深回填區(qū)域地坪地基設(shè)計(jì)分析

許楠

中船第九設(shè)計(jì)研究院工程有限公司 上海 200090

引言

某大型試驗(yàn)中心建設(shè)場(chǎng)地表層有較厚的新近回填土，且尚未完成固結(jié)，試驗(yàn)中心的主體結(jié)構(gòu)為單層鋼排架結(jié)構(gòu)，主要試驗(yàn)功能均設(shè)置于建筑首層地面，地坪是滿足該試驗(yàn)中心功能的重要載體，并且試驗(yàn)中心地面的承載力要求高，其中主要工作地面承載力要求達(dá)到50kN/m2，同時(shí)存在自重較大的大型精密試驗(yàn)設(shè)備；地面沉降控制要求嚴(yán)格，總沉降量要求不超過50mm。一般情況下，地坪地基可通過適當(dāng)?shù)牡鼗幚韥頋M足承載力和沉降的要求。但是，結(jié)合該試驗(yàn)室的試驗(yàn)流程要求，地坪開裂或不均勻沉降，會(huì)影響試驗(yàn)正常進(jìn)行，所以本項(xiàng)目中地坪的地基設(shè)計(jì)就尤為重要[1]。

1 工程地質(zhì)概況

擬建場(chǎng)地臨近湖泊，原為荒地，原場(chǎng)地有一定起伏，經(jīng)清表整填后，場(chǎng)地表層有5～10m的新近回填土，堆積年限大約3～5年，尚未完成自重固結(jié)，土質(zhì)不均勻，屬高壓縮性土，±0設(shè)計(jì)標(biāo)高基本與現(xiàn)狀地面持平?；靥钔翆右韵乱来畏植加械冖趯臃圪|(zhì)黏土（Q4al），第③層粉質(zhì)黏土（Q4al+pl），第④層殘積粉質(zhì)黏土（Qel），第⑤-1層強(qiáng)風(fēng)化泥巖（S2f）和第⑤-2層中風(fēng)化泥巖（S2f）。第⑤-2層層面起伏較大，場(chǎng)地典型地質(zhì)剖面圖見圖1。

圖1 典型地質(zhì)剖面

2 室內(nèi)地坪地基設(shè)計(jì)分析

試驗(yàn)中心橫向跨度45.0m，縱向長(zhǎng)度71.0m，室內(nèi)凈高30.0m，上部采用單層單跨鋼排架結(jié)構(gòu)，上部結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)采用樁+承臺(tái)的形式，樁基持力層為⑤-2層中風(fēng)化泥巖。試驗(yàn)中心地面荷載最大達(dá)到為80kN/m2，控制總沉降量不超過20mm?？紤]到場(chǎng)地表層新近填土較厚，結(jié)合荷載需求及主體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)布置，必須對(duì)試驗(yàn)中心室內(nèi)地坪進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，才能保證試驗(yàn)功能要求。地坪地基設(shè)計(jì)的目標(biāo)主要是在滿足地面荷載的前提下，控制不均勻沉降及過大的沉降值。地坪設(shè)計(jì)前期，會(huì)同使用方及相關(guān)專業(yè)，根據(jù)試驗(yàn)工藝流程，仔細(xì)分析并細(xì)化了地坪荷載分布（見圖2），地坪的荷載類型主要有：①固定試驗(yàn)設(shè)備荷載；②移動(dòng)設(shè)施荷載，包括拖曳設(shè)施、運(yùn)輸車輛等；③地坪堆載，主要為試驗(yàn)耗材、原料及試驗(yàn)件等堆載。

圖2 地坪荷載分布

2.1 地坪地基處理方案分析

地基處理方案一般為換填墊層、預(yù)壓地基、夯實(shí)地基或復(fù)合地基?？紤]到場(chǎng)地表層新近回填土較深，采用換填墊層或夯實(shí)地基時(shí)無法滿足設(shè)計(jì)要求。水泥土攪拌樁作為一種良好的軟弱地基處理方案，能夠最大限度地利用原狀土承載力，從而提高地基強(qiáng)度、增大變形模量。但水泥土攪拌樁在欠固結(jié)土層中成樁可靠性較差，基于本工程場(chǎng)地土的情況，不適合采用此方案。采用真空和堆載聯(lián)合預(yù)壓地基處理方式，可有效提高回填土固結(jié)程度并提高地基承載力，但該處理方案工期較長(zhǎng)，無法滿足項(xiàng)目建設(shè)周期要求[2]。

