太原某項目地基處理方案選型淺析

許 明

(太原市長風(fēng)商務(wù)區(qū)管理中心，山西 太原 030006)

0 引言

太原市區(qū)內(nèi)常見需特殊處理的場地為液化場地和濕陷場地，液化場地集中分布于汾河兩岸一級階地，濕陷性黃土場地集中分布于太原西山和東山山麓。在實際工作中，對液化場地的地基處理方式選型，一直是各個勘察、設(shè)計及建設(shè)單位所重視并感覺為難的工作，因為此項工作直接影響著整個工程的成本和進(jìn)度。下面就以太原某項目為例，進(jìn)行具體闡述。

1 項目概況

該項目位于平面為矩形，外輪廓尺寸較大，長80.7 m，寬60.0 m，地上9層，地下1層，建筑總高度45.6 m，主體結(jié)構(gòu)類型為框架剪力墻結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)埋深5.2 m，預(yù)估基底壓力為220 kPa。設(shè)計室外地面標(biāo)高為789.0 m。

2 場地地質(zhì)條件簡要描述

表1 各土層情況表

3 地下水

場地地下水類型屬孔隙潛水，主要由側(cè)向徑流補給和大氣降水補給。豐水期穩(wěn)定水位介于地表以下2.9 m～3.2 m，水位標(biāo)高786.10 m～786.81 m。水位隨季節(jié)性變化幅度為1.0 m。

4 場地液化情況

該建筑場地類別為Ⅲ類。主要液化層為第②層粉土，第③1層中砂及第④層中砂，該場地為輕微液化。具體鉆孔液化指數(shù)見表2。

表2 地基土液化判別計算結(jié)果

5 地基處理選型

對于地基處理選型，我們一定是遵循先易后難的原則，難易主要取決于施工成本、施工進(jìn)度、施工條件等三個方面。往往要通過多方面比對，才能從多個備選的方案中選取出最優(yōu)的方案來。下面就根據(jù)該項目具體情況，對地基處理方案選型的思路進(jìn)行分析。

5.1 天然地基

1)該場地為輕微液化場地，建筑抗震設(shè)防類別為丙類。根據(jù)GB 50011—2010建筑抗震設(shè)計規(guī)范(2016年版)第4.3.6條規(guī)定，相應(yīng)抗液化措施為“基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)處理，亦可不采取措施”，天然地基的使用前提條件是滿足的。

2)該項目基底標(biāo)高為783.8 m，預(yù)估基底壓力為220 kPa(建立在筏板基礎(chǔ)上)，天然地基持力層為第②層粉土(地基的均勻性滿足)，承載力特征值為95 kPa，按照GB 50007—2011建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范式5.2.4：

fa=fak+ηbγ(b-3)+ηdγm(d-0.5)。

對天然地基承載力進(jìn)行深寬修正，修正后地基土承載力特征值為230 kPa，天然地基承載力要求可滿足設(shè)計要求。

3)該項目屬于體型簡單的高層建筑，按GB 50007—2011建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范中地基變形允許值控制。基底附加壓力為140 kPa，經(jīng)沉降計算并結(jié)合當(dāng)?shù)貙崪y經(jīng)驗，預(yù)估天然地基總沉降量約為300 mm，約超出規(guī)范要求的50%。就變形控制而言，天然地基并不適用。

5.2 復(fù)合地基

既然天然地基承載力基本滿足，但變形不能夠滿足規(guī)范要求，從節(jié)約成本的方面考慮，我們可以繼續(xù)考慮采用復(fù)合地基來達(dá)到減小建筑物變形的目的。

根據(jù)場地條件，可選的復(fù)合地基形式有振動沉管碎石樁、水泥土攪拌樁和CFG樁。

振動沉管碎石樁既可以通過擠密樁間土達(dá)到消除液化的效果，也可以提高地基承載力和減小沉降，但由于工藝原因，它施工產(chǎn)生的噪聲與振動很大，不適合市區(qū)人口密集的地方使用。再者，該項目工期緊張，碎石樁處理后樁間土承載力恢復(fù)期較長，根據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)驗，28 d后的復(fù)合地基承載力檢測值往往不能夠達(dá)到設(shè)計所要求的數(shù)值。從建設(shè)單位角度出發(fā)，不希望這個檢測周期太長，所以振動沉管碎石樁復(fù)合地基方案對此項目不是很適用。

