淺談特殊地質條件下地基處理方案選擇

魏麗

摘 要：針對工業園區地質條件特征，換填法和CFG樁法進行方案比較。換填墊層法處理后地基的各個參數不及CFG樁法的效果好，且工程造價相當。本著安全可靠、造價合理、資源節約的原則，推薦地基處理方案采用CFG樁法。

關鍵詞：填墊層法；CFG樁法；方案比較

中圖分類號：TU47 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）31-0081-02

1 工程地質條件

1.1 地基巖土條件

場地地層主要由第四系山前沖、洪積物河相交錯沉積組成。廠址區各地段在勘探深度20m范圍內的巖土地層分別由粉土、粉質粘土、粉砂、細紗、中砂組成。通過土工試驗結果、土的沉積特點對土層進行合理的分層及并層，最終將20m深度土層劃分為五大層，第①層耕土、第②層粉土、第③層粉質粘土、第④層中砂 （中密～密實）、第⑤層中砂（密實），其間仍夾有較多透鏡體及夾層。

現把主廠房地層分述如下：

第①層：耕土層厚0.5～0.6m，以粉質粘土為主，夾有植物根，結構性差。第②層：粉土灰黃色，稍密～中密，稍濕～飽和，層厚0.7～4.4m，夾粉質粘土、該層分布較廣。第③層：粉質粘土 灰黃色，軟可塑～硬塑，搖震反應無，稍有光滑，干強度中等，韌性中等，含較多鈣質結核，層厚0.9～14.5m。第④層：中砂灰色，飽和，中密～密實，礦物成分以石英、長石為主，厚度0.8～4.2m。第⑤層：中砂灰色，密實，飽和，礦物成分以石英、長石為主，夾粉土及細砂透鏡體及薄層。該層未揭穿，最大勘察厚度7.3m。

1.2場地地下水條件

本工程場地位于焉耆盆地，盆地內賦存有豐富的潛水和承壓水，廠區內地下水埋深在1.55～2.83m之間。綜合評價水對混凝土結構具有中等腐蝕；對鋼筋混凝土結構中的鋼筋具有弱腐蝕。

1.3 場地不良地質現象

（1）場地土的濕陷性。工程場地地下水埋深在1.55～2.83m，根據本地區經驗場地土層具有濕陷性，需考慮本場地土的濕陷性。

（2）場地土的液化。本場地地基土存在液化性，液化等級按輕微～中等考慮，隨地層變化而變化，無規律性，最大液化深度為13.15m。

2 地基處理方案

根據本次勘察結果，廠址區各地段在勘探深度20m范圍內的巖土地層分別由粉土、粉質粘土、粉砂、細砂、中砂組成。針對類似本工程的結構類型、特點、荷載分布及對變形的要求，考慮場地的巖土工程條件、地下水條件、巖土參數的不確定性等因素，對本工程地基處理方案作如下分析。

2.1 CFG樁法地基處理方案論述

目前巖土工程界普遍采用的長螺旋CFG樁法是采用長螺旋打樁機成孔后灌注素混凝土成樁，它是一種半剛性樁，在荷載作用下樁體的壓縮性遠遠低于其樁周土，可全樁長發揮側阻，當樁端有良好的持力層時，樁體也會具有明顯的端承作用。

2.1.1 CFG樁法的優點

（1）適應范圍廣。以地基形式而言，CFG樁既可適用于條形基礎、獨立基礎，也可用于筏基和箱形基礎。就土性而言，CFG樁可用于處理粘性土、粉土、砂土和填土。既可用于擠密效果好的土，也可用于擠密效果差的土。且該法成孔采用螺旋鉆，可適用于任何土層。

（2）承載力提高幅度大，可調性強。CFG樁樁身強度高，可保證樁長較大時，全樁長發揮作用，充分利用土對樁的側阻力、端阻力，不會像柔性樁、低強度樁一樣受“有效樁長”的限制。CFG樁復合地基設計時，可以根據需要，靈活調整樁徑、樁距和樁長，其承載力調整的幅度非常大。根據已有工程實例，天然地基承載力的提高幅度可以達到50%～150%。

（3）沉降量和差異沉降控制效果較好。實際工程中，CFG樁的材料強度等級與普通灌注樁相近，在豎向受力時，其單樁承載力、沉降量與同等條件下的灌注樁相差無幾，因此其絕對沉降量在復合地基中是最小的幾種形式之一。此外由于有褥墊層的變形協調作用，基礎局部傾斜、相鄰柱基的沉降差也得以減小。

樁體混凝土強度等級可為C15～C30。地基處理后，復合地基承載力特征值fak可達250～400kPa。CFG樁復合地基法具有承載力提高幅度大、降低地基土壓縮性及地基變形等特點，該法在新疆地區已經得到了廣泛的應用，施工質量可靠、經驗豐富、進度快，而且工程造價較低，施工現場安全、環保易控制，具有良好的經濟效益和社會效益。

