杨凌地区不同阶地地基处理方案研究

郭江涛

摘要：杨凌地区自南向北为渭河河漫滩、渭河Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级阶地，建筑场地从一般地基到Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级自重或非自重湿陷性地基。结合拟建工程，对四个典型地貌单元的地质条件和工程性质进行勘察与试验，分析了四个典型地貌单元的地基处理方案，得出了有益的结论，可为同区域工程建设提供借鉴。

Abstract： From South to North， Yangling area is a terrace of Wei River floodplain， Wei River I， II and III. The construction site is from General Foundation to I， II and III Self-weight or non-self-weight collapsible foundation. Combined with the proposed project， the geological conditions and engineering properties of four typical geomorphologic units are investigated and tested， and the foundation treatment schemes of four typical geomorphologic units are analyzed， and some useful conclusions are drawn， it can be used for reference in the construction of regional projects.

关键词：地质条件;地基;阶地;方案

Key words： geological conditions;foundation;terrace;scheme

中图分类号：TU472                                      文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）14-0224-03

0  引言

当前，在土木工程建设中，土木工程师遇到越来越多的地基处理问题，现代土木工程建设对地基提出了更高的要求。地基问题处理的恰当与否，关系到整个工程质量、投资与进度，其重要性已越来越多的被人们所认知。杨凌地区自南向北为渭河河漫滩、渭河Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级阶地，建筑场地从一般地基到Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级自重或非自重湿陷性地基。湿陷性黄土是大孔隙、非饱和的欠压密土，在我国西北地区广泛分布[1，2，3]。随着杨凌地区经济的高速发展，工程建设项目增多以及建筑物高度的增长，采用的地基处理方案也多种多样，如何针对不同地质条件采用合理可行的地基处理方法，做到建筑与地基、安全与经济的和谐，值得探究。

1  杨凌地区典型地貌单元的地质条件与工程性质

杨凌地区位于陕西关中平原中部，东西长约16公里，南北宽约7公里，北靠黄土台塬区，南濒渭河，位于鄂尔多斯地台南端，地貌以渭河冲积平原为主，海拔高度在431～563m之间，东南低而西北高，以落差形成三个阶地和渭河滩地的地貌单元。其中渭河滩地分布在本区南部，海拔431.0～439.0m，地势平坦，其面积约占全区面积的2.5%;渭河Ⅰ级阶地（三道塬）分布在本区中南部，海拔431.0～445.0m，坡降1.12%，其面积约占全区面积的13.8%;渭河Ⅱ级阶地（二道塬）分布在本区中部，海拔452.0～472.0m，其面积约占全区总面积的18.5%;渭河Ⅲ级阶地（头道塬）分布在本区北部，海拔511.0～559.0m，相对高差48m，坡降1%，其面积约占全区总面积的59%。

杨凌地区地质构造上属于鄂尔多斯地台南端，地貌类别为渭河冲谷平原和河流阶地，地层表面为Q3～Q4黄土状亚粘土，具Ⅱ级湿陷性，地基承载力大于1.5kg/cm3，地震烈度为7度。区内水资源较为丰富。渭河为示范区南界，东界为漆水河，北界为韦水环绕。渭河为区内最大河流，多年平均流量136.5m3/s，年径流量43.06亿m3，50年一遇洪水流量为7100m3/s，百年一遇洪水为8200m3/s，另有，关中灌区主干渠（高干渠和渭惠渠）横贯区内西东。此外，示范区内地下水丰富，富存于砂、砂砾石和黄土状结构之中，埋深在2～65m，地下水埋深主要在10m以内。

在四个典型地貌单元里选取四个拟建工程实例，通过勘察、试验、查阅文献等得到了四个典型地貌单元的地质条件与土的力学性质。

1.1 渭河滩地地质条件与工程性质

该区域拟建建筑基础埋深-1.5m，平均基底压力标准组合值200kPa，地形平坦，地下水属潜水类型。勘探期间属平水期，稳定水位埋深为4.50～4.60m，无不良地质作用，适宜建筑。

根据勘探、野外鉴别、原位测试结果和室内土工实验，并结合同类场地工程经验综合分析，地层自上而下由素填土、第四纪全新世冲积粗砾砂及卵石等构成，分层描述如表1。

1.2 渭河左岸I级阶地地质条件与工程性质

该区域拟建建筑为框架剪力墙结构，基础埋深-7.10m，基底压力330kPa。場地地下水属潜水类型，地下水位埋深在23.15～23.60m范围内。场地及附近无滑坡、崩塌、泥石流、地裂缝等不良地质作用。

根据勘探、野外鉴别、原位测试结果和室内土工实验，并结合同类场地工程经验综合分析，地层主要为第四系上更新统黄土、古土壤、细中砂、卵石等，细分为7层，分层描述如表2。

