谈多高层建筑在湿陷性黄土地区的地基处理

张 志 新

(山西省建筑设计研究院，山西 太原 030013)

谈多高层建筑在湿陷性黄土地区的地基处理

张 志 新

(山西省建筑设计研究院，山西 太原 030013)

结合工程实例，分析了强夯法与素土挤密桩法在湿陷性黄土场地的地基处理技术，并对地基检测的内容及方法进行了论述，以确保地基处理的质量，从而保证建筑物的安全性与稳定性。

多高层建筑，湿陷性黄土，地基处理，检测

主要分布于我国北方地区的黄土多具湿陷性(这里所说的黄土泛指黄土和黄土状土，部分杂填土也具有湿陷性)。由于该特种土广泛存在于我国，而其不做处理时，在上覆土自身重力作用下，或者在附加压力作用下，土层受水浸后土的结构体系很快破坏而使地基发生均匀的沉降，导致建筑物发生倾斜，墙体出现裂缝等严重问题，不仅对正常使用有着严重的影响，也会产生不利的社会影响。但随着中国经济的高速发展，各地多高层城建项目不断增加，因此对湿陷性黄土的处理有了更高的要求，而且高层建筑对地基的承载力提出更高的要求。现根据我本人近些年的经验浅谈下多高层建筑在湿陷性黄土地区的地基处理。在湿陷性黄土地基上进行工程建设时，必须考虑因地基湿陷引起附加沉降对工程可能造成的危害，选择适宜的地基处理方法，避免或消除地基的湿陷或因少量湿陷所造成的危害。

对湿陷性黄土地区的地基处理应采取以地基处理为主，以防水措施为辅的原则进行综合考虑。《湿陷性黄土地区建筑规范》中的地基处理的方法很多，如：垫层法、强夯法、挤密法、预浸水法。现就以工程实例及实验结果分类做如下介绍。

1 多层建筑

地基受水浸湿可能性不大的一般多层建筑，总高不高，可划分为丙类建筑，地基处理时应消除地基的部分湿陷量，不需要全部消除。

1.1 项目概况

某别墅区均为半一层地下室，地上3层剪力墙住宅，建筑场地类别为：Ⅲ类，高度为16 m，主要土层情况如下：

①杂填土，松散结构，成分复杂，均匀性差，施工时已全部挖除，平均层底1.0 m～5.5 m。地基承载力特征值为80 kPa。

②湿陷性粉土，密实状态，平均层底2.5 m～8.5 m。地基承载力特征值为95 kPa。天然含水量为15%。

③湿陷性粉质粘土，可塑状态，平均层厚5.5 m～11.5 m，地基承载力特征值为140 kPa。天然含水量为17%。

④粉质粘土，可塑状态，中等压缩，平均层厚15.5 m～16.7 m。地基承载力特征值为170 kPa。

⑤粉质粘土，中密状态，本层未揭穿，地基承载力特征值为200 kPa。

湿陷等级为Ⅱ级自重级湿陷。

1.2 处理方法

根据《湿陷性黄土地区建筑规范》3.0.1条，该建筑属于地基受水浸湿可能性不大的多层建筑，高度小于24 m，可划分为丙类建筑，地基处理时应消除地基的部分湿陷量，不需要全部消除，即满足地基处理厚度不应小于2.50 m，且下部未处理湿陷性黄土层的剩余湿陷量不应大于200 mm的要求。由于别墅区占地面积较大，楼座多，针对不同楼座采用了下面两种处理方法进行处理，介绍如下。

1.2.1 强夯法

土的含水量是强夯法处理湿陷性至关重要的因素之一。含水量较大时，土体较软，夯击时呈软塑状态，容易出现“橡皮土”，天然含水量低于10%的土较为坚硬，夯击时表层土极易松动，夯击能量消耗在表层土上，深部土层不易夯实，消除湿陷性黄土层的有效深度小，处理深度有限，效果不明显；天然含水量相当于或接近最优含水量的土，夯击时土粒间阻力较小，颗粒易于互相挤密，夯击能量向纵深方向传递，在相应的夯击次数下，总夯沉量和消除湿陷性黄土层的有效深度均大，此时处理效果明显。

