浅议湿陷性黄土地区地基处理及基础方案比选

浅议湿陷性黄土地区地基处理及基础方案比选

顾凯宏

上海航天建筑设计院有限公司，上海， 201108

摘要：通过在湿陷性黄土场地处理地基的应用实例，探讨湿陷性黄土场地采用不同地基处理方式的适用性及经济性。

关键词：地基处理；湿陷性黄土；挤密桩；灌注桩

1、前言

根据当前我国湿陷性黄土地基的应用情况来看，此类型地基面临的工程问题主要是在浸水作用或者上部荷载作用下，直接出现不均匀沉降变形现象。这样一来，地基承载力直接受到影响，导致低级遭到破坏。目前处理该地基的主要手段有两种。首先，利用强夯法、换土垫层法、挤密桩法直接对湿陷性黄土地基进行处理，消除其湿陷性。其次，采用静压柱、灌装柱等手段，促使建筑物基础能够直接穿过湿陷性黄土地基区域。本文主要内容以某项建筑工程项目为例，探讨了有关湿陷性黄土地基的处理方式，分析了不同处理手段的经济性及适用性。

2、工程应用

2.1、工程实例

本工程位于陕西省西安市长安区。总楼层为17层，由地上16层与地下一层构成，层高6.1m，主楼建筑物高度为80.5m。根据该项目建设情况来看，采用框架——剪力墙结构形式。对于项目裙房建设而言，其地下一层的层高与主楼保持一致，但是地上2层总高11m。主要建设手段采用混凝土框架结构。地下车库上方覆土1.5m，层高4.6m，整体采用混凝土框架结构进行建设。有关主楼、裙房、地下车库平面图如下所示。

图1主楼、裙房、地下车库平面图

2.2、工程地质特征

地勘工作作为项目施工活动前的必要环节，对于整个项目后期建设质量有着十分重要的影响。在该项目当中，地勘结果显示该区域地貌以黄土塬为主，拟建区域地层从上到下分别为第四系全新统填土、更新统风积黄土、古土壤，中更新统风积黄土、古土壤，不同构成成分的特征有所不同，具体情况如下所示。

勘探期间，地下水属平水期，地下水位埋深为15.20m～23.70m，相应标高为493.98m～499.31m，地下水属潜水类型.

2.3、工程概况

本工程项目严格按照我国有关部门出台的《湿陷性黄土地区建筑标准》规定开展施工活动，拟建研发大楼属于甲类建筑物，其地下室属于丙类建筑物。根据前期地勘结果显示，研发大楼所在区域的湿陷性土壤类型为非自重湿陷性黄土场地，地下车库区域为自重湿陷性黄土场地。

2.4、地下车库基础方案选取

地下室柱网8m*8m，地下车库面积约为7812m²(111.6*70)，单柱（中柱）最大轴力标准值(恒+活)为2600KN。

2.4.1、地基处理+筏板基础

采用地基处理+筏板基础对地下车库地基进行处理时，施工单位需要注意，结合实况选择科学合理的阀板厚度。在该工程当中，其厚度为400mm，针对柱下区域阀板厚度为800mm。柱帽尺寸2.2*2.2m，正负0.000相当于绝对标高516.60m，基础底绝对标高为510.1m。

表1湿陷处理要求

方案一：采取换填垫层法这一手段，将有关湿陷性黄土区域全部处理，其处理深度要达到2.0m以上。随后使用配合比为2：8灰土垫层开展换填工作。施工单位在此过程中需要注意的是，有关该项目区域的灰土垫层压实系数要高于0.95。如果湿陷性黄土区域的平面范围超出地下室外墙2m。没有经过处理的湿陷性黄土层，其起始压力值要大于100Kpa。在本工程案例当中，有关地基区域承载力特征值为180Kpa，湿陷起始压力值为130kPa，通过验算的得知，本次工程换填土方量为16358.4m³。

方案二：由于车库荷载较小，挤密桩主要用途是处理黄土的湿陷性，基于此，处理手段选择素土挤密桩，对湿陷性黄土区域进行整片处理。在此过程中需要严格把控挤密桩桩径及布置形式，以便能够满足地基处理需求。在本工程案例当中，挤密桩桩径选择400mm，将其按照等边三角形的方式进行布置，各桩体间距离为0.9m，桩体长度为2.5m，整体桩身压实系数不能低于0.7，经过处理之后的黄土复合地基承载特征值为180Kpa；基础底下铺设200厚2：8灰土褥垫层。平面处理范围每边超出地下室外墙基础外缘2m;根据地基土物理力学指标统计表②黄土含水率22.6%，③古土壤含水率22.3%，④黄土含水率23.5%，均小于24%，有利于成孔，能减少桩孔缩颈。按上述方式，挤密桩总根数14714，合计4622.5m³。灰土垫层方量约为1635.84m³；

