Ｑ： 工程技术 ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ｌＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ 杂填土场地的地基基础设计方案比较及应用 郭永近 （中国核电工程公司郑州分公司 郑州４５００５２） 摘要：结合地质情况 上部结构及施工条件等提出几种地基基础设计方案进行比较分析；井详细介绍了振冲碎（卵）石桩夏冲击成孔灌注 桩的设计，经济比较及振冲碎（卵）石桩复合地基具体工程应用。 关键词：地基基础 杂填土 振冲碎（卵）石桩 钻孔（冲孔）灌注桩 复合地基 经济比较 中图分类号：ＴＵ２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１ ６７２－－３７９１（２０１ ２）０３（ｂ）一００３７—０３ １工程概况 本工程位于四川省内，为现浇钢筋混凝土单层框架结构，层高 ６ｍ，柱跨Ｘ向６．０ｍ，Ｙ向９．６ｍ，建筑长×宽３８．９ｍ Ｘ ２４．５ｍ，建筑完 成地面标高５０８．２０，场地自然地面标高约为５０７．１０，建筑用途为工 程车库。单柱最大轴力标准值为７００ｋＮ；结构安全等级二级，设计使 用年限５０年ｔ抗震设防分类为丙类，场地抗震设防烈度为７度，设计 基本地震加速度０．１ ５ｇ，设计地震分组为第二组，特征周期０．４０ｓ，框 架抗震等级三级。地基基础设计等级丙级，中软场地土，Ⅱ类场地 类别，场地为抗震一般地段，无液化土层。 层厚为２．１０ｍ。 （４）碎石：褐色，稍密，稍湿，母岩为砂质泥岩，粒径一般４ｃｍ～ １２ｃｍ，最大可达１８ｃｍ，含少量块石，充填物为岩屑、中粗砂及粘性土， 粘性土含量约为１０％～ｌ５％，全场广泛分布，最大揭露层厚为３．３０ｍ。 （５）强风化页岩：强风化，黄灰色，岩芯呈块状、碎块状、片状，节 理、裂缝发育，有铁锰质氧化物浸染，岩质较软，宜脆，岩层产状 ３３０。＜３２。，岩体极易破碎，最大揭露层厚为１．４０ｍ。 （６）中风化页岩：中风化，黄灰色、青灰色，主要由粘土矿物组 成，泥质结构，薄层状，泥质胶结，节理、裂隙较发育，裂隙面光滑， 有铁锰质氧化物浸染，岩层产状３３０。＜３２。，岩芯呈短柱状、柱状， ２工程地质条件及补充地勘设计内容 最大揭露层厚为２．６０ｍ。中风化页岩岩体基本质量等级为Ⅳ类。 ２．１场地地质构造 ２．２场地水文地质情况 拟建厂址揭露场地地层结构自上而下分别为。 场地地下水主要为基岩裂隙水，勘察时测得场地地下水稳定 （１）杂填土：黄灰色、松散，湿～饱和，主要由碎块石、粘性土、砂 水位埋深约为３．２８ｍ～３．４６ｍ，其补给来源主要为大气降水、平溪 卵石及建筑垃圾组成，密实度、均匀性差，碎石粒径一般４ｃｍ～ 河河水。水位受季节、降雨及平溪河水位等变化而改变。 ｌ ５ｃｍ，块石粒径一般２０ｃｍ～３０ｃｍ，回填大干１０年，全场连续分布， ２．３补充地勘设计内容 层厚为３．３０ｍ～４．５０ｍ。 结合场地地质情况、上部结构及当地施工经验，设计基础时要 （２）含粉士角砾：黄灰色、灰色，松散，湿～饱和，主要由强风化 求地勘单位补充提供了振冲碎（卵）石桩复合地基和桩基方案有关 页岩碎屑、碎块组成，粒径一般０．５ｃｍ～３ｃｍ，粉土约２０％～３Ｏ％，局 内容，具体设计参数如下。 部呈团块状分布，粘性土约１Ｏ％，全场广泛分布，层厚为２．６ｍ。 （１）基础采用柱下独基、杂填土场地采用振冲碎（卵）石桩进行处 （３）角砾：黄灰色、灰色，松散，湿～饱和，主要由强一中风化页 理时，根据地勘报告，本工程场地可采用振冲碎（卵）石桩复合地基， 岩碎屑、碎块组成，碎石磨圆度较差，呈棱角状，粒径２ｃｍ～６ｃｍ，最 桩径大致６００ｍｍ，桩长约４．