換土墊層法與深層攪拌樁法聯(lián)合加固地基的應(yīng)用

摘 要：本文通過(guò)工程實(shí)例，介紹了采用換土墊層法與深層攪拌樁法聯(lián)合加固軟弱地基的處理方法、施工工藝及效果。檢測(cè)結(jié)果表明，處理后的復(fù)合地基承載力提高一倍以上，并減小基礎(chǔ)沉降量，調(diào)節(jié)了沉降差異。經(jīng)濟(jì)效果顯著，可對(duì)類(lèi)似場(chǎng)地的工程設(shè)計(jì)、施工提供參考。

關(guān)鍵詞：換土墊層；深層攪拌樁；設(shè)計(jì)；施工；檢測(cè)

中圖分類(lèi)號(hào)：TU472 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7344（2018）21-0237-03

引 言

軟弱地基的處理方法很多，有換土墊層、深層攪拌樁、擠密砂樁和碎石樁等，盡可能避免在同一地基場(chǎng)地內(nèi)分地段采用不同的地基處理方式，以免形成強(qiáng)度差異和壓縮性差異。在河池地區(qū)財(cái)政局辦公樓主樓地基處理中綜合應(yīng)用了換土墊層、深層攪拌樁取得了很好的處理效果，節(jié)約了工程造價(jià)，提高了工效，縮短了工期，具有較好的技術(shù)效果和經(jīng)濟(jì)效益。

1 工程概況

廣西河池地區(qū)財(cái)政局辦公樓位于河池市城西開(kāi)發(fā)區(qū)，主樓地上13層（高39m）、地下一層，框剪結(jié)構(gòu)，底層占地面積56.6m×15.5m，基礎(chǔ)采用筏板基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋深-4.5m，±0.00標(biāo)高193.5m，設(shè)計(jì)要求地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值f■=280kPa。

2 場(chǎng)地工程地質(zhì)條件概況

2.1 地形地貌

擬建場(chǎng)地跨越兩種地貌單元：（1）～（5）軸地段屬六圩古河床地貌，（5）～（14）軸地段屬剝蝕殘丘地貌（見(jiàn)圖1）。

2.2 地層分布及特征

根據(jù)《河池地區(qū)財(cái)政局城西開(kāi)發(fā)區(qū)辦公樓巖土工程勘察報(bào)告》，本場(chǎng)地地層自上而下為：

（1）沖積淤泥質(zhì)土：黑褐色，軟塑狀態(tài)，僅分布于（1）～（5）軸，層厚2.4～6.5m；

（2）沖積圓礫：灰褐色，松散狀態(tài)，飽和，僅分布于（1）～（5）軸，層厚0.3～0.5m；

（3）殘積粉土：棕黃色，堅(jiān)硬狀態(tài)，分布于全場(chǎng)地，層厚8.7～17.6m；

（4）殘積粉質(zhì)粘土混碎石：棕黃色，硬塑狀態(tài)，分布于全場(chǎng)地，鉆探深度內(nèi)尚未揭穿該層，層厚>10.9m。

2.3 地下水

場(chǎng)地內(nèi)地下水主要賦存于（1）～（5）軸圓礫層孔隙中，屬潛水類(lèi)型，由地表水（六圩河）和降雨補(bǔ)給，穩(wěn)定水位埋深5.2～6.4m，水量較大。

3 地基處理方案的選擇

根據(jù)場(chǎng)地沖積層（淤泥質(zhì)土）屬軟弱土層，而殘積層（粉土）承載力未能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的特點(diǎn)，勘察報(bào)告建議采用兩種地基處理方案：①場(chǎng)地西段15m（即（1）軸往（14）軸15m）采用換土墊層，以殘積粉土作為持力層；②采用樁基礎(chǔ)。針對(duì)場(chǎng)地存在的工程地質(zhì)問(wèn)題，設(shè)計(jì)單位采用了？準(zhǔn)500mm錘擊沉管灌注樁方案，樁長(zhǎng)20m，同時(shí)設(shè)計(jì)要求先對(duì)場(chǎng)地（1）～（5）軸沖積軟弱地層采用深層攪拌樁進(jìn)行加固使軟弱土層力學(xué)性質(zhì)與（5）～（14）軸的殘積土層力學(xué)性質(zhì)一致后，再進(jìn)行錘擊沉管樁施工。

