鹽漬土地區(qū)換填聯(lián)合碎石樁法復(fù)合地基的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

張寧

0 引言

鹽漬土是一種易溶鹽含量大于0.3%且＜20%的土質(zhì)，因其具有溶陷性、鹽脹性和腐蝕性，在工程上具有嚴(yán)重的危害。其對(duì)基礎(chǔ)的危害可進(jìn)一步擴(kuò)展為以下三個(gè)方面：（1）對(duì)基礎(chǔ)的溶陷沉降影響；（2）對(duì)基礎(chǔ)承載力降低影響；（3）對(duì)基礎(chǔ)鋼筋的腐蝕性影響。換填聯(lián)合碎石樁法可描述為：首先采用級(jí)配碎石擠壓入土孔內(nèi)起到置換和擠密的碎石樁法，之后選用材質(zhì)較好的換填材料分層夯實(shí)至基礎(chǔ)底，二者的結(jié)合使鹽漬土具有較高強(qiáng)度和整體性地基的辦法。本文結(jié)合甘肅某地區(qū)受洪積形成鹽漬土軟土地基的廠房工程實(shí)例，對(duì)本工程鹽漬土地基采用換填聯(lián)合碎石樁法進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)驗(yàn)證了本地基處理方法的可行性，對(duì)同類(lèi)工程和地基的處理具有一定指導(dǎo)意義。

1 工程地質(zhì)概況

根據(jù)巖土勘察報(bào)告，工程位于沖擊平坦區(qū)域，地下水埋深較深，場(chǎng)地自上而下分布有圓礫、角礫和圓礫土層；場(chǎng)地內(nèi)水位埋深15～20m，受暴雨季節(jié)由山間溝谷洪流攜帶含鹽物質(zhì)的影響，主要沉積在山前沖洪積扇的砂礫石層土體中，在降水和洪水的滲透淋濾作用和強(qiáng)烈的蒸發(fā)作用下，鹽分以層狀積聚于細(xì)顆粒夾層層面上，溶鹽成分主要為亞硫酸鹽和亞氯鹽，其地表 0～5.7m 范圍內(nèi)含大量易溶鹽晶體。易溶鹽成分主要為硫酸鹽和氯鹽，受易溶鹽土層吸水膨脹、失水溶陷作用，0～2.0m 的鹽漬土具有強(qiáng)溶陷性和強(qiáng)鹽脹性，2.0～5.7m 為弱溶陷性鹽漬土。

（1）一層為稍密圓礫土：稍密，稍濕，一般粒徑2～20mm，約占50%，大于20mm 約占15%，最大粒徑30～50mm，礫石成分主要為灰?guī)r、砂巖，砂土充填，厚度約0.68m～1.5m，高壓縮性土，承載力特征值為100kpa，以氯鹽、亞硫酸鹽型鹽漬土為主，易溶鹽總量8.14～9.21%，鹽漬土具有超強(qiáng)溶陷性和強(qiáng)鹽脹性。

（2）二層為角礫土：稍密～中密，稍濕，一般粒徑2～20mm，約占55%，大于20mm 約占15%，最大粒徑30mm，礫石成分為灰?guī)r、砂巖，厚度約4.10m～4.50m，中壓縮性土，承載力特征值為140kpa，為弱鹽脹性鹽漬土，以氯鹽、亞氯鹽、亞硫酸鹽型鹽漬土為主，易溶鹽總量1.32～1.86%，鹽漬土為中溶陷性。

（3）三層為密實(shí)圓礫土：密實(shí)，稍濕，一般粒徑2～20mm，約占55%，大于20mm 約占20%，最大粒徑30～150mm，礫石成分為灰?guī)r、砂巖，含量約20%，厚度約6.50m～40.6m，低壓縮性土，承載力特征值為280kpa。

