地基处理方案的选择初稿

北京某住宅小区地基处理方案优选班小弟1，张问科2，刘昊刚2，熊辉3，何铮3摘要：本文针对房渣土的工程性质及建筑场地的所处环境、水文地质状况，结合相关类似的工程经验和目前地基处理的现状，对北京某住宅小区场地房渣土地基进行地基处理方案的优选。最终确定采用重锤冲孔夯扩灰渣土挤密桩。该方案具有适用性较强，施工简单且清洁文明，能消纳大量的建筑垃圾，变废为宝。是一种非常经济、绿色的地基处理方案。关键词：房渣土地基；重锤冲击成孔；夯扩挤密灰渣土桩0前言每一种地基处理的方案都有一定的局限性[1]，地基处理方案的优选则需要大量的调研、收集资料，了解目前该地区常采用的地基处理方法；认真分析建筑场地的工程地质与水文地质条件，针对该场地的具体条件，以及建筑物对地基承载力的要求，提出多种地基处理方案；从方案的技术可行性、对环境的影响、施工工期、以及工程造价等多个方面对这些方案进行比较；通过上述的比较与分析，最终选出最优方案；对优选方案提出具体的施工及质量检测的建议。1工程与地质概况1.1工程概况拟建中的北京某住宅小区位于北京市朝阳区立水桥以北，该小区一期工程由多栋5～6层住宅组成，为框剪结构住宅，不设地下室，基础埋深及基础型式待定。由于该建筑物地基表面土层由3.30～5.10米（局部1.90～2.0米左右）厚人工堆积层（主要为房渣土）组成，必须经过地基处理后方可作为建筑物地基持力层，要求处理后的复合地基承载力标准值≥160KPa。1.2地质概况（1）地形地貌拟建场区地形基本平坦,地面标高31.77～32.66m。场区原为采砂坑，目前已填平。（2）地层土质分布根据地质勘察报告，该工程地质勘探深度范围内（最深16.00m）按沉积年代、成因类型可分为人工堆积层、新近沉积层及第四纪沉积层三大类，按地层岩性及工程特性进一步划分为4个大层(见表1)：表1类型层号土层名称厚度或标高(m)强度压缩模量(MPa)波速υs承载力标准值(KPa)人工堆积层①房渣土(含砖块、碎石)3.3～5.10中152①
1粘质粉土、粉质粘土（含砖渣）0.0～3.4较软5.2新近沉积层②圆砾（含砂约30％）0.0～2.1较硬266250②1中、细砂较硬266180②2细、粉砂中较软160②3细、粉砂较硬第四纪沉积层③粉质粘土、粘质粉土标高27.51～26.28以下中较软9.1243160④1粘质粉土、粉质粘土中较硬15.0247180③2砂质粉土、粘质粉土较硬25.4243220③3重粉质粘土、粘土较硬6.6247/243140⑤粉质粘土、重粉质粘土标高22.62～21.0以下较硬16.8308/247220④1粘质粉土、砂质粉土较硬中19.6274/247250④2重粉质粘土、粘土较硬18.8/13.0274/247④3细砂较硬308（3）地下水地质勘察期间实测到1层地下水，其静止水位标高30.09～30.52m（埋深1.60～2.10m）；据长期观测资料，场区近3～5年最高地下水位接近自然地面；地下水水质对混凝土无腐蚀性，但在干湿交替条件下对钢筋混凝土中的钢筋具弱腐蚀性。（4）地震基本烈度、场地类型及地震液化判定场区地震基本烈度为8度，按近震考虑；根据《建筑抗震设计规范》（GB50011－2001）本场地土类型属中软场地，建筑场地类别为Ⅲ类；当地震烈度为8度且地下水位达历年最高水位时，该工程建设场地内人工堆积的粉、细砂填土①2层和新近沉积的细、粉砂②3层有发生地震液化的可能，但场地地基液化等级属轻微。2房渣土的工程性质特征房渣土是一种含有大量建筑垃圾如碎石、碎砖、瓦砾和混凝土块的杂填土。其主要工程性质为：1）不均匀性。房渣土颗粒成份复杂，排列无规律，造成房渣土密实程度的不均匀性，而碎石、碎砖、瓦砾和混凝土块常有较大的空隙，且充填程度不一，这更加剧了房渣土密实程度的不均一。密实程度直接牵涉到地基承载力指标与沉降量的大小，而密实程度的不均匀性直接导致地基土的不均匀沉降。2）填积年限。