疏樁復(fù)合地基不均勻沉降原因分析及處理

郭紹強(qiáng) 余楷勤 周尚憲 顏雨 黃家誠

摘要：沿海深厚軟土地區(qū)常面臨地基不均勻沉降問題，當(dāng)天然地基承載力滿足承載要求或相差不大的情況下，綜合考慮工期等因素選用疏樁復(fù)合地基是比較合理的，一般選用4～6倍樁距（D=4d～6d）的疏樁布置，摩擦樁與樁間土共同承擔(dān)上部荷載構(gòu)成復(fù)合地基。工程實(shí)踐過程中受氣候、環(huán)境、施工工藝等多種因素影響，復(fù)合地基所設(shè)想的樁-土協(xié)同工作較難實(shí)現(xiàn)，剛性樁與樁間土的沉降差易出現(xiàn)不均勻沉降問題。本文通過對工程實(shí)例的分析，初步闡述了該工程復(fù)合地基出現(xiàn)不均勻沉降的原因及后續(xù)處理措施，不斷完善疏樁復(fù)合地基處理方法。

Abstract： Non-uniform settlement of the foundation is often faced in deep soft soil along the coast. When the natural foundation bearing capacity meets the bearing requirements or there is not much difference， it is reasonable to consider the construction period and other factors to select sparse pile composite foundation. Generally， 4～6 times the pile spacing? （D=4d～6d） is used for the sparse pile layout. The friction pile and the soil between the piles jointly bear the upper load to form a composite foundation. Affected by many factors such as climate， environment， and construction technology during engineering practice， the pile-soil cooperative work envisaged for composite foundations is difficult to achieve， and the settlement difference between rigid piles and soil between piles is prone to uneven settlement problems. Through analysis of engineering examples， this paper preliminarily elaborates the reasons for the uneven settlement of the composite foundation of the project and the follow-up treatment measures， and continuously improves the treatment method of sparse pile composite foundation.

關(guān)鍵詞：減沉疏樁復(fù)合地基;樁-土協(xié)同受力;不均勻沉降;加固處理

Key words： sparse pile composite foundation;pile-soil cooperative stress;uneven settlement;reinforcement treatment

中圖分類號：TU472.3? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）21-0098-04

0? 引言

珠江三角洲地區(qū)位于珠江出?？诘臎_積平原上，軟弱地基廣泛分布，在地基主要受力層范圍內(nèi)，軟弱土層分布自上而下主要為飽和軟土（淤泥或淤泥質(zhì)土）以及飽和砂土。本項(xiàng)目涉及的飽和軟土地基預(yù)處理技術(shù)正是針對這種特殊的軟弱地基而提出的。當(dāng)軟土層天然地基承載力基本滿足要求的情況下，為減少沉降選擇疏樁減沉復(fù)合地基方案進(jìn)行處理，本方案參照上海地標(biāo)《地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》DGJ08-11[1]及《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》JGJ94-2008[2]中相關(guān)復(fù)合地基設(shè)計(jì)的相關(guān)條文選擇6倍樁徑的疏樁基礎(chǔ)減沉方案（圖1），設(shè)想通過摩擦樁與樁間土協(xié)同工作共同承擔(dān)上部荷載，達(dá)到加固軟弱地基提高承載力并減少沉降的目的。復(fù)合地基在上部荷載作用下樁-土受力機(jī)理非常復(fù)雜，受外部環(huán)境、施工等因素影響較大，很難達(dá)成協(xié)同工作狀態(tài)，尤其施工過程中考慮工期采用高強(qiáng)度管樁（PHC）后，光滑的樁壁與含水率較大的軟土難于形成樁-土協(xié)同工作，樁側(cè)摩檫力很難保證有效傳遞荷載，管樁刺入土體后還導(dǎo)致土體固結(jié)加速，最終多種因素導(dǎo)致本項(xiàng)目局部區(qū)域地基出現(xiàn)不均勻沉降，本文針對項(xiàng)目處理失效的原因進(jìn)行了初步分析，并詳細(xì)記述了相關(guān)整改方案，希望通過本次實(shí)例不斷完善改進(jìn)地基處理方法，以便后續(xù)項(xiàng)目中優(yōu)化改進(jìn)，取得更好的處理效果。

