換土墊層法與深層攪拌樁法聯(lián)合加固地基的應(yīng)用

摘 要：本文通過工程實例，介紹了采用換土墊層法與深層攪拌樁法聯(lián)合加固軟弱地基的處理方法、施工工藝及效果。檢測結(jié)果表明，處理后的復合地基承載力提高一倍以上，并減小基礎(chǔ)沉降量，調(diào)節(jié)了沉降差異。經(jīng)濟效果顯著，可對類似場地的工程設(shè)計、施工提供參考。

關(guān)鍵詞：換土墊層；深層攪拌樁；設(shè)計；施工；檢測

中圖分類號：TU472 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）21-0237-03

引 言

軟弱地基的處理方法很多，有換土墊層、深層攪拌樁、擠密砂樁和碎石樁等，盡可能避免在同一地基場地內(nèi)分地段采用不同的地基處理方式，以免形成強度差異和壓縮性差異。在河池地區(qū)財政局辦公樓主樓地基處理中綜合應(yīng)用了換土墊層、深層攪拌樁取得了很好的處理效果，節(jié)約了工程造價，提高了工效，縮短了工期，具有較好的技術(shù)效果和經(jīng)濟效益。

1 工程概況

廣西河池地區(qū)財政局辦公樓位于河池市城西開發(fā)區(qū)，主樓地上13層（高39m）、地下一層，框剪結(jié)構(gòu)，底層占地面積56.6m×15.5m，基礎(chǔ)采用筏板基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋深-4.5m，±0.00標高193.5m，設(shè)計要求地基承載力標準值f■=280kPa。

2 場地工程地質(zhì)條件概況

2.1 地形地貌

擬建場地跨越兩種地貌單元：（1）～（5）軸地段屬六圩古河床地貌，（5）～（14）軸地段屬剝蝕殘丘地貌（見圖1）。

2.2 地層分布及特征

根據(jù)《河池地區(qū)財政局城西開發(fā)區(qū)辦公樓巖土工程勘察報告》，本場地地層自上而下為：

（1）沖積淤泥質(zhì)土：黑褐色，軟塑狀態(tài)，僅分布于（1）～（5）軸，層厚2.4～6.5m；

（2）沖積圓礫：灰褐色，松散狀態(tài)，飽和，僅分布于（1）～（5）軸，層厚0.3～0.5m；

（3）殘積粉土：棕黃色，堅硬狀態(tài)，分布于全場地，層厚8.7～17.6m；

（4）殘積粉質(zhì)粘土混碎石：棕黃色，硬塑狀態(tài)，分布于全場地，鉆探深度內(nèi)尚未揭穿該層，層厚>10.9m。

2.3 地下水

場地內(nèi)地下水主要賦存于（1）～（5）軸圓礫層孔隙中，屬潛水類型，由地表水（六圩河）和降雨補給，穩(wěn)定水位埋深5.2～6.4m，水量較大。

3 地基處理方案的選擇

根據(jù)場地沖積層（淤泥質(zhì)土）屬軟弱土層，而殘積層（粉土）承載力未能滿足設(shè)計要求的特點，勘察報告建議采用兩種地基處理方案：①場地西段15m（即（1）軸往（14）軸15m）采用換土墊層，以殘積粉土作為持力層；②采用樁基礎(chǔ)。針對場地存在的工程地質(zhì)問題，設(shè)計單位采用了？準500mm錘擊沉管灌注樁方案，樁長20m，同時設(shè)計要求先對場地（1）～（5）軸沖積軟弱地層采用深層攪拌樁進行加固使軟弱土層力學性質(zhì)與（5）～（14）軸的殘積土層力學性質(zhì)一致后，再進行錘擊沉管樁施工。

受建設(shè)單位委托，我單位承擔了該工程地基處理任務(wù)。施工進場后我單位項目技術(shù)人員對場地工程地質(zhì)條件進行了深入調(diào)查，發(fā)現(xiàn)以上地基處理方案加固后采用樁基存在著造價偏高，施工工藝復雜，施工質(zhì)量不易控制，工期較長，甚至還有振動、噪音公害等問題。針對場地工程地質(zhì)條件及設(shè)計對地基的要求，本著安全可靠、經(jīng)濟合理的原則，圖紙會審時我單位提出了采用換土墊層法與深層攪拌樁法聯(lián)合加固方案取代深層攪拌樁+樁基方案的建議，施工報價僅為原基礎(chǔ)方案的60%。得到建設(shè)單位和設(shè)計單位的認可，并最終采用了該地基加固處理方案。