2 建筑結(jié)構(gòu)工程概況

某單層廠房工程，位于甘肅地區(qū)，建筑面積982.80m，上部結(jié)構(gòu)形式為門(mén)式鋼架（帶2 臺(tái)20t 吊車(chē)），基礎(chǔ)形式為設(shè)置連續(xù)梁的獨(dú)立基礎(chǔ)，橫向柱間距為8.0m，縱向跨度為21.0m，檐口高度18.0m，要求基礎(chǔ)地基承載力特征值≥200kpa，地基沉降≤30mm，相鄰柱基的沉降差＜0.002L。

3 地基加固設(shè)計(jì)方案

結(jié)合場(chǎng)地鹽漬土層的分布和特性，本工程采用換填聯(lián)合碎石樁置換的地基處理方式處理鹽漬土，即：先挖除地表下1.5m以上范圍內(nèi)的強(qiáng)鹽漬土消除淺層土的溶陷性和鹽脹性，之后施工錘擊沉管碎石樁和碎石褥墊層，在之后換填3:7 灰土墊層，使土體自下而上擠密形成整體復(fù)合地基。充分利用了換填聯(lián)合碎石樁法的擠密、置換和加筋的作用，使樁與樁間土之間變形協(xié)調(diào)，能夠整體受力。

4 換填聯(lián)合碎石樁法加固鹽漬土地基的設(shè)計(jì)與施工

4.1 換填聯(lián)合碎石樁法材料的基本要求

碎石樁的材料選用含泥量≤5%的合理級(jí)配碎石或卵石，粒徑選擇20～50mm；換填3:7 灰土墊層選用粒徑≤5mm 的新鮮的消石灰，土料選擇粒徑≤15mm 的粉質(zhì)黏土。

4.2 碎石樁的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

4.2.1 碎石樁的樁徑、樁長(zhǎng)

本工程基礎(chǔ)形式為柱下獨(dú)基，由于一層為超鹽漬土，不應(yīng)作為持力層，二層鹽漬土溶陷沉降量大也不宜作為工程持力層，所以樁端選擇進(jìn)入持力層較好的三層密實(shí)圓礫土層，確保地基承載力和沉降變形，樁徑采用500mm，樁長(zhǎng)為8m。

4.2.2 碎石樁地基處理的范圍

結(jié)合場(chǎng)地鹽漬土層的地質(zhì)條件和工程的重要性，根據(jù)《鹽漬土地區(qū)建筑技術(shù)規(guī)范》外擴(kuò)基礎(chǔ)外邊緣1～3 倍，為確保本工程地基的承載力和沉降，地基處理范圍取3倍樁徑，即1.2m。

4.2.3 碎石樁的置換率和樁間距

由于鹽漬土地基的復(fù)雜性，以現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)確定地基承載力設(shè)計(jì)和施工相關(guān)參數(shù)較為合理，初步設(shè)計(jì)時(shí)樁間距和置換率可按《建筑地基處理規(guī)范》式（1）、（2）和式（3）、（4）計(jì)算。

考慮錘擊振動(dòng)密實(shí)作用ξ=1.1，D取0.85，處理前e0=0.91，②層土最大、最小孔隙比為1.0 和0.6，擠密后的孔隙比為0.6，考慮砂土處于松散～稍密的狀態(tài)取1.3 倍天然地基承載力特征值，復(fù)核地基樁土應(yīng)力比n 取1.5，正方形布樁s1=s2=1.2m，帶入求得，置換率m=0.2，f=200kpa，碎石樁做法如圖1 所示。

圖1 碎石樁做法

4.2.4 褥墊層的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

褥墊層的厚度宜為200～400mm，厚度越大應(yīng)力擴(kuò)散越明顯。本工程選用300mm 厚碎石褥墊層，最大粒徑小于30mm，其夯填度控制標(biāo)準(zhǔn)為小于0.9。

4.2.5 質(zhì)量檢驗(yàn)和試驗(yàn)

碎石樁采用重型動(dòng)力觸探檢驗(yàn)和靜力觸探分別檢驗(yàn)樁體及樁間土質(zhì)量，采用復(fù)核地基平板載荷實(shí)驗(yàn)測(cè)定地基承載力極限值。

