大厚度填土地区地基处理方案探讨    

大厚度填土地区地基处理方案探讨    

袁新敏

贵阳铝镁设计研究院有限公司 550081

摘要：结合云南文山某工业项目，介绍了大厚度填土地区的地基处理经验，阐明了分层强夯+超强孔内深层夯法(SDDC)地基处理方案是大厚度填土地区地基处理的有效方法。

关键词：大厚度填土，分层强夯，孔内强夯，沉降

0引言

随着“退城进园”政策的实行，越来越多的工业企业被移到城郊的工业园。云贵地区多为山地，地形起伏很大，一般工程厂址要削峰填谷，形成半挖半填的高填方区域。

新进填土未完成自重固结，具有土质不均匀、沉降差异大、承载力低的特点，未经处理不能作为建筑物的地基。大厚度填土的地基处理方案和可实施性非常重要，必须统筹规划。若处理不当，轻则影响生产，重则引起其上建 (构)筑物开裂甚至倒塌，对人身安全构成重大隐患。因此选择合理的地基处理方案，既保证建（构）筑物安全可靠又节约投资是工程设计的难题。

1工程概况

工程位于云南省文山州富宁县，拟建厂房为电解车间，并排布置，厂房长度1159.2米，跨度35.6米，间距55米，整体呈日字型布置。场址区原地貌属于构造侵蚀中山峡谷地貌。场址区南侧和西侧为岩溶峰丛地貌，由几座相连的山峰和洼地相间组成，高差约50.00～150.00m。拟建场地经过削峰填谷后，厂区挖填方达2800万方，形成高差达100米的高填方高边坡场地。电解车间厂房区域的回填土厚度在15~60米，是典型的新进大厚度填土。

电解车间厂房共两层，底部3.50米平面为电解槽设备操作层，一般为混凝土结构，顶部为多功能天车（最大吊重32吨）操作层，总高度18.2米。电解车间是铝电解工业的核心车间，厂房多功能天车和电解槽对地基承载力要求不高，但对地基不均匀沉降敏感。本工程的抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度值为0.05g，设计地震分组为第一组。

2工程地质条件概况

2.1地质条件

场地地表部分为人类近期活动形成的地层，下伏基岩为泥盆系下统坡脚组（D1p）板岩。根据成因类型、土层分类及工程特性，地质构成如下：①1素填土（Qml）：褐、褐黄、兰灰、褐灰等色，由大量强～中等风化板岩组成。干燥，未经严格分层碾压，结构稍密，局部松散，欠固结，力学性质不均匀。②1全风化板岩：褐黄、褐、褐灰等色，可塑状态，岩芯多呈土状，局部夹少量强风化碎块，湿。具高压缩性。②2强风化板岩：褐黄、兰灰、褐、褐灰等色，泥质结构，具低压缩性，风化裂隙很发育，部份已风化呈土状，岩芯多呈碎块状。②3中等风化板岩：褐黄、兰灰、褐、褐灰等色，泥质结构，岩芯多呈长柱状，少量呈短柱状。各主要岩土层参数如下表所示。

   表一

2.2水文地质条件

场区属珠江、红河水系。经调查，拟建场地及其周边无河流、水库等地表水体。勘察期间所有钻孔在勘察深度范围内均未见到地下水。地下水对拟建项目建设无影响，但应做好地表截排水措施，以免雨季基础施工时地表水流入基础，软化地基土。

该场地土对混凝土结构具有微腐蚀性；对钢筋混凝土结构中的钢筋具微腐蚀性；按PH值场地土对钢结构具有微腐蚀性。

3地基方案选择

我院接手该项目时，厂区填土回填正在进行，现场已完成回填6~8米。若待政府完成场平回填并移交业主，将无法进行地基处理工作，采用桩基是唯一的选择。若采用桩基，桩长在30~65米之间，基桩偏长。超长桩在回填土中施工难度大，基桩质量难以保证，整个项目仅基桩费用预估超过2亿，非常不经济。同时，桩基虽然保证了建筑物的安全，但场坪分层回填的大厚度新进填土会因为自重固结产生较大的沉降，导致厂区地下管网断裂、地坪沉降、路基开裂，严重影响生产运营。故桩基方案在本工程没有优势，仅作为备选方案。

