深回填区域地坪地基设计分析

许楠

中船第九设计研究院工程有限公司 上海 200090

引言

某大型试验中心建设场地表层有较厚的新近回填土，且尚未完成固结，试验中心的主体结构为单层钢排架结构，主要试验功能均设置于建筑首层地面，地坪是满足该试验中心功能的重要载体，并且试验中心地面的承载力要求高，其中主要工作地面承载力要求达到50kN/m2，同时存在自重较大的大型精密试验设备；地面沉降控制要求严格，总沉降量要求不超过50mm。一般情况下，地坪地基可通过适当的地基处理来满足承载力和沉降的要求。但是，结合该试验室的试验流程要求，地坪开裂或不均匀沉降，会影响试验正常进行，所以本项目中地坪的地基设计就尤为重要[1]。

1 工程地质概况

拟建场地临近湖泊，原为荒地，原场地有一定起伏，经清表整填后，场地表层有5～10m的新近回填土，堆积年限大约3～5年，尚未完成自重固结，土质不均匀，属高压缩性土，±0设计标高基本与现状地面持平。回填土层以下依次分布有第②层粉质黏土（Q4al），第③层粉质黏土（Q4al+pl），第④层残积粉质黏土（Qel），第⑤-1层强风化泥岩（S2f）和第⑤-2层中风化泥岩（S2f）。第⑤-2层层面起伏较大，场地典型地质剖面图见图1。

图1 典型地质剖面

2 室内地坪地基设计分析

试验中心横向跨度45.0m，纵向长度71.0m，室内净高30.0m，上部采用单层单跨钢排架结构，上部结构基础采用桩+承台的形式，桩基持力层为⑤-2层中风化泥岩。试验中心地面荷载最大达到为80kN/m2，控制总沉降量不超过20mm。考虑到场地表层新近填土较厚，结合荷载需求及主体结构的基础布置，必须对试验中心室内地坪进行合理的设计，才能保证试验功能要求。地坪地基设计的目标主要是在满足地面荷载的前提下，控制不均匀沉降及过大的沉降值。地坪设计前期，会同使用方及相关专业，根据试验工艺流程，仔细分析并细化了地坪荷载分布（见图2），地坪的荷载类型主要有：①固定试验设备荷载；②移动设施荷载，包括拖曳设施、运输车辆等；③地坪堆载，主要为试验耗材、原料及试验件等堆载。

图2 地坪荷载分布

2.1 地坪地基处理方案分析

地基处理方案一般为换填垫层、预压地基、夯实地基或复合地基。考虑到场地表层新近回填土较深，采用换填垫层或夯实地基时无法满足设计要求。水泥土搅拌桩作为一种良好的软弱地基处理方案，能够最大限度地利用原状土承载力，从而提高地基强度、增大变形模量。但水泥土搅拌桩在欠固结土层中成桩可靠性较差，基于本工程场地土的情况，不适合采用此方案。采用真空和堆载联合预压地基处理方式，可有效提高回填土固结程度并提高地基承载力，但该处理方案工期较长，无法满足项目建设周期要求[2]。

考虑到回填土质不均匀和施工控制等因素，可采用桩基础架空地坪，即地坪采用钢筋混凝土结构，基础为桩基，荷载通过地坪结构传至桩基。相较传统的地基处理方式，桩基础架空地坪具有承载力高、沉降量小、平整度高、施工质量可控、周期短的优势。

2.2 桩基础架空地坪方案比较分析

桩基础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类似无梁楼盖，钢筋混凝土地坪板直接支承于桩基承台上，梁板式架空地坪中荷载通过地坪梁传至桩基础，可有效减少地坪板的厚度。本工程中不同地坪荷载类型下均选取了平板式和梁板式方案进行比较，桩基承台均采用单桩承台，单桩承载力特征值为1300kN，平面布置采用5跨×5跨。布置简图见图3，比较结论见表1。

表1 不同荷载条件下的平板式、梁板式地坪材料用量比较

图3 架空地坪结构平面布置示意

由表1可得，平板式架空地坪造价具有优势。平板式地坪板厚较大，耐久性也相对更好。同时，相比梁板式地坪，平板式地坪在施工上也较为简单。免去地坪梁支模的材料和工期[3]。

3 室内地坪地基设计

根据对比结果，本试验室地坪采用桩基础架空地坪，地坪结构形式采用平板式。根据周边环境要求，桩基采用钻孔灌注桩，持力层采用⑤-2层中风化泥岩层，该层为下伏基岩，可视为不可压缩地层，能够满足试验室地坪沉降要求。桩长19～24m，且进入持力层不小于2d（d为桩直径），单桩承载力特征值为1300kN，桩距参照对比结果并根据计算确定，地坪板厚300～350mm。基础布置平面示意见图4。

图4 基础平面布置示意

对于架空地坪的单桩承台，可采用方形承台，也可采用锥形（加腋）承台（图5）。相同承台厚度下，当承台面积采用构造要求的最小尺寸（承台边到桩中心不小于1d，且桩的外边缘到承台边缘的距离不小于150mm）即可满足桩冲切、承台冲切筏板等计算要求时，采用方形承台的混凝土方量更小，钢筋量也更小，承台侧面钢筋采用构造钢筋即可，从造价角度应采用方形承台。如因单桩反力较大或有较高水浮力等情况采用方形承台时桩冲切、承台冲切筏板等不能满足计算，可采用锥形（加腋）承台[4]。

图5 方形承台（左）、锥形（加腋）承台示意

4 结束语

通过对本工程试验中心地坪地基设计进行多方案的分析比较，了解了各结构方案的适用性及经济性。对于在未完成固结的新近回填土层上的地坪基础设计，当沉降控制要求较高时，采用桩基+结构底板的设计，能够有效控制沉降，且施工工艺成熟，施工质量可控。桩型可根据实际地层情况及场地周边要求，采用钻孔灌注桩或混凝土预制桩。不同荷载作用下对比梁板式和平板式的结构地坪，综合考虑经济性及施工便捷性，可优先选用平板式的结构地坪。同时荷载取值对基桩分布及板钢筋设置有较大影响，在设计前应进行精细化分析取值。通过该工程的设计，我们积累了一些深回填区的地坪基础设计经验，希望能为其他类似区域或软土地区同类工程的地坪地基设计提供借鉴。