大面积回填区场地地基处理及桩基础设计体会

陈生年（沈阳铝镁设计研究院有限公司，辽宁　沈阳　110001）



大面积回填区场地地基处理及桩基础设计体会

陈生年
（沈阳铝镁设计研究院有限公司，辽宁沈阳110001）

摘要：介绍了某电解厂区场地实际地形地貌及地质条件，针对工程中存在的问题，论述了大面积回填区场地采用强夯法进行地基处理的措施，并总结了强夯加固后场地桩基础设计中的注意事项，保证了整个工程的施工质量。

关键词：大面积回填区，地基，强夯法，桩基础

0　引言

工业建筑厂房设计过程中，有些厂房纵向长度会超过1 km，受生产工艺要求，这1 km范围内厂房±0.000标高要求保持一致。而建筑场地地形起伏较大，场地整平后就会出现厂房基础一部分落在挖方区，一部分落在填方区。当回填土范围较大，特别是深度较深时，场地回填土的处理以及回填土对桩基础的负摩阻都将是设计过程中首要考虑的问题。

1　工程概况

某大型电解铝年产100万t电解铝项目，主要厂房为4条跨度32 m，每条长度1 350 m的钢筋混凝土排架结构，每条厂房内设180台20.5 m×5.7 m电解槽，车间内有重级工作制吊车运行。建筑场地长1 500 m，宽500 m，西高东低，场地整平后西侧为挖方区，东侧为填方区，回填土最深处24.2 m。

2　场地条件

2.1地形地貌

地貌类型为山间冲洪积盆地，地势开阔，地貌成因类型为人工堆积及冲洪积。

2.2地层

拟建建筑物处在同一地貌单元，地层结构也基本一致，在勘察所达深度内，岩土为第四系全新统人工填土、粉砂、粉质粘土及侏罗系岩石等，地层分布较连续，稳定，层差不大。本次勘察所揭露的土层，由上至下依次为：①素填土：杂色，稍湿，为场地平时的剥离物，主要为凝灰岩、残积土等。②细砂：褐黄色、浅黄色、黄色，稍湿，稍密状态。③粉砂：褐黄色、浅黄色、黄色，稍湿，稍密状态。④粉质粘土：褐色、褐黑色、黄褐色，可塑状态。⑤残积土：灰绿色、黄灰色、黄绿色，为凝灰岩风化后形成的残积物。⑥全风化凝灰岩：黄色、浅黄色、绿色、灰绿色、黄绿色，稍湿～湿，凝灰质胶结、半胶结状态，风化严重。⑦强风化岩屑凝灰岩：杂色，风化较严重，岩芯破碎，强度极不均匀，裂隙发育，被泥质充填，局部含较多岩石颗粒。⑧强风化凝灰岩：杂色，岩芯呈柱状、块状结构，较坚硬，钻进时进尺缓慢，裂隙发育，并被泥质充填，强度不均，浸水软化严重，本次勘察在控制深度内未穿透该层。

3　地基处理

大面积回填区地基处理的好坏直接影响到整个工程的质量和形象，以及后续设计过程中基础形式的选择，因此必须综合各方面因素仔细考虑。鉴于本工程回填区域范围较大，回填深浅不一，且完成回填的时间较短，为避免回填土沉陷对道路、厂区管网等辅助设施造成严重影响，应对整个厂区地基进行预处理，采用强夯法进行地基处理。

强夯法地基处理的关键在于确定强夯单击夯击能，单击夯击能应通过现场试验来确定。在施工现场有代表性的场地选取3个试验区，回填土深度分别为0 m～5 m，5 m～10 m，大于10 m的场地，进行试夯，每个试验面积为20 m×20 m。试夯后根据试夯报告确定工程中不同回填土深度的区域采用何种单击夯击能。针对本工程试夯结果，回填土深度为0 m～5 m区域，单击夯击能采用4 000 kN·m；回填土深度为5 m～10 m区域，单击夯击能采用6 000 kN·m；回填土深度为超过10 m区域，单击夯击能采用8 000 kN·m。强夯处理范围为超出建筑物基础宽度不小于3 m和回填土深度1/2的较大值。强夯夯点采用梅花形布置，夯击遍数3遍，2遍点夯，完成后进行1遍满夯。因勘察报告中勘察期间未见地下水，故本工程地基可连续夯击。第一遍夯击点间距为夯锤直径的3倍，第二遍夯击点位于第一遍夯击点之间，满夯要求锤印搭接［1］。强夯要求处理后的回填土地基承载力特征值不小于150 kPa，压缩模量不小于15 MPa。

强夯后对处理后的地基进行平板载荷试验和重型动力触探试验，试验结果表明：1）本工程场地强夯的有效加固深度可达10 m；2）在有效加固深度范围内，经强夯处理后的地基承载力特征值不小于150 kPa，达到设计要求；3）依据经修正后的锤击数平均值判定其分层的变形模量均不小于15 MPa，但从横向看均匀性较差。