我院经过实地勘察，充分了解场地的地形地貌和地质特点后，提出了对全场进行分层强夯的地基处理方案。强夯法【1】是一种动力固结法，通过反复将夯锤提到高处使其自由落下，给地基以冲击和振动能量，迫使地基土体密实，实现迅速固结。强夯法由于操作简单、施工速度快、经济有效，适用范围广泛，可用于处理碎石土、砂土、低饱和度的粉土与粘土、湿陷性黄土、素填土与杂填土地基等，特别是对于非饱和土加固效果显著。本工程主要填料为挖方区的全风化板岩和强风化板岩，天然含水率较低，作为强夯地基的回填料非常适合。

由于场地回填厚度太厚，对场地进行分层强夯回填。通过控制分层回填的厚度并选择合适的夯击能量，可以大幅度提高每层填土的密实度，实现各层回填土的分层固结，最终大幅减少大厚度填土的的自重沉降。

3.1设计要求

根据上部结构对地基承载力和变形的要求特点，厂区内的复合地基处理分为两个区域：1）电解车间厂房柱基础和电解槽基础，要求复合地基承载力特征值fspk>250kPa，压缩模量ESP>15MPa；通过初步估算，电解车间厂房柱基础尺寸为4.5X5米，埋深为-2.5米。2）厂区内的辅助车间基础及管道支架、小型设备基础，要求复合地基承载力特征值fspk>200kPa，压缩模量ESP>10MPa。

3.2分层强夯法

本工程的最大填方厚度达到60米。设计院计划每5米一层进行整片强夯，强夯施工的工作量非常大，检测的数量也多。根据多个工程的经验，设计院将60米厚填土分为40+20米两个部分，各部分要求如下：

底部20米填土作为场坪回填处理部分，目标是消除回填土的欠固结沉降（A类夯要求）。此部分强夯施工对土石比无要求，但不得含有耕植土，避免雨季施工。每5米厚度一层进行强夯。每层采用5000KN.M能级四遍成夯工艺（已经完成回填部分采用6000KN.M能级），主夯点的夯击数不少于10次，无需检测，仅加强施工过程的质量控制。

顶部40米为基础的主要持力层，，目标是消除回填土的欠固结沉降的同时，需要具有较高的承载力和压缩模量(B类夯要求)。要求此部分每层的土石比为4：6~5:5。每层6000KN.M能级四遍成夯工艺，主夯点的夯击数不少于12次。每层要求严格检测，处理后地基承载力fak>200Kpa，Es>10Mpa。

地基处理设计中，要做到经济合理就需要遵循就地取材的原则。设计院在确保强夯能级的前提下，对不同受力特点的土层采用不同的土石比，可以满足就地取材、减少外运的要求。对不同受力特点的土层提不同检测要求，可以大幅度减少检测的工作量，缩短施工时间。

3.3孔内深层超强夯法

场地的填料主要为软质岩风化料，均匀性很差，尽管经过分层强夯消除了回填土的欠固结沉降，提高了承载力，但现场试验中发现压缩模量提高不大，在8~10MPa之间。鉴于电解车间范围内的填土厚度不均匀，电解车间对沉降敏感，故提出对其基础底部主要受力范围采用超强孔内深层夯法【2】(SDDC)进行二次处理。孔内深层强夯法是成孔到预计深度，然后自下而上分层填料强夯或边填料边强夯，使桩间土侧面产生很大的动态被动土压力，迫使填料向下和周边压密，形成高承载力的密实桩体和强有力的桩间土。强夯固结了新进填土，有利于孔内深层强夯的成孔施工。孔内深层强夯也能利用原起重设备，二者是非常有益的补充。

