山区深挖回填项目建筑基础设计及优化

黄涛

在山区中的建筑工程项目，场地开挖平整作业通常会采用半挖半填或是全部回填的方式。但是在山区地形中存在较大的高差，造成回填深度极大、回填周期加长，对于施工工期较短的工程更是无法等待回填地基固结再进行施工，给工程施工带来了巨大的困难。本文将结合实际工程案例，分析强夯与CFG桩的组合技术应用在山区地基基础处理的方案设计及优化，以期为将来同类工程提供一定的参考价值。

一、工程简介

本工程为湖北省某地综合实验大楼项目，项目总占地为1000m2，大楼为框架结构，建筑面积为8300 m2；建筑高度为37m，分为地下一层，地上七层，其中地下室高度为3.3m，其底面高程为455m，室外地坪高程为456.5m；建筑物柱下最大荷载为1.07×104kN。工程主体建筑、地基为乙等建筑，场地为丙等级；岩土工程勘察等级为乙级。

1.工程地区地貌特征

工程所在地区为构造、侵蚀低山丘陵地貌，该场地山区原始地貌高程为440.3～451.0m，为斜坡冲沟地形，冲沟呈现由西北至东南趋势，工程项目与冲沟呈斜交状态，冲沟底部高程为440.3m，最宽处为15m；该地西南、东北侧为缓坡陡坡山谷山脊，坡度为15°～45°。工程区域进行开挖平整施工后高程为456.8m，场地平坦，周边40m无边坡及自由面。

2.桩基设计

经过工程勘探后显示，工程区域的地质可分为三类，即人工填筑层、强风化及中风化泥质粉砂岩层。桩基设计参数如表1所示。

表1 桩基设计参数表

二、地基基础处理方案设计

1.施工方案设计

结合地质勘探结果以及工程特点等因素进行分析，初步决定工程桩基施工采取人工开挖结合机械钻孔的形式。项目中大部分的桩基孔直径大于15m，上覆土层为人工填充，土层较为松散，此情况无法进行人工挖孔，因此改用机械钻孔灌注桩。本次施工中开挖平整施工后场地较为平坦开阔，便于机械钻孔灌注桩施工中相应的机械设备进场、通行；改用机械钻孔灌注桩施工后将有效地节约人工成本、增加工程施工效率、减少施工工期。

根据上述分析，本工程中采用机械钻孔灌注桩具有较好的施工基础，并且施工区域的地质便于成孔，成孔施工产生的污染较小，因此，本工程将采用机械钻孔灌注桩。

2.单桩竖向承载力特征值计算

依据工程项目的施工要求及地基特点，单桩竖向承载力特征值Ra将依照《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011中8.5.6条规定进行计算：

式中，up—表示灌注桩周长（单位：m）；qsia—表示钻孔桩极限侧阻力特征（单位：kPa）；li—表示地层中第i层的厚度（单位：m）；qpa—表示钻孔桩端阻力特征（单位：kPa）；AP—表示灌注桩的横截面积（单位：m2）。

计算中嵌岩深度取值为桩径的两倍，Ra计算结果如表2所示。

表2 单桩竖向承载力特征值计算结果

结合施工技术以及施工能力，本工程决定采用直径为1000mm、1200mm的钻孔灌注桩。

3.各桩孔桩径参数计算

根据勘察结果显示，施工区域具有较大的回填负摩阻，将会对桩基施工产生一定的影响，根据计算，计负摩阻与不计负摩阻区域的桩基承载能力相差约为35%，而通过增加桩径的方式提升桩基承载力方式，其效果并不理想、不具有性价比。

通过增加扩地可以有效的提升桩基的承载能力，如，虽然提升扩底20%将增加3.4%的工程量，不过，可以有效的提升40%的桩基承载能力。但是本工程中桩端的持力层属于风化泥质粉砂岩层，若增加20%的桩体长度将严重提升施工的难度，不具有实用价值。

结合地质勘察的结果，本次工程决定采用桩径为1.0m的钻孔灌注桩，经计算Ra取值为2250kN，柱底最大值1670Kn。

三、地基处理方案及基础设计方案

施工的首层为人工回填层；回填层以下为地区的原始地表：泥质粉砂岩层（强风化），层厚为3～6m；第三层为泥质粉砂岩层（中风化）。填埋所使用的为粉砂质泥岩，遇水将会发生软化、崩解，因此，改变回填层的力学性能、增加其密实度降低土质的压缩、变形模量成为本工程施工的主要问题。经过多方的研究后，决定采用以下施工方案解决主要问题：

强夯处理。使用30Tx20m夯击锤，其工作中冲击波影响深度可达到5～10m，施工中采用满夯夯击三次，使地层的承载力达到150kPa。

CFG桩加固。地基经过夯实后进行CFG桩施工，使其形成复合地基。由于本工程为高层建筑，中部柱下的最大轴压可以达到1.02×104kN，因此CFG桩应采用C30#混凝土制成素混凝土桩以增加其强度，桩直径为500mm，将桩端深入结构的第三层以作为素混凝土桩的持力层。此外，为了在允许的情况下更好的降低工程的造价以及缩短施工工期，本工程中CFG桩施工不再采用满布施工。

根据勘察结果显示，经过施工以后回填层的力学性能得到了极大的提升，其承载力得到显著的提升可达到160kPa（设计要求为150kPa）。需要注意的是，地层经过强夯处理改变力学性能后，原回填涂料的负摩阻力并不会在素混凝土桩施工存在，并且地层在短时间内将不会形成稳定状态。因此，对于素混凝土桩的单桩承载力计算只需要考虑正摩阻力即可，本研究中取值为1～5kPa，经过计算，最小单桩承载力Ra为531kN，最大承载力Ra为1013 kN，桩体承载能力Q表示为：

计算后载能力Q值为1964kN。

根据综合分析后，本工程中承载力Ra值为300 kN、主体间距设置为1500mm。置换率m计算为：

计算后置换率m值为8.7%。

复合地基承载力fspk计算为：

工程中回填地层复合地基承载能特征fspk计算结果为256kPa，本研究中取值为255kPa。

四、基础设计及应用效果

根据前文的计算可知，fspk为255 kPa、柱体最大轴压为1.02×104kN，因此，本工程的地基加固施工将采取柱下独立基础的方式施工，配筋结构为φ10间隔1150双层施工、桩端及基础底端加褥垫层（级配砂石）。

本工程投入使用3年后对建筑进行检测显示，沉降值为4.1～5.1mm，高低沉降差为1mm，符合建筑施工规范中的要求，并且建筑地基处理后各项数据的检测结果显示，本工程地基基础设计符合标准。

五、结语

由于山区平地少，建筑工程施工基本均需要进行地基基础的开挖回填施工，根据工程所在地区地质结构以及工程情况选择合适的基础施工方式，可以有效地提升建筑的施工质量。本研究中通过采取强夯与CFG桩组合的方式进行地基基础的处理，根据实施结果显示，采用该方式不仅有效的减少了工程的投入，还大大的减少了施工周期，对以后相关工程施工具有重要的借鉴作用。