2.5、桩承台+筏板基础

《湿陷性黄土地区建筑标准》（GB50025-2018）的5.7.6：在自重湿陷性黄土场地开展地基处理工作中，需要注意有关单桩竖向承载力的计算，不能将中性点深度、黄土层正侧阻力考虑在内，需要直接将桩侧的负摩阻力扣除。有关中性点深度，要取地基处理区域的自重湿陷性黄土层底面深度，预制桩桩侧平均负摩阻力特征值取15Kpa。

采用直径为500mm的PHC管桩，选取古土壤为其桩端持力层，整体桩身长度为24m，单桩自身的装基承载力为1000KN，在中柱下方有3桩承台，边柱为2桩承台；按上述方式，管桩总根数446根，总长数10704m。

表2基础方案经济性比较

由上表：仅从材料价格来讲，在自重湿陷性黄土场地（I级），采用大面积的换填垫层法，经济性最差；采用桩基时，由于负摩阻力的影响，单桩承载力特征值有所折减，在湿陷土层较厚时不是最经济；从施工工期来讲，桩基检测需要休止期；对于素土挤密桩，一般要有500厚的预留土层，基坑需要二次开挖，桩孔内平均压实系数检测等，选取方案时可综合比较；本项目选用素土挤密桩+200厚灰土褥垫层。

2.6、主楼基础方案选取

2.6.1、主楼柱网为8.4*10，单柱(中柱)最大轴力标准值17000KN，剪力墙（单片）下最大轴力标准值12000KN。有关湿陷性处理要求为研发大楼主楼，由于是轻微的非自重湿陷土层，因此在处理过程中，需要将湿陷性黄土地区的基础底面以下附加压力，及该区域的上覆土饱和自重压力相加，高于该区域湿陷性起始压力，将其直接处理到地基压缩层深度。

由于研发大楼本身主楼荷载力较大，在采用桩筏基础处理过程中，其桩体类型选择直径700mm的灌注桩，桩长39m，整个桩体直接穿透湿陷性黄土层，进入层黄土层，单桩承载力为2600KN，柱下以8/9桩承台为主，筒体剪力墙采用满堂桩布置。

图2桩进入持力层剖面

2.5.2、裙房柱网为7.8*8.1，8.1*8.1单柱最大轴力标准值1400KN；裙房投影面积约为3000m²

。主楼与裙房间设置抗震缝分成独立的结构单体，此时裙房按湿陷性黄土场地上的丙类建筑。

表4湿陷处理要求

由地下车库的方案比较可知：裙房的基础方案仅按素土挤密桩与桩基础比较。素土挤密桩处理方案同地下车库；针对于桩基方案而言，施工单位需要严格遵守有关《湿陷性黄土地区建筑标准》，在该工程区域的非自重湿陷性黄土区域，合理开展计算工作。在此过程中需要注意，单桩竖向承载力的计算，需要对黄土层的桩长部分进行考虑，选择饱和状态下的桩体正侧阻力。使用500直径的PHC管桩，桩端持力层选择⑥层古土壤，桩长28m，单桩承载力特征值为1600KN，边柱及中柱下基本为1桩承台；

表5基础方案经济性比较

由上表：在非自重湿陷性黄土场地（I级），采用桩基时，由于不计入负摩阻力的影响，单桩承载力特征值有所提高，提高桩长能加大单桩承载力特征值，做到一柱一桩，承台截面减小，桩基的经济性更好；

对于承台，素土挤密桩下的柱帽尺寸2.2*2.2*0.8m，柱帽受拉区配筋率为0.2%，而采用桩基础，基础形式基本为一柱一桩，承台为1*1*1m，配筋率为0.2%。

表6承台经济性比较

可见桩承台的经济性更好。

而项目最后，裙房的地基处理未选用桩基础，而是选用素土挤密桩与车库的处理方案统一。

3、结束语

至此本项目地下车库及裙房采用素土挤密桩地基处理，基础形式采用筏板基础；主楼采用桩筏基础。两种基础形式均能较好得解决黄土湿陷性，也有较好的经济性。

参考文献：

[1]《湿陷性黄土地区建筑标准》（GB50025-2018）.