楊凌地區(qū)不同階地地基處理方案研究

郭江濤

摘要：楊凌地區(qū)自南向北為渭河河漫灘、渭河Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級階地，建筑場地從一般地基到Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級自重或非自重濕陷性地基。結(jié)合擬建工程，對四個典型地貌單元的地質(zhì)條件和工程性質(zhì)進(jìn)行勘察與試驗，分析了四個典型地貌單元的地基處理方案，得出了有益的結(jié)論，可為同區(qū)域工程建設(shè)提供借鑒。

Abstract： From South to North， Yangling area is a terrace of Wei River floodplain， Wei River I， II and III. The construction site is from General Foundation to I， II and III Self-weight or non-self-weight collapsible foundation. Combined with the proposed project， the geological conditions and engineering properties of four typical geomorphologic units are investigated and tested， and the foundation treatment schemes of four typical geomorphologic units are analyzed， and some useful conclusions are drawn， it can be used for reference in the construction of regional projects.

關(guān)鍵詞：地質(zhì)條件;地基;階地;方案

Key words： geological conditions;foundation;terrace;scheme

中圖分類號：TU472? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）14-0224-03

0? 引言

當(dāng)前，在土木工程建設(shè)中，土木工程師遇到越來越多的地基處理問題，現(xiàn)代土木工程建設(shè)對地基提出了更高的要求。地基問題處理的恰當(dāng)與否，關(guān)系到整個工程質(zhì)量、投資與進(jìn)度，其重要性已越來越多的被人們所認(rèn)知。楊凌地區(qū)自南向北為渭河河漫灘、渭河Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級階地，建筑場地從一般地基到Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級自重或非自重濕陷性地基。濕陷性黃土是大孔隙、非飽和的欠壓密土，在我國西北地區(qū)廣泛分布[1，2，3]。隨著楊凌地區(qū)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，工程建設(shè)項目增多以及建筑物高度的增長，采用的地基處理方案也多種多樣，如何針對不同地質(zhì)條件采用合理可行的地基處理方法，做到建筑與地基、安全與經(jīng)濟(jì)的和諧，值得探究。

1? 楊凌地區(qū)典型地貌單元的地質(zhì)條件與工程性質(zhì)

楊凌地區(qū)位于陜西關(guān)中平原中部，東西長約16公里，南北寬約7公里，北靠黃土臺塬區(qū)，南瀕渭河，位于鄂爾多斯地臺南端，地貌以渭河沖積平原為主，海拔高度在431～563m之間，東南低而西北高，以落差形成三個階地和渭河灘地的地貌單元。其中渭河灘地分布在本區(qū)南部，海拔431.0～439.0m，地勢平坦，其面積約占全區(qū)面積的2.5%;渭河Ⅰ級階地（三道塬）分布在本區(qū)中南部，海拔431.0～445.0m，坡降1.12%，其面積約占全區(qū)面積的13.8%;渭河Ⅱ級階地（二道塬）分布在本區(qū)中部，海拔452.0～472.0m，其面積約占全區(qū)總面積的18.5%;渭河Ⅲ級階地（頭道塬）分布在本區(qū)北部，海拔511.0～559.0m，相對高差48m，坡降1%，其面積約占全區(qū)總面積的59%。

楊凌地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造上屬于鄂爾多斯地臺南端，地貌類別為渭河沖谷平原和河流階地，地層表面為Q3～Q4黃土狀亞粘土，具Ⅱ級濕陷性，地基承載力大于1.5kg/cm3，地震烈度為7度。區(qū)內(nèi)水資源較為豐富。渭河為示范區(qū)南界，東界為漆水河，北界為韋水環(huán)繞。渭河為區(qū)內(nèi)最大河流，多年平均流量136.5m3/s，年徑流量43.06億m3，50年一遇洪水流量為7100m3/s，百年一遇洪水為8200m3/s，另有，關(guān)中灌區(qū)主干渠（高干渠和渭惠渠）橫貫區(qū)內(nèi)西東。此外，示范區(qū)內(nèi)地下水豐富，富存于砂、砂礫石和黃土狀結(jié)構(gòu)之中，埋深在2～65m，地下水埋深主要在10m以內(nèi)。

在四個典型地貌單元里選取四個擬建工程實例，通過勘察、試驗、查閱文獻(xiàn)等得到了四個典型地貌單元的地質(zhì)條件與土的力學(xué)性質(zhì)。

1.1 渭河灘地地質(zhì)條件與工程性質(zhì)