一般来说，密实的杂填土常常是堆积年代较长，填料级配相对均匀、填充好。不仅承载力较高，不均匀沉降、变形差相对较小。反之则承载力低，不均匀沉降、变形差较大。3）房渣土作为建筑地基，一般需要对其进行地基处理。3北京市区常见的房渣土地基的处理方法[1]（见表2）表2杂填土地及处理分类地基处理垫层处理砂石垫层碎石垫层土垫层干渣垫层挤密处理浅层处理重锤夯实法振动压实法机械，平板深层处理振冲法强夯法强夯置换法挤密法碎石、砂石桩挤密法，土、灰土、二灰桩挤密法，石灰桩挤密法夯扩处理孔内深层强夯法柱锤夯实法夯扩挤密复合桩法柔性材料桩碎石、天然人工级配砂石、渣土半柔-半刚性材料桩白灰土、白灰砖、白灰砖渣土、白灰水泥土、水泥土，白灰水泥砖渣土和混合料刚性材料桩混凝土，干硬性混凝土，CFG混合料等长短桩复合地基处理CFG桩处理振动沉管灌注CFG桩长螺旋跟管钻孔灌注CFG桩钻孔夯底灌注CFG桩碎石夯底桩，水泥和天然级配砂石桩钻孔灌注CFG桩长螺旋钻孔中心压灌CFG桩桩基础钢筋混泥土预制桩钢筋混泥土灌注桩钢筋混泥土夯扩桩疏桩基础和短桩处理4地基处理技术难度及其要求4.1技术难度（1）房渣土处理深度达6米。（2）房渣土成份复杂、颗粒粒径较大（有大块的钢筋混凝土块）、钻孔难度较大、地下水水位较高。（3）场地处在城市中，离居民区较近。4.2技术处理要求（1）建筑物范围内经处理后，复合地基承载力的特征值不小于160KPa。（2）建筑物整体沉降量不大于80mm。（3）不均匀沉降量满足《建筑地基处理技术规范JGJ79---2002》的相关规定。5地基处理方案的选择1）强夯方案[2]根据目前国内外强夯技术，最大处理深度能达到10m左右。但是高能量强夯造成的振动对周边居民及其环境会带来严重影响。2）振冲挤密桩复合地基方案[2]由于振冲施工用水量巨大，施工时会排出大量污泥，污水会造成严重的城市环境污染，而且施工造价高、周期长，满足不了工程总体的要求。3）孔内深层强夯方案[3]（DDC）该方法适用于地下水位以上，如果地下水位较高，需要进行人工降水处理。4）CFG桩方案该地基处理方法能使地基的承载力大大提高，提高幅度达3至9倍。适用于高层和超高层建筑物。但是该地基处理方法所用的材料粉煤灰价格较高，所以工程的造价较高。5）长短桩复合地基方案[4]该方法是根据地基的附加应力随地基土的深度增加而减小的原理。用长短不一的桩和其桩间土组成复合地基。来共同承担上部荷载。该方法能有效地提高每根桩的使用效率。有效地节约了工程建筑材料，降低了工程的造价。但是该方法在工程中还处于不太成熟的阶段，设计计算较为复杂，风险较大，而且工程的施工也相当复杂。6）桩基础方案[3]该方案适合于持力层的土层埋藏较深，上部建筑物荷载较大，用天然浅基础或作人工加固仍不能满足要求时，常用的解决方案。该方案成本比其它处理方案都高。7）冲孔夯扩挤密灰渣土桩复合地基方案[3]冲孔夯扩挤密桩复合地基是指由夯扩桩体和桩间挤密土构成的复合地基来共同承担建筑物的上部荷载。具有置换、二次挤密、垫层、加筋等作用和自身特有的作用机理。采用一定直径的柱锤提升一定的高度无导向自动脱钩下落在地基土中冲击成孔。然后在孔内分层投入建筑渣土料、分层夯实及夯扩挤密。使桩体材料侧向挤压地基土，甚至挤入至地基土中，这在一定程度上改善了桩间土的物理力学性质。当加固范围内不同深度地层的软硬有变化时，可使得同一根桩不同深度具有不同的桩径，形成桩身在竖向上呈不等径串珠状。使得桩体与桩间土镶嵌挤密在一起，这样除更能充分发挥和利用桩间土的承载力外，桩与桩间土的相互协同作用效果更好。房渣土工程性能的主要问题是密实性和均匀性极差，承载力低。冲孔夯扩挤密灰渣土桩方案实用性较强，一不般受地下障碍物及地下水的影响。而且技术可行、施工简单、成桩质量可靠。施工中的振动和噪声较小、不排污、不排土。能消纳大量的建筑垃圾，变废为宝。这样使得施工现场文明整洁，工程造价也大大降低，而且能够彻底解决地基承载力以及不均匀沉降问题。所以本场地最适用该方案来处理。