大面积填土地基的处理设计

周戈梅

（中铁华铁工程设计集团有限公司，北京100071）

1 工程概况

本工程拟建场地东西长约330～380m，南北长约1 200m，占地面积约29hm2。本场地地势较平坦，原为果树苗圃，场地标高在29.48～30.81m（最大高差1.3m）,平均标高29.8m。车辆段场坪设计高程为32.00m，铁路轨顶高程为32.70m。整个场地均为回填区，回填深度约2.2m。

1.1 工程地质条件

本场区根据勘察报告勘探深度范围内自上而下可分为：人工填土层、新近沉积、第四纪沉积层和第四纪晚更新世沉积层。新近沉积土层包括：粉土②层、粉质黏土②1 层和粉细砂②3 层。土层名称和编号及各地基土层的承载力标准值、压缩模量见表1。

表1 某工程场地土层地基承载力和压缩模量

1.2 水文地质条件

本次勘察钻孔最大深度30m，根据本次勘察成果，在勘察深度范围内，本场地主要赋存有2 层地下水，地下水类型分别为上层滞水和潜水。上层滞水对局部地段地基处理有一定的影响，潜水埋深较大对本工程建设无影响。

2 强夯法和级配砂石桩复合地基分析对比

根据上述工程概况可知，填土地基处理设计方案对工程的质量、工期及造价起着关键的决定作用。本工程中的几个建筑物中：有吊车的、有地面轨道检修坑的、楼层高柱底力大的，这些都对基础沉降有较高要求。针对采用强夯法处理还是柱锤冲扩级配砂石桩进行地基处理，就进行了多次的方案讨论，特别是从工程质量、工期及造价这3 方面进行了对比分析。根据业主对工程造价的严格控制，设计院依据本市建筑工程造价定额进行了工程造价的预算。下面将主要单体建筑物拟采用的地基处理方案设计从工程质量、工期及造价方面进行对比（见表2）。

表2 2 种地基处理方法分析对比

从表2 可知，强夯处理后能满足工程使用功能，提高地基强度、降低土的压缩性，但地基土含水量的高低决定着强夯的处理效果，受自然因素影响较大。柱锤冲扩级配砂石桩处理地基质量容易控制、效果良好，受自然因素影响较小。在工期方面二者基本相同，均能满足工期要求。但是，工程造价相差悬殊，柱锤冲扩级配砂石桩比强夯法多出2 000 万元。出于经济方面的考虑，业主优先选用强夯法进行地基处理，这是性价比较高的施工方案。但在施工准备工作期间，由于强夯法给周边环境造成的振动影响较大，周边单位及居民坚决不同意强夯法施工，最终被否决。经过与业主、施工方、当地居民共同协商，最终采用柱锤冲扩级配砂石桩方案进行地基处理。

3 压实地基

厂区的绿化区、门卫、道路等，对地基承载力要求不高、沉降要求不严格的区域，可采用压实地基。清除表层有机质土后整平场地，采用振动碾（10～15t）进行碾压3～5 遍，然后，素土分层回填碾压至标高30.00m，且压实系数≥0.95。压实填土施工过程中应采取防雨、防冻措施，防止填料（粉土及粉质黏土）受雨水淋湿或冻结。粉土、粉质黏土应采取水平分层、分段填筑，并分层压实，同一水平层应采用同一填料，不得混合填筑。压实地基要严格控制压实系数和土的含水量，其含水量宜为最优含水量。压实填土地基的质量检验应按设计要求进行验收，未经验收或验收不合格时，不得进行下一道工序施工。

4 柱锤冲扩级配砂石桩复合地基设计

根据建筑物的使用功能和工艺设计要求，总结不同建（构）筑物的柱锤冲扩级配砂石桩复合地基设计参数（见表3）。柱锤冲扩桩施工前应清楚表层有机质土且进行碾压3 遍，然后素土分层回填碾压，分层碾压回填严格按照施工规范要求执行，压实系数≥0.94，回填至设计标高方可进行柱锤冲扩桩施工。

表3 不同建（构）筑场的柱锤冲扩级配砂石桩复合地基设计参数

注：桩径均为500mm；设计桩顶以上保护桩头长度≥500mm。建筑物基础下桩顶铺设250mm 厚的砂石褥垫层，其最大粒径不大于30mm，褥垫层的夯填度不大于0.9。

4.1 级配砂石桩复合地基承载力计算

根据公式：fspk=[1+m（n-1）]fak计算复合地基承载力。其中,桩土应力比n=4，桩径d=500mm、桩间距s=1 300mm，正三角形布置其置换率m=0.134，桩间土（回填土）承载力经验取值fak=120kPa，计算结果：fspk=[1+0.134×（4-1）]×120=168kPa≥150kPa，满足设计要求。

4.2 级配砂石桩复合地基沉降计算

选取运用较大的基础，独立基础尺寸为4.5m×6.3m，基础埋深2.5m，相当于绝对标高30.200m。计算沉降参数见表4。

根据上述条件由软件计算得：

表4 复合地基计算沉降参数

1）沉降计算经验计算系数ψs：

式中，Ai为第i层土附加应力系数沿土层厚度的积分值；Esi为基础底面下第i层土的压缩模量，MPa。

查基础规范表5.3.5，得：ψs= 0.694。

2）地基最终变形量s按基础规范式5.3.5 计算,得：

式中，s'为按分层总和法计算出的地基变形量，mm；p0为相应于作用的准永久组合时基础底面处的附加应力，kPa；zi、zi-1为基础底面至第i、i-1 层土底面的距离，m；αi、αi-1为基础底面计算点至第i、i-1 层土底面范围内平均附加应力系数。

s=0.694×22.25=15.5mm≤20mm，满足设计及规范要求。

5 级配砂石桩复合地基的质量检验

本工程各单体项目在级配砂石桩施工后均按设计规范要求进行了质量检验，且检验结果全部合格。列举公安派出所单体项目的试验进行分析，公安派出所级配砂石桩总共计1 069根。级配砂石桩施工完2 周后采用重型动力触探和标准贯入试验分别对其桩身和桩间土进行检测，与地基处理前相比标准贯入击数提高了30%左右。 成桩23～32d 后进行单桩复合地基静载荷试验，载荷试验板呈圆形，其面积为1.46m2，半径R=682mm。级配砂石桩直径为500mm、有效桩长7.0m；载荷试验板直径为1 364mm。按照载荷试验规定s/d=0.01，对应的沉降量应为13.64mm。从单桩复合地基静载荷试验结果中得出：单桩复合地基承载力特征值为150kPa，其对应沉降量最大为12.14mm，均小于13.64mm。说明级配砂石桩复合地基承载力特征值＞150kPa，满足设计要求。

6 结语

大面积填土地基处理首先应根据使用功能进行分区，本工程划分为3 个区域：绿化区域、轨道区域和各主要单体建筑物。场地清表有机质土堆到绿化区域不必处理。轨道区域、地基承载力要求不高的，沉降要求不严格的，设计要求压实系数≥0.95 即可满足工程使用功能，故此区段采用压实地基处理。

对于单体建筑物地基承载力要求高的、室内轨道检修坑对沉降要求严格的，均应采用柱锤冲扩级配砂石桩。不同区域使用不同方法，都能满足设计和使用要求，做到既经济又安全。