4 方案設(shè)計

4.1 設(shè)計思路

先對（1）～（5）軸的沖積軟弱土層進行深層攪拌樁加固處理，使得加固后（1）～（5）軸復合地基承載力標準值和壓縮模量與（1）～（5）軸殘積粉土層基本一致，然后進行換土墊層設(shè)計，提高整個場地地基力學強度以滿足建筑物上部結(jié)構(gòu)的要求，設(shè)計按兩個步驟進行：①按地基承載力特征值fak=250kPa（即殘積粉土層力學強度）進行換土墊層設(shè)計，確定墊層厚度及寬度；②根據(jù)筏板基礎(chǔ)埋深、換土墊層厚度和軟弱沖積土層厚度確定（1）～（5）軸攪拌樁處理深度（即樁長）進行深層攪拌樁設(shè)計。

4.2 換土墊層設(shè)計

（1）加固機理：利用強度較高的級配碎石料置換場地部分殘積粉土，并經(jīng)碾壓、振實，以提高地基承載力，減少附加應(yīng)力對相對軟弱持力層（殘積粉土層）的作用，減少基礎(chǔ)沉降的一種地基處理方法。

（2）墊層厚度確定：墊層厚度根據(jù)下臥軟弱土層頂面處（即墊層底面處）的附加應(yīng)力設(shè)計值與土的自重應(yīng)力不大于同一標高處軟弱土層的地基承載力設(shè)計值來確定，其表達式為：

經(jīng)計算，確定墊層厚度Z=1.20m。

（3）墊層寬度確定：墊層寬度除滿足應(yīng)力擴散的要求外，還應(yīng)考慮墊層應(yīng)有足夠的寬度及側(cè)面土的強度條件，防止墊層材料向側(cè)邊擠出而增大墊層的豎向變形量，常見的經(jīng)驗方法為擴散角法：

式中b′-墊層底面寬度；Z-墊層厚度；θ-墊層的壓力擴散角，可按《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ79-91）表3.2.1采用。

經(jīng)計算，墊層寬度沿筏板基礎(chǔ)外擴0.87m，為便于施工墊層寬度均采用沿筏板基礎(chǔ)外擴1.0m。

（4）墊層材料：由就地取材采用本地料廠產(chǎn)的碎石料進行擊實試驗確定，采用5～40mm石灰石級配碎石料，含泥量<3%。

4.3 深層攪拌樁設(shè)計

4.3.1 加固機理

利用水泥作為固化劑，通過特制的攪拌機械，在地下將軟土和固化劑（水泥）強制攪拌均勻，水泥顆粒表面的礦物質(zhì)很快與軟土中的水發(fā)生復雜的水化水解反應(yīng)，生成氫氧化鈣、硅酸鹽、鋁酸鹽等化合物，這些物質(zhì)在水、空氣中逐漸硬化，形成水泥骨架，有的則與周圍具有一定活性的粘土顆粒發(fā)生反應(yīng)，使軟土硬結(jié)成具有整體性、水穩(wěn)性和一定強度的水泥固化體。

4.3.2 設(shè)計參數(shù)的選擇

根據(jù)勘察報告提供的土層巖土參數(shù)、筏板基礎(chǔ)設(shè)計平面圖及說明結(jié)合附近工程實踐經(jīng)驗，選取下列參數(shù)：

4.3.3 單樁豎向承載力特征值計算

攪拌樁平面布置按近似正方形均勻布置，樁間距：縱向0.82m、橫向0.79m。

5 施工工藝

本次施工先采用挖土機以筏板基礎(chǔ)底面標高（即189m），對基坑進行開挖，然后進行（1）～（5）軸深層攪拌樁施工，最后采用人工開挖到墊層底面標高，對深層攪拌樁檢測，檢測合格后再進行墊層施工。

5.1 攪拌樁施工

（1）成樁設(shè)備：本工程使用的樁機是中國有色金屬工業(yè)總公司浙江地質(zhì)勘查局研制的DBJ-14D型單頭深層攪拌樁機，成樁施工過程中具有無振動、無噪間、無環(huán)境污染、無側(cè)向擠壓等優(yōu)點。

（2）施工參數(shù)：水泥為主固化劑，粉煤灰為外摻劑，水泥摻入量為土重的15%，外摻劑摻入量為水泥的15%，水灰比0.8，采用四次噴漿攪拌工藝，施工過程中提升速度不得超過1m/min。

（3）施工工藝流程：樁機就位→送漿攪拌至設(shè)計樁底標高→送漿攪拌提升至設(shè)計樁頂標高→第二次送漿攪拌至設(shè)計樁底標高→送漿攪拌提升至設(shè)計樁頂標高→成樁移位。