6地基处理方案设计与计算6.1地基处理方案设计参数[3]深孔夯扩挤密碎石（渣土）桩就是利用锤重为35KN、直径为377～400mm的长细锤垂直夯击地基，冲击形成具有一定直径和一定深度的孔洞，然后向孔内分层回填碎石或房渣土，并利用长细锤逐层夯击扩充和挤密碎石，直至孔口，从而形成比较密实且大于成孔直径的渣土桩桩体。在形成渣土桩的同时，还使桩周土层受到冲击挤压而密实，从而改善了桩间土的物理力学性能，使地基土的承载力、压缩模量和均匀性得到了较大的提高。由这种挤密渣土桩和桩间土复合而成的地基即为深孔夯扩挤密碎石桩复合地基。该方法具有挤密效果好、操作简单、施工方便、质量易控制、适合大面积填土处理的特点。根据地质条件、有关规范和类似工程的实践经验，对本工程复合地基设计如下：桩径φ600，平均有效桩长6m（具体施工桩长根据人工堆积土层的厚度和基础埋深分区而定）；桩间距1500mm，等边三角形布置，基础外布置一排保护桩；碎砖、碎石、卵石粒径为30～80mm，含泥量≤5％；桩顶铺设200mm厚碎石或砂卵石垫层，并碾压密实，要求碾压后的厚度与虚铺厚度之比≤0.85；处理后的复合地基承载力标准值≥160KPa，压缩模量≥7.0Mpa。6.2复合地基承载力的验算[3]spkfskA=sfsA+pfpAspkf=〔m（n-1）+1〕sf式中：m——桩土面积置换率，n——桩土承载应力比，spkf——复合地基的承载力特征值，sf——桩间土的承载力特征值，pf——桩的承载力特征值，kA——复合地基的面积，sA——复合地基中桩间土的面积，pA——复合地基中桩的面积。根据相关经验取n=4,sf=120KPa,m=pA/sA=0.145则spkf=172.2KPa160KPa,pf=480KPa6.3地基加固处理后沉降量计算（1）复合地基模量的验算[3]kAskE=sEsA+pEpAskE=〔m（n-1）+1〕sE式中;skE——复合地基土的模量，sE——复合地基中桩间土的模量，pE——复合地基土中桩的模量，其它同上。根据相关经验取skE=7Mpa。则sE=4.2Mpa,pE=16.6Mpa。（2）地基加固处理后沉降量计算[3]沉降计算按国标GB50007-2002公式按条形基础底面宽为二米进行计算[6]：)(/1110iiiinsiszzEPs根据相关经验取0P=160Kpa，1sE=7Mpa，1z=4.5m,1sE=15Mpa,2z=1.5m,s=0.66。则s=42.2mm。7重锤冲孔夯扩挤密灰渣土桩施工1地基处理施工工序流程[3]测量定位放线→基槽开挖→挖灌水坑灌水调整土层含水量→小区强夯试验→桩位点测量定位放线→冲击成孔小区试验→冲击夯扩挤密桩施工→加固效果检测。2小区施工试验[2]在大面积施工前，对影响施工效果的关键参数必须进行验证。试验主要目的：确定成孔难易程度、成孔深度、成孔直径及成孔时间；确定冲击成孔、填料夯桩后的孔底影响深度；确定填料量以及每次填料后的合理夯击击数；确定夯扩成桩后，夯扩挤密影响范围。3大面积施工时关键问题及其对策[2]1)成孔问题由于填土大部分是建筑渣土，土层中含有较多的大块混凝土，所以为了保证处理深度，就必须保证成孔深度，因此选用直接冲击挤孔方案，基本上能够将直径约0.5m以下的大块击碎，但当粒径较大且硬质大块较集中时冲孔就比较困难，经试验即使采用旋挖钻机都无法钻到预定的深度。为此采取了相应的措施，即当大块埋深小于6m时，采取开挖回填再成孔，反之采取补孔加桩的方法。2)塌孔问题孔口塌孔是施工另一大的难点，由于场地地下水埋藏较深，填土含水量极小，一般为5％～10％，且结构特别松散，在受到强力反复振动下孔口填土会不断坍塌到孔内，严重影响到成孔的速度，经过反复的试验研究，采取了多种措施包括：土体大面积预灌水，使土层含水量调整到14％～18％；或对表层土采取小能量满夯。从而有效地保证了孔壁土体基本稳定。8质量检测[7]（1）施工过程中应随时检查施工记录及现场施工情况，并对照预定的施工工艺标准，对每