该项目中20号楼的第②层土的最优含水量为17%，而土的含水量W=15%，接近最优含水量，满足强夯法处理地基的技术要求，同时该建筑周边均无其他建筑，无其他影响，最终强夯方案布置如下：1)单击夯击能为3 000 kN·m，锤重200 kN,落距15 m。夯锤为圆形,锤底直径2.5 m，夯点见图1。2)试夯分3遍进行。第一遍第二遍夯点见图1。每一夯点至少夯6次。第三遍为搭接排夯,夯点中心距1.25 m(搭接1/2夯痕),每一夯点至少夯5次。强夯过程中,应测量每个夯点每夯击1次的下沉量,最后两击的平均夯沉量不得大于50 mm。3)每遍夯完后用推土机推平,全部夯完后回填至基底标高，夯实虚土，要求压实系数不小于0.97。

检测内容及结果如下：1)地基承载力检测采用原位测试，强夯后能达到设计要求的地基承载力特征值不小于160 kPa。2)夯面起至其下7 m的深度范围内湿陷性系数δ<0.015，该深度范围内全部消除湿陷。

由于本场地较大，其中有局部区域含水量平均值为8.9%，采用强夯后检测湿陷性系数δ介于0.015～0.050之间，该区域未能消除湿陷性，但通过后期增湿后再强夯，最后检测也能满足要求，但该种情况延长了施工工期，对工期有要求的工程不建议采用。

1.2.2 素土挤密桩法

素土挤密桩是采用振动沉管成孔后，将其中的湿陷性土置换为素土，并对素土进行夯实，以达到挤密周围湿陷性土体，降低湿陷系数，完全消除其湿陷性的目的。

该项目中6号楼土的含水量W=14%，略低于最优含水量，挤密的效果最好；如果含水量过大或者过小时，挤密效果不好。其设计方案如下：有效桩长：7.0 m；桩径：400 mm；桩间距1.0 m，正三角形布桩；要求成孔方式为冲击成孔或沉管成孔，成孔挤密应间隔分批进行，桩体素土分层回填、分层夯实，压实系数不得小于0.96。其中素土要求选用粉质粘土，有机质含量不得大于5%,不应使用块状粘土和砂质粉土，土料中不得含有松软杂质,并应过筛,其颗粒不得大于5 mm。桩位布置如图2所示。

检测内容及结果如下：

1)素土挤密桩复合地基的承载力特征值应通过现场复合地基载荷试验确定，初步设计预估为160 kPa。

2)根据探井检测结果如下：素土挤密桩桩间土的干密度平均值为1.6 g/cm3及相应的平均挤密系数为0.93，桩体干密度平均值为1.65 g/cm3及平均压实系数为0.97，处理深度内湿陷性已消除。

由于该工程对地基承载力要求不高，仅考虑处理湿陷性，所以采用素土挤密桩即可。如果考虑要提高承载力可将填料改为灰土，此时地基承载力特征值基本可以达到200 kPa左右，实际工程可以通过试桩来确定最终采用值。

2 高层建筑

高层建筑按《湿陷性黄土地区建筑规范》3.0.1条划分为甲、乙两类，在地基处理上主要区别在于处理深度的要求。具体工程中可以区别对待。

2.1 项目概况

某住宅为1层地下室，层高5.4 m，地上26层的钢筋混凝土剪力墙结构住宅，建筑场地类别为：Ⅲ类，地质情况如下：①填土，松散状态，平均层厚2.0 m。②湿陷性黄土，密实状态，平均层厚5.7 m。③湿陷性粉土，可塑状态，平均层厚5.8 m。④粉质粘土，可塑状态，平均层厚7.8 m。⑤粉质粘土，可塑状态，中～低等压缩，平均层厚4.25 m。⑥粉土，可塑状态，中～低等压缩，平均层厚18 m。⑦粉质粘土，硬塑状态，中等压缩，未揭穿。湿陷等级为Ⅱ级自重，未见地下水。