根据工程经验，基础沉降的变形量绝大部分在基础2倍宽度以内，其数值占总变形量的85%以上。经估算，本工程若基底土体的压缩模量提高0.5倍，基底的变形量可以减少一半。设计保守对电解车间基底12米厚强夯土体进行孔内深层强夯，设计桩距3450mm，正三角形布置，孔径1200mm，经夯扩挤密后直径为1600mm，土体面积置换率0.195。填料要求采用硬质岩粗骨料（灰岩），最大粒径≤400mm，基处理后的压缩模量提升到15MPa以上。

3.4地基处理总方案

总之，根据上部结构对地基承载力和变形要求的特点，对电解车间整个厂房进行SDDC地基处理，处理深度12米，考虑应力扩散的需要，处理范围为扩出厂房轴线9米。施工完成后需对SDDC地基处理结果进行严格检测；辅助车间及厂房间的管架、设备基础则置于分层强夯地基上，地基承载力和压缩模量需达到设计要求。地基处理示意图详见图一：

图一.地基处理剖面示意图

3.5施工中出现的问题及处理措施

为了确保现场的施工质量，设计院要求分层强夯施工要严控土石比的同时，监测夯击的能级别、单点最少夯击次数，要求收锤指标满足规范的要求。

由于现场地基处理的面积非常大，现场配备有多个班组同时进行地基处理的施工。为了确保地基处理的质量，设计对于各班组间的设计交界面提出了补夯要求，具体如下图。

图二.强夯错层平面接头示意图

同时，在挖方和填方的交界处，设计要求开挖成阶梯状后方可进行强夯，并加大夯击的次数，确保强夯质量。

3.6处理地基检测

为了确保地基处理的施工质量，根据《建筑地基处理技术规范》(JGJ 79-2002)要求对各层土体进行检测，合格后方能进行下一步的施工。现场对强夯土层和SDDC地基均采用了重型圆锥动力触探试验、荷载板试验等传统检测方法来评价各土层的强度。以下为部分实验点SDDC桩间土的荷载—沉降关系曲线及沉降—时间关系曲线。从图中可看出桩间土的承载力提高很大，SDDC地基处理达到并超过了设计的要求。

图三：荷载—沉降关系曲线及沉降—时间关系曲线

本工程地基处理工作量很大，为了确保检测的质量，现场还引进了瑞丽波面波检测。瑞丽波面波检测是一种经济性、快捷、有效的大面积检测方法。通过对面波频散曲线进行反演，可以得到地层分层速度。根据经验公式以及相应的静载试验数据，可建立波速与地基承载力特征值之间相关关系，有效评价场地地基承载力。对分层强夯地基进行瑞丽面波检测时，进行了10米范围内的瑞丽面波检测；SDDC地基处理时，进行了15米的瑞丽面波检测。通过对比动力触探和瑞丽面波检测结果，发现得到的地基承载力数据非常接近。

瑞丽波面波检测既能通过面波法检测得到大量的测点，克服原位测试以点带面的局限性，同时，由于在有限的时间内获得较多的测试点，更好的判别地基处理的均匀性。

4结论和建议

电解车间已于2019年5月投产，生产运营良好，设计回访查阅沉降观测数据，也未发现异常。本工程地基处理方案节约投资上亿，获得业主的高度评价。对于大厚土填土区域的工程，设计院提出如下的建议：1）设计单位应尽早与业主沟通，就地取材，选择合理的地基处理方案；2）强夯方案中，应重视大面积填方工程中的排水设计。3）施工中，应尽量避开雨季，同时设计需要处理好半挖半填区域建筑物的不均匀变形。4）场地设计应保证地表水的排泄通畅，防止地表水的长期渗入。

在大厚度填土工程中，分层强夯+孔内深层超强夯法（SDDC）地基处理方式不仅能确保建筑安全，还能节约投资费用，并消纳建筑垃圾，环保又经济，效益显著。

参考文献：

1. 《建筑地基处理技术规范》(JGJ 79-2002),2002.

2. 孔内深层强夯法技术规程，CECS197:2006.

3.《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）.中华人民共和国国家标准.