4.2.6 施工機(jī)械

碎石樁的成樁工法可選擇錘擊沉管、振動(dòng)沉管、沖孔成孔或振沖等方法，考慮場(chǎng)地洪積導(dǎo)致土層內(nèi)較多大直徑礫石的影響，碎石樁選擇易施工且10m深度范圍內(nèi)擠密效果好的錘擊工法。

4.3 換填灰土墊層法設(shè)計(jì)要點(diǎn)

4.3.1 墊層的厚度

換填墊層的厚度一般宜為0.5～3.0m，考慮上部超鹽漬土換除深度、下臥層

復(fù)合地基承載力和經(jīng)濟(jì)性要求，換填3∶7 灰土厚度取0.5m。

4.3.2 墊層寬度

依據(jù)《建筑地基處理規(guī)范》墊層底面寬度應(yīng)滿(mǎn)足基礎(chǔ)底面應(yīng)力擴(kuò)散要求，頂面每邊超出基礎(chǔ)底邊緣不應(yīng)＜300mm，分別按式（5）、式（6）的公式計(jì)算，式中b 為基礎(chǔ)寬度，灰土θ=28°，β 根據(jù)邊坡穩(wěn)定坡度確定為60°，代入式5 和式6，換填做法如圖2 所示。

圖2 換填灰土墊層法

4.3.3 壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)

換填3∶7 灰土作為地基的壓實(shí)系數(shù)λc 取0.95，壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)取壓實(shí)系數(shù)對(duì)應(yīng)土的最大干密度確定，要求換填地基承載力≥200kpa。

4.3.4 隔斷措施

為避免地下水位上升、蒸發(fā)或毛細(xì)作用使鹽分向上運(yùn)動(dòng)影響地基的承載力和沉降，通常在基礎(chǔ)和換填灰土中間設(shè)置兩層土工布和復(fù)合薄膜隔斷措施。

4.3.5 質(zhì)量檢驗(yàn)

換填灰土墊層施工質(zhì)量檢驗(yàn)選擇標(biāo)準(zhǔn)貫入度實(shí)驗(yàn)，每300mm 分層平面上的檢驗(yàn)點(diǎn)的間距不大于4m，且應(yīng)在每分層的壓實(shí)系數(shù)符合設(shè)計(jì)要求后鋪填上一層。

4.3.6 施工機(jī)械

灰土墊層的施工機(jī)械一般可選擇平碾、振動(dòng)碾或羊足碾，以及蛙式夯、柴油夯等。結(jié)合本項(xiàng)目處理范圍、深度和施工經(jīng)驗(yàn)選擇了平碾，實(shí)測(cè)壓實(shí)效果較好。

4.4 防、排水和地下結(jié)構(gòu)防腐措施

沿房屋場(chǎng)地周邊8m 范圍內(nèi)設(shè)置排水坡度≥4%的硬化路面，場(chǎng)外10m 范圍坡度≥1%，并設(shè)置環(huán)形截水盲溝，盲溝尺寸1.5×1.5m，埋深6.5m；地下柱及基礎(chǔ)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C45，鋼筋保護(hù)層厚度50mm，基礎(chǔ)及地下柱表面抹20mm 厚1:3水泥砂漿并外涂400μm 厚環(huán)氧瀝青防腐涂層。

4.5 施工及使用過(guò)程中的要點(diǎn)分析

（1）基坑及基礎(chǔ)應(yīng)盡量選擇在枯水期，并應(yīng)在基坑施工前完成截水溝和場(chǎng)地豎向設(shè)計(jì)等排水系統(tǒng)，基槽開(kāi)挖后應(yīng)及時(shí)驗(yàn)收基槽并進(jìn)行基槽回填土施工；防止周邊水系、雨水、生活用水和施工用水流入或滲入影響范圍內(nèi)地基。

（2）對(duì)可結(jié)合基坑及基礎(chǔ)施工的溝槽、管洞、集水井、檢漏井和防漏敷設(shè)施，應(yīng)與基礎(chǔ)同步完工，無(wú)法同步的應(yīng)采取分段快速作業(yè)法，并確保溝槽管洞接口嚴(yán)密、防水層不漏水，集水井和檢漏井混凝土澆搗密實(shí)、防水砂漿飽滿(mǎn)、預(yù)留洞口縫隙采用不透水材料塞實(shí)。

