河岸場地某工程地基處理方案分析

肖吉松 耿榮華 李春輝

(青島緯測地理信息有限公司，山東 青島 266431)

靠近河流的河岸場地，通常因其地質(zhì)條件復(fù)雜，巖土層性狀差，地下水豐富，多存在填土層、軟土層、液化土層等工程建設(shè)不利因素，造成工程施工難度大、成本高、工期長，在地基處理和基礎(chǔ)工程方面這些不利條件造成的影響尤為明顯，甚至使建設(shè)成本與施工工期成倍增加，本文依托青島市黃島區(qū)張家樓鎮(zhèn)某河岸場地工程的地質(zhì)條件和特點(diǎn)，分析了幾種該地區(qū)常用的地基處理方法，并根據(jù)工程實(shí)際情況提出了相對合理的處理方案。

1 河岸場地地質(zhì)條件分析

通過地質(zhì)調(diào)查及地區(qū)工程經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，近河岸場地的巖土層分布和地質(zhì)情況存在一定的共同點(diǎn)和特殊性，簡述如下。①其地貌類型多為沖積平原，且地勢較平坦，起伏不大；②第四系土層分布較厚，下部基巖埋藏較深，且第四系土層中多存在液化土、淤泥或淤泥質(zhì)土、有機(jī)質(zhì)土等；③受人類活動(dòng)影響較大，多經(jīng)回填、倒運(yùn)、耕種等人工改造；④地下水埋藏較淺，水量豐富，與河流的水力聯(lián)系密切，受季節(jié)性降水影響較大；⑤地基均勻性與場地穩(wěn)定性差，巖土層壓縮性大，未經(jīng)嚴(yán)格處理極易產(chǎn)生基礎(chǔ)沉降。河岸場地的這些特點(diǎn)，給工程建設(shè)活動(dòng)造成了很多困難和挑戰(zhàn)，為避免河岸場地的這些問題，設(shè)計(jì)人員通常選擇樁基礎(chǔ)，但樁基礎(chǔ)的施工工期長、成本高，對于結(jié)構(gòu)簡單、承載力要求較低的建筑物往往產(chǎn)生較大的資源浪費(fèi)。

2 工程案例

2.1 工程概況

青島市黃島區(qū)張家樓鎮(zhèn)某廠區(qū)建設(shè)工程，該工程包含兩棟2層大跨度廠房，高度15.5m，一棟5層辦公樓，高度20.85m，廠房及辦公樓均為框架結(jié)構(gòu)，獨(dú)立基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)承載力特征值要求不小于200kPa，擬建廠房內(nèi)包含大型冷庫，要求對地基變形量進(jìn)行嚴(yán)格控制。該場地西側(cè)、北側(cè)為城市道路，南側(cè)為鄰區(qū)廠區(qū)，東側(cè)為生態(tài)景觀河流，嚴(yán)禁廢水排放和施工污染，河流寬度約50.0m，深度8.0m，常年蓄水，年平均水深2.0m。場地東側(cè)邊界線與河岸垂直距離約4.0～6.0m。

該河岸場地為沖積平原地貌，后經(jīng)人工回填改造，場區(qū)地面較平坦，地面標(biāo)高最大值16.52m，最小值13.93m，地表相對高差最大2.59m。

2.2 工程地質(zhì)條件

依據(jù)勘察單位提供的勘察報(bào)告，場地環(huán)境類型為Ⅱ類，場地地下水類型主要是孔隙潛水，賦存于第四系土層孔隙中，富水性強(qiáng)、連續(xù)、水量大，穩(wěn)定水位埋深0.5～2.3m，穩(wěn)定水位標(biāo)高12.63～14.52m，水位年變化幅度約1.5m，近3～5年最高水位約為15.0m。

該場地地質(zhì)條件復(fù)雜，揭露的主要地層包含9層，上部為第四系土層，包含填土、粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、砂土，下部為風(fēng)化花崗巖，埋藏較深。所包含的各巖土層及其力學(xué)性質(zhì)的評價(jià)見表1。

3 地基處理方案分析

根據(jù)該地區(qū)的工程經(jīng)驗(yàn)及本河岸場地的地質(zhì)條件，綜合考慮了4種該地區(qū)常用的地基處理方式進(jìn)行論證和分析，比對其施工特點(diǎn)和適用性。

3.1 換填墊層法

換填墊層適用于淺層軟弱土層或不均勻土層的地基處理，從技術(shù)可行性因素考慮及結(jié)合擬建場區(qū)周邊環(huán)境，換填墊層法施工可行[1]。相比其他地基處理方法具有施工簡便、費(fèi)用低廉的特點(diǎn)，適用于埋深較淺、便于開挖施工的場地[2]，另外換填墊層法對周邊環(huán)境的影響較小，污染小。

該工程可選用級配砂石對①層素填土進(jìn)行換填，換填壓實(shí)后保證壓實(shí)系數(shù)λ﹥0.97，承載力特征值fak可達(dá)200kPa以上，滿足設(shè)計(jì)承載力要求。但該場地存在③-1淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層，為軟弱下臥層，該層后期易產(chǎn)生固結(jié)沉降，應(yīng)進(jìn)行處理。若采用換填墊層法對該層進(jìn)行處理，則換填深度達(dá)到3.00～7.50m，十分不經(jīng)濟(jì)，應(yīng)作為備選方案。

