填土地基上基础的选型和处理

2010-04-15阮建立

山西建筑 2010年22期

阮建立

1 工程概况

某市郊区拟建一住宅小区，其中包括多栋多层和多栋小高层住宅，均为钢筋混凝土框架结构。预计多层住宅的最大柱底力为2 500 kN，小高层住宅的最大柱底力为4 000 kN。

根据本工程的岩土工程勘察报告，建筑场地地表形态以丘岗、谷地为主，场地起伏较大，现场地面标高27.41 m～60.10 m，设计整平标高34.00 m～48.50 m。地下水埋藏较深，对基槽开挖无影响。未发现明显的不良地质作用。场区抗震设防烈度为6度，建筑场地类别为Ⅱ类，是可进行建设的一般场地。各地层性状及特征如下:第①层耕土强度低，工程性质差，不宜作为拟建建筑物的基础持力层;第②层灰褐色粉质黏土有一定强度，局部分布，厚度薄，不宜作为拟建建筑物的基础持力层;第③层黄褐色粉质黏土，强度较高，分布普遍，中等压缩性，可考虑作拟建建筑物的基础持力层;第④层棕红色粉质黏土，强度高，厚度大，全场分布，可作拟建建筑物的基础持力层和良好下卧层;第⑤层桔黄色粉质黏土，强度较高，厚度大，全场分布，可作拟建建筑物基础的良好下卧层;第⑥层强风化砾岩，强度较高，厚度大，可作拟建建筑物基础的良好下卧层。

2 问题的提出

2.1 挖方区

对于挖方区，多层建筑均可采用天然地基浅基础方案。而对于挖方区小高层，为做到安全适用和经济合理，在会同勘察人员现场踏勘和调研后，建议甲方进行浅层平板载荷试验，试验后地基承载力特征值fak达到400 kPa，故也可较经济地采用浅基础方案，且该特征值也可用于挖方区多层住宅的基础设计，以节省造价。

2.2 填方区

对于填方区，在基础的选型上就有了较多的可能性，这是本文探讨的重点之一。

下面以某栋多层(局部带一层裙房)的建筑为例来进行分析。如图1所示为该建筑所处位置的一个代表性工程地质剖面图，该建筑设计整平标高为34.00 m，一层室内地面标高为 34.30 m，而自然地面标高为27.43 m～29.87 m，平均坡度为4.68%，即整平后填土厚度为4.13 m～6.57 m。显然不能像挖方区一样直接采用天然地基浅基础方案。

2.3 部分挖方部分填方区

对于部分挖方部分填方区，基础的选型上有较多的问题和争议，这是本文探讨的另外一个重点。

下面以某栋多层的建筑为例来进行分析。如图2所示为该建筑所处位置的一个代表性工程地质剖面图，该建筑设计整平标高为41.00 m，一层室内地面标高为41.60 m，而自然地面标高为35.32 m～42.50 m，平均坡度为 30.10%和 8.49%，即整平后填土厚度为0 m～5.68 m。显然这种情况较挖方区和填方区都为复杂。

3 基础的选型

3.1 填方区的基础选型

对于前述填方区，由于填土并未分层压实，不宜直接作为建筑物基础持力层，且填土厚度为4.13 m～6.57 m，加上第②层土的厚度，若采用换填垫层法进行处理，则施工土方量大、弃土多，再加上本小区填方区范围较大，将会导致处理工程费用增高、工期拖长、对环境的影响增大，故已不经济和不合理。

由于持力层的深度较大，选择桩基础比较适合，且本地在人工挖孔灌注桩、混凝土预制桩、高强度混凝土预应力管桩的设计和施工上也有较成熟的经验，设计和施工质量可以得到保证，从而减少甚至避免因缺乏经验等因素造成的基础施工工期的耽搁。

但选择桩基础就面临着另外一个问题，根据《建筑桩基技术规范》，对于填土建筑场地，宜先填土并保证填土的密实性，但本工程中的实际情况是桩周围的素填土未分层压实，因自重固结而产生的沉降可能大于基桩的沉降，故应考虑桩侧负摩阻力对基桩的影响。并且从原JGJ 94-94建筑桩基技术规范中的第5.2.14条到现行JGJ 94-2008建筑桩基技术规范中的5.4.2条，现行规范对桩侧负摩阻力的规定作为强制性条文的情况可以看出，现行规范对桩侧负摩阻力的足够重视。

桩周负摩阻力对基桩承载力和沉降的影响，取决于桩周负摩阻力强度、桩的竖向承载类型。现行桩基规范规定:1)对于摩擦型基桩，由于受负摩阻力沉降增大，中性点随之上移，即负摩阻力、中性点与桩顶荷载处于动态平衡。作为一种简化，取假想中性点以上摩阻力为零，并可按 Nk≤Ra验算基桩承载力;2)对于端承型桩，由于桩受负摩阻力后不发生沉降或沉降量很小，桩土无相对位移或相对位移很小，中性点无变化，故负摩阻力构成的下拉荷载应作为附加荷载考虑，并可按 Nk+Qng≤Ra验算基桩承载力。

3.2 部分挖方部分填方区的基础选型

对于部分挖方部分填方区，基础的选型上有较多的变数。

方案一:采用扩展基础方案的，对挖方区基础进入持力层的深度要求较容易满足，对填方区可采用开挖至满足进入持力层深度要求后，对超深的区域采用毛石混凝土回填至一定标高后，在其上做扩展基础。该方案的特点是基础形式简单直接，但当填土厚度大或填土区域面积大时，施工土方量大，可能导致造价高、工期长。就前述图2的情况来说，选该方案不太适合。

方案二:挖方区和填土厚度较小的填方区采用扩展基础，而填土厚度较大的填方区采用墩基础。该方案在较多的情况下有较好的适用性，但其缺点是与桩相比，用相同土层作为基础持力层时，承载力没有桩理想。

方案三:采用桩基础。该方案在填方区的基础选型中已叙述。

4 技术处理和承载力检测

对于图1所示工程实例，先选用的是本地设计和施工工艺方面都比较成熟的人工挖孔灌注桩，选用这种桩型的另一个原因是，挖孔可以直观地揭示每个桩位各种土层的厚度，尤其是可能产生负面影响的未压实填土的厚度，这样可以有明确针对性地进行处理，如采用涂层法、夹层法或套管法。但后来考虑到人工挖孔过程中，较厚的填土可能给成孔造成一定的难度，以及可能给施工人员和桩的质量带来较大的安全隐患，并且该工程部分仅为一层的裙房，采用挖孔桩会导致承载力有较大的富余，造成浪费，所以放弃了该方案。然后经过比选，选择了静压混凝土预制桩，并拟采用涂层法减小填土的负摩阻力，但由于建筑场地地表形态以丘岗、谷地为主，各土层厚度不均且变化较大，经过试压了几根桩后，发现桩长难以准确估算，故涂层的范围难以确定，但填土厚度可以较准确地确定，所以最终选用了该桩型，但放弃了涂层法减小负摩阻力的做法，而采用了桩基规范中对于摩擦型基桩中性点以上摩阻力为零的方法进行该工程的基础设计。

对于图2所示工程实例，因仅一侧局部为挖方区，采用前述方案一和方案二均不经济，经过工程概预算后，最终也采用了静压混凝土预制桩。

本工程抽取了5根桩进行单桩竖向静荷载试验，桩顶总沉降在8.30 mm～12.10 mm之间，所测试5根桩的单桩竖向抗压极限承载力均满足设计要求。