一种复合地基在湿陷性黄土地区的应用研究

摘要：湿陷性黄土地区由于土体结构的特殊性，在较重荷载的作用下，如不进行地基处理往往会有较大的附加沉降，严重影响主体结构安全。根据湿陷性黄土的特点，以洛阳市洛龙区东西霍屯棚户区工程改造项目为载体，对项目浅基坑高层住宅区域采用复合地基以满足地基承载力的处理方案进行分析论证，得出采用复合地基能够有效地满足上部结构对地基承载力的要求且施工方便切实可行。

关键词：湿陷性黄土地区;高层住宅;地基处理

中图分类号：TU470     文献标志码：A     文章编号：1003-5168（2022）1-0121-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2022.01.027

Application of a Composite Foundation in Collapsible Loess Area

CHENG Yuanbo

（China Construction Seventh Engineering Bureau Co， Ltd， Zhengzhou 450000，China）

Abstract： Due to the particularity of soil structure in collapsibility loess area， under the action of heavy load， if foundation treatment is not carried out， there will often be large additional settlement， which seriously affects the safety of main structure. In this study， based on the characteristics of collapsible loess， in luoyang los area dragons to HuoTun shantytowns engineering projects as the carrier， for shallow foundation pit project of high-level residential area using composite foundation in order to satisfy the bearing capacity of foundation treatment schemes are analyzed， it is concluded that using the composite foundation can effectively meet the requirements of the upper structure， the bearing capacity of foundation and construction convenient and feasible.

Keywords： collapsible loess region; high-rise housing; foundation treatment

0 引言

湿陷性黄土由于其土体结构的特殊性，在正常状态下其土体强度较高，而遇水后其土体强度会大幅降低且土体会自陷，特别是在施加荷载后如不对土体采取处理，其还会产生附加沉降。在湿陷性黄土地区对地基土进行处理是确保高层建筑结构安全的前提条件。本研究结合洛阳市洛龙区东西霍屯棚户区工程改造项目，对浅基坑区域高层住宅的地基处理方案进行分析论证，提出切实可行的地基处理方案，有效地解决了湿陷性黄土地基沉降的问题。

1 工程概况和工程地质条件

洛龙区东西霍屯棚户区工程改造项目，共有12栋高层住宅楼及其商业裙房、幼儿园、社区服务中心及大型地下车库等，规划建设用地面积为78 755.15 m2，总建筑面积约为327 426.00 m2，其中地下一层区域为浅基坑区域共包含7栋高层住宅楼，分别编号为1#～3#、8#～11#。

根据项目前期所做的地质勘查报告，场内表层主要为杂填土;杂填土之下主要由第四系全新统冲洪积作用形成的黄土状粉质黏土、粉土夹粉砂、细砂、卵石及卵石层内的圆砾、砾砂、中砂等多种亚层组成;第四系地层之下为上第三系粉质黏土。

地层分布自上而下依次為：①杂填土层：结构松散～疏松，厚度为0.50～12.40 m;②黄土状粉质黏土层：具有许多针状小孔隙及个别大孔隙，硬塑～坚硬为主，局部可塑，干强度高，韧性高，具有湿陷性，湿陷程度属于轻微，厚度为0.50～5.20 m;③黄土状粉质黏土层：具有大量针状小孔隙及少量大孔隙，硬塑～坚硬为主，局部可塑，干强度中等，韧性中，具有湿陷性，湿陷程度属于轻微～中等，厚度为1.30～4.70 m;④粉土夹粉砂层：干强度低，韧性低，厚度为0.40～3.30 m;⑤卵石层：卵石岩性成分以石英砂岩、石英岩及火成岩为主，粒径一般在2～10 cm，级配不良，卵石间主要由圆砾、中细砂及黏性土充填，厚度为1.90～8.40 m;⑥粉质黏土层：硬塑～坚硬，干强度高，韧性高，厚度为10.10～16.60 m;⑦粉质黏土层：硬塑～坚硬，干强度高，韧性高，揭露最大厚度19.3 m;各土层承载力特征值及压缩系数如表1所示。

2 夯实水泥土+CFG复合地基设计

本项目浅基坑区域共计有7栋高层，分别编号为1#～3#、8#～11#楼，场地属非自重湿陷性黄土场地，地基湿陷等级为Ⅰ级（轻微），依据场地工程地质条件和周边工程经验可采用夯实水泥土桩+CFG桩双桩型复合地基对地基进行加固处理。具体实施时，可先采用夯实水泥土桩对地基进行加固处理，既能提高地基承载力，又能消除地基土的湿陷性;然后再在夯实水泥土桩复合地基上用CFG桩进行二次复合。用前述方法对地基进行加固处理后，1#～3#、8#～11#楼再在双复合地基上设置筏板基础。

2.1 夯实水泥土桩与CFG桩施工工艺

对于具有湿陷性的粉质黏土，为了消除其湿陷性，保证挤密效果以及桩径，采用孔内深层强夯法施工工艺，夯锤为该工法专用锤，锤重不小于1 500 kg，夯实水泥土桩桩孔采用长螺旋钻机成孔，孔内用水泥土填料分层夯填，孔底在填料前必须夯实，重锤在填料过程中挤密桩间土。夯实水泥土桩的设计、施工及质量检验应严格按照《孔内深层强夯法技术规程》（CECS 197—2006）[1]进行，同时必须符合并满足《建筑地基处理技术规范》（JGJ 79—2012）[2]以及《湿陷性黄土地区建筑规范》（GB 50025—2004）[3]，按照有关规范及规程中的规定进行，并应对桩间土的挤密效果进行检验。

