淺談特殊地質(zhì)條件下地基處理方案選擇

魏麗

摘 要：針對工業(yè)園區(qū)地質(zhì)條件特征，換填法和CFG樁法進行方案比較。換填墊層法處理后地基的各個參數(shù)不及CFG樁法的效果好，且工程造價相當。本著安全可靠、造價合理、資源節(jié)約的原則，推薦地基處理方案采用CFG樁法。

關(guān)鍵詞：填墊層法；CFG樁法；方案比較

中圖分類號：TU47 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）31-0081-02

1 工程地質(zhì)條件

1.1 地基巖土條件

場地地層主要由第四系山前沖、洪積物河相交錯沉積組成。廠址區(qū)各地段在勘探深度20m范圍內(nèi)的巖土地層分別由粉土、粉質(zhì)粘土、粉砂、細紗、中砂組成。通過土工試驗結(jié)果、土的沉積特點對土層進行合理的分層及并層，最終將20m深度土層劃分為五大層，第①層耕土、第②層粉土、第③層粉質(zhì)粘土、第④層中砂 （中密～密實）、第⑤層中砂（密實），其間仍夾有較多透鏡體及夾層。

現(xiàn)把主廠房地層分述如下：

第①層：耕土層厚0.5～0.6m，以粉質(zhì)粘土為主，夾有植物根，結(jié)構(gòu)性差。第②層：粉土灰黃色，稍密～中密，稍濕～飽和，層厚0.7～4.4m，夾粉質(zhì)粘土、該層分布較廣。第③層：粉質(zhì)粘土 灰黃色，軟可塑～硬塑，搖震反應(yīng)無，稍有光滑，干強度中等，韌性中等，含較多鈣質(zhì)結(jié)核，層厚0.9～14.5m。第④層：中砂灰色，飽和，中密～密實，礦物成分以石英、長石為主，厚度0.8～4.2m。第⑤層：中砂灰色，密實，飽和，礦物成分以石英、長石為主，夾粉土及細砂透鏡體及薄層。該層未揭穿，最大勘察厚度7.3m。

1.2場地地下水條件

本工程場地位于焉耆盆地，盆地內(nèi)賦存有豐富的潛水和承壓水，廠區(qū)內(nèi)地下水埋深在1.55～2.83m之間。綜合評價水對混凝土結(jié)構(gòu)具有中等腐蝕；對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具有弱腐蝕。

1.3 場地不良地質(zhì)現(xiàn)象

（1）場地土的濕陷性。工程場地地下水埋深在1.55～2.83m，根據(jù)本地區(qū)經(jīng)驗場地土層具有濕陷性，需考慮本場地土的濕陷性。

（2）場地土的液化。本場地地基土存在液化性，液化等級按輕微～中等考慮，隨地層變化而變化，無規(guī)律性，最大液化深度為13.15m。

2 地基處理方案

根據(jù)本次勘察結(jié)果，廠址區(qū)各地段在勘探深度20m范圍內(nèi)的巖土地層分別由粉土、粉質(zhì)粘土、粉砂、細砂、中砂組成。針對類似本工程的結(jié)構(gòu)類型、特點、荷載分布及對變形的要求，考慮場地的巖土工程條件、地下水條件、巖土參數(shù)的不確定性等因素，對本工程地基處理方案作如下分析。

2.1 CFG樁法地基處理方案論述

目前巖土工程界普遍采用的長螺旋CFG樁法是采用長螺旋打樁機成孔后灌注素混凝土成樁，它是一種半剛性樁，在荷載作用下樁體的壓縮性遠遠低于其樁周土，可全樁長發(fā)揮側(cè)阻，當樁端有良好的持力層時，樁體也會具有明顯的端承作用。

2.1.1 CFG樁法的優(yōu)點

（1）適應(yīng)范圍廣。以地基形式而言，CFG樁既可適用于條形基礎(chǔ)、獨立基礎(chǔ)，也可用于筏基和箱形基礎(chǔ)。就土性而言，CFG樁可用于處理粘性土、粉土、砂土和填土。既可用于擠密效果好的土，也可用于擠密效果差的土。且該法成孔采用螺旋鉆，可適用于任何土層。