1? 項(xiàng)目概況

本項(xiàng)目位于廣州市番禺區(qū)，靠近蓮花山水道，原地貌屬于沖積平原地貌（勘察鉆孔標(biāo)高6.36～6.98m），根據(jù)鉆孔揭露，該區(qū)地層按地質(zhì)成因依次分為：第四系填土層（Q4ml）、第四系沖積土層（Q4al）、第四系殘積土層（Q4el）和基巖（粉砂巖）風(fēng)化巖帶（K）。因擬建場地內(nèi)存在深厚流塑淤泥、淤泥質(zhì)軟土層（詳見圖2），含水量高，孔隙比大，軟土在受荷載后易發(fā)生壓縮變形導(dǎo)致出現(xiàn)不均勻沉降。根據(jù)業(yè)主提供的地質(zhì)勘察報(bào)告顯示填土下的軟弱土層主要是淤泥、淤泥質(zhì)土，灰黑色，飽和，流塑，粘性好，含少許薄層粉砂，稍具臭味。層面埋深3.40～7.10m，平均5.38m;層厚8.70～21.60m，平均厚度15.42m;主要物理指標(biāo)平均值為：ω=48.11%，e=1.432，IL=1.40，ES=2.91，aV=0.89，標(biāo)準(zhǔn)值C=6.6，Ф=4.2。標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)81次，其擊數(shù)一般N=1～3擊，平均1.3擊;修正后擊數(shù)N=0.7～2.2擊，平均值為N=1.0擊。建議地基承載力特征值fak=70kPa。淤泥層下依次為粉質(zhì)粘土、中砂、粗砂及粉砂巖等風(fēng)化巖層。其中砂土輕微液化是主要不良地質(zhì)作用，后續(xù)出現(xiàn)不均勻沉降也與砂土輕微液化有關(guān)。

根據(jù)業(yè)主方的要求和專業(yè)咨詢公司意見，為了滿足國際足聯(lián)相關(guān)認(rèn)證要求須對場地中四塊標(biāo)準(zhǔn)足球場區(qū)域進(jìn)行地基加固處理，我方綜合現(xiàn)場條件及工期等因素建議處理方案如下：

方案一 采用表層換填處理方式。施工前清理平整場地至廣州高程6.5m，選用3：7人工級配砂石分層回填（其級配砂礫要求顆粒尺寸在0.5～4cm之間），分層壓實(shí)厚度不大于300mm，用振動(dòng)壓路機(jī)或振動(dòng)碾反復(fù)碾壓密實(shí)，級配砂石換填至球場夯土面標(biāo)高。

方案二 挖除場地回填土層，整平場地后打入直徑400mm的PHC400AB95型高強(qiáng)度混凝土管樁，按樁間距2.4m×2.4m正方形布置，加固軟土地基形成樁-土復(fù)合地基，管樁頂面設(shè)1.4m×1.4m正方形樁帽，樁帽施工完成后鋪設(shè)50cm厚碎石墊層，中間鋪設(shè)兩層土工格柵并采用沖擊碾壓壓實(shí)形成褥墊層，樁基及樁帽布置詳見圖4。待碎石墊層施工完成后，方可進(jìn)行后續(xù)上部球場種植層施工，回填層要求采用分層碾壓，密實(shí)度滿足球場種植、坡度等要求。

2? 方案比選及經(jīng)濟(jì)性分析

國際標(biāo)準(zhǔn)足球場積規(guī)格為：長105m、寬68m，面積7140m2。標(biāo)準(zhǔn)場地處理范圍外擴(kuò)1m，面積共計(jì)約7490m2，四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)球場處理面積共計(jì)∑S=7490*4=29960m2。

方案一為表層換填處理方式。施工前平整場地至廣州高程6.5m，選用3：7人工級配砂石分層回填（其級配顆粒尺寸在0.5～4cm之間），分層壓實(shí)且每層厚度不大于300mm，用振動(dòng)壓路機(jī)或振動(dòng)碾反復(fù)碾壓密實(shí)，級配砂石換填至球場夯土面標(biāo)高。換填材料厚度約1070mm，換填方量=29960*1.07=32057.2m3

根據(jù)材料單價(jià)=215.53元/m3

共計(jì)=32057.2*215.53=6909288元

方案一預(yù)估工程造價(jià)約690萬。

本方案可以與場地平整同時(shí)進(jìn)行，可以大面積施工，施工單位要求較低，施工工期預(yù)估30天。

方案一經(jīng)濟(jì)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表見表1。

方案二選疏樁復(fù)合地基（PHC400AB管樁正方形布置），正方形布置，樁間距2.4m，樁頭設(shè)置1.4m*1.4m寬樁帽，預(yù)計(jì)樁長約22m，承臺(tái)間回填碎石分層壓實(shí)至設(shè)計(jì)標(biāo)高。四塊場地處理面積共計(jì)29960m2，經(jīng)測算疏樁復(fù)合地基單價(jià)約978元/m（該場地內(nèi)高強(qiáng)管樁樁長約22m，按當(dāng)時(shí)信息價(jià)單根造價(jià)4180元）。復(fù)合地基預(yù)估造價(jià)約2930萬。