1.3 渭河左岸Ⅱ级阶地地质条件与工程性质

该区域拟建建筑为框架剪力墙结构，下沉程度敏感，预计基础埋深分别为-2.6m、-5.9m。场地地下水属潜水类型，埋深为17.20～18.00m。

根据勘探、野外鉴别、原位测试结果和室内土工实验，并结合同类场地工程经验综合分析，地层由耕土或人工填土、第四纪全新世冲、洪积黄土状土，第四纪晚更新世风积黄土、残积古土壤、冲积粉质粘土、砂类土和碎石土组成。地层结构简单，分布规律明显，分层描述如表3。

1.4 渭河左岸Ⅲ级阶地地质条件与工程性质

拟建建筑为砖混结构，条形基础，对差异沉降敏感，基础埋深-2.1m，基底荷载标准值180kPa。勘探深度（25.0m）范围内未见地下水。

根据勘探、野外鉴别、原位测试结果和室内土工实验，并结合同类场地工程经验综合分析，地层由人工填土，第四纪全新世冲、洪积黄土状土、第四纪晚、中更新世风积黄土和残积古土壤组成。地层分布规律明显，分层描述如表4。

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2  杨凌地区典型地貌单元地基处理方案分析

目前常见的地基处理方法有换填垫层法、预压法、强夯法和强夯置换法、振冲法、砂石桩法、水泥粉煤灰碎石桩法、夯实水泥土桩法、水泥土搅拌法、高压喷射注浆法、石灰桩法、灰土挤密桩法和土挤密桩法等，根据建筑物不同、地质条件不同，采用的方法亦有不同[4]。

2.1 渭河河漫滩地基处理方案分析

经调查，渭河河漫滩地主要建筑物以低层工业厂房为主，拟建建筑物基础埋深均按1.50m，相应基础底面标高按98.00m考虑时，直接持力层为②-粗砾砂，承载力为200kPa。拟建物荷载不大，P=180～200kPa，因此若选用适宜的基础形式和尺寸，天然地基土的强度和变形均可满足要求，天然地基方案可行。根据拟建场地岩土工程特性，为改善地基基础解除关系和地基均匀性，基坑开挖至基础底面标高时，可先预留0.30～0.50m厚土层待基础施工时再用人工进行清除，或在基础下设置厚度不小于0.5m的砂石垫层。垫层的压实系数λ不应小于0.94。垫层设计、施工、检测及选材应符合规范JGJ79-2002的有关规定。

2.2 渭河左岸I级阶地地基处理方案分析

经调查，渭河左岸I级阶地多以民用建筑为主，框架剪力墙结构居多。基础底地层为填土、湿陷性黄土，不经处理不能作为地基使用，因此天然地基方案不成立。如拟建建筑物基础埋深-7.10m，基底压力330kPa，既能消除地基土湿陷性又能大幅度提高地基承载力，满足基底压力的要求，一般的地基处理方法很难达到。可以采用素土挤密桩先消除黄土的湿陷性，再采用水泥粉煤灰碎土桩（CFG桩）复合地基方案，可以⑥-中砂做为桩端持力层。建议在设计参数确定以后进行复合地基变形验算。根据地区同类场地，同类建筑的沉降观测数据，当采用CFG桩时，拟建场地的最终沉降量一般不大于60mm，当采用钻孔灌注桩时，沉降量一般不大于40mm。

2.3 渭河左岸Ⅱ级阶地地基处理方案分析

根据该范围拟建工程实例资料，建筑物如属乙类建筑，拟建场地属自重湿陷性黄土场地，地基的湿陷等级为Ⅱ（中等）级。应消除地基的部分湿陷量，显然天然地基方案不能成立。按规范GB50025-2001，对乙类建筑，在自重湿陷性黄土场地，消除地基部分湿陷量的最小处理厚度不应小于湿陷性土层厚度的2/3，且下部为处理湿陷性黄土层的剩余湿陷量不应大于150mm，或采用整片处理，其处理厚度不应小于6.0m，且下部未处理湿陷性黄土层的剩余湿陷量不宜大于150mm，并应才去结构措施和检漏防水措施。为此，建议采用下述地基处理方案。

方案1：孔内深层强夯法。

根据拟建场地岩土工程条件及拟建建筑物的结构特点，结合同类场地工程经验，拟建建筑物可考虑采用孔内深层强夯法（DDC或SDDC工法）⑤-古土壤层中上部，相应桩长约9.0～10.0m。孔内宜分层夯实回填灰土或水泥土，桩体内的平均压实系数不应小于0.97，桩间土的平均挤密系数不应小于0.93，并在桩顶标高以上设置30～50cm厚的灰土垫层，其压实系数不应小于0.95。

方案2：素土挤密桩法+CFG桩复合地基。

素土挤密桩法地基处理深度应至⑤-古土壤层上部，以消除黄土地基湿陷性;CFG桩桩端宜至⑥-2-中粗砂、⑥-3-圆砾或⑥-卵石层上部。其中，复合地基设计施工需注意的问题：复合地基施工前应进行专门设计，并进行小范围的现场试验，以确定其适宜性关设计参数。复合地基的承载力应通过现场载荷实验确定，施工完成后应按有关规范的规定进行人工地基检测。只有当处理后地基土的承载力和地基变形均满足要求时，方可采用上述方案。另外，由于挤密桩法施工噪音和振动较大，选择此方案时应考虑对周边环境的影响。由于上部填土层疏松，⑤-古土壤层相对隔水，使得上部局部土层和⑤-古土壤层上部土的含水量偏高，故选择挤密桩法处理地基时，应考虑施工过程中可能出现的局部缩孔现象。