从检测结论来看，经强夯处理后回填土性能得到较大的改善，强夯有效加固深度范围内，地基承载力、变形模量均满足设计要求，可以作为部分设备基础的持力层，采用强夯法对整个场地回填区进行预处理是合理的。但是仍应注意：由于从横向看变形模量均匀性较差，故设备基础下需做碎石褥垫层；回填土厚度大于强夯有效加固深度时，强夯影响效果有限，下层回填土沉陷情况仍然会比较严重，设计时应考虑下层回填土沉陷带动上层回填土沉陷对建筑物基础的不利影响。

4　桩基础设计

由于整个厂区回填范围较大，回填土层厚度较深，强夯处理有效深度有限，均匀性较差，不能满足作为建筑物地基的要求，故当持力层埋深超过5 m时，采用桩基础。

4.1建筑桩基设计等级

桩基础设计首先应确定设计等级。根据建筑规模、功能特征、对差异变形的适应性、场地地基和建筑物体形的复杂性以及由于桩基问题可能造成建筑破坏或影响正常使用的程度［2］，本工程桩基设计等级定为乙级。

4.2桩的选型

根据本工程中桩周及桩端土层的侧阻力和端阻力参数可确定本工程桩基在承载能力极限状态下，桩顶竖向荷载由桩侧阻力和桩端阻力共同承担，而主要由桩侧阻力承受，故采用端承摩擦桩。结合工程所在地施工设备和经验、桩的使用功能、穿越土层、桩端持力层、桩承载力要求等条件，桩径采用直径800 mm，成桩方法采用旋挖成孔灌注桩。

4.3单桩竖向承载力特征值

设计阶段单桩竖向承载力特征值Ra的选取主要是依据上部结构传给桩基础的荷载大小来确定。对于本工程由于厂房类型较多，各个厂房柱底荷载大小不一，故可采用多种承载力不同的桩型，以满足承载力要求同时又可降低投资。如对应于荷载效应标准组合轴心竖向力作用下，基桩的平均竖向力NK≤800 kN，1 200 kN，1 800 kN，2 400 kN，分别设计桩长。

根据《建筑桩基技术规范》第5.4.2条［2］，本工程场地大部分区域为回填区，应考虑负摩阻力的影响。由于采用强夯法对场地土体进行了加固，有效改善了地基性能，尤其是回填土深度不大于10 m的区域，地基沉降量显著减少，桩基承载力特征值可按公式验算；而对回填土深度大于10 m的区域，由于强夯有效加固深度有限，回填土沉降仍然较大，且下层回填土沉陷带动上层已加固的回填土沉陷，产生下拉荷载，故应按公式NK+ Qgn≤Ra［2］验算。桩侧负摩阻力及其引起的下拉荷载，可按下式计算：。

4.4桩长设计

设计桩长是桩基础设计的最终成果，也是设计过程中较为复杂的一项工作。其关键在于通过结合地质报告中大量钻孔参数计算出每个孔位置满足单桩竖向承载力特征值的有效桩长，再通过统计确定合理的桩长。有效桩长的计算方法是依据单桩竖向承载力特征值Ra的计算公式：，而。其中，∑li即为有效桩长。

对于端承摩擦桩，控制桩长的关键因素有两个，一是桩进入原土层的最小有效桩长，另一个是桩进入持力层的最小深度。两者同时满足情况下，统计出的桩长是最经济、最合理的。

5　结论及建议

1）场地地表起伏范围较大时，场地整平前即应考虑回填土处理问题，回填土深度较大区域宜采用分层强夯进行地基处理。2）大面积回填区场地全场应依据回填土不同厚度采用不同单击能进行强夯处理。3）回填土厚度小于强夯有效加固深度，强夯后场地的承载力和压缩模量均满足设计要求时，可作为设备基础的地基，考虑到压缩模量的不均匀性，设备基础下需做碎石褥垫层。

4）强夯有效加固深度小于回填土厚度时，设计桩承载力特征值时应考虑整个回填土深度范围内负摩阻产生的下拉荷载的影响。

参考文献：

［1］JGJ 79—2012，建筑地基处理技术规范［S］.

［2］JGJ 94—2008，建筑桩基技术规范［S］.

The thinking of foundation treatment and pile foundation design of large area back filled region ground

Chen Shengnian
（Shenyang Aluminum Magnesium Design and Research Institute Limited Company，Shenyang 110001，China）

Abstract：This paper introduced the actual topography and geological conditions of an electrolytic plant ground，in view of existing problems in engineering，discussed the measures of large area back filled region ground with dynamic compaction method in foundation treatment，and summarized the matters needing attention in ground pile foundation design after consolidation，ensured the construction quality of entire engineering.

Key words：large area back filled region，foundation，dynamic compaction，pile foundation

中图分类号：TU472

文献标识码：A

文章编号：1009-6825（2016）06-0084-02

收稿日期：2015-12-18

作者简介：陈生年（1981-），男，硕士，工程师