一種復(fù)合地基在濕陷性黃土地區(qū)的應(yīng)用研究

摘要：濕陷性黃土地區(qū)由于土體結(jié)構(gòu)的特殊性，在較重荷載的作用下，如不進(jìn)行地基處理往往會(huì)有較大的附加沉降，嚴(yán)重影響主體結(jié)構(gòu)安全。根據(jù)濕陷性黃土的特點(diǎn)，以洛陽(yáng)市洛龍區(qū)東西霍屯棚戶區(qū)工程改造項(xiàng)目為載體，對(duì)項(xiàng)目淺基坑高層住宅區(qū)域采用復(fù)合地基以滿足地基承載力的處理方案進(jìn)行分析論證，得出采用復(fù)合地基能夠有效地滿足上部結(jié)構(gòu)對(duì)地基承載力的要求且施工方便切實(shí)可行。

關(guān)鍵詞：濕陷性黃土地區(qū);高層住宅;地基處理

中圖分類號(hào)：TU470 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號(hào)：1003-5168（2022）1-0121-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2022.01.027

Application of a Composite Foundation in Collapsible Loess Area

CHENG Yuanbo

（China Construction Seventh Engineering Bureau Co， Ltd， Zhengzhou 450000，China）

Abstract： Due to the particularity of soil structure in collapsibility loess area， under the action of heavy load， if foundation treatment is not carried out， there will often be large additional settlement， which seriously affects the safety of main structure. In this study， based on the characteristics of collapsible loess， in luoyang los area dragons to HuoTun shantytowns engineering projects as the carrier， for shallow foundation pit project of high-level residential area using composite foundation in order to satisfy the bearing capacity of foundation treatment schemes are analyzed， it is concluded that using the composite foundation can effectively meet the requirements of the upper structure， the bearing capacity of foundation and construction convenient and feasible.

Keywords： collapsible loess region; high-rise housing; foundation treatment

0 引言

濕陷性黃土由于其土體結(jié)構(gòu)的特殊性，在正常狀態(tài)下其土體強(qiáng)度較高，而遇水后其土體強(qiáng)度會(huì)大幅降低且土體會(huì)自陷，特別是在施加荷載后如不對(duì)土體采取處理，其還會(huì)產(chǎn)生附加沉降。在濕陷性黃土地區(qū)對(duì)地基土進(jìn)行處理是確保高層建筑結(jié)構(gòu)安全的前提條件。本研究結(jié)合洛陽(yáng)市洛龍區(qū)東西霍屯棚戶區(qū)工程改造項(xiàng)目，對(duì)淺基坑區(qū)域高層住宅的地基處理方案進(jìn)行分析論證，提出切實(shí)可行的地基處理方案，有效地解決了濕陷性黃土地基沉降的問(wèn)題。

1 工程概況和工程地質(zhì)條件

洛龍區(qū)東西霍屯棚戶區(qū)工程改造項(xiàng)目，共有12棟高層住宅樓及其商業(yè)裙房、幼兒園、社區(qū)服務(wù)中心及大型地下車庫(kù)等，規(guī)劃建設(shè)用地面積為78 755.15 m2，總建筑面積約為327 426.00 m2，其中地下一層區(qū)域?yàn)闇\基坑區(qū)域共包含7棟高層住宅樓，分別編號(hào)為1#～3#、8#～11#。

根據(jù)項(xiàng)目前期所做的地質(zhì)勘查報(bào)告，場(chǎng)內(nèi)表層主要為雜填土;雜填土之下主要由第四系全新統(tǒng)沖洪積作用形成的黃土狀粉質(zhì)黏土、粉土夾粉砂、細(xì)砂、卵石及卵石層內(nèi)的圓礫、礫砂、中砂等多種亞層組成;第四系地層之下為上第三系粉質(zhì)黏土。

地層分布自上而下依次為：①雜填土層：結(jié)構(gòu)松散～疏松，厚度為0.50～12.40 m;②黃土狀粉質(zhì)黏土層：具有許多針狀小孔隙及個(gè)別大孔隙，硬塑～堅(jiān)硬為主，局部可塑，干強(qiáng)度高，韌性高，具有濕陷性，濕陷程度屬于輕微，厚度為0.50～5.20 m;③黃土狀粉質(zhì)黏土層：具有大量針狀小孔隙及少量大孔隙，硬塑～堅(jiān)硬為主，局部可塑，干強(qiáng)度中等，韌性中，具有濕陷性，濕陷程度屬于輕微～中等，厚度為1.30～4.70 m;④粉土夾粉砂層：干強(qiáng)度低，韌性低，厚度為0.40～3.30 m;⑤卵石層：卵石巖性成分以石英砂巖、石英巖及火成巖為主，粒徑一般在2～10 cm，級(jí)配不良，卵石間主要由圓礫、中細(xì)砂及黏性土充填，厚度為1.90～8.40 m;⑥粉質(zhì)黏土層：硬塑～堅(jiān)硬，干強(qiáng)度高，韌性高，厚度為10.10～16.60 m;⑦粉質(zhì)黏土層：硬塑～堅(jiān)硬，干強(qiáng)度高，韌性高，揭露最大厚度19.3 m;各土層承載力特征值及壓縮系數(shù)如表1所示。

