深厚素填土場(chǎng)地地基處理方案比選分析

呂志剛

前言

近年來(lái)開(kāi)山填溝筑地、圍海筑地工程較多，填土常用開(kāi)山黏土或石料，大小不一，填筑厚度有的達(dá)數(shù)十米，極不均勻。人工填土按照物質(zhì)組成和堆填方式可以分為素填土、雜填土和沖填土。素填土是有碎石、砂或粉土、黏性土等一種或者幾種組成的填土，其中不含雜質(zhì)或者含雜質(zhì)較少。若經(jīng)分層壓實(shí)則為壓實(shí)填土。深厚素填土（未經(jīng)壓實(shí)）地基上進(jìn)行工程建設(shè)，多高層建筑主體結(jié)構(gòu)通常采用樁基，而園區(qū)內(nèi)的市政道路、鋪磚廣場(chǎng)、球場(chǎng)等，為滿足承載力及變形要求，通常需要進(jìn)行場(chǎng)地地基處理。

1 巖土工程地基加固處理技術(shù)分析

根據(jù)場(chǎng)地地基處理的加固原理，可以將地基處理方法分為六類，依次為：置換、排水固結(jié)、灌入固化物、振密或擠密、加筋[1]。深厚填土（未經(jīng)壓實(shí)）地基中常見(jiàn)的幾種工程地基處理技術(shù)如下：

1.1 強(qiáng)夯法

強(qiáng)夯法是指反復(fù)將夯錘提到高處使其自由落下，給地基以沖擊和振動(dòng)能量，將地基土夯實(shí)，從而提高地基的承載力，降低其壓縮性，改善地基性能。強(qiáng)夯法適用于處理碎石士、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。非飽和土夯實(shí)過(guò)程，其本質(zhì)是土中的氣相被擠出的過(guò)程。

1.2 水泥攪拌樁復(fù)合地基

水泥土攪拌法是加固飽和軟黏土地基的一種成熟方法，它利用水泥、石灰等材料作為固化劑的主劑，通過(guò)深層攪拌機(jī)械，在地基中就地將軟土和固化劑（漿液狀或粉體狀）強(qiáng)制攪拌，利用固化劑和軟土之間所產(chǎn)生的一系列物理及化學(xué)反應(yīng)，使軟士硬結(jié)成具有整體性、水穩(wěn)定性和一定強(qiáng)度的優(yōu)質(zhì)地基。

水泥土攪拌法最適宜于加固各種成因的飽和軟軟黏土。國(guó)外使用深層攪拌法加固的土質(zhì)有新吹填的超軟士、沼澤地帶的泥炭士、沉積的粉士和淤泥質(zhì)土等。目前國(guó)內(nèi)常用于加固淤泥、淤泥質(zhì)土、粉土和含水量較高且地基承載能力標(biāo)準(zhǔn)值不大的黏性士等[2]。

1.3 換填墊層法

換填墊層法就是將基礎(chǔ)底面以下不太深的一定范圍內(nèi)的軟弱土層挖去，然后以質(zhì)地堅(jiān)硬、強(qiáng)度較高、性能穩(wěn)定、具有抗侵蝕性的砂、碎石、卵石、素土、灰土、粉煤灰、礦渣等材料以及土工合成材料分層充填，并同時(shí)以人工或機(jī)械方法分層壓、夯、振動(dòng)，使之達(dá)到要求的密實(shí)度，成為良好的人工地基。

換填墊層法適用于淺層地基處理，包括淤泥、淤泥質(zhì)士、松散素填土、雜填土、已完成自重固結(jié)的吹填土等地基處理以及暗塘、暗洪、暗溝等淺層處理和低洼區(qū)域的填筑。

2 工程實(shí)例分析

2.1 工程概況

廣西欽州某產(chǎn)業(yè)園區(qū)，擬建一中學(xué)工程，場(chǎng)區(qū)屬沿海丘陵地貌，原為山丘-溝谷組合地形，用地范圍內(nèi)已作挖填土整平工作，整平后的地面標(biāo)高與建筑地面設(shè)計(jì)標(biāo)高相接近，場(chǎng)地內(nèi)大范圍屬填方區(qū)（未經(jīng)壓實(shí)），填土厚度最深達(dá)10.8m。場(chǎng)地平面圖及地基處理分區(qū)圖如圖1。

圖1 場(chǎng)地平面圖及地基處理分區(qū)圖

2.2 工程地質(zhì)

據(jù)鉆探揭露，上覆土層主要由就近推山整平場(chǎng)地時(shí)形成的人工填土、少量耕土、淤積土等組成，厚度0～10.80m。下伏基巖留系全、強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖。典型地質(zhì)斷面圖如圖2。

圖2 典型地質(zhì)斷面圖

素填土①（Q4ml）：黃褐、暗紅色，不均勻，松散狀，稍濕，主要由粘性土及各類風(fēng)化巖碎塊、巖屑及其形成的粘性土構(gòu)成，分布不均，為近期推填，孔隙度大，疏松，自重固結(jié)處于初始階段，屬高壓縮性土層，層厚0.3～12.30m。

