地基处理方案的优化研究

强宇明 杨玲霞

（陕西工商职业学院， 陕西 西安 710119）

1 工程概况

1.1 场址概述

本工程场址位于新疆巴楚县，地势平坦。

1.2 主要建筑物设计情况

主要建筑为钢筋混凝土现浇结构的单层工业厂房。最大跨度 27m，厂房柱距为9m，吊车梁轨顶标高为25m，屋架下弦标高为28m。本工程建筑结构安全等级为二级，抗震设防烈度为8度。

1.3 地形地貌条件

场区地貌上属湖相沉积平原，地势较平坦、开阔，总的地势呈北高南低、西高东低，坡降2‰左右，地面海拔高程在1115m～1116m。

1.4 地层岩性特征

区域内主要分布的是第四纪沉积层，厚度较大，地表以下100m范围内主要为第四系晚期以来堆积的粉土和粉细砂层，地下水埋深在-0.5～-3.0m，易发生砂土液化，由于地处暖温带大陆型干旱气候带，土层盐碱化严重，地表广布灰白色盐壳。

1.5 地基土的物理力学性质

40m深度内的场区主要地层分述如下：

①粉质粘土：灰黄色，稍湿～很湿；硬～可塑～软塑，有薄层粉砂夹层；刀切面光滑，稍有光泽，韧性及干强度中等。该层分布连续，层厚3～8m之间。该层现场标准贯入试验数据统计个数85个，经统计分析后，标贯修正击数最大值为19.8击，最小值为8击，平均值为13击。

②粉细砂：灰黄色，湿～饱和，松散～稍密；局部夹有薄层粉质粘土，底部见有轻微胶结现象。层厚1.2～13.6m之间。该层现场标准贯入试验数据统计个数153个，经统计分析后，标贯修正击数最大值为29.5击，最小值为10.7击，平均值为20.2击。

③粉细砂：灰黄色、青灰色、灰绿色，饱和状态，中密～密实状态，主要成分为石英、云母、长石及少许云母碎片，局部夹有10-20cm薄层粉质粘土，下部呈轻微胶结状态，该层场区内分布稳定、连续。该层现场标准贯入试验数据统计个数204个，经统计分析后，标贯修正击数最大值为39.2击，最小值为18.8击，平均值为27.5击。

其主要岩土各层物理力学指标根据本次原位测试、室内土工试验、地区经验综合确定建议值：

①粉质粘土：fak＝130kPa，Ck=11kPa，φk＝28o，γ=18kN/m3Es=10.5MPa E0=9.5MPa

②粉细砂：fak＝150kPa，φk＝18o，γ=18kN/m3Es=10MPa

③粉细砂：fak＝220kPa，φk＝18o，γ=19kN/m3， Es=13MPa

1.6 地下水条件

场区内地下水属于地下潜水，水量较大，埋深在-2.5～-3.0m之间，相应高程在地下水梯度与地面坡度基本一致。水位受季节影响具有一定变化，年变幅为0.5～1.0m。

1.7 不良地质作用

根据现场调查了解及已掌握的有关勘测资料，场区存在的不良地质作用主要为场地土的湿陷性和场地土的地震液化。

1.8 场区水、土腐蚀性

1）根据本次现场踏勘及勘探结果，场区内地下水埋深在-2.5～-3.0之间，根据本区的工程经验，该地区地下水年变幅在0.5～1m之间，年最高水位在-1.5m左右，根据本工程可研阶段水质分析结果：水对混凝土结构有强腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋有强腐蚀性。

2）根据《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001 2009年版）判定场地盐渍土类型以中等硫酸、中等亚硫酸盐渍土为主；场区环境类别为Ⅰ类，地基土对混凝土结构有强腐蚀性；对钢筋混凝土结构中的钢筋有强腐蚀性；对钢结构有强腐蚀性。

1.9 场址地震构造及稳定性评价

在地质构造单元上，近场区主要包括了柯坪推覆构造的南缘和巴楚断隆两个构造单元，两者之间大致以柯坪断层为界。

拟选场址地貌上处位于天山南麓及塔里木盆地西北缘的喀什噶尔河和叶尔羌河冲洪积平原上，地形开阔平坦。场地土层等效剪切波速231～238m/s，覆盖层厚度约为93m，属中软土，场地类别为Ⅲ类。场地内未发现有活动断层通过，不存在地震断层对地表造成构造错位的可能性。由钻探揭示，覆盖层厚度范围内存在可液化的砂土。

2 本工程地基方案的拟定

根据勘察结果，在勘探深度40m范围内的岩土地层中对地基方案有影响的主要为粉质粘土、粉细砂，地层多属中等压缩性土，不宜作为主要建筑物的天然持力层，从场区地基土的强度、抗变形能力和分布规律来分析，本项目主要建筑物地基基础设计为甲级，它们对地基承载力、沉降及不均匀沉降均有较高的要求，因此天然地基土在不满足其要求的情况下，必须采用人工地基方案。

结合项目结构对基础设计的要求，以及所在地类似工程经验和地基处理材料来源情况，振冲碎石桩基础、换填法和CFG粉煤灰碎石桩基础对于本工程都具有可行性。

2.1 地基处理方案技术论述

1）换填法

换填法对浅层地基处理效果明显，对深层的地基处理能力有限，一般换填处理深度控制在 3米以内较为经济合理。另外，基坑开挖较深，需考虑降水费用和坑壁放坡对周边的影响。

2）振冲碎石桩复合地基

根据场址的地层岩土特点和当地砂卵砾石储量比较丰富、运距又较近的情况，和其它地基处理方案相比，此方案还有造价低，施工方便，具有明显的经济效益。

本工程进行了振冲碎石桩试验：实验结果为桩体密实，桩间土性能有所提高， 2.0m桩间距复合地基承载力265kPa，2.8m桩间距承载力220kPa。并部分消除了桩间土液化作用。