水泥土攪拌樁可以提高地基承載力和減小沉降，但是不能處理液化，最主要的是JGJ 79—2012建筑地基處理技術(shù)規(guī)范第7.3.2條規(guī)定“在腐蝕性環(huán)境中以及無工程經(jīng)驗的地區(qū)適用時，必須通過現(xiàn)場和室內(nèi)試驗確定其實用性”，此條規(guī)定的原因是水泥在腐蝕性土層中有可能不凝固或發(fā)生后期崩解，安全隱患極大。該項目土對混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕等級為弱腐蝕性，所以安全起見，不建議采用該方法。

CFG樁是太原地區(qū)常見的地基處理方法，工藝成熟，結(jié)果可靠，無論是提高地基承載力還是減小沉降，效果都很明顯，該場地比較適用。針對該工藝不能夠消除場地液化，只要采取基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)處理即可(即采用筏板基礎(chǔ)等)。

5.3 樁基礎(chǔ)

如果考慮復(fù)合地基處理效果不明顯，項目有特殊要求，需采用更高要求的抗液化措施時，可采用樁基礎(chǔ)。樁基礎(chǔ)對于提高地基承載力和減小沉降的效果是毋庸置疑的，但和復(fù)合地基相比較，其主要劣勢為造價高，可作為復(fù)合地基的備選方案。常用的樁基礎(chǔ)包括鋼筋混凝土灌注樁和高強預(yù)應(yīng)力混凝土管樁兩種。

針對輕微液化場地，采用樁基礎(chǔ)時需要重點注意的有兩點：

1)如果采用灌注樁，該項目承臺底面上下均位于液化土層中，根據(jù)JGJ 94—2008建筑樁基技術(shù)規(guī)范第5.3.12條規(guī)定，第②層粉土，第③1層中砂及第④層中砂土層液化影響折減系數(shù)取0。

2)如果采用高強預(yù)應(yīng)力管樁(PHC)，由于靜壓管樁對樁周土有擠密作用，因此液化折減系數(shù)應(yīng)根據(jù)樁基完工后樁間土的標(biāo)貫擊數(shù)確定。另需提前預(yù)防由于本場地砂層較厚，采用管樁可能有成樁困難情況，需要進(jìn)行引孔。

6 CFG樁復(fù)合地基分析

該項目最終采用的是CFG樁復(fù)合地基處理方式，其設(shè)計參數(shù)為樁徑400 mm，樁長22.0 m，樁間距1.50 m，正方形布置，樁端持力層為第⑥層中砂層(非液化土層)。采用素混凝土樁，樁身強度等級為C25。

根據(jù)勘察報告的土層參數(shù)，理論計算值為單樁豎向抗壓承載力特征值Ra為700 kN，復(fù)合地基承載力特征值fa為350 kPa。設(shè)計要求單樁豎向抗壓承載力特征值Ra為660 kN，復(fù)合地基承載力特征值fa為280 kPa。

該項目對CFG樁進(jìn)行了試樁承載力檢測，檢測結(jié)果見表3，表4。

表3 CFG樁單樁靜載試驗結(jié)果

表4 CFG樁復(fù)合地基靜載試驗結(jié)果

根據(jù)單樁豎向抗壓靜載試驗結(jié)果，我們可以得出以下兩個結(jié)論：

1)從樁周(端)土阻力方面考慮，實際發(fā)揮阻力稍大于勘察報告提供的參考值，分析原因是樁端位于第⑥層中砂層，持力層較好，反作用于樁側(cè)阻力發(fā)揮效果好。

2)從施工質(zhì)量方面來看，基底開挖一次到位，導(dǎo)致基底土層第②層粉土嚴(yán)重擾動，樁間土承載力降低明顯(復(fù)合靜載試驗沉降普遍偏大)。

對此CFG樁復(fù)合地基方案總體分析，是綜合考慮項目成本、進(jìn)度、施工難度等眾多因素的最優(yōu)方案。

7 結(jié)語

對于太原地區(qū)輕微液化場地丙類建筑的地基處理方案選型，在綜合考慮項目成本、進(jìn)度、施工難度及受市區(qū)土方施工管制嚴(yán)格等因素，根據(jù)經(jīng)驗，優(yōu)先采取對基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)處理的措施，地基處理方式選取應(yīng)盡量選用常規(guī)的、成熟的方法，盡量避免出現(xiàn)未知的、不可控的情況。