延安新区大厚度压实填土地基均匀性评价

张瑞松 唐 辉 高建中

(1.机械工业勘察设计研究院有限公司，陕西西安 710043；2.延安市新区管理委员会，陕西延安 716000)

0 引言

地基土的不均匀性是造成地基变形最主要的原因之一[1-2]，因此地基均匀性评价是地基按变形控制设计的基础，是岩土工程勘察中非常重要的一项工作。一般岩土工程勘察报告重视地基承载力、基础持力层及地基基础方案的分析评价，而对地基的均匀性评价往往一笔带过，难以给建(构)筑物地基处理及基础设计提供必要的依据。

近年来，许多城市通过“平山造地”工程增加城市建设用地。延安新区岩土工程自2012年4月开工建设，2013年9月一期各标段陆续完工，填方区面积约为1230公顷，占总造地面积的54%，填筑体工后固结沉降至今已近6年。填方区除了规划建设公园、广场等大型公共建筑设施之外，还有低层和多层商业及住宅楼，一般荷载较小，压实填土地基承载力特征值一般可满足上部结构荷载要求，因此控制建筑物不均匀沉降以保证建筑物的正常使用是基础设计的首要任务。填方区建筑物不均匀沉降一方面是由于填筑体本身固结沉降差异引起的，但主要还是由于基底范围原始黄土丘陵沟壑地形起伏陡缓导致填筑体厚度不同而造成的。对延安新区大厚度压实填土场地而言，影响地基均匀性的因素众多，较为复杂，对岩土工程师而言，压实填土地基均匀性评价无从下手，难以合理地进行定性判定。

本文在研究了压实填土的工程性质和差异沉降影响因素的基础上，创新性地提出压实填土地基差异沉降敏感度概念，并给出具体的地基均匀性判定方法，便于进行压实填土地基均匀性评价，为建筑物总平面布置、地基处理及基础设计提供依据。

1 地基均匀性评价研究现状

现行《岩土工程勘察规范》(GB 50021—2001，2009版)[3]中4.1.11条将分析和评价地基的均匀性作为强制性条文，现行《建筑地基基础设计规范》(GB 50007—2011)[4]中3.0.1—3.0.3条也将地基的均匀性作为重要分析评价内容，但上述规范均无具体的评价依据和判定准则，往往岩土工程师对此理解出入较大，难以统一[5]，评价内容多以地层均匀性评价作为地基均匀性评价，与规范的要求不符[6]。

《高层建筑岩土工程勘察标准》(JGJ/T 72—2017)[7]中8.2.3条对天然地基的均匀性判定准则进行了详细规定，若地基持力层跨越不同地貌单元或工程地质单元，工程性质差异显著，或地基持力层虽属于同一地貌单元或工程地质单元，但持力层底面或相邻基底高程的坡度大于10%，或持力层及其下卧层在基础宽度方向上的厚度差值大于0.05b(b为基础宽度)，或各处地基土的压缩性有较大差异，应判定为不均匀地基。上述规定其实质是将建(构)筑物基底以下的可压缩深度范围内地层水平向分布和各土层的压缩模量作为评价条件，强调持力层底面坡度及压缩层厚度变化。

对延安新区大厚度压实填土场地而言，地基持力层均为中等偏低压缩性的压实填土，通常情况下，填筑体压实填土施工质量控制基本一致，与下伏的黄土原土体土性同源，故《高层建筑岩土工程勘察标准》(JGJ/T 72—2017)地基均匀性评价方法并不适用。

2 延安新区压实填土物理力学性质

延安新区大厚度压实填土是经过专门设计，通过机械分层碾压或强夯夯实形成，填筑过程及质量受控，一般不具湿陷性，不同于素填土。往往有人因为不了解填土形成过程而错误地将其定义为素填土，造成一定的分析判断偏差，影响工程建设。天然状态下压实填土主要物理力学性质指标如表1所示，与Q3黄土相比较，一般干重度较大，孔隙比较小，压缩性较低，工程性质较好。

表1 天然状态下压实填土主要物理力学性质指标

根据工程实例调查研究，延安新区大厚度压实填土在深度方向上主要表现为两种趋势：(1)大部分取土孔表现为从上到下土样的干重度、孔隙比等指标整体趋好，这符合填筑过程和固结沉降规律，如图1(a)、(b)所示；(2)个别取土孔表现为上部和下部土样的干重度较大，孔隙比较小，而中间局部土样的干重度较小、孔隙比较大，如图1(c)、(d)所示，表明填筑体中部工程性质较差，可称为“夹心饼”现象，这与填筑季节、土源性质、过程控制等有关。

为了解压实填土物理力学性质在深度方向上的变化趋势，本次将5个大厚度填方区场地的20个取样孔(深度约为70～80 m)共计610个土样从上到下以5 m为间隔划分深度区段，对每个区段内的土样干重度和孔隙比先分别求平均值，再将符合上述两种趋势的孔分为两类，然后将同类不同孔同一深度区段的平均值再取平均，作为该深度区段中点深度(2.50+5i米，i为区段数)的代表值，压实填土干重度和孔隙比在深度方向上变化趋势如图1所示。

3 压实填土地基差异沉降敏感度

地基均匀性应从水平方向和深度方向上综合考虑。大厚度压实填土在水平方向上差别较小，深度方向上由于填筑体厚度、原始地形坡度的不同，所以综合来看地质条件差异性较大。由于填筑过程中填筑体压实度经过严格控制，填筑质量检测结果基本满足设计要求，在建筑物有限的基底面积范围之内，对差异沉降产生影响的因素主要为填方厚度和原始地形坡度，容易进行评判。故提出压实填土地基差异沉降敏感度概念，以定性评价压实填土地基发生不均匀沉降的程度。