上述軟土處理方案中，方案一施工方便，造價(jià)低，但其處理范圍有限，難以滿足標(biāo)準(zhǔn)球場驗(yàn)收要求。方案二造價(jià)高、工期長，但施工質(zhì)量可控，處理范圍較深，在大面積施工中，可通過增加設(shè)備數(shù)量來使剛性樁復(fù)合地基和方案一換填處理方案的工期相近。此外業(yè)主方要求該球場需3個(gè)月內(nèi)交付使用，還需考慮坪養(yǎng)護(hù)時(shí)間，因此我方考慮工期、造價(jià)因素，經(jīng)與業(yè)主、專業(yè)咨詢公司溝通決定采用方案二對該區(qū)域軟土進(jìn)行處理。

3? 復(fù)合地基不均勻沉降原因分析

2018年5月1號球場區(qū)域全部管樁施工完成，7月初完成了承臺(tái)間級配砂石回填并移交球場專業(yè)公司進(jìn)行球場基層施工。隨后1號球場區(qū)域東側(cè)地下車庫基坑開挖，基坑深度5.3m，止水帷幕未出現(xiàn)滲漏水，基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)均正常，平面位移累計(jì)3cm。球場完工后進(jìn)行了培植養(yǎng)護(hù)工作，10月中下旬現(xiàn)場巡查發(fā)現(xiàn)1號球場西側(cè)臨近地下室基坑的半幅球場局部出現(xiàn)不均勻沉降，主要為承臺(tái)間局部凹陷，樁間土體固結(jié)沉降后與承臺(tái)處最大高差約5cm。近一周內(nèi)分三次進(jìn)行了沉降觀測，數(shù)據(jù)表明1號球場未繼續(xù)發(fā)生沉降。

球場處理區(qū)域發(fā)生局部不均為沉降后，業(yè)主組織多位專家召開現(xiàn)場會(huì)議，分析疏樁復(fù)合地基出現(xiàn)不均勻沉降的原因，主要為以下幾個(gè)方面：

①勘察資料與現(xiàn)場情況有差異，報(bào)告中所述淤泥質(zhì)土受降水等因素影響含水率、飽和度均較大，加之本方案對孔隙水壓力和樁間土隆起等問題估計(jì)不足，樁基壓樁時(shí)擠壓土體導(dǎo)致弱透水性土層中出現(xiàn)超靜孔隙水壓力，樁基壓樁施工困難，管樁與樁間土未按照預(yù)想形成共同承擔(dān)荷載的復(fù)合地基。施工完成后隨著孔隙水壓力消散、土層再固結(jié)沉降產(chǎn)生負(fù)摩阻力及樁間土固結(jié)下沉[4]，局部承臺(tái)間土體出現(xiàn)較大不均勻沉降。

②高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力管樁原施工方式為錘擊跳打，后因周邊噪聲控制改用步履式靜壓樁機(jī)施工，其自重遠(yuǎn)大于錘擊打樁機(jī)，靜壓樁機(jī)未按規(guī)定路線退打避讓已施工區(qū)域，導(dǎo)致樁身上浮、移位和地面隆起，剛性樁對樁間土擠密效果有限，無法有效形成復(fù)合地基。因此，軟土區(qū)域樁基施工應(yīng)嚴(yán)格控制成樁速度，每天成樁根數(shù)、成樁速度（一般0.8～1.2m/min）[5]、復(fù)壓次數(shù)都應(yīng)明確規(guī)定，施工時(shí)按技術(shù)方案進(jìn)行跳打，合理安排工序和打樁線路，避免出現(xiàn)樁基偏位上浮及地面隆起等現(xiàn)象。

