楊凌地區不同階地地基處理方案研究

郭江濤

摘要：楊凌地區自南向北為渭河河漫灘、渭河Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級階地，建筑場地從一般地基到Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級自重或非自重濕陷性地基。結合擬建工程，對四個典型地貌單元的地質條件和工程性質進行勘察與試驗，分析了四個典型地貌單元的地基處理方案，得出了有益的結論，可為同區域工程建設提供借鑒。

Abstract： From South to North， Yangling area is a terrace of Wei River floodplain， Wei River I， II and III. The construction site is from General Foundation to I， II and III Self-weight or non-self-weight collapsible foundation. Combined with the proposed project， the geological conditions and engineering properties of four typical geomorphologic units are investigated and tested， and the foundation treatment schemes of four typical geomorphologic units are analyzed， and some useful conclusions are drawn， it can be used for reference in the construction of regional projects.

關鍵詞：地質條件;地基;階地;方案

Key words： geological conditions;foundation;terrace;scheme

中圖分類號：TU472? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）14-0224-03

0? 引言

當前，在土木工程建設中，土木工程師遇到越來越多的地基處理問題，現代土木工程建設對地基提出了更高的要求。地基問題處理的恰當與否，關系到整個工程質量、投資與進度，其重要性已越來越多的被人們所認知。楊凌地區自南向北為渭河河漫灘、渭河Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級階地，建筑場地從一般地基到Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級自重或非自重濕陷性地基。濕陷性黃土是大孔隙、非飽和的欠壓密土，在我國西北地區廣泛分布[1，2，3]。隨著楊凌地區經濟的高速發展，工程建設項目增多以及建筑物高度的增長，采用的地基處理方案也多種多樣，如何針對不同地質條件采用合理可行的地基處理方法，做到建筑與地基、安全與經濟的和諧，值得探究。

1? 楊凌地區典型地貌單元的地質條件與工程性質

楊凌地區位于陜西關中平原中部，東西長約16公里，南北寬約7公里，北靠黃土臺塬區，南瀕渭河，位于鄂爾多斯地臺南端，地貌以渭河沖積平原為主，海拔高度在431～563m之間，東南低而西北高，以落差形成三個階地和渭河灘地的地貌單元。其中渭河灘地分布在本區南部，海拔431.0～439.0m，地勢平坦，其面積約占全區面積的2.5%;渭河Ⅰ級階地（三道塬）分布在本區中南部，海拔431.0～445.0m，坡降1.12%，其面積約占全區面積的13.8%;渭河Ⅱ級階地（二道塬）分布在本區中部，海拔452.0～472.0m，其面積約占全區總面積的18.5%;渭河Ⅲ級階地（頭道塬）分布在本區北部，海拔511.0～559.0m，相對高差48m，坡降1%，其面積約占全區總面積的59%。

楊凌地區地質構造上屬于鄂爾多斯地臺南端，地貌類別為渭河沖谷平原和河流階地，地層表面為Q3～Q4黃土狀亞粘土，具Ⅱ級濕陷性，地基承載力大于1.5kg/cm3，地震烈度為7度。區內水資源較為豐富。渭河為示范區南界，東界為漆水河，北界為韋水環繞。渭河為區內最大河流，多年平均流量136.5m3/s，年徑流量43.06億m3，50年一遇洪水流量為7100m3/s，百年一遇洪水為8200m3/s，另有，關中灌區主干渠（高干渠和渭惠渠）橫貫區內西東。此外，示范區內地下水豐富，富存于砂、砂礫石和黃土狀結構之中，埋深在2～65m，地下水埋深主要在10m以內。

在四個典型地貌單元里選取四個擬建工程實例，通過勘察、試驗、查閱文獻等得到了四個典型地貌單元的地質條件與土的力學性質。

1.1 渭河灘地地質條件與工程性質

該區域擬建建筑基礎埋深-1.5m，平均基底壓力標準組合值200kPa，地形平坦，地下水屬潛水類型。勘探期間屬平水期，穩定水位埋深為4.50～4.60m，無不良地質作用，適宜建筑。

根據勘探、野外鑒別、原位測試結果和室內土工實驗，并結合同類場地工程經驗綜合分析，地層自上而下由素填土、第四紀全新世沖積粗礫砂及卵石等構成，分層描述如表1。

1.2 渭河左岸I級階地地質條件與工程性質

該區域擬建建筑為框架剪力墻結構，基礎埋深-7.10m，基底壓力330kPa。場地地下水屬潛水類型，地下水位埋深在23.15～23.60m范圍內。場地及附近無滑坡、崩塌、泥石流、地裂縫等不良地質作用。

根據勘探、野外鑒別、原位測試結果和室內土工實驗，并結合同類場地工程經驗綜合分析，地層主要為第四系上更新統黃土、古土壤、細中砂、卵石等，細分為7層，分層描述如表2。