（3）施工過(guò)程中應(yīng)制定沉降監(jiān)測(cè)細(xì)則和應(yīng)急處理方案，細(xì)則中應(yīng)明確基礎(chǔ)沉降的監(jiān)測(cè)頻次，并對(duì)重點(diǎn)部位采取的隔、排水措施進(jìn)行定期進(jìn)行檢查修理，應(yīng)急處理方案應(yīng)包含對(duì)突發(fā)性浸、漏水等重大風(fēng)險(xiǎn)源應(yīng)對(duì)措施。

5 地基加固設(shè)計(jì)效果分析

5.1 地基承載力

依據(jù)《建筑地基處理規(guī)范》規(guī)定，碎石樁的地基承載力應(yīng)采用單樁復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)量不少于總樁數(shù)的1%且單體建筑不少于3 點(diǎn)，本工程共設(shè)置5 個(gè)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)，承壓板采用方形，面積為一根樁承擔(dān)的處理面積，加載等級(jí)分10 級(jí)，最大加載壓力不小于承載力的特征值的2 倍，地基承載力特征值和對(duì)應(yīng)沉降結(jié)果如表1 所示；換填灰土的地基承載力采用平板靜載荷實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)數(shù)量不少于3 處，本工程共設(shè)置3 處，承壓板采用方形，面積為1.0m，加載等級(jí)分8 級(jí)，而最大加載壓力不小于承載力的特征值的2 倍，極限地基承載力和對(duì)應(yīng)特征承載力結(jié)果如表2 所示。

表1 地基承載力特征值和對(duì)應(yīng)沉降結(jié)果

表2 極限地基承載力和對(duì)應(yīng)特征承載力結(jié)果

由表1 可知，碎石樁復(fù)合地基的承載力特征值＞200kpa，滿(mǎn)足換填地基和下臥層地基承載力設(shè)計(jì)要求，但碎石樁復(fù)合地基因場(chǎng)地土分布不均勻，導(dǎo)致承載力微微不同；由表2 可知，換填灰土地基的承載力特征值大于200kpa，數(shù)值較高，這是因?yàn)閾Q填深度較小，平碾碾壓后的壓實(shí)系數(shù)較大。

5.2 沉降位移

地基沉降位移可分為三個(gè)部分，分別為換填灰土沉降+碎石樁復(fù)合地基沉降+樁端下密實(shí)圓礫土層沉降，本工程在工程竣工和使用一、二、三年后整理豎向變形結(jié)果如表3 所示。

表3 豎向變形結(jié)果

由表3 可知，初期竣工驗(yàn)收時(shí)已完成大半沉降固結(jié)，使用至二～三年后的下降沉降值變化趨勢(shì)較小，顯示固結(jié)沉降已接近完成，處理地基最大沉降值滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，相鄰柱基沉降差也滿(mǎn)足規(guī)范規(guī)定。

6 結(jié)語(yǔ)

具備溶陷、鹽脹和腐蝕性的鹽漬土地基設(shè)計(jì)應(yīng)引起特別重視，采用換填聯(lián)合碎石樁法兼具墊層的應(yīng)力擴(kuò)散作用和碎石樁的置換、擠密和加筋作用，對(duì)加強(qiáng)鹽漬土地基的強(qiáng)度和整體穩(wěn)定性效果較好，施工簡(jiǎn)便且經(jīng)濟(jì)效果也十分顯著；本文結(jié)合甘肅某地區(qū)受洪積形成的鹽漬土地基廠房工程實(shí)例，對(duì)換填聯(lián)合碎石樁地基進(jìn)行設(shè)計(jì)與應(yīng)用，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)監(jiān)測(cè)，驗(yàn)證了加固設(shè)計(jì)方法的可行性，對(duì)同類(lèi)鹽漬土地基廠房具有指導(dǎo)意義。