（2）承載力提高幅度大，可調(diào)性強。CFG樁樁身強度高，可保證樁長較大時，全樁長發(fā)揮作用，充分利用土對樁的側(cè)阻力、端阻力，不會像柔性樁、低強度樁一樣受“有效樁長”的限制。CFG樁復(fù)合地基設(shè)計時，可以根據(jù)需要，靈活調(diào)整樁徑、樁距和樁長，其承載力調(diào)整的幅度非常大。根據(jù)已有工程實例，天然地基承載力的提高幅度可以達到50%～150%。

（3）沉降量和差異沉降控制效果較好。實際工程中，CFG樁的材料強度等級與普通灌注樁相近，在豎向受力時，其單樁承載力、沉降量與同等條件下的灌注樁相差無幾，因此其絕對沉降量在復(fù)合地基中是最小的幾種形式之一。此外由于有褥墊層的變形協(xié)調(diào)作用，基礎(chǔ)局部傾斜、相鄰柱基的沉降差也得以減小。

樁體混凝土強度等級可為C15～C30。地基處理后，復(fù)合地基承載力特征值fak可達250～400kPa。CFG樁復(fù)合地基法具有承載力提高幅度大、降低地基土壓縮性及地基變形等特點，該法在新疆地區(qū)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，施工質(zhì)量可靠、經(jīng)驗豐富、進度快，而且工程造價較低，施工現(xiàn)場安全、環(huán)保易控制，具有良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

2.1.2 墊層厚度及材料

墊層在CFG樁復(fù)合地基中起著“褥墊”及“找平”的作用，其厚度對復(fù)合地基工作狀態(tài)影響很大。因此，墊層設(shè)計應(yīng)根據(jù)土的承載力及樁的剛度等因素綜合考慮其厚度，一般取150～300mm。材料可采用密實級配良好的砂石料或碎石，粒徑10～20mm。褥墊層料中不應(yīng)含有耕（植）土、淤泥質(zhì)土和其他雜物。有機質(zhì)含量不應(yīng)大于4%，含鹽量不應(yīng)大于0.5%，不應(yīng)有濕陷、凍漲、鹽漬、溶陷等不良地質(zhì)現(xiàn)象。施工前應(yīng)對來料進行室內(nèi)土工試驗確定。

本工程CFG樁擬采用400mm樁徑，以下部中砂層作為樁尖持力層，樁端進入持力層有效深度為500mm，主廠房的區(qū)域有效樁長約為11m～12m；樁按正三角形布置s≤1.2m，樁土面積置換率m=10%，樁體混凝土強度等級C30，樁頂與基礎(chǔ)間設(shè)300mm厚砂石墊層，要求處理后的復(fù)合地基承載力特征值不小于317kPa，壓縮模量不小于26.41MPa。

CFG樁施工除需參照《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ94--2008）進行外，還應(yīng)注意以下幾點：

（1）由于電廠主要建筑物埋深較大，最好在原地表平場后再進行施工，然后再開挖基坑，盡量避免坑內(nèi)作業(yè)。這樣不僅施工方便，而且也可減少基底下土的隆起量，從而減少因打樁引起的孔壓消散后而產(chǎn)生的樁間土再固結(jié)量，以利樁間土承載能力的發(fā)揮。

（2）當按（1）法施工時，基底標高以上部分也應(yīng)灌料，可采用工業(yè)廢料（如礦渣等）加粉煤灰、水攪拌而成，以節(jié)約費用。灌注材料應(yīng)一次灌注，以使孔內(nèi)填料有足夠壓力抵抗土體水平壓力，防止縮頸，并可加強反插效果，增大充盈系數(shù)，改善處理效果。endprint