1.3 渭河左岸Ⅱ級階地地質條件與工程性質

該區域擬建建筑為框架剪力墻結構，下沉程度敏感，預計基礎埋深分別為-2.6m、-5.9m。場地地下水屬潛水類型，埋深為17.20～18.00m。

根據勘探、野外鑒別、原位測試結果和室內土工實驗，并結合同類場地工程經驗綜合分析，地層由耕土或人工填土、第四紀全新世沖、洪積黃土狀土，第四紀晚更新世風積黃土、殘積古土壤、沖積粉質粘土、砂類土和碎石土組成。地層結構簡單，分布規律明顯，分層描述如表3。

1.4 渭河左岸Ⅲ級階地地質條件與工程性質

擬建建筑為磚混結構，條形基礎，對差異沉降敏感，基礎埋深-2.1m，基底荷載標準值180kPa?？碧缴疃龋?5.0m）范圍內未見地下水。

根據勘探、野外鑒別、原位測試結果和室內土工實驗，并結合同類場地工程經驗綜合分析，地層由人工填土，第四紀全新世沖、洪積黃土狀土、第四紀晚、中更新世風積黃土和殘積古土壤組成。地層分布規律明顯，分層描述如表4。

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2? 楊凌地區典型地貌單元地基處理方案分析

目前常見的地基處理方法有換填墊層法、預壓法、強夯法和強夯置換法、振沖法、砂石樁法、水泥粉煤灰碎石樁法、夯實水泥土樁法、水泥土攪拌法、高壓噴射注漿法、石灰樁法、灰土擠密樁法和土擠密樁法等，根據建筑物不同、地質條件不同，采用的方法亦有不同[4]。

2.1 渭河河漫灘地基處理方案分析

經調查，渭河河漫灘地主要建筑物以低層工業廠房為主，擬建建筑物基礎埋深均按1.50m，相應基礎底面標高按98.00m考慮時，直接持力層為②-粗礫砂，承載力為200kPa。擬建物荷載不大，P=180～200kPa，因此若選用適宜的基礎形式和尺寸，天然地基土的強度和變形均可滿足要求，天然地基方案可行。根據擬建場地巖土工程特性，為改善地基基礎解除關系和地基均勻性，基坑開挖至基礎底面標高時，可先預留0.30～0.50m厚土層待基礎施工時再用人工進行清除，或在基礎下設置厚度不小于0.5m的砂石墊層。墊層的壓實系數λ不應小于0.94。墊層設計、施工、檢測及選材應符合規范JGJ79-2002的有關規定。

2.2 渭河左岸I級階地地基處理方案分析

經調查，渭河左岸I級階地多以民用建筑為主，框架剪力墻結構居多。基礎底地層為填土、濕陷性黃土，不經處理不能作為地基使用，因此天然地基方案不成立。如擬建建筑物基礎埋深-7.10m，基底壓力330kPa，既能消除地基土濕陷性又能大幅度提高地基承載力，滿足基底壓力的要求，一般的地基處理方法很難達到。可以采用素土擠密樁先消除黃土的濕陷性，再采用水泥粉煤灰碎土樁（CFG樁）復合地基方案，可以⑥-中砂做為樁端持力層。建議在設計參數確定以后進行復合地基變形驗算。根據地區同類場地，同類建筑的沉降觀測數據，當采用CFG樁時，擬建場地的最終沉降量一般不大于60mm，當采用鉆孔灌注樁時，沉降量一般不大于40mm。

2.3 渭河左岸Ⅱ級階地地基處理方案分析

根據該范圍擬建工程實例資料，建筑物如屬乙類建筑，擬建場地屬自重濕陷性黃土場地，地基的濕陷等級為Ⅱ（中等）級。應消除地基的部分濕陷量，顯然天然地基方案不能成立。按規范GB50025-2001，對乙類建筑，在自重濕陷性黃土場地，消除地基部分濕陷量的最小處理厚度不應小于濕陷性土層厚度的2/3，且下部為處理濕陷性黃土層的剩余濕陷量不應大于150mm，或采用整片處理，其處理厚度不應小于6.0m，且下部未處理濕陷性黃土層的剩余濕陷量不宜大于150mm，并應才去結構措施和檢漏防水措施。為此，建議采用下述地基處理方案。

方案1：孔內深層強夯法。

根據擬建場地巖土工程條件及擬建建筑物的結構特點，結合同類場地工程經驗，擬建建筑物可考慮采用孔內深層強夯法（DDC或SDDC工法）⑤-古土壤層中上部，相應樁長約9.0～10.0m。孔內宜分層夯實回填灰土或水泥土，樁體內的平均壓實系數不應小于0.97，樁間土的平均擠密系數不應小于0.93，并在樁頂標高以上設置30～50cm厚的灰土墊層，其壓實系數不應小于0.95。

方案2：素土擠密樁法+CFG樁復合地基。

素土擠密樁法地基處理深度應至⑤-古土壤層上部，以消除黃土地基濕陷性;CFG樁樁端宜至⑥-2-中粗砂、⑥-3-圓礫或⑥-卵石層上部。其中，復合地基設計施工需注意的問題：復合地基施工前應進行專門設計，并進行小范圍的現場試驗，以確定其適宜性關設計參數。復合地基的承載力應通過現場載荷實驗確定，施工完成后應按有關規范的規定進行人工地基檢測。只有當處理后地基土的承載力和地基變形均滿足要求時，方可采用上述方案。另外，由于擠密樁法施工噪音和振動較大，選擇此方案時應考慮對周邊環境的影響。由于上部填土層疏松，⑤-古土壤層相對隔水，使得上部局部土層和⑤-古土壤層上部土的含水量偏高，故選擇擠密樁法處理地基時，應考慮施工過程中可能出現的局部縮孔現象。