該區(qū)域擬建建筑基礎(chǔ)埋深-1.5m，平均基底壓力標(biāo)準(zhǔn)組合值200kPa，地形平坦，地下水屬潛水類型。勘探期間屬平水期，穩(wěn)定水位埋深為4.50～4.60m，無不良地質(zhì)作用，適宜建筑。

根據(jù)勘探、野外鑒別、原位測試結(jié)果和室內(nèi)土工實驗，并結(jié)合同類場地工程經(jīng)驗綜合分析，地層自上而下由素填土、第四紀(jì)全新世沖積粗礫砂及卵石等構(gòu)成，分層描述如表1。

1.2 渭河左岸I級階地地質(zhì)條件與工程性質(zhì)

該區(qū)域擬建建筑為框架剪力墻結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)埋深-7.10m，基底壓力330kPa。場地地下水屬潛水類型，地下水位埋深在23.15～23.60m范圍內(nèi)。場地及附近無滑坡、崩塌、泥石流、地裂縫等不良地質(zhì)作用。

根據(jù)勘探、野外鑒別、原位測試結(jié)果和室內(nèi)土工實驗，并結(jié)合同類場地工程經(jīng)驗綜合分析，地層主要為第四系上更新統(tǒng)黃土、古土壤、細(xì)中砂、卵石等，細(xì)分為7層，分層描述如表2。

1.3 渭河左岸Ⅱ級階地地質(zhì)條件與工程性質(zhì)

該區(qū)域擬建建筑為框架剪力墻結(jié)構(gòu)，下沉程度敏感，預(yù)計基礎(chǔ)埋深分別為-2.6m、-5.9m。場地地下水屬潛水類型，埋深為17.20～18.00m。

根據(jù)勘探、野外鑒別、原位測試結(jié)果和室內(nèi)土工實驗，并結(jié)合同類場地工程經(jīng)驗綜合分析，地層由耕土或人工填土、第四紀(jì)全新世沖、洪積黃土狀土，第四紀(jì)晚更新世風(fēng)積黃土、殘積古土壤、沖積粉質(zhì)粘土、砂類土和碎石土組成。地層結(jié)構(gòu)簡單，分布規(guī)律明顯，分層描述如表3。

1.4 渭河左岸Ⅲ級階地地質(zhì)條件與工程性質(zhì)

擬建建筑為磚混結(jié)構(gòu)，條形基礎(chǔ)，對差異沉降敏感，基礎(chǔ)埋深-2.1m，基底荷載標(biāo)準(zhǔn)值180kPa?？碧缴疃龋?5.0m）范圍內(nèi)未見地下水。

根據(jù)勘探、野外鑒別、原位測試結(jié)果和室內(nèi)土工實驗，并結(jié)合同類場地工程經(jīng)驗綜合分析，地層由人工填土，第四紀(jì)全新世沖、洪積黃土狀土、第四紀(jì)晚、中更新世風(fēng)積黃土和殘積古土壤組成。地層分布規(guī)律明顯，分層描述如表4。

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2? 楊凌地區(qū)典型地貌單元地基處理方案分析

目前常見的地基處理方法有換填墊層法、預(yù)壓法、強(qiáng)夯法和強(qiáng)夯置換法、振沖法、砂石樁法、水泥粉煤灰碎石樁法、夯實水泥土樁法、水泥土攪拌法、高壓噴射注漿法、石灰樁法、灰土擠密樁法和土擠密樁法等，根據(jù)建筑物不同、地質(zhì)條件不同，采用的方法亦有不同[4]。

2.1 渭河河漫灘地基處理方案分析

經(jīng)調(diào)查，渭河河漫灘地主要建筑物以低層工業(yè)廠房為主，擬建建筑物基礎(chǔ)埋深均按1.50m，相應(yīng)基礎(chǔ)底面標(biāo)高按98.00m考慮時，直接持力層為②-粗礫砂，承載力為200kPa。擬建物荷載不大，P=180～200kPa，因此若選用適宜的基礎(chǔ)形式和尺寸，天然地基土的強(qiáng)度和變形均可滿足要求，天然地基方案可行。根據(jù)擬建場地巖土工程特性，為改善地基基礎(chǔ)解除關(guān)系和地基均勻性，基坑開挖至基礎(chǔ)底面標(biāo)高時，可先預(yù)留0.30～0.50m厚土層待基礎(chǔ)施工時再用人工進(jìn)行清除，或在基礎(chǔ)下設(shè)置厚度不小于0.5m的砂石墊層。墊層的壓實系數(shù)λ不應(yīng)小于0.94。墊層設(shè)計、施工、檢測及選材應(yīng)符合規(guī)范JGJ79-2002的有關(guān)規(guī)定。

