山西某新建工房地基處理方案可行性分析

任 和 張愛卿 李金云

(北京科技大學(xué)天津?qū)W院，天津 301830)

0 引言

在我國，黃土和黃土狀土主要分布于華北、西北等地區(qū)，山西省內(nèi)有濕陷性黃土分布。濕陷性黃土是一種特殊性質(zhì)的土，遇水浸濕后，在一定壓力下，土的結(jié)構(gòu)迅速破壞，產(chǎn)生顯著的下沉，對建筑物帶來很大的危害。因此，在濕陷性黃土的場地內(nèi)進行建設(shè)時，應(yīng)根據(jù)建筑物及場地的實際狀況，對地基進行綜合處理，防止?jié)裣菪渣S土地基對建筑物產(chǎn)生危害。處理濕陷性黃土地基的主要方法有換土墊層法、夯實法、擠密樁法、深層攪拌樁法、樁基礎(chǔ)法、預(yù)浸水法及綜合處理法等。

1 工程概況

本工程建筑面積為1 559.75 m2，局部2層，2層建筑面積為283.79 m2。1 層頂標(biāo)高為4.6 m，2 層頂標(biāo)高為7.3 m。本工程為全現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，安全等級二級，抗震設(shè)防烈度為8度，設(shè)計使用年限50年。

擬建場地地形較平坦，場地地層在勘探深度范圍內(nèi)成因類型為第四系更新統(tǒng)形成的松散沉積物，勘探點位置圖如圖1所示。根據(jù)野外鉆探、原位測試及室內(nèi)土工試驗結(jié)果，勘探深度范圍內(nèi)地基土自上而下可劃分為四層，依次為人工填土、濕陷性粉土、粉土和粉質(zhì)粘土。本場地環(huán)境類別為Ⅲ類，地基土對混凝土結(jié)構(gòu)及鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋均具有微腐蝕性。

圖1 建筑與勘探點平面布置圖

擬建場地地下水屬滯水，主要接受側(cè)向徑流補給，由于地下水水位埋藏較深，可不考慮地下水對建筑物基礎(chǔ)的影響。

擬建建筑物地基主要采取針對地基土的濕陷性、均勻性及承載力進行處理。

2 地基處理方案建議

項目區(qū)內(nèi)地基的處理主要針對地基土的濕陷性、均勻性及承載力三個方面進行，由此提出以下兩種地基處理方案:

1)方案一:擬建建筑物地基建議采用灰土擠密樁進行處理，初步設(shè)計時可按有效樁長7.5 m，樁間距1.0 m，正三角形布樁;要求樁體土壓實系數(shù)不小于0.96，樁間土擠密系數(shù)不小于0.90，處理后應(yīng)消除樁間土的濕陷性，處理后的地基土承載力應(yīng)不小于180 kPa。

2)方案二:擬建建筑地基可采用換土墊層法對地基進行處理，換填材料選用3∶7灰土，換填厚度不小于1.5 m，壓實系數(shù)應(yīng)達(dá)到0.96，處理后的墊層承載力應(yīng)不小于180 kPa。

3 灰土擠密樁法

灰土擠密樁法是目前處理濕陷性黃土地基常用的方法，可以用于地基的局部處理，也可用于整片處理?；彝翑D密樁法主要是利用成孔過程中孔樁對土體產(chǎn)生的徑向擠壓而使樁周附近的土體得到擠密，從而形成灰土樁與樁周擠密土構(gòu)成的復(fù)合地基。

3.1 灰土擠密樁法處理方法

根據(jù)擬建場地勘察結(jié)果，設(shè)計采用灰土擠密樁法進行整片地基處理。處理方法如下:

1)樁徑0.4 m，樁距1.0 m，正三角形布樁，有效樁長 7.5 m。灰土擠密樁采用擠密成孔，孔內(nèi)填料為3∶7灰土，分層回填夯實，樁間土擠密后的平均擠密系數(shù)不小于0.93，孔內(nèi)填料的壓實系數(shù)不小于0.96，處理后的地基承載力特征值不小于160 kPa。

2)施工應(yīng)符合GB 50007-2002建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范，GB 50025-2004濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范，DBJ-61-2006擠密樁法處理地基技術(shù)規(guī)程等要求。

3)在地基處理范圍內(nèi)樁頂和基礎(chǔ)之間鋪設(shè)0.5 m厚2∶8灰土墊層，其壓實系數(shù)不應(yīng)小于0.95。

4)樁間土擠密效果檢驗分施工前或者施工初期進行的現(xiàn)場擠密效果試驗，以及施工后對擠密效果的抽樣檢測。具體要求應(yīng)按照有關(guān)規(guī)范進行，通過正式驗收合格后，才能進行基礎(chǔ)工程的施工。

5)承載力檢驗應(yīng)采用復(fù)合地基載荷試驗，先做小面積試驗，承載力滿足設(shè)計要求后方可大面積施工，具體試驗要求嚴(yán)格按照有關(guān)規(guī)范要求進行。因土質(zhì)差異明顯，應(yīng)在不同地段進行試驗。