③場地內(nèi)存在大量原建筑基礎(chǔ)承臺(tái)，拆除承臺(tái)后僅用雜填土回填后即開始基礎(chǔ)施工未進(jìn)行加固或換填，基礎(chǔ)挖除過程中對原狀地面土體有擾動(dòng)，后續(xù)不均勻沉降的也主要在這片區(qū)域。廣州夏季降雨偏多，2018年6～7月間降雨尤其頻繁，場地內(nèi)多次浸水致土體下陷，雖后期碎石墊層碾壓加固了表層土體，但是深層擾動(dòng)欠固結(jié)土層壓縮沉降引起了表層不均勻沉降。深厚軟土地區(qū)開挖過程中擾動(dòng)后的土層，應(yīng)進(jìn)行加固換填處理，基坑回填也不應(yīng)使用原狀軟土，應(yīng)嚴(yán)格按照圖紙規(guī)范要求選用含水率較低的粘土回填，必要時(shí)可使用砂石回填擠密。

④褥墊層的影響。褥墊層厚度及褥墊層的材料都將影響復(fù)合地基的承載力和沉降特性。褥墊層太薄，樁與樁間土的差異沉降會(huì)比較大，不能很好的發(fā)揮樁周擠密土的承載力，褥墊層厚度太大，不僅不經(jīng)濟(jì)而且有時(shí)候還會(huì)起到反作用，褥墊層自身也會(huì)導(dǎo)致不均勻沉降。本項(xiàng)目中砂石級配墊層壓實(shí)擠密后承載力滿足設(shè)計(jì)要求，但因臺(tái)風(fēng)天氣強(qiáng)降雨較多，砂層逐步被沖涮流失，無法到達(dá)密實(shí)，導(dǎo)致出現(xiàn)不均為沉降。

4? 改進(jìn)措施

根據(jù)上述分析，疏樁復(fù)合地基失效的原因主要是剛性樁刺入破壞、樁間土鼓脹破壞和整體剪切破壞和滑動(dòng)破壞，施工過程中主要表現(xiàn)為靜壓樁送樁困難和樁間土受剛性樁擠壓后隆起。方案前期未考慮軟土土工參數(shù)特性和地下水位等因素，計(jì)算時(shí)僅計(jì)算了復(fù)合地基加固區(qū)壓縮量s1，忽略了隆起樁間土的沉降（砂石褥墊層的壓縮量很小，可以忽略不計(jì)）。因此，整改方案為原球場處理樁承臺(tái)面增設(shè)一層100mm厚現(xiàn)澆板，結(jié)構(gòu)板預(yù)留PVC泄水孔，板上鋪土工布防止砂石下漏，球場排水盲溝處結(jié)構(gòu)板下凹滿足排水要求。此方案既保證了工期又合理利用了原有樁承臺(tái)，隔離了樁間土區(qū)域，保證上部球場種植層不出現(xiàn)不均勻沉降。目前該項(xiàng)目已通過驗(yàn)收，未出現(xiàn)沉降問題。

5? 結(jié)論

疏樁減沉復(fù)合地基運(yùn)用到建筑地基是一種新型的軟土地基處理方式，其傳力模式介于淺基礎(chǔ)與樁基礎(chǔ)之間，一般選擇摩擦樁與土樁通過摩阻力形成協(xié)同受力。疏樁復(fù)合地基的破壞模式主要有：①剛性樁刺入破壞或因負(fù)摩阻力導(dǎo)致樁體下沉;②樁間土體隆起或固結(jié)下沉導(dǎo)致不均勻沉降;③剛性樁與土體共同破壞。

復(fù)合地基的破壞形式大多數(shù)情況下是樁體先破壞，引起復(fù)合地基全面失效，而本項(xiàng)目上部荷載不大，主要表現(xiàn)為樁間土隆起破壞，剛性樁并未出現(xiàn)明顯下沉。因此，疏樁復(fù)合基礎(chǔ)實(shí)際運(yùn)用當(dāng)中應(yīng)更加關(guān)注不同地區(qū)的氣候、水文條件和地層差異，重視勘察、物探資料的準(zhǔn)確性、時(shí)效性，方案計(jì)算時(shí)考慮樁間土體壓縮量和下臥層壓縮量的疊加，避免出現(xiàn)沉降值大于計(jì)算的情況。施工前做好技術(shù)交底，詳細(xì)宣貫設(shè)計(jì)意圖及技術(shù)要求，施工時(shí)嚴(yán)格執(zhí)行復(fù)合地基方案相關(guān)技術(shù)要求，合理安排工期及施工順序，不得隨意壓縮工期、縮減工序，現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)問題必須及時(shí)調(diào)整，重新復(fù)核方案可行性。軟土地基處理是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，牽涉因素繁多，需要工程人員不斷的嘗試積累經(jīng)驗(yàn)，完善優(yōu)化此項(xiàng)技術(shù)，使之能夠更加有效的運(yùn)用到工程實(shí)踐當(dāng)中。

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