５０ｍ～６．５０ｍ（应穿透杂填土及含粉土角 大粒径８ｃｍ，粘性土含量约为ｌ０％～１５％，全场广泛分布，最大揭露 砾进入角砾、碎石层），桩间距约１．２０ｍ，桩体单桩承载力特征值约 表１ 各土层具体物理力学指标值 ——、 指标项目 土类名称、——、 杂填土 含粉土角砾 —压缩模量Ｇ（ＭＰａ） 变形模量Ｅｏ（ＭＰａ） 重度ｙ（ｋＮ／ｍ ） ｌ８．Ｏ １８．５ 天然地基承载力特征值ｆ￣（ｋＰａ） ７０ １００ ５．Ｏ ９．０ ｌ８．０ ６．０ １２．０ ２０．０ ｌ００．Ｏ 表２ 角砾 碎石 强风化页岩 中风化页岩 ２０．０ ２０．５ ２４．０ ２５．Ｏ １５Ｏ ２４０ ２６０ ８００ 桩端阻力及侧阻力标准值 ＼ 指标项目 人工挖孔灌注桩 人工挖孔灌注桩 标准值ｑ．，ｄｋＰａ） ｌ５ ２５ ５０ ７０ ６０ ２００ 钻孔（冲孔）灌注桩 钻孔（冲孔）灌注桩桩 ｑ￣（ｋＰａ） １０ ２０ ４５ ６５ ５０ ｌ５０ 负摩阻 土类名称＼、＼ 标准值ｑｏ￣（ｋＰａ） 桩端极限端阻力 桩周极限侧阻力 桩端极限端阻力 标准值ｑ￣（ｋＰａ） 周极限侧阻力标准值 力系数 ０．２５ 杂填土 含粉土角砾 角砾 碎石 强风化页岩 中风化页岩 １０００ １６００ ｌ２００ ４０００ ８００ １４００ ｌｏ００ ２５００ 表３ 两种地基基础方案经济分析比较 项目 独基加振冲碎（卵）石桩复合地基方案 联系粱及承台加灌注桩方案 独基或承台 联系梁 褥垫层 工程桩 合计 工程量 ２５ Ｘ ３．３２Ｏｍ １８．３６０ｍ ２５×３．４６８ｍ ５３５ Ｘ １．３５８ｍ 综合单价 ６５０元 １５００元 ７０元 １５０元 综合造价 ５．３９５万兀 ２．７５４万兀 ０．６０７万７１３ １０．８９８万兀 １９．６５４万７１２ 工程量 ２５ Ｘ１．１５２ｍ ４２．５７ｏｒｎ ２５ Ｘ４．８７９ｍ 综合单价 ９００元 １５００元 １４００元 综合造价 ２．５９２万元 ６．３８６万元 １７．０７７乃兀 ２６．０５５万元 科技资讯ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ Ｑ】２ Ｑ：监 ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ｝ＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ 工程技术 ３００ｋＰａ～３５０ｋＰａ，桩间土承载力特征值约７０ｋＰａ～９０ｋＰａ（以杂填土 层，含粉土角砾，具有一定的承载力，但层位不稳定；角砾、碎石，具 为主），处理后的复合地基承载力特征值约１６０ｋＰａ，压缩模量约 有一定承载力，可作为基础持力层；强风化页岩，承载力较高，但埋 １ＯＭＰａ。 深较深；中凤化页岩，承载力高，层位稳定，为良好的桩端土持力层 （２）基础采用桩基时，桩基设计参数（见表２），建议以碎石层以 及稳定的下卧层。结合上部结构，提出以下地基基础方案。 及强风化页岩作为桩端持力层，桩长约为６．５０ｍ～８．５０ｍ。 （１）基础采用独基，直接放在杂填土下含粉土角砾土层上。本方 案开挖回填量大，需降水，层位不稳定，±０．Ｏ０以下需作联系梁，抗 震不利。 ３地基基础方案选取及设计 （２）基础采用独基，地基采用基底下两米深度范围内用级配砂 ３．１地基基础方案选取 根据《勘察报告》（详勘），场地内上部分布的杂填土自重固结未 卵石换填，回填垫层下会保留２ｍ厚左右原有杂填土。