深厚軟土區(qū)基礎(chǔ)選型及不平衡荷載對基礎(chǔ)的影響

韓如泉

摘要：江岸漫灘地區(qū)賦存較厚軟弱土層，在同時存在不平衡堆土的情況下，確定合理安全的基礎(chǔ)方案至關(guān)重要。本文通過采用管樁和粉噴樁相結(jié)合的方法，有效控制了建筑物的豎向沉降和水平位移，并通過有限元程序結(jié)合實測數(shù)據(jù)計算了不平衡堆土對建筑物的影響。

關(guān)鍵詞：江岸漫灘;軟弱土層;不平衡堆土;豎向沉降;水平位移

1 工程概況

項目位于揚州市瓜洲鎮(zhèn)揚瓜路的西側(cè)、翠屏路的南側(cè)，其地質(zhì)條件屬長江北岸漫灘相平原地貌，典型地質(zhì)剖面如下：

由上圖可以看出，除地面以下約1.0m厚的粘土外，其下約30m范圍內(nèi)均為淤泥質(zhì)土，處于軟塑～流塑狀態(tài)，呈現(xiàn)出高壓縮性、低強度的特點，承載力低，壓縮模量低。

該項目采用框架結(jié)構(gòu)，地上3層，局部地下1層，局部地下室系主體結(jié)構(gòu)施工完成后在自然地面上堆土形成?，F(xiàn)有平整后的場地標高為4.20m，與局部地下室室內(nèi)平，堆土后的一層室外地面標高為7.20m，堆土高3.0m。堆土分三種工況。工況一，在建筑四周堆土，形成閉合的地下室;工況二，在建筑相鄰兩側(cè)堆土，另外兩側(cè)室外標高即為場地標高，形成兩側(cè)開放的不閉合地下室，如圖2.1所示;工況三，在建筑三側(cè)堆土，形成只有一側(cè)開放的不閉合地下室，如圖2.2所示。工況二、工況三因為不平衡堆土，均會形成對上部結(jié)構(gòu)和基底土層的不平衡荷載。

2 基礎(chǔ)方案的選擇

依據(jù)地質(zhì)條件，結(jié)合本工程特點，在基礎(chǔ)設計前進行了預應力混凝土管樁和粉噴樁復合地基的試樁和檢測工作。管樁樁型為PHC-500 A 100，進入6號土層6m，檢測所得豎向承載力極限值為3500kN;粉噴樁復合地基的承載力約為90kPa，但沉降量較大，最大值為81.53mm，且未達到完全穩(wěn)定，故復合地基方案不可行。

江蘇省工程建設標準DGJ32/TJ 109-2010《預應力混凝土管樁基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)程》第3.3.1條闡明了管樁的使用范圍，其第2款第5條明確“軟土地基的樁基周邊地面承受大面積的較大堆載或承受局部較大荷載的樁基工程”不宜采用管樁。這類情況下不宜采用管樁的主要原因是軟土場地在較大堆載時會產(chǎn)生較大的豎向壓縮變形，對基樁形成向下的負摩阻力，同時引起樁間土的水平位移，對基樁產(chǎn)生較大的水平力，加之本工程部分樓棟的周邊堆土情況不一致，導致基樁承受的水平力加大，可能因管樁抗水平力較差導致管樁傾斜，甚至折斷。

針對上述情況，為消除堆土產(chǎn)生的對基樁的水平推力，在單體周邊布置一定長度粉噴樁作為格柵;確定粉噴樁長度時，將3.0m堆土折算成54kPa的荷載，計算出其下土體的滑動面，粉噴樁的長度以切斷滑動面、阻止滑動面的開展為宜，約為6.0m。為保證在樁基施工過程中和主體施工完成后堆土時，基樁不產(chǎn)生側(cè)移，在建筑范圍內(nèi)布置3.0m長粉噴樁加固樁頂土層，以形成樁頂硬殼層。

圖中表示管樁，進入6號土層1.2m，在確定基樁豎向極限承載力時考慮樁側(cè)負摩阻力的影響，按《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》第5.4.3條之規(guī)定，中性點以上側(cè)阻力為零，且考慮負摩阻力引起的下拉荷載;表示3.0m長粉噴樁，樁徑0.5m，用以形成樁頂硬殼層;表示6.0m長粉噴樁，樁徑0.5m，用以形成阻止滑動面開展的格柵，格柵單元具體布置型式見圖3.2;圖中所有粉噴樁施工均在管樁施工后進行。