受建設(shè)單位委托，我單位承擔(dān)了該工程地基處理任務(wù)。施工進(jìn)場(chǎng)后我單位項(xiàng)目技術(shù)人員對(duì)場(chǎng)地工程地質(zhì)條件進(jìn)行了深入調(diào)查，發(fā)現(xiàn)以上地基處理方案加固后采用樁基存在著造價(jià)偏高，施工工藝復(fù)雜，施工質(zhì)量不易控制，工期較長(zhǎng)，甚至還有振動(dòng)、噪音公害等問(wèn)題。針對(duì)場(chǎng)地工程地質(zhì)條件及設(shè)計(jì)對(duì)地基的要求，本著安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理的原則，圖紙會(huì)審時(shí)我單位提出了采用換土墊層法與深層攪拌樁法聯(lián)合加固方案取代深層攪拌樁+樁基方案的建議，施工報(bào)價(jià)僅為原基礎(chǔ)方案的60%。得到建設(shè)單位和設(shè)計(jì)單位的認(rèn)可，并最終采用了該地基加固處理方案。

4 方案設(shè)計(jì)

4.1 設(shè)計(jì)思路

先對(duì)（1）～（5）軸的沖積軟弱土層進(jìn)行深層攪拌樁加固處理，使得加固后（1）～（5）軸復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值和壓縮模量與（1）～（5）軸殘積粉土層基本一致，然后進(jìn)行換土墊層設(shè)計(jì)，提高整個(gè)場(chǎng)地地基力學(xué)強(qiáng)度以滿(mǎn)足建筑物上部結(jié)構(gòu)的要求，設(shè)計(jì)按兩個(gè)步驟進(jìn)行：①按地基承載力特征值fak=250kPa（即殘積粉土層力學(xué)強(qiáng)度）進(jìn)行換土墊層設(shè)計(jì)，確定墊層厚度及寬度；②根據(jù)筏板基礎(chǔ)埋深、換土墊層厚度和軟弱沖積土層厚度確定（1）～（5）軸攪拌樁處理深度（即樁長(zhǎng)）進(jìn)行深層攪拌樁設(shè)計(jì)。

4.2 換土墊層設(shè)計(jì)

（1）加固機(jī)理：利用強(qiáng)度較高的級(jí)配碎石料置換場(chǎng)地部分殘積粉土，并經(jīng)碾壓、振實(shí)，以提高地基承載力，減少附加應(yīng)力對(duì)相對(duì)軟弱持力層（殘積粉土層）的作用，減少基礎(chǔ)沉降的一種地基處理方法。

（2）墊層厚度確定：墊層厚度根據(jù)下臥軟弱土層頂面處（即墊層底面處）的附加應(yīng)力設(shè)計(jì)值與土的自重應(yīng)力不大于同一標(biāo)高處軟弱土層的地基承載力設(shè)計(jì)值來(lái)確定，其表達(dá)式為：

經(jīng)計(jì)算，確定墊層厚度Z=1.20m。

（3）墊層寬度確定：墊層寬度除滿(mǎn)足應(yīng)力擴(kuò)散的要求外，還應(yīng)考慮墊層應(yīng)有足夠的寬度及側(cè)面土的強(qiáng)度條件，防止墊層材料向側(cè)邊擠出而增大墊層的豎向變形量，常見(jiàn)的經(jīng)驗(yàn)方法為擴(kuò)散角法：

式中b′-墊層底面寬度；Z-墊層厚度；θ-墊層的壓力擴(kuò)散角，可按《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ79-91）表3.2.1采用。

經(jīng)計(jì)算，墊層寬度沿筏板基礎(chǔ)外擴(kuò)0.87m，為便于施工墊層寬度均采用沿筏板基礎(chǔ)外擴(kuò)1.0m。

（4）墊層材料：由就地取材采用本地料廠產(chǎn)的碎石料進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)確定，采用5～40mm石灰石級(jí)配碎石料，含泥量<3%。

4.3 深層攪拌樁設(shè)計(jì)

4.3.1 加固機(jī)理

利用水泥作為固化劑，通過(guò)特制的攪拌機(jī)械，在地下將軟土和固化劑（水泥）強(qiáng)制攪拌均勻，水泥顆粒表面的礦物質(zhì)很快與軟土中的水發(fā)生復(fù)雜的水化水解反應(yīng)，生成氫氧化鈣、硅酸鹽、鋁酸鹽等化合物，這些物質(zhì)在水、空氣中逐漸硬化，形成水泥骨架，有的則與周?chē)哂幸欢ɑ钚缘恼惩令w粒發(fā)生反應(yīng)，使軟土硬結(jié)成具有整體性、水穩(wěn)性和一定強(qiáng)度的水泥固化體。