2.4 渭北黄土台塬地基处理方案分析

根据该范围拟建工程实例资料，拟建建筑物如属丙类建筑，拟建场地属自重湿陷性黄土场地，地基的湿陷等级为Ⅱ（中等）级。按规范GB50025-2004，应消除地基部分湿陷量，并应采取结构措施和检漏防水措施，显然天然地基方案不能成立。按规范GB50025-2004，當地基湿陷等级为Ⅱ（中等）级时，在自重湿陷性黄土场地，地基处理厚度不应小于2.5m，且下部未处理湿陷性黄土层的剩余湿陷量不应大于200mm，并应采取结构措施和检漏防水措施。根据勘察结果，场地湿陷性黄土分布厚度大，湿陷性相对较强，若采用换填垫层法处理地基，其换填厚度将大于4.0m，很不经济。根据工程施工经验，拟建建筑物宜优先采用灰土挤密桩整片处理地基，也可采用孔内深层强夯法（DDC或SDDC工法）整片处理地基，处理深度宜穿透④-黄土层至⑤-古土壤层上部，相应桩长不应小于6.0m。孔内宜分层夯填灰土，桩体内的平均压实系数不宜小于0.97，桩顶标高以上应设置50cm厚的灰土垫层。除此以外，尚应按规范GB50025-2004采取结构措施和检漏防水措施。场地分布的大范围填土层在全面施工前应予以换填处理后方可进行灰土挤密桩法或孔内深层强夯法处理地基。由于上部填土层疏松，⑤-古土壤层相对隔水，使得上部局部土体含水量偏高，故采用挤密法处理地基时，应采取措施，防止出现局部缩孔现象。值得注意的是，复合地基施工前应进行专门设计，并进行小范围的现场试验，以确定其适用性和调整有关设计参数。复合地基的承载力应通过现场载荷试验确定。施工完成后应按有关规定进行人工地基检测。另外，拟建场地应充分考虑灰土挤密桩及SDDC工法地基处理施工噪音对周边环境的影响。

3  小结

结合实际工程，通过分析杨凌地区4个典型地貌单元地质条件和工程性质可知：

①若拟建建筑物地处渭河河漫滩，其地层构成主要为杂填土、粗砾砂、卵石等。杂填土层层底埋深较浅，对于一般建筑物其基础埋深深度大于杂填土层层底深度。粗砾砂层、卵石层的地基承载力较高，能够满足建筑对地基承载力的要求，對于地基承载力要求相对较低的建筑物，可以采用天然地基方案。或为改善地基基础解除关系和地基均匀性，采用换填砂石（或碎石）垫层法处理地基。

②若拟建建筑物地处渭河Ⅰ级阶地，其地层构成主要为杂填土、黄土、粉砂、中砂、卵石等，由于黄土的湿陷性且承载力较低，天然地基方案不能成立。既要消除黄土的湿陷性又要大幅度提高地基承载力，可以采用素土挤密桩先消除黄土的湿陷性，再采用水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩）复合地基方案，可以以中砂层作为桩端持力层。

③若拟建建筑物地处渭河Ⅱ级阶地，其地层结构大体相似，主要有杂填土、黄土、古土壤、圆砾等构成。场地一般为自重湿陷黄土场地，湿陷等级为Ⅱ级，因此其天然地基方案不能成立。对于一般建筑，若所建造地区黄土层层底深度较小，则可采用换填垫层法，即开挖至黄土层层底，然后用三七灰土回填至设计标高。若所建造地区黄土层层底深度较大，宜采用素土挤密桩法+CFG桩或孔内深层强夯法（DDC或SDDC工法）复合地基处理方案。

④若拟建建筑物地处Ⅲ级阶地，土层结构主要由黄土层和古土壤层构成，所选的调查地点为自重湿陷性场地，地基的湿陷等级为Ⅱ（中等）级，天然地基方案不能成立。且湿陷性黄土分布厚度大，若采用换填垫层法处理地基，很不经济。宜采用孔内深层强夯法（DDC或SDDC工法）或灰土挤密桩法复合地基处理方案。

参考文献：

[1]GB50025-2004，湿陷性黄土地区建筑规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2004.

[2]闫志芳.湿陷性黄土地区建筑物地基处理方案优选研究[D].西安：西安建筑科技大学，2014.

[3]米周林，高明哲，等.水泥土挤密桩在湿陷性黄土地区高层建筑中的应用[J].建筑结构，2017，47（19）：82-85.

[4]李林芳.湿陷性黄土地区地基处理方案优选研究[J].交通世界，2019（13）：86-87.