考慮到回填土質(zhì)不均勻和施工控制等因素，可采用樁基礎(chǔ)架空地坪，即地坪采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)為樁基，荷載通過地坪結(jié)構(gòu)傳至樁基。相較傳統(tǒng)的地基處理方式，樁基礎(chǔ)架空地坪具有承載力高、沉降量小、平整度高、施工質(zhì)量可控、周期短的優(yōu)勢(shì)。

2.2 樁基礎(chǔ)架空地坪方案比較分析

樁基礎(chǔ)架空地坪可采用平板式或梁板式，平板式架空地坪板受力方式類似無梁樓蓋，鋼筋混凝土地坪板直接支承于樁基承臺(tái)上，梁板式架空地坪中荷載通過地坪梁傳至樁基礎(chǔ)，可有效減少地坪板的厚度。本工程中不同地坪荷載類型下均選取了平板式和梁板式方案進(jìn)行比較，樁基承臺(tái)均采用單樁承臺(tái)，單樁承載力特征值為1300kN，平面布置采用5跨×5跨。布置簡(jiǎn)圖見圖3，比較結(jié)論見表1。

表1 不同荷載條件下的平板式、梁板式地坪材料用量比較

圖3 架空地坪結(jié)構(gòu)平面布置示意

由表1可得，平板式架空地坪造價(jià)具有優(yōu)勢(shì)。平板式地坪板厚較大，耐久性也相對(duì)更好。同時(shí)，相比梁板式地坪，平板式地坪在施工上也較為簡(jiǎn)單。免去地坪梁支模的材料和工期[3]。

3 室內(nèi)地坪地基設(shè)計(jì)

根據(jù)對(duì)比結(jié)果，本試驗(yàn)室地坪采用樁基礎(chǔ)架空地坪，地坪結(jié)構(gòu)形式采用平板式。根據(jù)周邊環(huán)境要求，樁基采用鉆孔灌注樁，持力層采用⑤-2層中風(fēng)化泥巖層，該層為下伏基巖，可視為不可壓縮地層，能夠滿足試驗(yàn)室地坪沉降要求。樁長(zhǎng)19～24m，且進(jìn)入持力層不小于2d（d為樁直徑），單樁承載力特征值為1300kN，樁距參照對(duì)比結(jié)果并根據(jù)計(jì)算確定，地坪板厚300～350mm?；A(chǔ)布置平面示意見圖4。

圖4 基礎(chǔ)平面布置示意

對(duì)于架空地坪的單樁承臺(tái)，可采用方形承臺(tái)，也可采用錐形（加腋）承臺(tái)（圖5）。相同承臺(tái)厚度下，當(dāng)承臺(tái)面積采用構(gòu)造要求的最小尺寸（承臺(tái)邊到樁中心不小于1d，且樁的外邊緣到承臺(tái)邊緣的距離不小于150mm）即可滿足樁沖切、承臺(tái)沖切筏板等計(jì)算要求時(shí)，采用方形承臺(tái)的混凝土方量更小，鋼筋量也更小，承臺(tái)側(cè)面鋼筋采用構(gòu)造鋼筋即可，從造價(jià)角度應(yīng)采用方形承臺(tái)。如因單樁反力較大或有較高水浮力等情況采用方形承臺(tái)時(shí)樁沖切、承臺(tái)沖切筏板等不能滿足計(jì)算，可采用錐形（加腋）承臺(tái)[4]。

圖5 方形承臺(tái)（左）、錐形（加腋）承臺(tái)示意

4 結(jié)束語

通過對(duì)本工程試驗(yàn)中心地坪地基設(shè)計(jì)進(jìn)行多方案的分析比較，了解了各結(jié)構(gòu)方案的適用性及經(jīng)濟(jì)性。對(duì)于在未完成固結(jié)的新近回填土層上的地坪基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，當(dāng)沉降控制要求較高時(shí)，采用樁基+結(jié)構(gòu)底板的設(shè)計(jì)，能夠有效控制沉降，且施工工藝成熟，施工質(zhì)量可控。樁型可根據(jù)實(shí)際地層情況及場(chǎng)地周邊要求，采用鉆孔灌注樁或混凝土預(yù)制樁。不同荷載作用下對(duì)比梁板式和平板式的結(jié)構(gòu)地坪，綜合考慮經(jīng)濟(jì)性及施工便捷性，可優(yōu)先選用平板式的結(jié)構(gòu)地坪。同時(shí)荷載取值對(duì)基樁分布及板鋼筋設(shè)置有較大影響，在設(shè)計(jì)前應(yīng)進(jìn)行精細(xì)化分析取值。通過該工程的設(shè)計(jì)，我們積累了一些深回填區(qū)的地坪基礎(chǔ)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，希望能為其他類似區(qū)域或軟土地區(qū)同類工程的地坪地基設(shè)計(jì)提供借鑒。