表1 巖土層力學(xué)性質(zhì)表

3.2 強(qiáng)夯法

強(qiáng)夯法處理地基適用于碎石土、砂土、低飽和度的粉土與黏性土、濕陷性黃土、素填土和雜填土等地基。強(qiáng)夯法具有加固效果顯著、適用土類廣、設(shè)備簡單、施工方便、節(jié)省勞力、施工工期短、節(jié)約材料、施工文明和施工費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。從技術(shù)可行性因素考慮及結(jié)合擬建場區(qū)周邊環(huán)境，強(qiáng)夯法施工可行。

但該場地水位較高，穩(wěn)定水位埋深0.5～2.3m，強(qiáng)夯法施工前必須先進(jìn)行降水。場地內(nèi)②-1層中粗砂，④粗砂層均為強(qiáng)透水層，且地下水豐富、連續(xù)、水量大，為保證較好的降水效果，需增加止水帷幕或采用降水井降水，因降水施工工期長，費(fèi)用高，難度大，固強(qiáng)夯法在該場地條件下應(yīng)作為備選方案。

3.3 水泥土攪拌樁復(fù)合地基

水泥土攪拌樁適用于處理正常固結(jié)的淤泥、淤泥質(zhì)土、素填土、黏性土、粉土、粉細(xì)砂、中粗砂、飽和黃土等土層[1]。從技術(shù)可行性因素及場地巖土工程條件考慮，水泥土攪拌樁施工可行。

水泥土攪拌樁受施工工藝限制，施工過程中可能會(huì)產(chǎn)生大量的廢棄泥漿，須作好泥漿外運(yùn)和處理工作，水泥土拌合過程中也會(huì)產(chǎn)生粉塵污染，場地東側(cè)距離河岸最小距離只有4.0m，一旦出現(xiàn)施工不當(dāng)或跑漿、漏漿問題，不可避免對河流造成污染。水泥土攪拌樁地基處理方案應(yīng)慎重選用。

3.4 CFG復(fù)合地基

CFG復(fù)合地基適用于處理黏性土、粉土、砂土和自重固結(jié)已完成的素填土地基。選擇處理擬建建筑物基礎(chǔ)部分，可選擇第⑤層強(qiáng)風(fēng)化花崗巖為持力層，與樁間土體形成復(fù)合地基。選用CFG樁進(jìn)行地基處理，可以有效地對軟土層進(jìn)行加固、消除砂土層的液化可能性，同時(shí)對地基進(jìn)行加固。結(jié)合擬建場區(qū)周邊環(huán)境及地層情況CFG復(fù)合地基處理方法可行。

4 CFG復(fù)合地基處理方案設(shè)計(jì)

根據(jù)本次勘察資料，樁長范圍內(nèi)有填土、粉質(zhì)黏土、中粗砂、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、粗砂、全風(fēng)化花崗巖，成樁過程中容易出現(xiàn)漏漿、縮徑等事故，但可通過提前對各土層進(jìn)行適當(dāng)有效加固處理及增加鋼護(hù)筒長度等有效措施進(jìn)行解決，人工填土層可采用強(qiáng)夯或換填壓實(shí)處理。

(1)CFG樁設(shè)計(jì)參數(shù)的選用

巖土工程勘察報(bào)告提供的各巖土層有關(guān)地基技術(shù)參數(shù)見表1。

結(jié)合地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，初步確定CFG樁樁徑500mm，樁間距1.2m，正三角形布樁，樁端進(jìn)入持力層不小于1m，處理后樁間土承載力特征值可取②層粉質(zhì)黏土天然地基承載力特征值，按140kPa取值。

(2)單樁承載力

以辦公樓地層情況為例，樁端至⑥層強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，處理深度約11.0m；單樁水泥摻入量15%～17%，估算單樁承載力特征Ra值約為440kN。

(3)樁身強(qiáng)度驗(yàn)算

(4)復(fù)合地基承載力

初步估算時(shí)按下式進(jìn)行計(jì)算。

經(jīng)計(jì)算，復(fù)合地基承載力特征值為435kPa。

(5)復(fù)合地基變形計(jì)算[3]

復(fù)合地基沉降計(jì)算依據(jù)下述公式。

依據(jù)初步設(shè)計(jì)參數(shù)，計(jì)算地基處理深度范圍內(nèi)的變形量，最不利情況下變形量最大值為s=79.48mm，滿足規(guī)范要求。

通過CFG復(fù)合地基處理方案的初步設(shè)計(jì)，該方案處理后的地基承載力與變形量均能滿足擬建物的設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)語

河岸場地一般地質(zhì)條件復(fù)雜，巖土層力學(xué)性質(zhì)差，地下水豐富，存在多種工程建設(shè)不利因素，為基礎(chǔ)方案設(shè)計(jì)和施工帶來很多難題，因此河岸場地通常選擇樁基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工，但樁基造價(jià)高、工期長，容易產(chǎn)生資源浪費(fèi)。通過對本案例的場地條件和常用的地基處理方法進(jìn)行深度分析，提出選用CFG樁地基處理方案，該方案造價(jià)低、施工快，經(jīng)初步設(shè)計(jì)可以在河岸場地應(yīng)用，并取得較好的地基處理效果。