3 周邊堆土對已建建筑影響

為較為直觀反映周邊堆土對已建建筑的影響，采用PLAXIS 2D 2012有限元計算分析軟件對該工程不平衡堆土進行模擬。選擇最不利條件-工況二進行分析，分別分析了1m/層和1.5m/層這兩種堆載方式下地基的變形和應力變化情況，分析結(jié)果如下：

（1）1m/層堆土情況下地基的變形分析（堆載時間間隔為10天）

圖4.1周邊堆載按照1m/層時，堆載第一層土PHC樁身所產(chǎn)生的最大水平位移為6.7mm（考慮到三維效應對位移進行了折減），3.0m堆載最終產(chǎn)生的最大水平位移為20mm。

（2）1.5m/層堆載情況下地基的變形分析（堆載時間間隔為10天）

圖4.2周邊堆載按照1.5m/層時，第一層堆土PHC樁身所產(chǎn)生的最大水平位移為11.5mm，3.0m堆載最終產(chǎn)生的最大水平位移為23mm。

比較圖4.1和圖4.2可以看出，1m/層堆載時PHC樁產(chǎn)生的最大水平位移要小于1.5m/層堆載時的情況。

（3）1m/層堆載情況下地基的應力變化（堆載時間間隔為10天）

（4）1.5m/層堆載情況下地基的應力變化（堆載時間間隔為10天）

比較圖5.1和圖5.2可以看出，對于1m/層堆載時，樁周土體剪應力的分布明顯小于1.5m/層堆載（圖5.2中的黃色區(qū)域比圖5.1要多，表明應力要大）。但是兩者的最大剪應力相差不大，樁周土體的最大剪應力為50KPa，位于樁端部分，這是由于應力集中產(chǎn)生的。

項目進行過程中，建設方委托江蘇省工程勘測研究院有限責任公司對豎向沉降和水平位移進行了監(jiān)測。檢測分5次進行，首次為地下室施工結(jié)束，二次為主體施工至二層樓面，三次為主體結(jié)構(gòu)封頂，四次為填充墻體砌筑結(jié)束，土建施工完成后4個月進行了最后一次測量。不同工況下的最終豎向沉降和水平位移值統(tǒng)計見表1。

實測豎向沉降最大值為3.21mm，且三種工況較為接近，說明管樁對控制建筑物沉降起到了顯著作用;水平位移值最大為8.79mm，小于數(shù)值模擬計算所得的23mm，說明管樁周圍布置的粉噴樁形成的硬殼層對管樁的頂端水平位移起到了較為理想的約束作用。比較三個工況，最大水平位移出現(xiàn)在相鄰兩側(cè)堆土的工況二，顯示該工況下不平衡堆土對建筑物影響大于三側(cè)堆土的工況三，而周邊平衡堆土的工況一產(chǎn)生的水平位移僅為2.22mm。

4 結(jié)論與展望

（1）比較1m/層和1.5m/層兩種堆土工況，前者產(chǎn)生的水平位移小于后者，說明在堆土過程中應盡量減小每層堆土的厚度。

（2）比較三種堆土形式產(chǎn)生的水平位移值，建筑物因相鄰兩側(cè)堆土而產(chǎn)生的水平位移大于三側(cè)堆土的情況，而四周平衡堆土對建筑物影響很小。

（3）實測所得建筑物最終豎向沉降很小，水平位移滿足要求，說明在賦存較厚軟弱土層的江岸漫灘地區(qū)，針對建筑物周邊存在不平衡堆土的情況，采用管樁結(jié)合粉噴樁的基礎(chǔ)方案較為可行。

（4）因粉噴樁施工周期較長，對周邊土壤污染較大，可否將硬化管樁樁頂土層的處理方案調(diào)整為諸如真空預壓的形式，結(jié)合場地后期需大面積堆土，可采用真空預壓聯(lián)合堆載的方案。

參考文獻：

[1]GB 50007-2011.建筑地基基礎(chǔ)設計規(guī)范.中國建筑工業(yè)出版社，2011.

[2]JGJ 94-2008.建筑樁基技術(shù)規(guī)范.中國建筑工業(yè)出版社，2008.

[3]DGJ 32/TJ 109-2010.預應力混凝土管樁基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)程.江蘇科學技術(shù)出版社，2010.