山區(qū)深挖回填項目建筑基礎(chǔ)設(shè)計及優(yōu)化

黃濤

在山區(qū)中的建筑工程項目，場地開挖平整作業(yè)通常會采用半挖半填或是全部回填的方式。但是在山區(qū)地形中存在較大的高差，造成回填深度極大、回填周期加長，對于施工工期較短的工程更是無法等待回填地基固結(jié)再進(jìn)行施工，給工程施工帶來了巨大的困難。本文將結(jié)合實際工程案例，分析強夯與CFG樁的組合技術(shù)應(yīng)用在山區(qū)地基基礎(chǔ)處理的方案設(shè)計及優(yōu)化，以期為將來同類工程提供一定的參考價值。

一、工程簡介

本工程為湖北省某地綜合實驗大樓項目，項目總占地為1000m2，大樓為框架結(jié)構(gòu)，建筑面積為8300 m2；建筑高度為37m，分為地下一層，地上七層，其中地下室高度為3.3m，其底面高程為455m，室外地坪高程為456.5m；建筑物柱下最大荷載為1.07×104kN。工程主體建筑、地基為乙等建筑，場地為丙等級；巖土工程勘察等級為乙級。

1.工程地區(qū)地貌特征

工程所在地區(qū)為構(gòu)造、侵蝕低山丘陵地貌，該場地山區(qū)原始地貌高程為440.3～451.0m，為斜坡沖溝地形，沖溝呈現(xiàn)由西北至東南趨勢，工程項目與沖溝呈斜交狀態(tài)，沖溝底部高程為440.3m，最寬處為15m；該地西南、東北側(cè)為緩坡陡坡山谷山脊，坡度為15°～45°。工程區(qū)域進(jìn)行開挖平整施工后高程為456.8m，場地平坦，周邊40m無邊坡及自由面。

2.樁基設(shè)計

經(jīng)過工程勘探后顯示，工程區(qū)域的地質(zhì)可分為三類，即人工填筑層、強風(fēng)化及中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖層。樁基設(shè)計參數(shù)如表1所示。

表1 樁基設(shè)計參數(shù)表

二、地基基礎(chǔ)處理方案設(shè)計

1.施工方案設(shè)計

結(jié)合地質(zhì)勘探結(jié)果以及工程特點等因素進(jìn)行分析，初步?jīng)Q定工程樁基施工采取人工開挖結(jié)合機(jī)械鉆孔的形式。項目中大部分的樁基孔直徑大于15m，上覆土層為人工填充，土層較為松散，此情況無法進(jìn)行人工挖孔，因此改用機(jī)械鉆孔灌注樁。本次施工中開挖平整施工后場地較為平坦開闊，便于機(jī)械鉆孔灌注樁施工中相應(yīng)的機(jī)械設(shè)備進(jìn)場、通行；改用機(jī)械鉆孔灌注樁施工后將有效地節(jié)約人工成本、增加工程施工效率、減少施工工期。

根據(jù)上述分析，本工程中采用機(jī)械鉆孔灌注樁具有較好的施工基礎(chǔ)，并且施工區(qū)域的地質(zhì)便于成孔，成孔施工產(chǎn)生的污染較小，因此，本工程將采用機(jī)械鉆孔灌注樁。

2.單樁豎向承載力特征值計算

依據(jù)工程項目的施工要求及地基特點，單樁豎向承載力特征值Ra將依照《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》GB50007-2011中8.5.6條規(guī)定進(jìn)行計算：

式中，up—表示灌注樁周長（單位：m）；qsia—表示鉆孔樁極限側(cè)阻力特征（單位：kPa）；li—表示地層中第i層的厚度（單位：m）；qpa—表示鉆孔樁端阻力特征（單位：kPa）；AP—表示灌注樁的橫截面積（單位：m2）。

計算中嵌巖深度取值為樁徑的兩倍，Ra計算結(jié)果如表2所示。

表2 單樁豎向承載力特征值計算結(jié)果

結(jié)合施工技術(shù)以及施工能力，本工程決定采用直徑為1000mm、1200mm的鉆孔灌注樁。

3.各樁孔樁徑參數(shù)計算

根據(jù)勘察結(jié)果顯示，施工區(qū)域具有較大的回填負(fù)摩阻，將會對樁基施工產(chǎn)生一定的影響，根據(jù)計算，計負(fù)摩阻與不計負(fù)摩阻區(qū)域的樁基承載能力相差約為35%，而通過增加樁徑的方式提升樁基承載力方式，其效果并不理想、不具有性價比。