2.4 渭北黃土臺塬地基處理方案分析

根據該范圍擬建工程實例資料，擬建建筑物如屬丙類建筑，擬建場地屬自重濕陷性黃土場地，地基的濕陷等級為Ⅱ（中等）級。按規范GB50025-2004，應消除地基部分濕陷量，并應采取結構措施和檢漏防水措施，顯然天然地基方案不能成立。按規范GB50025-2004，當地基濕陷等級為Ⅱ（中等）級時，在自重濕陷性黃土場地，地基處理厚度不應小于2.5m，且下部未處理濕陷性黃土層的剩余濕陷量不應大于200mm，并應采取結構措施和檢漏防水措施。根據勘察結果，場地濕陷性黃土分布厚度大，濕陷性相對較強，若采用換填墊層法處理地基，其換填厚度將大于4.0m，很不經濟。根據工程施工經驗，擬建建筑物宜優先采用灰土擠密樁整片處理地基，也可采用孔內深層強夯法（DDC或SDDC工法）整片處理地基，處理深度宜穿透④-黃土層至⑤-古土壤層上部，相應樁長不應小于6.0m?？變纫朔謱雍惶罨彝?，樁體內的平均壓實系數不宜小于0.97，樁頂標高以上應設置50cm厚的灰土墊層。除此以外，尚應按規范GB50025-2004采取結構措施和檢漏防水措施。場地分布的大范圍填土層在全面施工前應予以換填處理后方可進行灰土擠密樁法或孔內深層強夯法處理地基。由于上部填土層疏松，⑤-古土壤層相對隔水，使得上部局部土體含水量偏高，故采用擠密法處理地基時，應采取措施，防止出現局部縮孔現象。值得注意的是，復合地基施工前應進行專門設計，并進行小范圍的現場試驗，以確定其適用性和調整有關設計參數。復合地基的承載力應通過現場載荷試驗確定。施工完成后應按有關規定進行人工地基檢測。另外，擬建場地應充分考慮灰土擠密樁及SDDC工法地基處理施工噪音對周邊環境的影響。

3? 小結

結合實際工程，通過分析楊凌地區4個典型地貌單元地質條件和工程性質可知：

①若擬建建筑物地處渭河河漫灘，其地層構成主要為雜填土、粗礫砂、卵石等。雜填土層層底埋深較淺，對于一般建筑物其基礎埋深深度大于雜填土層層底深度。粗礫砂層、卵石層的地基承載力較高，能夠滿足建筑對地基承載力的要求，對于地基承載力要求相對較低的建筑物，可以采用天然地基方案?；驗楦纳频鼗A解除關系和地基均勻性，采用換填砂石（或碎石）墊層法處理地基。

②若擬建建筑物地處渭河Ⅰ級階地，其地層構成主要為雜填土、黃土、粉砂、中砂、卵石等，由于黃土的濕陷性且承載力較低，天然地基方案不能成立。既要消除黃土的濕陷性又要大幅度提高地基承載力，可以采用素土擠密樁先消除黃土的濕陷性，再采用水泥粉煤灰碎石樁（CFG樁）復合地基方案，可以以中砂層作為樁端持力層。

③若擬建建筑物地處渭河Ⅱ級階地，其地層結構大體相似，主要有雜填土、黃土、古土壤、圓礫等構成。場地一般為自重濕陷黃土場地，濕陷等級為Ⅱ級，因此其天然地基方案不能成立。對于一般建筑，若所建造地區黃土層層底深度較小，則可采用換填墊層法，即開挖至黃土層層底，然后用三七灰土回填至設計標高。若所建造地區黃土層層底深度較大，宜采用素土擠密樁法+CFG樁或孔內深層強夯法（DDC或SDDC工法）復合地基處理方案。

④若擬建建筑物地處Ⅲ級階地，土層結構主要由黃土層和古土壤層構成，所選的調查地點為自重濕陷性場地，地基的濕陷等級為Ⅱ（中等）級，天然地基方案不能成立。且濕陷性黃土分布厚度大，若采用換填墊層法處理地基，很不經濟。宜采用孔內深層強夯法（DDC或SDDC工法）或灰土擠密樁法復合地基處理方案。

參考文獻：

[1]GB50025-2004，濕陷性黃土地區建筑規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2004.

[2]閆志芳.濕陷性黃土地區建筑物地基處理方案優選研究[D].西安：西安建筑科技大學，2014.

[3]米周林，高明哲，等.水泥土擠密樁在濕陷性黃土地區高層建筑中的應用[J].建筑結構，2017，47（19）：82-85.

[4]李林芳.濕陷性黃土地區地基處理方案優選研究[J].交通世界，2019（13）：86-87.