延安新区实体模型试验楼的研究(1)延安新区科研实体模型试验楼沉降观测成果报告[R].2014—2019.表明，填压实填土厚度在20 m以内的差异沉降较大，40 m以上的差异沉降较小，且厚度越大，差异沉降明显减小，故将影响压实填土地基差异沉降敏感度的填方厚度因子按20 m、40 m分隔。

图1 干重度、孔隙比随深度变化曲线

原始地形直接影响填筑体厚度并对施工质量控制起着一定的制约作用。原始地形坡度较缓区域，填筑体厚度差异就小，不均匀沉降一般较小，反之，其坡度较陡或起伏较大区域，填筑体厚度差异就大，不均匀沉降一般也随之较大。综合研究了15个实际填方区工程场地，将原始地形坡度因子按8°、15°、30°、45°、60°分隔是比较有代表性的。

总体分析可知，填方厚度越大，地基差异沉降敏感度就会越弱；原始地形坡度越大，地基差异沉降敏感度就会越强。为便于评价，一般将压实填土地基差异沉降敏感度分为较弱、弱、较强、强、很强、剧烈六个等级，必要时可表述为弱—较弱、较强—弱、强—较强、很强—强等，见表2。

表2 压实填土地基差异沉降敏感度

4 大厚度压实填土地基均匀性评价方法

建(构)筑物在大厚度压实填土区进行地基均匀性评价应首先查明基础底面以下填土厚度和原始地形坡度。若通过勘察发现与原始地形图无明显差异，可根据表2对压实填土地基差异沉降敏感度做出判定，然后可按以下原则进行地基均匀性评价：

(1)地基差异沉降敏感度介于较弱—弱，地基均匀性可认为较好；

(2)地基差异沉降敏感度介于弱—较强，地基均匀性可认为一般；

(3)地基差异沉降敏感度介于较强—强，地基均匀性可认为较差；

(4)地基差异沉降敏感度介于强—剧烈，地基均匀性可认为差；

特殊的是，若填方区建(构)筑物地基平面投影以下原始地形为“中间高，两侧低”的山脊或“中间低，两侧高”的沟谷，即存在“反坡”且程度较大时，表明原始地形起伏大，填筑体厚度和填筑质量差异大，地基均匀性可直接评价为差。一般情况下，当地基均匀性评价为一般—较好可视为均匀地基，较差—差可视为不均匀地基。评价方法简单易行，过程清晰，可为建筑总平面布置、地基处理及基础设计提供较为合理、可靠的依据。

5 大厚度压实填土不均匀地基处理及基础设计时应采取的结构措施

5.1 地基处理

大厚度压实填土不均匀地基主要位于填方厚度较薄地段或原始地形起伏较大区域，该区域产生不均匀沉降的可能性和程度会比较显著，应采取一定的地基处理(增强)措施，如灰土或水泥土挤密桩、CFG桩复合地基方案等以提高地基刚度，必要时采用桩基方案，具体应根据结构类型、荷载大小及使用要求，结合地基土湿陷性、环境情况和对邻近建筑物的影响等因素进行综合分析后选择一种或两种结合的地基处理方案。此外，为避免地表水入渗特别是防止地表水沿挖填交界面入渗形成局部上层滞水对建筑物产生不利影响，建筑物基底应采取防渗措施，具体可采用灰土垫层方案，外放尺寸在有关规范规定的基础上建议适当加大。

5.2 结构措施

不均匀地基的基础设计若不采取某些结构措施易给建筑物埋下安全隐患[8]。在延安新区大厚度压实填土不均匀地基进行建设，建筑总平面布置、结构设计应结合原地形地貌综合考虑，基础形式建议采用筏板基础或梁式筏基。加强结构刚度、合理设置沉降缝是防止不均匀沉降的有效措施，防止建筑物开裂、合理控制各独立沉降结构单元倾斜是性能目标，长期进行建筑物沉降观测是保障建筑物正常使用的必要措施。

6 结论及建议

(1)延安新区大厚度压实填土是经过专门设计，通过机械分层碾压或强夯夯实形成，填筑过程及质量受控，一般不具湿陷性，不同于素填土，填筑体工后固结沉降至今已近6年，工程性质较好。

(2)通过对5个不同场地的20个取样孔(深度约为70～80 m)共计610个土样统计分析，延安新区大厚度压实填土在深度方向上主要表现为两种趋势：①大部分孔从上到下土样的干重度、孔隙比等指标整体趋好，这符合填筑过程和固结沉降规律；②个别孔上部和下部土样的干重度较大，孔隙比较小，而中间局部土样的干重度较小、孔隙比较大，表明填筑体中部工程性质较差，可称为“夹心饼”现象，这与填筑季节、土源性质、过程控制等有关。

(3)根据工程实例分析，压实填土差异沉降产生影响的因素主要为填方厚度和原始地形坡度，创新性地提出压实填土地基差异沉降敏感度概念，以定性评价压实填土地基发生不均匀沉降的程度，并以此提出压实填土地基均匀性评价方法，可为建筑总平面布置、地基处理及基础设计提供较为合理、可靠的依据。

(4)大厚度压实填土不均匀地基应采取一定的地基处理(增强)措施和防水入浸措施，加强基础和上部结构刚度、合理设置沉降缝并应长期进行沉降观测。

(5)由于填筑体工后时间还不够长，工程经验积累有限，建议继续深入开展大厚度压实填土地基均匀性评价等研究工作。