2 夯實(shí)水泥土+CFG復(fù)合地基設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目淺基坑區(qū)域共計(jì)有7棟高層，分別編號(hào)為1#～3#、8#～11#樓，場(chǎng)地屬非自重濕陷性黃土場(chǎng)地，地基濕陷等級(jí)為Ⅰ級(jí)（輕微），依據(jù)場(chǎng)地工程地質(zhì)條件和周邊工程經(jīng)驗(yàn)可采用夯實(shí)水泥土樁+CFG樁雙樁型復(fù)合地基對(duì)地基進(jìn)行加固處理。具體實(shí)施時(shí)，可先采用夯實(shí)水泥土樁對(duì)地基進(jìn)行加固處理，既能提高地基承載力，又能消除地基土的濕陷性;然后再在夯實(shí)水泥土樁復(fù)合地基上用CFG樁進(jìn)行二次復(fù)合。用前述方法對(duì)地基進(jìn)行加固處理后，1#～3#、8#～11#樓再在雙復(fù)合地基上設(shè)置筏板基礎(chǔ)。

2.1 夯實(shí)水泥土樁與CFG樁施工工藝

對(duì)于具有濕陷性的粉質(zhì)黏土，為了消除其濕陷性，保證擠密效果以及樁徑，采用孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法施工工藝，夯錘為該工法專用錘，錘重不小于1 500 kg，夯實(shí)水泥土樁樁孔采用長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)成孔，孔內(nèi)用水泥土填料分層夯填，孔底在填料前必須夯實(shí)，重錘在填料過(guò)程中擠密樁間土。夯實(shí)水泥土樁的設(shè)計(jì)、施工及質(zhì)量檢驗(yàn)應(yīng)嚴(yán)格按照《孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法技術(shù)規(guī)程》（CECS 197—2006）[1]進(jìn)行，同時(shí)必須符合并滿足《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ 79—2012）[2]以及《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》（GB 50025—2004）[3]，按照有關(guān)規(guī)范及規(guī)程中的規(guī)定進(jìn)行，并應(yīng)對(duì)樁間土的擠密效果進(jìn)行檢驗(yàn)。

CFG樁的施工，由于場(chǎng)地地下水水位埋深較淺，持力層為第⑤層卵石或第⑥層粉質(zhì)黏土，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件及施工經(jīng)驗(yàn)采用動(dòng)力較強(qiáng)勁的長(zhǎng)螺旋鉆孔，且施工前應(yīng)進(jìn)行試樁。

2.2 夯實(shí)水泥土+CFG復(fù)合地基的設(shè)計(jì)

夯實(shí)水泥土樁樁長(zhǎng)應(yīng)穿過(guò)具濕陷性的全部第③層土，同時(shí)盡量穿過(guò)其下承載力較低的第④層，以第④層層底部段或第⑤層頂部作為樁端持力層;CFG樁應(yīng)以承載力較高的第⑤層卵石層或第⑥層粉質(zhì)黏土層作為樁端持力層。

復(fù)合地基加固地基時(shí)，夯實(shí)水泥土樁引孔直徑為400 mm，通過(guò)分層夯填要求成樁平均直徑不應(yīng)小于550 mm，夯實(shí)水泥土樁可按正方形布置，樁間距取1.50 m;CFG樁布置在形成正方形的4根水泥土樁的形心處，相鄰的CFG樁自身也形成正方形，CFG樁樁徑取500 mm，其樁間距亦為1.50 m，由此可計(jì)算出CFG樁置換率m1=0.087。夯實(shí)水泥土樁置換率m2=0.105 5，兩種樁型交叉呈梅花狀布設(shè)，兩種樁緊鄰的樁心點(diǎn)互相組合形成等邊三角形，兩種樁的相對(duì)位置見(jiàn)圖1。