本方案开挖 彻底完成，承载力低，密实度、均匀性差，不宜直接作为基础持力 回填量较大，地基均匀性差，对上部结构沉降不利。 ０ ｆ ｔ ’ ０奏看 ． －鸯 一 一竺 喜 ＝ 一０ ｍ ０ 一ｊＩ。 ； ｌ一 量 一０ １网 ｌ ｌ ０ 琶 １ １ ０ ．１． ０ ｂ一 审ｉ誊 謇． 一萤 ０ ０ ｝。毋； ． 誊 三 ０ ｂ 审ｆ ０ 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经上述方案安全及经济性比较，拟采用独基加振冲碎（卵）石桩 基具体设计详见图２。 处理或冲击成孔灌注桩加联系梁两种方案。对两种方案进行设计 并做更详尽的经济比较以确定最终方案。 ４两种地基基础方案经济性比较 ３．２振冲碎（卵）石桩复合地基设计 ．本工程对两种方案进行初设阶段土建造价经济分析，参照当 本工程结合上部结构类型、地质条件、施工经验等确定采用干 地平均的综合土建施工单价，计算所用混凝土量及桩数量，由于两 振挤密法施工。地基处理范围以基础外缘向外扩２ｍ～３ｍ为原则， 种方案均需做承载力检测，经济分析时不考虑检测费用。碎石桩平 并确保基础外缘布设１排保护桩。成桩完毕将松散桩头压实后，桩 均桩长为４．８ｍ，灌注桩平均桩长为９．７ｍ，具体计算结果见表３。 顶铺设砂石褥垫层，褥垫层材料选用级配砂石，其中碎石含量约 由比较可知，采用独基加振冲碎（卯）石桩复合地基方案总造价 ＝ ＝５０％，中砂或粗砂含量约５０％，碎石最大粒径不宜大于３０ｒａｍ。静力压 实法压实后厚度为３００ｒａｍ，褥垫层夯填度≤０．９。褥垫层铺设范围 为独基周边外扩３００ｍｍ。现场开挖至基础底标高以上约５０ｃｍ。 依据《建筑地基处理技术规范））（ＪＧＪ７９—２００２）及有关资料，结合 地勘报告、上部结构及当地施工经验，要求经振冲碎（卯）石桩处理后 复合地基承载力特征值 １２０ｋＰａ，桩身直径取６００ｍｍ，矩形布 桩，桩间距为１．２ｍ Ｘ １．５ｍ，桩端应进入角砾、碎石层内不小于０．５ｍ， 桩长约为４．０ｍ～６．０ｍ。 设计根据《建筑地基处理技术规范 （ＪＧＪ７９—２００２）中７．２．８公式 进行计算。 公式：／ ＝ ＋（１一 ）厶ｍ＝ｄ ／ ＝１．１３ｘ／ｓ１ ２ 式中：‘， 为桩体承载力特征值（ｋＰａ），根据地勘报告及当地经 验取３００ｋＰａ‘ ． 为处理后桩间土承载力特征值（ｋＰａ），宜按当地经验取值， 如无经验时，可取天然地基承载力特征值，本工程结合当地经验取 ｆ ＝９０ｋＰａ 经计算： １．１３ ’ｊ：１．５１６ ｍ＝ｄ２／ ＝０．６２／１．５１６ｚ＝０．１５７ ／ 女＝ｍＬ＾＋（１一 ） ＝０．１５７Ｘ ３００＋（１—０．１５７）Ｘ９０ ＝１２２．９７ ≥１２眦Ｐ臼 满足设计要求 振冲处理地基的变形计算应符合现行的国家规范【－１有关规定。 复合土层的压缩模量可按下式计算： 公式：Ｅ ＝［１＋ｍ（ｎ—１）】Ｅ 式中： 为桩间土压缩模量（ＭＰａ），宜按当地经验取值，如无经 验时，可取天然地基压缩模量，本工程参考文献 并结合当地经验 取 ＝４．０ＭＰａ。 ｎ为桩土应力比，在无实测资料时，对粘性土可取２～４，对粉土 和砂土可取１．５～３，原土强度低时取大值，原土强度高时取小值， 本工程取ｎ＝３．５。 经计算：Ｅ ＝【１＋ｍ（ｎ一１）］Ｅ ＝【１＋０．１５７×（３．５—１）］Ｘ４．０＝５．５７ＭＰａ 设计时要求处理后复合土层压缩模量大干等于５．５ＭＰａ，经计 算复合地基承载力和基础沉降均满足规范规定，复合地基具体设计 详见图ｌ。以上均为按经验的理论计算结果，实际的复合地基承载力 和变形模量应根据静载试验结果确定，并以此作为验收依据之一。 ３．３冲击成孔灌注桩桩基设计 本工程根据上部结构特点、地质条件、施工经验等选用冲击成 孔灌注桩，并采用一柱一桩设置，在承台处设置两方向联系梁；要 求单桩竖向承载力特征值大干等于８５０ｋＮ，桩身直径取８００ｍｍ，桩 端进入中风化页岩内不小于０．５ｍ，单桩极限承载力标准值计算时 考虑到灌注桩穿越较厚未完全自重固结的杂填土土层，应考虑负 摩阻力的影响。 设计根据有关规范［２】进行计算，计算时用桩长最短单桩，桩长 为７．５ｍ： 公式： ＝“∑ …ｑ ＋ ｐｑ肚Ａ 经计算：Ｑ ＝２．５１２ｘ（２０ｘ０．７＋４５￣０．９＋５０ｘ１．４＋１５０，＜０．５）＋２５００＜０．５０２ ＝１７５６．１４４ｋＮ Ｒ ＝ ／２＝１７５６．１４４／２＝８７８．０７２ｋＮ取Ｒ ＝８５０ｋＮ 考虑负摩阻力引起基桩的下拉荷载计算 公式： ＋ ≤ ＝“ ｎ ‘ ＝ ， ； ∑ △ｚ １ △ｚ， 节约６．４万元左右，并且碎石桩桩体材料便于当地取材，振冲法在 当地也有比较成熟的施工经验。根据大量市场调查及以上的经济 分析，最终施工图采用独基加振冲碎（卵）石桩复合地基方案。 ５振冲碎（卵）石桩施工工艺及施工注意事项 施工工序＿４】：整平场地一放样定孔位一启动振冲器一振冲器下 沉至设计深度一记录电流、电压及深度一振冲器提至孔口一往孔 口缓慢倒第一批碎石一振冲器下沉振密一重复往孔口倒碎石并振 密直至孔口一铺设垫层并碾压。 在正式施工前，先进行试桩，初步得出本场地振冲碎石桩施工 参数等，控制每次填料量和振冲器的提升高度，通过现场试验来确 定一个合理的密实电流值。留振时间达到设计要求的１０ｓ～２０ｓ，使 桩体密实。 填料制桩从孔底开始，自下而上逐段进行，清孔结束和第一次 填料后，振冲器振到桩底，中间不得遗漏，杜绝产生断桩。 施工顺序应先边部后中部，便于复合地基土体固结程度随时 间延长不断深入。 振冲碎（卵）石桩属地下隐蔽工程，施工质量受人为因素影响较 多，因此每道工序，每个操作环节都必须加强质量监督，增强质量 意识，把施工质量控制在施工全过程。 ６振冲碎（卵）石桩施工检测 本工程施工时进展顺利，施工质量易于保证，施工完成２８ｄ后， 按照要求对该场地进行了振冲碎石桩处理后的复合地基载荷试 验，该场地复合地基承载力特征值均大干ｌ ２０ｋＰａ，满足设计要求。 另进行了地基变形检测，相邻柱基沉降差均满足规范要求。 ７结语 通过地基基础方案比较分析及振冲碎石桩在本工程中的应 用，得出如下结论。 （１）对于处于较厚杂填土等特殊场地的工程，应进行地基基础 多方案比较分析，做到安全适用、技术先进、经济合理。 （２）由于振冲碎石桩技术可靠，施工设备简单，操作技术易于掌 握，便于因地取材，加固速度快，节约投资，在工业与民用建筑领域 的地基处理中得到广泛应用，通过本工程的应用实践说明采用振 冲碎石桩对杂填土不均匀地基进行处理是可行的，效果明显。 （３）采用碎石桩加固地基，复合地基承载力显著提高１．５～３倍， 沉降变形显著减小。 参考文献 ［１】ＪＧＪ ７９—２００２建筑地基处理技术规范［Ｓ】．北京：中国建筑工业 出版社，２００２． ［２】ＪＧＪ ９４—２ＯＯ８建筑桩基技术规范【Ｓ］．北京：中国建筑工业出版 社，２００８． 【３】叶书麟，叶观宝．地基处理与托换技术（第３版）【Ｍ】．北京：中国建 筑工业出版社，２００５． ［４］刘可兵．振冲碎石桩在港口铁路软基处理中设计与应用［Ｍ】．铁 道建筑技术，２０１０（增）：２０７． 科技资讯ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ ３９