2.2 地基处理方案

考虑采用灰土挤密桩和水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)两种桩型的长短桩复合地基，灰土挤密桩的机理同素土挤密桩，该部分机理见1.2.2。考虑到本工程为Ⅱ级自重湿陷，采用如下设计方案处理湿陷性：挤密桩桩长12 m；桩径：500 mm；正方形布桩，桩间距1.15 m；要求桩体消石灰与土的体积比为2∶8，施工工艺采用振动沉管成孔。

水泥粉煤灰碎石桩设计方案如下：根据地质报告第⑤层粉质粘土提供的土层端阻较大，有利于提高单桩承载力特征值，因此CFG桩设计方案如下：有效桩长17 m，桩径为450 mm；正方形布桩，桩间距1.15 m，桩体施工工艺采用长螺旋钻孔，桩身为C20素混凝土，要求fc≥9.6 N/mm2。试桩时，设计人员设计时也可按规范JGJ 79—2012建筑地基处理技术规范第7.9.6-2计算出单桩竖向承载力特征值。参考第7.1.5-3及地质报告中探孔的土层厚度计算每个探孔的单桩竖向承载力特征值，通过计算的复合地基承载力特征值需要达到450 kPa,各孔单桩竖向承载力特征值需要达到510 kPa。

检测内容及结果分析如下：1)灰土挤密桩桩间土试样平均干密度、桩体平均干密度、灰土挤密桩桩体压实系数均满足规范要求。桩长范围内各土层的湿陷性系数δ<0.015，地基处理深度范围内湿陷性全部消除。灰土挤密桩复合地基的承载力特征值达到180 kPa。2)根据新规范的要求，单桩承载能力和复合地基承载力检测均需要检测，检测数量达到1%，通过检测单桩承载能力特征值、复合地基承载力均满足原设计要求，该项目在设计之初也考虑采用钢筋混凝土灌注桩作为基础方案。但由于湿陷性土层较厚，负摩阻力过大，导致桩长过长，经济性低于长短桩复合地基，因此没有采用。但如果湿陷性土层较薄时，通过综合造价对比，该工程采用钢筋混凝土灌注桩+基础梁+防水板方案要优于长短桩+筏板基础。建设方通过对该高层住宅7年的使用情况的记录和各沉降观测点沉降量统计，发现到目前为止使用情况良好，其中最大沉降量为22 mm，沉降很小，达到了设计的各项要求。

3 结语

以上所举并未囊括所有对湿陷性黄土的处理方法，只是针对性的对个别工程实例与原理进行阐述。设计人员在处理过程中无论采用哪种处理方案，均需要根据建筑方案、地勘报告，场地周边情况等综合因素来考虑，并对初步地基处理方案的可靠性和经济性比较，来决定使用何种处理方案。在实践中不断积累工程实地经验，掌握规范并灵活应用，才能保证可靠性的同时适应现在市场的需要。

[1] GB 50025—2004，湿陷性黄土地区建筑规范[S].

[2] JGJ 79—2012，建筑地基处理技术规范[S].

[3] GB 50783—2012，复合地基技术规范[S].

Discussion on the foundation treatment of multi high-rise buildings in collapsible loess area

Zhang Zhixin

(ShanxiArchitecturalDesignInstitute,Taiyuan030013,China)

Combining with the engineering examples, this paper analyzed the foundation treatment technology of dynamic compaction method and plain soil squeezed dense pile method in collapsible loess ground, and discussed the contents and methods of foundation detection, in order to ensure the quality of foundation treatment, so as to ensure the security and stability of building.

multi high-rise buildings, collapsible loess, foundation treatment, detection

2015-06-02

张志新(1980- )，男，工程师

1009-6825(2015)23-0054-02

TU475.3

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