3.2 灰土擠密樁法處理方案可行性分析

灰土擠密樁法的設(shè)備簡單，在成樁過程中，灰土置換了原孔位處的天然土，提高了地基承載力，是目前應(yīng)用比較廣泛的濕陷性黃土地基處理方法。但是，在項目區(qū)內(nèi)進行施工時，需要根據(jù)實際情況分析該方法是否適用。

項目區(qū)地基土土層中部分含有垃圾土。垃圾土的物理性質(zhì)、化學(xué)成分十分復(fù)雜，受到多種因素的影響。垃圾土具有壓縮性和滲透性，會引起地基土的沉降，對建筑物造成一定的危害。擬建建筑地基中濕陷性黃土下部有部分垃圾土存在，灰土擠密樁法無法實施。

在灰土擠密樁施工的過程中會對周邊土體產(chǎn)生擠壓，進而對鄰近已有建筑產(chǎn)生影響。

灰土擠密樁法施工采用的材料主要是石灰，因此在施工中需要對石灰進行化灰處理，因而需要建造化灰池。進行化灰處理后化灰池所在的土地即使拆除化灰池后依然無法種植植物，該土地也無法進行再利用，對環(huán)境造成很大的影響。

4 換土墊層法

當(dāng)建筑物基礎(chǔ)下的持力層比較軟弱，不能滿足上部結(jié)構(gòu)荷載對地基的要求時，常采用換土墊層來處理軟弱地基。這種方法是將基底下的濕陷性黃土全部或部分挖除，然后用素土或灰土分層夯實做成墊層，以便消除地基的部分或全部濕陷量，并可減小地基的壓縮變形和滲透性，提高地基承載力。適用于地下水位以上，土層厚度在1 m～3 m范圍內(nèi)。該方法成本低、施工難度小、技術(shù)要求不高、效果顯著。

4.1 換土墊層法處理方法

根據(jù)現(xiàn)場實際情況，將原設(shè)計的地基處理方式即灰土擠密樁法改為換土墊層法。具體換填厚度及范圍要求如下:

對于基礎(chǔ)底設(shè)計標(biāo)高已進入2層土的基礎(chǔ)，下部需繼續(xù)挖除1.5 m厚土，范圍寬出基礎(chǔ)邊1.5 m。對于基礎(chǔ)底設(shè)計標(biāo)高在1層土范圍的，應(yīng)繼續(xù)下挖，直至挖至2層土，周邊寬出基礎(chǔ)邊不小于挖除的土厚，最寬處理范圍可取寬出基礎(chǔ)邊3 m。設(shè)備基礎(chǔ)(包括水池)下部1層土也應(yīng)全部挖除，周邊寬出設(shè)備基礎(chǔ)邊1 m。普通室內(nèi)地面可僅處理1 m厚，但應(yīng)對下部土進行夯實處理。

回填土均采用3∶7灰土，壓實系數(shù)大于0.96?；靥钜髴?yīng)符合相關(guān)規(guī)定要求及結(jié)構(gòu)設(shè)計說明。

4.2 換土墊層法處理方案可行性分析

換土墊層法在山西地區(qū)應(yīng)用廣泛，其優(yōu)點為施工簡便、工期短、費用低且質(zhì)量容易保證。

換土墊層法是一種淺層處理濕陷性黃土地基的傳統(tǒng)方法，處理厚度一般為1 m～3 m，通過處理基底下部分濕陷性黃土層減少地基的濕陷量。擬建工程地基中基底下部的濕陷性黃土層厚度小于3 m，宜采用換土墊層法。

采用換土墊層法進行擬建工程的地基處理過程中，挖除工作和回填工作均不產(chǎn)生較大的環(huán)境污染情況，對擬建工程所在范圍內(nèi)的生態(tài)環(huán)境沒有明顯的破壞，且在施工過程中沒有對周邊土體進行擠壓，從而對鄰近已有建筑無明顯影響。

5 換土墊層法與灰土擠密樁法地基處理方案對比分析

擬建建筑的地基處理擬采用灰土擠密樁法，經(jīng)過對灰土擠密樁法的適用性進行分析后，提出采用換土墊層法對擬建建筑的地基進行處理，并且通過對兩種方法的對比分析，得出換土墊層法更加適合本工程擬建建筑的地基處理?；彝翑D密樁法與換土墊層法的對比如表1所示。

表1 換土墊層法與灰土擠密樁法地基處理方案對比分析表

6 結(jié)語

濕陷性黃土?xí)a(chǎn)生對建筑物危害很大的失穩(wěn)性變形，因此，在對含有濕陷性黃土的地基進行處理時，應(yīng)綜合考慮建筑物和施工場地的實際條件，選擇施工簡便、保證質(zhì)量、節(jié)約資金、保證建筑物安全和正常使用的處理方案，從而得到最好的施工效果。

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