CFG桩的施工，由于场地地下水水位埋深较浅，持力层为第⑤层卵石或第⑥层粉质黏土，根据现场条件及施工经验采用动力较强劲的长螺旋钻孔，且施工前应进行试桩。

2.2 夯实水泥土+CFG复合地基的设计

夯实水泥土桩桩长应穿过具湿陷性的全部第③层土，同时尽量穿过其下承载力较低的第④层，以第④层层底部段或第⑤层顶部作为桩端持力层;CFG桩应以承载力较高的第⑤层卵石层或第⑥层粉质黏土层作为桩端持力层。

复合地基加固地基时，夯实水泥土桩引孔直径为400 mm，通过分层夯填要求成桩平均直径不应小于550 mm，夯实水泥土桩可按正方形布置，桩间距取1.50 m;CFG桩布置在形成正方形的4根水泥土桩的形心处，相邻的CFG桩自身也形成正方形，CFG桩桩径取500 mm，其桩间距亦为1.50 m，由此可计算出CFG桩置换率m1=0.087。夯实水泥土桩置换率m2=0.105 5，两种桩型交叉呈梅花状布设，两种桩紧邻的桩心点互相组合形成等边三角形，两种桩的相对位置见图1。

2.3 夯实水泥土+CFG复合地基承载力计算

主楼基础拟采用筏板基础，通过软件计算模型的计算结果，处理后要求的复合地基承载力特征值见表2，根据土工试验测得不同持力层CFG桩地基土侧阻力及桩端阻力特征值建议值见表3。

复合地基大面积施工前，应进行试桩，准确地确定双桩型复合地基的承载力以及单桩设计与施工参数。初步设计时可以按式（1）进行估算。

夯实水泥土桩及CFG桩Ra按式（2）计算单桩竖向承载力特征值。

式中各符号的意义详见《建筑地基基础设计规范》（GB 50007—2011）中第8.5.6条，其中[ap]取1.0并满足式（3）。

按上述布桩方案，计算各建筑物的复合地基承载力特征值估算结果见表4。

根据表4估算结果，处理后的双桩型复合地基承载力特征值能达到高层住宅楼主体设计所要求的465 kPa、520 kPa。

3 复合地基沉降计算

多桩型复合地基的变形计算可按《建筑地基基础设计规范》中第5.3.5条进行，复合地基分层与天然地基分层相同，各复合土层的压缩模量等于该层天然地基压缩模量的ξ（ξ=fspk/fak）倍。经地基处理后各土层复合模量建议值如表5和表6所示。

地基土变形估算公式为式（4）。

式中各符号的意义详见《建筑地基基础设计规范》[4]中第5.3.5条。采用夯实水泥土桩与CFG桩双桩按交叉呈梅花状布设，桩型比例为1∶1，以第⑤层卵石或第⑥层粉质黏土作为桩端持力层时，按式（4）计算各高层住宅楼处宽度方向地质条件差别较大两孔处组合型桩复合地基沉降量以及沉降差、倾斜值分别如表7所示。

由表7可以看出，当1#～3#、8#～11#楼采用双桩型复合地基时，复合地基均匀性较好，楼房宽度方向两钻孔处的沉降差较小，其沉降量与倾斜值均符合规范要求。

4 复合地基可行性分析及其对环境的影响

当选用夯实水泥土桩+CFG桩复合桩处理地基时，夯实水泥土桩处理深度较浅，桩长深度范围内均为黄土状土与粉土，成孔较容易，用孔内深层强夯法施工工艺很容易处理该类型地基，CFG桩以第⑤层卵石或第⑥层粉质黏土作为桩端持力层时，场地内上部桩周地基土层主要为黄土状土与粉土，成孔较容易，但第⑤层卵石层中夹有漂石颗粒，进入第⑤层卵石，或穿过第⑤層卵石、进入第⑥层粉质黏土的施工难度较大，因此需要采用动力强劲的长螺旋钻机成孔，确保进入设计要求深度。

使用孔内深层强夯法工艺处理黄土场地，经验成熟，且该工艺在孔内强夯，噪声小;CFG桩无泥浆排放，噪声也很小，两种桩施工均较为环保，对环境影响较小，成孔成桩完全切实可行。

5 结语

在湿陷性黄土地层通过采用复合地基的处理方法，能够有效满足上部结构对地基承载力的要求，同时避免了由于不均匀沉降所引起的结构安全问题，施工方便，可行性较强。

参考文献：

[1] 中国工程建设标准化协会.孔内深层强夯法技术规程：CECS 197—2006[S].北京：中国计划出版社，2006.

[2]住房和城乡建设部.建筑地基处理技术规范：JGJ 79—2012[S].北京：中国建筑工业出版社，2012.

[3] 建设部，国家质量监督检验检疫总局.湿陷性黄土地区建筑规范：GB 50025—2004 [S].北京：中国建筑工业出版社，2004.

[4] 住房和城乡建设部，国家质量监督检验检疫总局.建筑地基基础设计规范：GB 5007—2011[S].北京：中国建筑工业出版社，2012.

收稿日期：2021-10-28

作者简介：程渊博（1992—），男，本科，助理工程师，研究方向：施工技术管理。

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