2.2 渭河左岸I級階地地基處理方案分析

經(jīng)調(diào)查，渭河左岸I級階地多以民用建筑為主，框架剪力墻結(jié)構(gòu)居多?；A(chǔ)底地層為填土、濕陷性黃土，不經(jīng)處理不能作為地基使用，因此天然地基方案不成立。如擬建建筑物基礎(chǔ)埋深-7.10m，基底壓力330kPa，既能消除地基土濕陷性又能大幅度提高地基承載力，滿足基底壓力的要求，一般的地基處理方法很難達(dá)到?？梢圆捎盟赝翑D密樁先消除黃土的濕陷性，再采用水泥粉煤灰碎土樁（CFG樁）復(fù)合地基方案，可以⑥-中砂做為樁端持力層。建議在設(shè)計參數(shù)確定以后進(jìn)行復(fù)合地基變形驗算。根據(jù)地區(qū)同類場地，同類建筑的沉降觀測數(shù)據(jù)，當(dāng)采用CFG樁時，擬建場地的最終沉降量一般不大于60mm，當(dāng)采用鉆孔灌注樁時，沉降量一般不大于40mm。

2.3 渭河左岸Ⅱ級階地地基處理方案分析

根據(jù)該范圍擬建工程實例資料，建筑物如屬乙類建筑，擬建場地屬自重濕陷性黃土場地，地基的濕陷等級為Ⅱ（中等）級。應(yīng)消除地基的部分濕陷量，顯然天然地基方案不能成立。按規(guī)范GB50025-2001，對乙類建筑，在自重濕陷性黃土場地，消除地基部分濕陷量的最小處理厚度不應(yīng)小于濕陷性土層厚度的2/3，且下部為處理濕陷性黃土層的剩余濕陷量不應(yīng)大于150mm，或采用整片處理，其處理厚度不應(yīng)小于6.0m，且下部未處理濕陷性黃土層的剩余濕陷量不宜大于150mm，并應(yīng)才去結(jié)構(gòu)措施和檢漏防水措施。為此，建議采用下述地基處理方案。

方案1：孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法。

根據(jù)擬建場地巖土工程條件及擬建建筑物的結(jié)構(gòu)特點，結(jié)合同類場地工程經(jīng)驗，擬建建筑物可考慮采用孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法（DDC或SDDC工法）⑤-古土壤層中上部，相應(yīng)樁長約9.0～10.0m。孔內(nèi)宜分層夯實回填灰土或水泥土，樁體內(nèi)的平均壓實系數(shù)不應(yīng)小于0.97，樁間土的平均擠密系數(shù)不應(yīng)小于0.93，并在樁頂標(biāo)高以上設(shè)置30～50cm厚的灰土墊層，其壓實系數(shù)不應(yīng)小于0.95。

方案2：素土擠密樁法+CFG樁復(fù)合地基。

素土擠密樁法地基處理深度應(yīng)至⑤-古土壤層上部，以消除黃土地基濕陷性;CFG樁樁端宜至⑥-2-中粗砂、⑥-3-圓礫或⑥-卵石層上部。其中，復(fù)合地基設(shè)計施工需注意的問題：復(fù)合地基施工前應(yīng)進(jìn)行專門設(shè)計，并進(jìn)行小范圍的現(xiàn)場試驗，以確定其適宜性關(guān)設(shè)計參數(shù)。復(fù)合地基的承載力應(yīng)通過現(xiàn)場載荷實驗確定，施工完成后應(yīng)按有關(guān)規(guī)范的規(guī)定進(jìn)行人工地基檢測。只有當(dāng)處理后地基土的承載力和地基變形均滿足要求時，方可采用上述方案。另外，由于擠密樁法施工噪音和振動較大，選擇此方案時應(yīng)考慮對周邊環(huán)境的影響。由于上部填土層疏松，⑤-古土壤層相對隔水，使得上部局部土層和⑤-古土壤層上部土的含水量偏高，故選擇擠密樁法處理地基時，應(yīng)考慮施工過程中可能出現(xiàn)的局部縮孔現(xiàn)象。