4.3.2 設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇

根據(jù)勘察報(bào)告提供的土層巖土參數(shù)、筏板基礎(chǔ)設(shè)計(jì)平面圖及說(shuō)明結(jié)合附近工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，選取下列參數(shù)：

4.3.3 單樁豎向承載力特征值計(jì)算

攪拌樁平面布置按近似正方形均勻布置，樁間距：縱向0.82m、橫向0.79m。

5 施工工藝

本次施工先采用挖土機(jī)以筏板基礎(chǔ)底面標(biāo)高（即189m），對(duì)基坑進(jìn)行開(kāi)挖，然后進(jìn)行（1）～（5）軸深層攪拌樁施工，最后采用人工開(kāi)挖到墊層底面標(biāo)高，對(duì)深層攪拌樁檢測(cè)，檢測(cè)合格后再進(jìn)行墊層施工。

5.1 攪拌樁施工

（1）成樁設(shè)備：本工程使用的樁機(jī)是中國(guó)有色金屬工業(yè)總公司浙江地質(zhì)勘查局研制的DBJ-14D型單頭深層攪拌樁機(jī)，成樁施工過(guò)程中具有無(wú)振動(dòng)、無(wú)噪間、無(wú)環(huán)境污染、無(wú)側(cè)向擠壓等優(yōu)點(diǎn)。

（2）施工參數(shù)：水泥為主固化劑，粉煤灰為外摻劑，水泥摻入量為土重的15%，外摻劑摻入量為水泥的15%，水灰比0.8，采用四次噴漿攪拌工藝，施工過(guò)程中提升速度不得超過(guò)1m/min。

（3）施工工藝流程：樁機(jī)就位→送漿攪拌至設(shè)計(jì)樁底標(biāo)高→送漿攪拌提升至設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高→第二次送漿攪拌至設(shè)計(jì)樁底標(biāo)高→送漿攪拌提升至設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高→成樁移位。

5.2 換土墊層施工

5.2.1 施工順序

①基坑開(kāi)挖：為了避免機(jī)械作用造成斷樁場(chǎng)地（1）～（5）軸基坑采用人工開(kāi)挖，（5）～（14）軸采用挖土機(jī)開(kāi)挖但預(yù)留30cm采用人工清理浮土。②驗(yàn)槽：開(kāi)挖清理完畢后經(jīng)相關(guān)地質(zhì)人員驗(yàn)槽確認(rèn)已滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求后，方可進(jìn)行下道工序。③備料：按室內(nèi)試驗(yàn)設(shè)計(jì)配合比備料，并按期對(duì)料源進(jìn)行復(fù)檢。④分層回填：第一層虛鋪厚度為60cm，以后每層按30cm鋪設(shè)直到設(shè)計(jì)標(biāo)高。⑤碾壓、振實(shí)：采用YZ14B型振動(dòng)碾壓機(jī)（自重14t，振動(dòng)時(shí)作用力可達(dá)25t）分層碾壓、振實(shí)，具體為：1～2遍非振動(dòng)碾壓；3～10遍振動(dòng)碾壓；11～12遍非振動(dòng)碾壓；⑥分層檢測(cè)：利用水袋法對(duì)每振動(dòng)碾壓完一層墊層的壓實(shí)度進(jìn)行隨機(jī)抽檢，檢測(cè)合格后方可進(jìn)行下一層鋪設(shè)。按上述步驟反復(fù)施工直至設(shè)計(jì)標(biāo)高。

5.2.2 施工工藝流程

6 處理效果檢測(cè)

6.1 深層攪拌樁效果檢測(cè)

（1）載荷試驗(yàn)：根據(jù)復(fù)合地基載荷試驗(yàn)報(bào)告，由上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)單位及監(jiān)理單位隨機(jī)抽驗(yàn)的三個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)（221#樁處、333#樁處、434#樁處）的復(fù)合地基承載力特征值分別為360kPa、336.8kPa、343.6kPa，均大于設(shè)計(jì)要求250kPa；各試驗(yàn)點(diǎn)的最大沉降量分別為8.34mm、11.88mm和13.24mm，殘余沉降量分別為5.48mm、8.47mm和8.94mm，變形較均勻，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