2.1.2 墊層厚度及材料

墊層在CFG樁復合地基中起著“褥墊”及“找平”的作用，其厚度對復合地基工作狀態影響很大。因此，墊層設計應根據土的承載力及樁的剛度等因素綜合考慮其厚度，一般取150～300mm。材料可采用密實級配良好的砂石料或碎石，粒徑10～20mm。褥墊層料中不應含有耕（植）土、淤泥質土和其他雜物。有機質含量不應大于4%，含鹽量不應大于0.5%，不應有濕陷、凍漲、鹽漬、溶陷等不良地質現象。施工前應對來料進行室內土工試驗確定。

本工程CFG樁擬采用400mm樁徑，以下部中砂層作為樁尖持力層，樁端進入持力層有效深度為500mm，主廠房的區域有效樁長約為11m～12m；樁按正三角形布置s≤1.2m，樁土面積置換率m=10%，樁體混凝土強度等級C30，樁頂與基礎間設300mm厚砂石墊層，要求處理后的復合地基承載力特征值不小于317kPa，壓縮模量不小于26.41MPa。

CFG樁施工除需參照《建筑樁基技術規范》（JGJ94--2008）進行外，還應注意以下幾點：

（1）由于電廠主要建筑物埋深較大，最好在原地表平場后再進行施工，然后再開挖基坑，盡量避免坑內作業。這樣不僅施工方便，而且也可減少基底下土的隆起量，從而減少因打樁引起的孔壓消散后而產生的樁間土再固結量，以利樁間土承載能力的發揮。

（2）當按（1）法施工時，基底標高以上部分也應灌料，可采用工業廢料（如礦渣等）加粉煤灰、水攪拌而成，以節約費用。灌注材料應一次灌注，以使孔內填料有足夠壓力抵抗土體水平壓力，防止縮頸，并可加強反插效果，增大充盈系數，改善處理效果。endprint

2.2 換填墊層地基處理方案論述

2.2.1 換填墊層材料的選擇

據現場踏勘，場地以北約27km左右范圍為南天山沖洪積傾斜平原，地層為角礫、碎石土，可作本次換填墊層法地基的土料，其質量和儲量均可滿足需求。根據附近相關工程經驗可知，砂卵礫石層最大干密度為2.35g/cm3，最優含水量為6.05%。

2.2.2 換填墊層材料的技術要求

（1）選材及粒徑：級配砂礫石墊層應采用質地堅硬、抗風化和抗浸水軟化的砂石料，不得使用細砂和粉砂的組合。一般用作級配砂礫石墊層的最大粒徑不宜大于50mm。本工程最大粒徑不大于150mm，但100～150mm的粒徑顆粒不大于50%碾壓體積。

（2）砂卵石墊層級配：顆粒級配不均勻系數應大于5，可采用粗粒組（d>2mm）與細粒組的比值確定，一般為75：25（百分數）。

（3）雜質含量：碎石料中不應含有耕（植）土、淤泥質土和其他雜物。有機質含量不應大于4%，含鹽量不應大于0.5%。

（4）級配砂礫石不應有濕陷、凍漲、鹽漬、溶陷等不良地質現象。

2.2.3 換填墊層設計及地基變形計算

用級配砂礫石回填，并作為基礎持力層。設計條件和荷載：回填級配砂礫石前地基承載力特征值fak=120kPa（不作深度和寬度修正），回填土重度γ=20kN/m3。換填厚度按8.5m考慮。

地基承載力特征值fspk≥350kPa。壓縮模量不小于25MPa。取單個較大填墊層法碾壓試驗。

3 地基處理方案經濟論證

經過地基處理方案的初步分析比選，本工程可以采用CFG樁法和換填墊層法，下面針對上述兩種地基處理方案進行經濟比較。考慮整主廠房建（構）筑重要性，本工程處理范圍為主廠房。

墊層法及CFG樁法工程靜態投資比較如下：

兩種地基處理方案均不考慮編制年差價的工程靜態投資，換填墊層法地基處理靜態投資為16.15*100=1615萬元人民幣，CFG樁法復合地基處理工程靜態投資1.52*950=1460萬元人民幣。以上不含降水和工程開挖費用。換填地基處理，其降水深度要深，開挖土方量很大，棄土量也很大，綜合工程投資，換填地基處理費用要遠大于CFG樁復合地基處理法的工程總投資。

4 結束語

根據上述的經濟比選結果看，兩種地基處理方案都不考慮編制年差價的工程靜態投資，換填墊層法地基處理靜態投資為1615萬元人民幣，CFG樁法地基處理工程靜態投資為1460萬元人民幣。從工程靜態投資角度，CFG樁法地基處理靜態投資較換填墊層法地基處理靜態投資略少155萬元。

工期比較：換填墊層法地基處理施工工期為113天，CFG樁法地基處理施工工期為109天。從施工工期上看，換填墊層法工期長了4天，同時其施工過程中會產生約13.25萬立方米的棄土及對地下水的破壞，不利于水土保持和環境保護，且施工過程中壓實系數的檢測、振動碾壓的遍數等人為因素會直接影響換填墊層處理的效果。

綜合考慮，CFG樁復合地基處理比換填地基處理法具有很大優勢，因此本工程主要建筑物推薦采用CFG樁，而其他建筑物采用天然地基或淺層換填地基的處理方案。

參考文獻：

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