2.2 換填墊層地基處理方案論述

2.2.1 換填墊層材料的選擇

據(jù)現(xiàn)場踏勘，場地以北約27km左右范圍為南天山?jīng)_洪積傾斜平原，地層為角礫、碎石土，可作本次換填墊層法地基的土料，其質(zhì)量和儲量均可滿足需求。根據(jù)附近相關(guān)工程經(jīng)驗可知，砂卵礫石層最大干密度為2.35g/cm3，最優(yōu)含水量為6.05%。

2.2.2 換填墊層材料的技術(shù)要求

（1）選材及粒徑：級配砂礫石墊層應(yīng)采用質(zhì)地堅硬、抗風化和抗浸水軟化的砂石料，不得使用細砂和粉砂的組合。一般用作級配砂礫石墊層的最大粒徑不宜大于50mm。本工程最大粒徑不大于150mm，但100～150mm的粒徑顆粒不大于50%碾壓體積。

（2）砂卵石墊層級配：顆粒級配不均勻系數(shù)應(yīng)大于5，可采用粗粒組（d>2mm）與細粒組的比值確定，一般為75：25（百分數(shù)）。

（3）雜質(zhì)含量：碎石料中不應(yīng)含有耕（植）土、淤泥質(zhì)土和其他雜物。有機質(zhì)含量不應(yīng)大于4%，含鹽量不應(yīng)大于0.5%。

（4）級配砂礫石不應(yīng)有濕陷、凍漲、鹽漬、溶陷等不良地質(zhì)現(xiàn)象。

2.2.3 換填墊層設(shè)計及地基變形計算

用級配砂礫石回填，并作為基礎(chǔ)持力層。設(shè)計條件和荷載：回填級配砂礫石前地基承載力特征值fak=120kPa（不作深度和寬度修正），回填土重度γ=20kN/m3。換填厚度按8.5m考慮。

地基承載力特征值fspk≥350kPa。壓縮模量不小于25MPa。取單個較大填墊層法碾壓試驗。

3 地基處理方案經(jīng)濟論證

經(jīng)過地基處理方案的初步分析比選，本工程可以采用CFG樁法和換填墊層法，下面針對上述兩種地基處理方案進行經(jīng)濟比較?？紤]整主廠房建（構(gòu)）筑重要性，本工程處理范圍為主廠房。

墊層法及CFG樁法工程靜態(tài)投資比較如下：

兩種地基處理方案均不考慮編制年差價的工程靜態(tài)投資，換填墊層法地基處理靜態(tài)投資為16.15*100=1615萬元人民幣，CFG樁法復(fù)合地基處理工程靜態(tài)投資1.52*950=1460萬元人民幣。以上不含降水和工程開挖費用。換填地基處理，其降水深度要深，開挖土方量很大，棄土量也很大，綜合工程投資，換填地基處理費用要遠大于CFG樁復(fù)合地基處理法的工程總投資。

4 結(jié)束語

根據(jù)上述的經(jīng)濟比選結(jié)果看，兩種地基處理方案都不考慮編制年差價的工程靜態(tài)投資，換填墊層法地基處理靜態(tài)投資為1615萬元人民幣，CFG樁法地基處理工程靜態(tài)投資為1460萬元人民幣。從工程靜態(tài)投資角度，CFG樁法地基處理靜態(tài)投資較換填墊層法地基處理靜態(tài)投資略少155萬元。

工期比較：換填墊層法地基處理施工工期為113天，CFG樁法地基處理施工工期為109天。從施工工期上看，換填墊層法工期長了4天，同時其施工過程中會產(chǎn)生約13.25萬立方米的棄土及對地下水的破壞，不利于水土保持和環(huán)境保護，且施工過程中壓實系數(shù)的檢測、振動碾壓的遍數(shù)等人為因素會直接影響換填墊層處理的效果。

綜合考慮，CFG樁復(fù)合地基處理比換填地基處理法具有很大優(yōu)勢，因此本工程主要建筑物推薦采用CFG樁，而其他建筑物采用天然地基或淺層換填地基的處理方案。

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