5.2 換土墊層施工

5.2.1 施工順序

①基坑開挖：為了避免機械作用造成斷樁場地（1）～（5）軸基坑采用人工開挖，（5）～（14）軸采用挖土機開挖但預留30cm采用人工清理浮土。②驗槽：開挖清理完畢后經(jīng)相關(guān)地質(zhì)人員驗槽確認已滿足設(shè)計要求后，方可進行下道工序。③備料：按室內(nèi)試驗設(shè)計配合比備料，并按期對料源進行復檢。④分層回填：第一層虛鋪厚度為60cm，以后每層按30cm鋪設(shè)直到設(shè)計標高。⑤碾壓、振實：采用YZ14B型振動碾壓機（自重14t，振動時作用力可達25t）分層碾壓、振實，具體為：1～2遍非振動碾壓；3～10遍振動碾壓；11～12遍非振動碾壓；⑥分層檢測：利用水袋法對每振動碾壓完一層墊層的壓實度進行隨機抽檢，檢測合格后方可進行下一層鋪設(shè)。按上述步驟反復施工直至設(shè)計標高。

5.2.2 施工工藝流程

6 處理效果檢測

6.1 深層攪拌樁效果檢測

（1）載荷試驗：根據(jù)復合地基載荷試驗報告，由上部結(jié)構(gòu)設(shè)計單位及監(jiān)理單位隨機抽驗的三個試驗點（221#樁處、333#樁處、434#樁處）的復合地基承載力特征值分別為360kPa、336.8kPa、343.6kPa，均大于設(shè)計要求250kPa；各試驗點的最大沉降量分別為8.34mm、11.88mm和13.24mm，殘余沉降量分別為5.48mm、8.47mm和8.94mm，變形較均勻，滿足設(shè)計要求。

（4）開挖檢驗：據(jù)現(xiàn)場基坑開挖情況，成樁質(zhì)量好，用鎬鋤較難挖掘，樁頭堅硬，樁身水泥土拌和均勻。

6.2 換土墊層效果檢測

6.2.1 壓實度檢測

按規(guī)范規(guī)定每50～100m2不少于1個檢驗點，進行抽驗，第一層墊層抽檢20個點，壓實系數(shù)λc=0.972～0.994；第二層墊層抽檢25個點，壓實系數(shù)λc=0.968～0.986；第三層墊層抽檢26個點，壓實系數(shù)λc=0.968～0.991，均大于設(shè)計值λc=0.96，滿足設(shè)計要求。

6.2.2 載荷試驗

此次載荷試驗由上部結(jié)構(gòu)設(shè)計單位及監(jiān)理單位隨機抽9個點進行試驗，其中（1）～（2）軸間2個點、（3）～（4）軸間1個點（4）～（5）軸間1個點、（6）軸1個點、（7）軸1個點、（8）軸2個點、（12）軸1個點，經(jīng)第三方中心試驗室進行檢測，壓板面積0.5m2（707mm×707mm），總加載量500kPa（為設(shè)計值的2倍）。總沉降量2.565～4.02mm，沉降變形較均勻，滿足設(shè)計要求。

6.3 建筑最終傾斜檢測

根據(jù)建筑物變形監(jiān)測結(jié)果，建筑物竣工后最終傾斜率為1.1～1.7‰，滿足規(guī)范要求。

7 幾點體會

（1）采用換土墊層法和深層攪拌樁法聯(lián)合加固軟弱地基能使復合地基承載力得到較大的提高，減小沉降量，同時亦有助于調(diào)節(jié)基礎(chǔ)的不均勻沉降。對于加固座落于不同地貌單元且地層力學性質(zhì)差異較大的小高層建筑地基，具有較高的應(yīng)用價值。

（2）方案設(shè)計之初應(yīng)充分了解場地工程地質(zhì)條件，以確保取得合理的設(shè)計參數(shù)，使得設(shè)計方案更經(jīng)濟、可靠。

（3）施工過程中嚴格按規(guī)范要求進行操作，在每個可能影響質(zhì)量的環(huán)節(jié)進行施工、檢測相結(jié)合，是保證獲得理想的工程質(zhì)量的關(guān)鍵所在。

8 結(jié) 語

隨著城市的發(fā)展，建筑于兩種不同力學性質(zhì)地層是今后面臨的巖土工程問題之一，常規(guī)的處理方法為采用造價較高的樁基礎(chǔ)，借鑒河池地區(qū)財政局辦公樓主樓利用換土墊層法和深層攪拌樁法聯(lián)合加固地基的成功經(jīng)驗，做到勘察資料詳細到位，設(shè)計合理，嚴把施工質(zhì)量關(guān)，將會節(jié)約工程成本、縮短施工周期，取得良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

參考文獻

[1]《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ79-2012）.中國建筑工業(yè)出版社，2012.

[2]《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（GB50007-2011）.中國建筑工業(yè)出版社，2011.

[3]《工程地質(zhì)手冊》（第四版）.中國建筑工業(yè)出版社，2007.

[4]《基礎(chǔ)工程施工手冊》.中國建筑工業(yè)出版社，1996.

收稿日期：2018-6-22

作者簡介：翁敦賢（1974-），男，大學本科，主要從事巖土工程與地質(zhì)災(zāi)害工程勘察、設(shè)計、施工及管理工作。