2.3 夯實(shí)水泥土+CFG復(fù)合地基承載力計(jì)算

主樓基礎(chǔ)擬采用筏板基礎(chǔ)，通過(guò)軟件計(jì)算模型的計(jì)算結(jié)果，處理后要求的復(fù)合地基承載力特征值見(jiàn)表2，根據(jù)土工試驗(yàn)測(cè)得不同持力層CFG樁地基土側(cè)阻力及樁端阻力特征值建議值見(jiàn)表3。

復(fù)合地基大面積施工前，應(yīng)進(jìn)行試樁，準(zhǔn)確地確定雙樁型復(fù)合地基的承載力以及單樁設(shè)計(jì)與施工參數(shù)。初步設(shè)計(jì)時(shí)可以按式（1）進(jìn)行估算。

夯實(shí)水泥土樁及CFG樁Ra按式（2）計(jì)算單樁豎向承載力特征值。

式中各符號(hào)的意義詳見(jiàn)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50007—2011）中第8.5.6條，其中[ap]取1.0并滿足式（3）。

按上述布樁方案，計(jì)算各建筑物的復(fù)合地基承載力特征值估算結(jié)果見(jiàn)表4。

根據(jù)表4估算結(jié)果，處理后的雙樁型復(fù)合地基承載力特征值能達(dá)到高層住宅樓主體設(shè)計(jì)所要求的465 kPa、520 kPa。

3 復(fù)合地基沉降計(jì)算

多樁型復(fù)合地基的變形計(jì)算可按《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》中第5.3.5條進(jìn)行，復(fù)合地基分層與天然地基分層相同，各復(fù)合土層的壓縮模量等于該層天然地基壓縮模量的ξ（ξ=fspk/fak）倍。經(jīng)地基處理后各土層復(fù)合模量建議值如表5和表6所示。

地基土變形估算公式為式（4）。

式中各符號(hào)的意義詳見(jiàn)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》[4]中第5.3.5條。采用夯實(shí)水泥土樁與CFG樁雙樁按交叉呈梅花狀布設(shè)，樁型比例為1∶1，以第⑤層卵石或第⑥層粉質(zhì)黏土作為樁端持力層時(shí)，按式（4）計(jì)算各高層住宅樓處寬度方向地質(zhì)條件差別較大兩孔處組合型樁復(fù)合地基沉降量以及沉降差、傾斜值分別如表7所示。

由表7可以看出，當(dāng)1#～3#、8#～11#樓采用雙樁型復(fù)合地基時(shí)，復(fù)合地基均勻性較好，樓房寬度方向兩鉆孔處的沉降差較小，其沉降量與傾斜值均符合規(guī)范要求。

4 復(fù)合地基可行性分析及其對(duì)環(huán)境的影響

當(dāng)選用夯實(shí)水泥土樁+CFG樁復(fù)合樁處理地基時(shí)，夯實(shí)水泥土樁處理深度較淺，樁長(zhǎng)深度范圍內(nèi)均為黃土狀土與粉土，成孔較容易，用孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法施工工藝很容易處理該類型地基，CFG樁以第⑤層卵石或第⑥層粉質(zhì)黏土作為樁端持力層時(shí)，場(chǎng)地內(nèi)上部樁周地基土層主要為黃土狀土與粉土，成孔較容易，但第⑤層卵石層中夾有漂石顆粒，進(jìn)入第⑤層卵石，或穿過(guò)第⑤層卵石、進(jìn)入第⑥層粉質(zhì)黏土的施工難度較大，因此需要采用動(dòng)力強(qiáng)勁的長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)成孔，確保進(jìn)入設(shè)計(jì)要求深度。

使用孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法工藝處理黃土場(chǎng)地，經(jīng)驗(yàn)成熟，且該工藝在孔內(nèi)強(qiáng)夯，噪聲小;CFG樁無(wú)泥漿排放，噪聲也很小，兩種樁施工均較為環(huán)保，對(duì)環(huán)境影響較小，成孔成樁完全切實(shí)可行。

5 結(jié)語(yǔ)

在濕陷性黃土地層通過(guò)采用復(fù)合地基的處理方法，能夠有效滿足上部結(jié)構(gòu)對(duì)地基承載力的要求，同時(shí)避免了由于不均勻沉降所引起的結(jié)構(gòu)安全問(wèn)題，施工方便，可行性較強(qiáng)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 中國(guó)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì).孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法技術(shù)規(guī)程：CECS 197—2006[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2006.

[2]住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.建筑地基處理技術(shù)規(guī)范：JGJ 79—2012[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2012.

[3] 建設(shè)部，國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范：GB 50025—2004 [S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2004.

[4] 住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范：GB 5007—2011[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2012.

收稿日期：2021-10-28

作者簡(jiǎn)介：程淵博（1992—），男，本科，助理工程師，研究方向：施工技術(shù)管理。

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