通過增加擴(kuò)地可以有效的提升樁基的承載能力，如，雖然提升擴(kuò)底20%將增加3.4%的工程量，不過，可以有效的提升40%的樁基承載能力。但是本工程中樁端的持力層屬于風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖層，若增加20%的樁體長度將嚴(yán)重提升施工的難度，不具有實用價值。

結(jié)合地質(zhì)勘察的結(jié)果，本次工程決定采用樁徑為1.0m的鉆孔灌注樁，經(jīng)計算Ra取值為2250kN，柱底最大值1670Kn。

三、地基處理方案及基礎(chǔ)設(shè)計方案

施工的首層為人工回填層；回填層以下為地區(qū)的原始地表：泥質(zhì)粉砂巖層（強風(fēng)化），層厚為3～6m；第三層為泥質(zhì)粉砂巖層（中風(fēng)化）。填埋所使用的為粉砂質(zhì)泥巖，遇水將會發(fā)生軟化、崩解，因此，改變回填層的力學(xué)性能、增加其密實度降低土質(zhì)的壓縮、變形模量成為本工程施工的主要問題。經(jīng)過多方的研究后，決定采用以下施工方案解決主要問題：

強夯處理。使用30Tx20m夯擊錘，其工作中沖擊波影響深度可達(dá)到5～10m，施工中采用滿夯夯擊三次，使地層的承載力達(dá)到150kPa。

CFG樁加固。地基經(jīng)過夯實后進(jìn)行CFG樁施工，使其形成復(fù)合地基。由于本工程為高層建筑，中部柱下的最大軸壓可以達(dá)到1.02×104kN，因此CFG樁應(yīng)采用C30#混凝土制成素混凝土樁以增加其強度，樁直徑為500mm，將樁端深入結(jié)構(gòu)的第三層以作為素混凝土樁的持力層。此外，為了在允許的情況下更好的降低工程的造價以及縮短施工工期，本工程中CFG樁施工不再采用滿布施工。

根據(jù)勘察結(jié)果顯示，經(jīng)過施工以后回填層的力學(xué)性能得到了極大的提升，其承載力得到顯著的提升可達(dá)到160kPa（設(shè)計要求為150kPa）。需要注意的是，地層經(jīng)過強夯處理改變力學(xué)性能后，原回填涂料的負(fù)摩阻力并不會在素混凝土樁施工存在，并且地層在短時間內(nèi)將不會形成穩(wěn)定狀態(tài)。因此，對于素混凝土樁的單樁承載力計算只需要考慮正摩阻力即可，本研究中取值為1～5kPa，經(jīng)過計算，最小單樁承載力Ra為531kN，最大承載力Ra為1013 kN，樁體承載能力Q表示為：

計算后載能力Q值為1964kN。

根據(jù)綜合分析后，本工程中承載力Ra值為300 kN、主體間距設(shè)置為1500mm。置換率m計算為：

計算后置換率m值為8.7%。

復(fù)合地基承載力fspk計算為：

工程中回填地層復(fù)合地基承載能特征fspk計算結(jié)果為256kPa，本研究中取值為255kPa。

四、基礎(chǔ)設(shè)計及應(yīng)用效果

根據(jù)前文的計算可知，fspk為255 kPa、柱體最大軸壓為1.02×104kN，因此，本工程的地基加固施工將采取柱下獨立基礎(chǔ)的方式施工，配筋結(jié)構(gòu)為φ10間隔1150雙層施工、樁端及基礎(chǔ)底端加褥墊層（級配砂石）。

本工程投入使用3年后對建筑進(jìn)行檢測顯示，沉降值為4.1～5.1mm，高低沉降差為1mm，符合建筑施工規(guī)范中的要求，并且建筑地基處理后各項數(shù)據(jù)的檢測結(jié)果顯示，本工程地基基礎(chǔ)設(shè)計符合標(biāo)準(zhǔn)。

五、結(jié)語

由于山區(qū)平地少，建筑工程施工基本均需要進(jìn)行地基基礎(chǔ)的開挖回填施工，根據(jù)工程所在地區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)以及工程情況選擇合適的基礎(chǔ)施工方式，可以有效地提升建筑的施工質(zhì)量。本研究中通過采取強夯與CFG樁組合的方式進(jìn)行地基基礎(chǔ)的處理，根據(jù)實施結(jié)果顯示，采用該方式不僅有效的減少了工程的投入，還大大的減少了施工周期，對以后相關(guān)工程施工具有重要的借鑒作用。