全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖④（S）：黃、暗紅、青灰等色，砂泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，原巖結(jié)構(gòu)完全風(fēng)化變異，顆粒間的粘結(jié)力很弱，極破碎呈砂泥狀，用手易捏散，泡水易崩解，屬極軟巖，完整程度為極破碎，巖體的基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ級(jí)，層厚0.50～3.20m。

強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖⑤（S）：黃、暗紅、青灰等色，砂泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，原巖組織結(jié)構(gòu)大部分風(fēng)化破壞，風(fēng)化裂隙發(fā)育，巖質(zhì)松軟，手可掰碎，泡水崩解，下部部分夾少量薄層狀的中風(fēng)化層，屬極軟巖，完整程度為破碎，巖體的基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ級(jí)。

2.3 地基處理方案優(yōu)選

本次地基處理的范圍包括園區(qū)內(nèi)市政道路、鋪磚廣場(chǎng)、球場(chǎng)、跑道，其中各分區(qū)技術(shù)指標(biāo)要求如表1。

通過(guò)理正巖土軟件計(jì)算發(fā)現(xiàn)從地基承載力角度看，無(wú)論采用何種地基處理方式，最終都能夠滿足承載力的要求，所以處理本場(chǎng)地地基的關(guān)鍵所在是消除場(chǎng)地的工后沉降以及減少地基的不均勻沉降。

采用強(qiáng)夯法處理，先重錘點(diǎn)夯2～3遍（單擊夯擊能為3000kN·m），每遍10擊（具體由試夯決定），后輕錘滿夯1遍（單擊夯擊能為1000kN·m），可以將土體夯實(shí)，減小工后沉降，能達(dá)到預(yù)期效果。采用水泥攪拌樁復(fù)合地基法加固園區(qū)場(chǎng)地，攪拌樁穿過(guò)表層素填土達(dá)到巖層表面，可以很好地把荷載傳遞到基巖，且各區(qū)估算沉降均能滿足工后沉降要求。采用換填墊層法，可以使地基表面形成一層硬殼層，將表層荷載擴(kuò)散至地下深處，可減小地表的沉降差，采用毛石換填1～1.5m厚，預(yù)估沉降也能滿足工后沉降要求。

表1 各分區(qū)技術(shù)指標(biāo)要求

園區(qū)場(chǎng)地總計(jì)需進(jìn)行地基處理的面積約1.2847萬(wàn)m2，強(qiáng)夯單價(jià)按120元/m2計(jì)，若全場(chǎng)按強(qiáng)夯方案處理，則強(qiáng)夯部分費(fèi)用合計(jì)約：136.7萬(wàn)元。攪拌樁單價(jià)按40～50元/m計(jì)，若全場(chǎng)按攪拌樁加固方案（等邊三角形布置）處理，則費(fèi)用合計(jì)約：258.8～323.5萬(wàn)元；若全場(chǎng)按換填墊層加固方案處理，換填材料采用毛石，換填1.5m深按180元/m2計(jì)，換填1.0m深按130元/m2，則費(fèi)用合計(jì)約：187.1萬(wàn)元。

由此可見(jiàn)，在深厚素填土場(chǎng)地上，地基處理采用強(qiáng)夯法經(jīng)濟(jì)性優(yōu)于換填墊層法，更優(yōu)于水泥攪拌樁加固法。然而，本案例因工期緊張，各單體要先行施工，若后期采用強(qiáng)夯法對(duì)園區(qū)場(chǎng)地進(jìn)行處理，將對(duì)主體結(jié)構(gòu)及樁基產(chǎn)生不利影響，而采用水泥攪拌樁加固法處理，也能達(dá)到預(yù)期效果，但經(jīng)濟(jì)性較差，故最終在需要處理的全部范圍采用了換填墊層法處理，既滿足地基承載力及變形要求，同時(shí)也取得了較好的經(jīng)濟(jì)性，節(jié)省了投資。

3 結(jié)論

以工程案例為依托，對(duì)比分析了深厚素填土場(chǎng)地，采用強(qiáng)夯法、水泥攪拌樁復(fù)合地基法、換填墊層法三種地基加固方案的技術(shù)性與經(jīng)濟(jì)性，得出結(jié)論：針對(duì)深厚素填土（未經(jīng)壓實(shí)）場(chǎng)地，以上三種方案技術(shù)上均可行，經(jīng)濟(jì)性，強(qiáng)夯法優(yōu)于換填墊層法，換填墊層法優(yōu)于水泥攪拌樁加固法。但工程項(xiàng)目最終采用何種地基處理方案，須結(jié)合工程進(jìn)度要求進(jìn)行最終取舍。

[1]地基處理手冊(cè)[M].中國(guó)建筑工業(yè)出版社，《地基處理手冊(cè)》（第二版）編寫(xiě)委員會(huì)[編].2000.

[2]《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007-2011）[S].2012.