深厚素填土场地地基处理方案比选分析

吕志刚

前言

近年来开山填沟筑地、围海筑地工程较多，填土常用开山黏土或石料，大小不一，填筑厚度有的达数十米，极不均匀。人工填土按照物质组成和堆填方式可以分为素填土、杂填土和冲填土。素填土是有碎石、砂或粉土、黏性土等一种或者几种组成的填土，其中不含杂质或者含杂质较少。若经分层压实则为压实填土。深厚素填土（未经压实）地基上进行工程建设，多高层建筑主体结构通常采用桩基，而园区内的市政道路、铺砖广场、球场等，为满足承载力及变形要求，通常需要进行场地地基处理。

1 岩土工程地基加固处理技术分析

根据场地地基处理的加固原理，可以将地基处理方法分为六类，依次为：置换、排水固结、灌入固化物、振密或挤密、加筋[1]。深厚填土（未经压实）地基中常见的几种工程地基处理技术如下：

1.1 强夯法

强夯法是指反复将夯锤提到高处使其自由落下，给地基以冲击和振动能量，将地基土夯实，从而提高地基的承载力，降低其压缩性，改善地基性能。强夯法适用于处理碎石士、砂土、低饱和度的粉土与黏性土、湿陷性黄土、素填土和杂填土等地基。非饱和土夯实过程，其本质是土中的气相被挤出的过程。

1.2 水泥搅拌桩复合地基

水泥土搅拌法是加固饱和软黏土地基的一种成熟方法，它利用水泥、石灰等材料作为固化剂的主剂，通过深层搅拌机械，在地基中就地将软土和固化剂（浆液状或粉体状）强制搅拌，利用固化剂和软土之间所产生的一系列物理及化学反应，使软士硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的优质地基。

水泥土搅拌法最适宜于加固各种成因的饱和软软黏土。国外使用深层搅拌法加固的土质有新吹填的超软士、沼泽地带的泥炭士、沉积的粉士和淤泥质土等。目前国内常用于加固淤泥、淤泥质土、粉土和含水量较高且地基承载能力标准值不大的黏性士等[2]。

1.3 换填垫层法

换填垫层法就是将基础底面以下不太深的一定范围内的软弱土层挖去，然后以质地坚硬、强度较高、性能稳定、具有抗侵蚀性的砂、碎石、卵石、素土、灰土、粉煤灰、矿渣等材料以及土工合成材料分层充填，并同时以人工或机械方法分层压、夯、振动，使之达到要求的密实度，成为良好的人工地基。

换填垫层法适用于浅层地基处理，包括淤泥、淤泥质士、松散素填土、杂填土、已完成自重固结的吹填土等地基处理以及暗塘、暗洪、暗沟等浅层处理和低洼区域的填筑。

2 工程实例分析

2.1 工程概况

广西钦州某产业园区，拟建一中学工程，场区属沿海丘陵地貌，原为山丘-沟谷组合地形，用地范围内已作挖填土整平工作，整平后的地面标高与建筑地面设计标高相接近，场地内大范围属填方区（未经压实），填土厚度最深达10.8m。场地平面图及地基处理分区图如图1。

图1 场地平面图及地基处理分区图

2.2 工程地质

据钻探揭露，上覆土层主要由就近推山整平场地时形成的人工填土、少量耕土、淤积土等组成，厚度0～10.80m。下伏基岩留系全、强风化泥质粉砂岩。典型地质断面图如图2。

图2 典型地质断面图

素填土①（Q4ml）：黄褐、暗红色，不均匀，松散状，稍湿，主要由粘性土及各类风化岩碎块、岩屑及其形成的粘性土构成，分布不均，为近期推填，孔隙度大，疏松，自重固结处于初始阶段，属高压缩性土层，层厚0.3～12.30m。

全风化泥质粉砂岩④（S）：黄、暗红、青灰等色，砂泥质结构，层状构造，原岩结构完全风化变异，颗粒间的粘结力很弱，极破碎呈砂泥状，用手易捏散，泡水易崩解，属极软岩，完整程度为极破碎，岩体的基本质量等级为Ⅴ级，层厚0.50～3.20m。

强风化泥质粉砂岩⑤（S）：黄、暗红、青灰等色，砂泥质结构，层状构造，原岩组织结构大部分风化破坏，风化裂隙发育，岩质松软，手可掰碎，泡水崩解，下部部分夹少量薄层状的中风化层，属极软岩，完整程度为破碎，岩体的基本质量等级为Ⅴ级。

2.3 地基处理方案优选

本次地基处理的范围包括园区内市政道路、铺砖广场、球场、跑道，其中各分区技术指标要求如表1。

通过理正岩土软件计算发现从地基承载力角度看，无论采用何种地基处理方式，最终都能够满足承载力的要求，所以处理本场地地基的关键所在是消除场地的工后沉降以及减少地基的不均匀沉降。

采用强夯法处理，先重锤点夯2～3遍（单击夯击能为3000kN·m），每遍10击（具体由试夯决定），后轻锤满夯1遍（单击夯击能为1000kN·m），可以将土体夯实，减小工后沉降，能达到预期效果。采用水泥搅拌桩复合地基法加固园区场地，搅拌桩穿过表层素填土达到岩层表面，可以很好地把荷载传递到基岩，且各区估算沉降均能满足工后沉降要求。采用换填垫层法，可以使地基表面形成一层硬壳层，将表层荷载扩散至地下深处，可减小地表的沉降差，采用毛石换填1～1.5m厚，预估沉降也能满足工后沉降要求。

表1 各分区技术指标要求

园区场地总计需进行地基处理的面积约1.2847万m2，强夯单价按120元/m2计，若全场按强夯方案处理，则强夯部分费用合计约：136.7万元。搅拌桩单价按40～50元/m计，若全场按搅拌桩加固方案（等边三角形布置）处理，则费用合计约：258.8～323.5万元；若全场按换填垫层加固方案处理，换填材料采用毛石，换填1.5m深按180元/m2计，换填1.0m深按130元/m2，则费用合计约：187.1万元。

由此可见，在深厚素填土场地上，地基处理采用强夯法经济性优于换填垫层法，更优于水泥搅拌桩加固法。然而，本案例因工期紧张，各单体要先行施工，若后期采用强夯法对园区场地进行处理，将对主体结构及桩基产生不利影响，而采用水泥搅拌桩加固法处理，也能达到预期效果，但经济性较差，故最终在需要处理的全部范围采用了换填垫层法处理，既满足地基承载力及变形要求，同时也取得了较好的经济性，节省了投资。

3 结论

以工程案例为依托，对比分析了深厚素填土场地，采用强夯法、水泥搅拌桩复合地基法、换填垫层法三种地基加固方案的技术性与经济性，得出结论：针对深厚素填土（未经压实）场地，以上三种方案技术上均可行，经济性，强夯法优于换填垫层法，换填垫层法优于水泥搅拌桩加固法。但工程项目最终采用何种地基处理方案，须结合工程进度要求进行最终取舍。

[1]地基处理手册[M].中国建筑工业出版社，《地基处理手册》（第二版）编写委员会[编].2000.

[2]《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）[S].2012.