（4）開(kāi)挖檢驗(yàn)：據(jù)現(xiàn)場(chǎng)基坑開(kāi)挖情況，成樁質(zhì)量好，用鎬鋤較難挖掘，樁頭堅(jiān)硬，樁身水泥土拌和均勻。

6.2 換土墊層效果檢測(cè)

6.2.1 壓實(shí)度檢測(cè)

按規(guī)范規(guī)定每50～100m2不少于1個(gè)檢驗(yàn)點(diǎn)，進(jìn)行抽驗(yàn)，第一層墊層抽檢20個(gè)點(diǎn)，壓實(shí)系數(shù)λc=0.972～0.994；第二層墊層抽檢25個(gè)點(diǎn)，壓實(shí)系數(shù)λc=0.968～0.986；第三層墊層抽檢26個(gè)點(diǎn)，壓實(shí)系數(shù)λc=0.968～0.991，均大于設(shè)計(jì)值λc=0.96，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

6.2.2 載荷試驗(yàn)

此次載荷試驗(yàn)由上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)單位及監(jiān)理單位隨機(jī)抽9個(gè)點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)，其中（1）～（2）軸間2個(gè)點(diǎn)、（3）～（4）軸間1個(gè)點(diǎn)（4）～（5）軸間1個(gè)點(diǎn)、（6）軸1個(gè)點(diǎn)、（7）軸1個(gè)點(diǎn)、（8）軸2個(gè)點(diǎn)、（12）軸1個(gè)點(diǎn)，經(jīng)第三方中心試驗(yàn)室進(jìn)行檢測(cè)，壓板面積0.5m2（707mm×707mm），總加載量500kPa（為設(shè)計(jì)值的2倍）。總沉降量2.565～4.02mm，沉降變形較均勻，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

6.3 建筑最終傾斜檢測(cè)

根據(jù)建筑物變形監(jiān)測(cè)結(jié)果，建筑物竣工后最終傾斜率為1.1～1.7‰，滿(mǎn)足規(guī)范要求。

7 幾點(diǎn)體會(huì)

（1）采用換土墊層法和深層攪拌樁法聯(lián)合加固軟弱地基能使復(fù)合地基承載力得到較大的提高，減小沉降量，同時(shí)亦有助于調(diào)節(jié)基礎(chǔ)的不均勻沉降。對(duì)于加固座落于不同地貌單元且地層力學(xué)性質(zhì)差異較大的小高層建筑地基，具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

（2）方案設(shè)計(jì)之初應(yīng)充分了解場(chǎng)地工程地質(zhì)條件，以確保取得合理的設(shè)計(jì)參數(shù)，使得設(shè)計(jì)方案更經(jīng)濟(jì)、可靠。

（3）施工過(guò)程中嚴(yán)格按規(guī)范要求進(jìn)行操作，在每個(gè)可能影響質(zhì)量的環(huán)節(jié)進(jìn)行施工、檢測(cè)相結(jié)合，是保證獲得理想的工程質(zhì)量的關(guān)鍵所在。

8 結(jié) 語(yǔ)

隨著城市的發(fā)展，建筑于兩種不同力學(xué)性質(zhì)地層是今后面臨的巖土工程問(wèn)題之一，常規(guī)的處理方法為采用造價(jià)較高的樁基礎(chǔ)，借鑒河池地區(qū)財(cái)政局辦公樓主樓利用換土墊層法和深層攪拌樁法聯(lián)合加固地基的成功經(jīng)驗(yàn)，做到勘察資料詳細(xì)到位，設(shè)計(jì)合理，嚴(yán)把施工質(zhì)量關(guān)，將會(huì)節(jié)約工程成本、縮短施工周期，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1]《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ79-2012）.中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2012.

[2]《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007-2011）.中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2011.

[3]《工程地質(zhì)手冊(cè)》（第四版）.中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2007.

[4]《基礎(chǔ)工程施工手冊(cè)》.中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1996.

收稿日期：2018-6-22

作者簡(jiǎn)介：翁敦賢（1974-），男，大學(xué)本科，主要從事巖土工程與地質(zhì)災(zāi)害工程勘察、設(shè)計(jì)、施工及管理工作。