另外，振冲碎石桩桩体材料为碎石、卵石、矿渣或其他性能稳定的硬质材料，可以降低整个地基处理工程的造价，具有良好的经济效益和社会效益。

3）水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩）

CFG桩桩身强度高，可保证桩长较大时，全桩长发挥作用，充分利用土对桩的侧阻力、端阻力，不会像柔性桩、低强度桩一样受“有效桩长”的限制。因此CFG桩复合地基设计时，可以根据需要，灵活调整桩距和桩长，由此形成的复合地基承载力的提高幅度可达2～3倍或更高，就土性而言，该种桩型，适应于处理粘性土、砂土、人工填土、淤泥质土地基。既可用于挤密效果好的土，又可用于挤密效果差的土。

CFG桩常采用振动沉管法施工，桩径一般设计为350～600mm，桩距应根据设计要求的复合地基承载力、岩土性质、施工工艺等确定，一般为3～5倍的桩径。CFG桩布置时可只在基础范围内布桩，大面积满堂处理时，宜采用等边三角形布置，桩距可适当放大，对单独基础或条形基础，宜用正方形、矩形或等腰三角形布置，桩距应小些。

实际工程中，CFG桩绝对沉降量在复合地基中是最小的几种形式之一。此外由于有褥垫层的变形协调作用，基础的局部倾斜、相邻柱基的沉降差也得以减小。因此其沉降量和差异沉降量控制效果较好。

4）碎石振冲桩复合地基上加碎石碾压垫层方案

结合本工程的实际情况，需要复合地基的承载力特征值达到 300kPa，所以建议采用碎石振冲桩复合地基上加碎石碾压垫层的方案，设计褥垫层厚度为2-3米，将碎石振冲桩作为碎石碾压垫层的下卧层考虑。

此方案将两种地基处理方案进行组合，是地基处理中常见的一种思路。此方案技术安全可靠，工程量虽然略有增加，但由于项目所在地地基处理材料来源方便，经济性明显优于其它方案，可以认为是振冲碎石桩方案的一种延伸。

2.2 地基处理方案技术经济比选

由于本地区地震烈度为 8度，建筑场地类别为Ⅲ类，场地土为软弱土，主厂房、烟囱等乙类建（构）筑物的抗液化措施是按照全部消除液化沉陷或部分消除液化沉陷且对基础和上部结构处理。

本工程曾考虑过若采用混凝土灌注桩的方案，并将混凝土灌注桩、振冲碎石桩复合地基、CFG桩的方案做过经济比较。

若采用桩径800mm的混凝土灌注桩，桩端持力层采用③粉细砂，单桩承载力估算可达2000-3000KN，预估桩长22～25米。共需桩数约1750根，单价按照 1200元/米3计价，主场房桩基工程造价约 2800万。同时考虑防腐措施，造价还要大幅提高。

振冲碎石桩复合地基：振冲碎石桩设计桩长为12m，桩径1.0m，桩间距2.0m，三角形布桩，基底的碎石垫层厚度为 0.5m，处理后的地基承载力估算约为300kPa。单价按照260元/米3计价，主场房碎石桩复合地基工程造价约1788万。

CFG桩的技术性能和造价均介于二者之间，设计参数同振冲碎石桩，按照单价600元/米3计价, 主场房复合地基工程造价约2713万。

表1 主场房地基处理费用估算表

注：以上CFG桩和灌注桩未计列抗硫酸盐水泥的市场价格波动，暂按普通水泥计列。

综合考虑技术性和经济性的因素，碎石振冲桩性能最好。当考虑到本场地存在对混凝土结构的腐蚀性，混凝土灌注桩、CFG桩造价偏高，工期长，性价比较振冲碎石桩偏低。振冲碎石桩取材方便，施工简单，对于主要建（构）筑物，通过与碎石碾压垫层进行方案组合作为振冲碎石桩方案的延伸，完全可以满足基础设计要求。

2.3 地基处理推荐方案

由以上讨论可知，振冲碎石桩、CFG桩、均能满足本工程主要建筑物对地基承载力的要求，但是振冲碎石桩施工简便，经济性最好，而且更适合于液化土地基，单与CFG桩方案相比，节约投资约900多万，如果考虑强腐蚀土地区地下均采用抗硫酸盐水泥，那节约的费用应该在千万元以上，所以根据本工程的场地特点，主厂房等主要建筑物的地基处理方案推荐采用振冲碎石桩处理方案。

3 结论和建议

在地基处理方案拟定前，应做好以下工作：

1）对于软弱土地基处理方案，必须依据工程岩土勘察报告，认真分析建（构）筑物范围内的地层结构及其均匀性，了解各岩土层的物理力学性质以及土的工程特性指标。

2）必须掌握地下水埋藏情况、类型和水位变化幅度及规律，以及对建筑材料的抗腐蚀性能；了解抗震设防区应划分场地土类型和场地类别，饱和砂土及粉土的液化判别结论。

3）应了解是否存在不良地质条件如软弱土、湿陷性黄土、盐渍土、膨胀土、腐蚀性土、溶洞与土洞、冻土、液化土、较厚的杂填土及吹填土等。

4）根据不同建(构)筑物的重要性、荷载的大小、基础的埋置深度以及沉降要求的不同，考虑采用不同的地基处理方案。

在了解工程地质条件的相关要素后，还要了解本地区及邻近区域建筑物地基处理的成功经验；了解可用于地基处理的材料供应能力及价格。然后对拟选方案通过理论计算和原体试验检测。通过经济技术比较，必要时组织审查会，听取专家意见。