)范的要求，單樁承載能力和復(fù)合地基承載力檢測均需要檢測，檢測數(shù)量達到1%，通過檢測單樁承載能力特征值、復(fù)合地基承載力均滿足原設(shè)計要求，該項目在設(shè)計之初也考慮采用鋼筋混凝土灌注樁作為基礎(chǔ)方案。但由于濕陷性土層較厚，負(fù)摩阻力過大，導(dǎo)致樁長過長，經(jīng)濟性低于長短樁復(fù)合地基，因此沒有采用。但如果濕陷性土層較薄時，通過綜合造價對比，該工程采用鋼筋混凝土灌注樁+基礎(chǔ)梁+防水板方案要優(yōu)于長短樁+筏板基礎(chǔ)。建設(shè)方通過對該高層住宅7年的使用情況的記錄和各沉降觀測點沉降量統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)到目前為止使用情況良好，其中最大沉降量為22 mm，沉降很小，達到了設(shè)計的各項要求。

3 結(jié)語

以上所舉并未囊括所有對濕陷性黃土的處理方法，只是針對性的對個別工程實例與原理進行闡述。設(shè)計人員在處理過程中無論采用哪種處理方案，均需要根據(jù)建筑方案、地勘報告，場地周邊情況等綜合因素來考慮，并對初步地基處理方案的可靠性和經(jīng)濟性比較，來決定使用何種處理方案。在實踐中不斷積累工程實地經(jīng)驗，掌握規(guī)范并靈活應(yīng)用，才能保證可靠性的同時適應(yīng)現(xiàn)在市場的需要。

[1] GB 50025—2004，濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范[S].

[2] JGJ 79—2012，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].

[3] GB 50783—2012，復(fù)合地基技術(shù)規(guī)范[S].

Discussion on the foundation treatment of multi high-rise buildings in collapsible loess area

Zhang Zhixin

(ShanxiArchitecturalDesignInstitute,Taiyuan030013,China)

Combining with the engineering examples, this paper analyzed the foundation treatment technology of dynamic compaction method and plain soil squeezed dense pile method in collapsible loess ground, and discussed the contents and methods of foundation detection, in order to ensure the quality of foundation treatment, so as to ensure the security and stability of building.

multi high-rise buildings, collapsible loess, foundation treatment, detection

2015-06-02

張志新(1980- )，男，工程師

1009-6825(2015)23-0054-02

TU475.3

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