2.4 渭北黃土臺塬地基處理方案分析

根據(jù)該范圍擬建工程實例資料，擬建建筑物如屬丙類建筑，擬建場地屬自重濕陷性黃土場地，地基的濕陷等級為Ⅱ（中等）級。按規(guī)范GB50025-2004，應(yīng)消除地基部分濕陷量，并應(yīng)采取結(jié)構(gòu)措施和檢漏防水措施，顯然天然地基方案不能成立。按規(guī)范GB50025-2004，當(dāng)?shù)鼗鶟裣莸燃墳棰颍ㄖ械龋┘墪r，在自重濕陷性黃土場地，地基處理厚度不應(yīng)小于2.5m，且下部未處理濕陷性黃土層的剩余濕陷量不應(yīng)大于200mm，并應(yīng)采取結(jié)構(gòu)措施和檢漏防水措施。根據(jù)勘察結(jié)果，場地濕陷性黃土分布厚度大，濕陷性相對較強(qiáng)，若采用換填墊層法處理地基，其換填厚度將大于4.0m，很不經(jīng)濟(jì)。根據(jù)工程施工經(jīng)驗，擬建建筑物宜優(yōu)先采用灰土擠密樁整片處理地基，也可采用孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法（DDC或SDDC工法）整片處理地基，處理深度宜穿透④-黃土層至⑤-古土壤層上部，相應(yīng)樁長不應(yīng)小于6.0m?？變?nèi)宜分層夯填灰土，樁體內(nèi)的平均壓實系數(shù)不宜小于0.97，樁頂標(biāo)高以上應(yīng)設(shè)置50cm厚的灰土墊層。除此以外，尚應(yīng)按規(guī)范GB50025-2004采取結(jié)構(gòu)措施和檢漏防水措施。場地分布的大范圍填土層在全面施工前應(yīng)予以換填處理后方可進(jìn)行灰土擠密樁法或孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法處理地基。由于上部填土層疏松，⑤-古土壤層相對隔水，使得上部局部土體含水量偏高，故采用擠密法處理地基時，應(yīng)采取措施，防止出現(xiàn)局部縮孔現(xiàn)象。值得注意的是，復(fù)合地基施工前應(yīng)進(jìn)行專門設(shè)計，并進(jìn)行小范圍的現(xiàn)場試驗，以確定其適用性和調(diào)整有關(guān)設(shè)計參數(shù)。復(fù)合地基的承載力應(yīng)通過現(xiàn)場載荷試驗確定。施工完成后應(yīng)按有關(guān)規(guī)定進(jìn)行人工地基檢測。另外，擬建場地應(yīng)充分考慮灰土擠密樁及SDDC工法地基處理施工噪音對周邊環(huán)境的影響。

3? 小結(jié)

結(jié)合實際工程，通過分析楊凌地區(qū)4個典型地貌單元地質(zhì)條件和工程性質(zhì)可知：

①若擬建建筑物地處渭河河漫灘，其地層構(gòu)成主要為雜填土、粗礫砂、卵石等。雜填土層層底埋深較淺，對于一般建筑物其基礎(chǔ)埋深深度大于雜填土層層底深度。粗礫砂層、卵石層的地基承載力較高，能夠滿足建筑對地基承載力的要求，對于地基承載力要求相對較低的建筑物，可以采用天然地基方案。或為改善地基基礎(chǔ)解除關(guān)系和地基均勻性，采用換填砂石（或碎石）墊層法處理地基。

②若擬建建筑物地處渭河Ⅰ級階地，其地層構(gòu)成主要為雜填土、黃土、粉砂、中砂、卵石等，由于黃土的濕陷性且承載力較低，天然地基方案不能成立。既要消除黃土的濕陷性又要大幅度提高地基承載力，可以采用素土擠密樁先消除黃土的濕陷性，再采用水泥粉煤灰碎石樁（CFG樁）復(fù)合地基方案，可以以中砂層作為樁端持力層。

③若擬建建筑物地處渭河Ⅱ級階地，其地層結(jié)構(gòu)大體相似，主要有雜填土、黃土、古土壤、圓礫等構(gòu)成。場地一般為自重濕陷黃土場地，濕陷等級為Ⅱ級，因此其天然地基方案不能成立。對于一般建筑，若所建造地區(qū)黃土層層底深度較小，則可采用換填墊層法，即開挖至黃土層層底，然后用三七灰土回填至設(shè)計標(biāo)高。若所建造地區(qū)黃土層層底深度較大，宜采用素土擠密樁法+CFG樁或孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法（DDC或SDDC工法）復(fù)合地基處理方案。

④若擬建建筑物地處Ⅲ級階地，土層結(jié)構(gòu)主要由黃土層和古土壤層構(gòu)成，所選的調(diào)查地點為自重濕陷性場地，地基的濕陷等級為Ⅱ（中等）級，天然地基方案不能成立。且濕陷性黃土分布厚度大，若采用換填墊層法處理地基，很不經(jīng)濟(jì)。宜采用孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法（DDC或SDDC工法）或灰土擠密樁法復(fù)合地基處理方案。

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