大面積填土地基的處理設計

周戈梅

（中鐵華鐵工程設計集團有限公司，北京100071）

1 工程概況

本工程擬建場地東西長約330～380m，南北長約1 200m，占地面積約29hm2。本場地地勢較平坦，原為果樹苗圃，場地標高在29.48～30.81m（最大高差1.3m）,平均標高29.8m。車輛段場坪設計高程為32.00m，鐵路軌頂高程為32.70m。整個場地均為回填區，回填深度約2.2m。

1.1 工程地質條件

本場區根據勘察報告勘探深度范圍內自上而下可分為：人工填土層、新近沉積、第四紀沉積層和第四紀晚更新世沉積層。新近沉積土層包括：粉土②層、粉質黏土②1 層和粉細砂②3 層。土層名稱和編號及各地基土層的承載力標準值、壓縮模量見表1。

表1 某工程場地土層地基承載力和壓縮模量

1.2 水文地質條件

本次勘察鉆孔最大深度30m，根據本次勘察成果，在勘察深度范圍內，本場地主要賦存有2 層地下水，地下水類型分別為上層滯水和潛水。上層滯水對局部地段地基處理有一定的影響，潛水埋深較大對本工程建設無影響。

2 強夯法和級配砂石樁復合地基分析對比

根據上述工程概況可知，填土地基處理設計方案對工程的質量、工期及造價起著關鍵的決定作用。本工程中的幾個建筑物中：有吊車的、有地面軌道檢修坑的、樓層高柱底力大的，這些都對基礎沉降有較高要求。針對采用強夯法處理還是柱錘沖擴級配砂石樁進行地基處理，就進行了多次的方案討論，特別是從工程質量、工期及造價這3 方面進行了對比分析。根據業主對工程造價的嚴格控制，設計院依據本市建筑工程造價定額進行了工程造價的預算。下面將主要單體建筑物擬采用的地基處理方案設計從工程質量、工期及造價方面進行對比（見表2）。

表2 2 種地基處理方法分析對比

從表2 可知，強夯處理后能滿足工程使用功能，提高地基強度、降低土的壓縮性，但地基土含水量的高低決定著強夯的處理效果，受自然因素影響較大。柱錘沖擴級配砂石樁處理地基質量容易控制、效果良好，受自然因素影響較小。在工期方面二者基本相同，均能滿足工期要求。但是，工程造價相差懸殊，柱錘沖擴級配砂石樁比強夯法多出2 000 萬元。出于經濟方面的考慮，業主優先選用強夯法進行地基處理，這是性價比較高的施工方案。但在施工準備工作期間，由于強夯法給周邊環境造成的振動影響較大，周邊單位及居民堅決不同意強夯法施工，最終被否決。經過與業主、施工方、當地居民共同協商，最終采用柱錘沖擴級配砂石樁方案進行地基處理。

3 壓實地基

廠區的綠化區、門衛、道路等，對地基承載力要求不高、沉降要求不嚴格的區域，可采用壓實地基。清除表層有機質土后整平場地，采用振動碾（10～15t）進行碾壓3～5 遍，然后，素土分層回填碾壓至標高30.00m，且壓實系數≥0.95。壓實填土施工過程中應采取防雨、防凍措施，防止填料（粉土及粉質黏土）受雨水淋濕或凍結。粉土、粉質黏土應采取水平分層、分段填筑，并分層壓實，同一水平層應采用同一填料，不得混合填筑。壓實地基要嚴格控制壓實系數和土的含水量，其含水量宜為最優含水量。壓實填土地基的質量檢驗應按設計要求進行驗收，未經驗收或驗收不合格時，不得進行下一道工序施工。

4 柱錘沖擴級配砂石樁復合地基設計

根據建筑物的使用功能和工藝設計要求，總結不同建（構）筑物的柱錘沖擴級配砂石樁復合地基設計參數（見表3）。柱錘沖擴樁施工前應清楚表層有機質土且進行碾壓3 遍，然后素土分層回填碾壓，分層碾壓回填嚴格按照施工規范要求執行，壓實系數≥0.94，回填至設計標高方可進行柱錘沖擴樁施工。

表3 不同建（構）筑場的柱錘沖擴級配砂石樁復合地基設計參數

注：樁徑均為500mm；設計樁頂以上保護樁頭長度≥500mm。建筑物基礎下樁頂鋪設250mm 厚的砂石褥墊層，其最大粒徑不大于30mm，褥墊層的夯填度不大于0.9。

4.1 級配砂石樁復合地基承載力計算

根據公式：fspk=[1+m（n-1）]fak計算復合地基承載力。其中,樁土應力比n=4，樁徑d=500mm、樁間距s=1 300mm，正三角形布置其置換率m=0.134，樁間土（回填土）承載力經驗取值fak=120kPa，計算結果：fspk=[1+0.134×（4-1）]×120=168kPa≥150kPa，滿足設計要求。

4.2 級配砂石樁復合地基沉降計算

選取運用較大的基礎，獨立基礎尺寸為4.5m×6.3m，基礎埋深2.5m，相當于絕對標高30.200m。計算沉降參數見表4。

根據上述條件由軟件計算得：

表4 復合地基計算沉降參數

1）沉降計算經驗計算系數ψs：

式中，Ai為第i層土附加應力系數沿土層厚度的積分值；Esi為基礎底面下第i層土的壓縮模量，MPa。

查基礎規范表5.3.5，得：ψs= 0.694。

2）地基最終變形量s按基礎規范式5.3.5 計算,得：

式中，s'為按分層總和法計算出的地基變形量，mm；p0為相應于作用的準永久組合時基礎底面處的附加應力，kPa；zi、zi-1為基礎底面至第i、i-1 層土底面的距離，m；αi、αi-1為基礎底面計算點至第i、i-1 層土底面范圍內平均附加應力系數。

s=0.694×22.25=15.5mm≤20mm，滿足設計及規范要求。

5 級配砂石樁復合地基的質量檢驗

本工程各單體項目在級配砂石樁施工后均按設計規范要求進行了質量檢驗，且檢驗結果全部合格。列舉公安派出所單體項目的試驗進行分析，公安派出所級配砂石樁總共計1 069根。級配砂石樁施工完2 周后采用重型動力觸探和標準貫入試驗分別對其樁身和樁間土進行檢測，與地基處理前相比標準貫入擊數提高了30%左右。 成樁23～32d 后進行單樁復合地基靜載荷試驗，載荷試驗板呈圓形，其面積為1.46m2，半徑R=682mm。級配砂石樁直徑為500mm、有效樁長7.0m；載荷試驗板直徑為1 364mm。按照載荷試驗規定s/d=0.01，對應的沉降量應為13.64mm。從單樁復合地基靜載荷試驗結果中得出：單樁復合地基承載力特征值為150kPa，其對應沉降量最大為12.14mm，均小于13.64mm。說明級配砂石樁復合地基承載力特征值＞150kPa，滿足設計要求。

6 結語

大面積填土地基處理首先應根據使用功能進行分區，本工程劃分為3 個區域：綠化區域、軌道區域和各主要單體建筑物。場地清表有機質土堆到綠化區域不必處理。軌道區域、地基承載力要求不高的，沉降要求不嚴格的，設計要求壓實系數≥0.95 即可滿足工程使用功能，故此區段采用壓實地基處理。

對于單體建筑物地基承載力要求高的、室內軌道檢修坑對沉降要求嚴格的，均應采用柱錘沖擴級配砂石樁。不同區域使用不同方法，都能滿足設計和使用要求，做到既經濟又安全。