南宁某建筑软弱地基处理方案分析

吕春明

（华蓝设计（集团）有限公司，南宁530011）

1 引言

地基处理就是对不满足要求的地基进行加固或改良，其目的是为了提高地基承载力或减少不均匀沉降。常用的地基处理方法有多种，如换填垫层法、强夯法、水泥粉煤灰碎石桩处理法、水泥搅拌桩处理法等。在实际工程应用中，工程师需要根据工程地质条件，上部结构要求，项目的经济性，甚至施工可行性进行分析对比，选用合适的处理方法。本文先介绍常用的几种地基处理方法，再结合实际工程案例阐述地基处理方法的选择，并介绍其计算方法。

2 地基处理常用方法

2.1 换填垫层法

换填垫层法是将不良土层挖掉进行换填。该方法适用于浅层软弱地基及不均匀地基的处理。其主要作用是提高地基承载力或消除膨胀土的胀缩。一般说来，换填垫层法是施工较简单，相对比较经济的方法。如果一个工程有多种可行的处理方法，换填垫层法往往是优先选择的方法。换填垫层的厚度一般为0.5~3.0 m，厚度过大时不仅施工困难，经济性也不佳。

垫层的材料一般有砂石、黏土、灰土、粉煤灰等。材料的选用需要根据当地的条件和荷载要求决定。

需要注意的是，换填垫层的承载力需要通过现场静载荷试验确定，其施工质量检验还应分层进行，并应在每层的压实系数符合设计要求后再铺填上层。

2.2 水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩）法

水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩）由碎石、石屑、砂、粉煤灰掺水泥加水拌和，用各种成桩机械制成的具有一定强度的可变强度桩。CFG桩是一种低强度混凝土桩，可充分利用桩间土的承载力共同作用，并可传递荷载到深层地基中去，具有较好的技术性能和经济效果。CFG桩是介于刚性桩与柔性桩之间的一种桩型，一般不需要配筋，并且还可利用工业废料粉煤灰和石屑作掺合料，进一步降低了工程造价。另外，CFG桩顶需要设置褥垫层，褥垫层将桩基与桩间土联合，将其整合为一个整体，形成一个整体受力形式。

水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩）法适用于处理黏性土、粉土、砂土和已自重固结的素填土等地基。对淤泥质土应根据地区经验或现场试验确定其适用性。此方法适用的基础有条基、独立基础、箱基、筏基等。

处理桩施工完成后，需要对水泥粉煤灰碎石桩进行检测，检测内容有复合地基静载荷试验、单桩静载荷试验以及桩身完整性检验。

2.3 水泥土搅拌桩法

水泥搅拌桩是利用深层搅拌机在钻孔过程中，将水泥等固化剂喷入被加固的土层中，使固化剂与原软土搅拌混合，使原土加固，承载力能得到大幅提升。

水泥土搅拌桩适用于处理正常固结的淤泥、淤泥质土、素填土等土层；不适用于含大孤石或障碍物较多、欠固结的淤泥和淤泥质土、硬塑及坚硬的黏性土、密实的砂类土，以及地下水渗流影响成桩质量的土层。

水泥土搅拌桩分为浆液搅拌法（以下简称湿法）和粉体搅拌法（以下简称干法）。施工工艺一般如下：制备水泥浆→桩位放样→钻机就位→检验、调整钻机→正循环钻进至设计深度→打开高压注浆泵→反循环提钻并喷水泥浆→至工作基准面以下0.3 m→重复搅拌下钻并喷水泥浆至设计深度→反循环提钻至地表→成桩结束→施工下一根桩。

水泥土搅拌桩施工前应进行处理地基土的室内配比试验。和CFG桩类似，水泥土搅拌桩复合地基一般在基础和桩之间设置褥垫层，厚200~300 mm。

3 工程案例

3.1 工程概况

南宁枫林路某住宅小区，10栋高层住宅，周围分布有2~4层的商铺。小区东南角商铺11#楼地上3层，地下1层。11#楼地下部分存在软弱土层，地质情况从上到下分布有：填土①、淤泥质土①-1、粉砂③-1、粉砂岩④-2等土层。基坑平面及地质剖面如图1~图3所示。

图1 商铺11#楼基坑平面图

图2 商铺11#楼地质剖面1-1

图3 商铺11#楼地质剖面2-2

3.2 基础选型分析

11#楼层数不多，优先考虑柱下独立基础。由图1可知，D~G轴基础底下土质较好，大部分为粉砂③-1土层，可直接作为基础持力层；该区域土层中也有局部的淤泥质①-1土层，但厚度均在2 m以内，该区域的淤泥质①-1土层直接进行换填处理。

而A~D轴基础底存在2~4 m的淤泥质①-1土层，地基承载力较低，无法直接利用天然地基。由于软弱土层厚度较厚，如用换填方式处理，会涉及深基坑，带来设计及施工难题，同时经济性不佳。又考虑到D~G轴采用了天然地基，A~D轴不适合采用桩基础。

因此，A~D轴适合的基础形式是CFG桩地基处理和水泥土搅拌桩地基处理。而CFG桩一般用在承载力要求较高的地基处理中；水泥土搅拌桩用在承载力要求较低的地基处理中。再进一步分析，CFG桩身强度等级一般在C15~C25，相对于淤泥质土强度过高，不利于桩土共同作用。相对而言，水泥土搅拌桩更适合对淤泥质土的处理。11#楼层数不多，承载力要求不高，再结合地质情况，11#楼地基处理采用了水泥土搅拌桩的方式。

3.3 D~G轴区域的换填处理

D~G轴有局部的淤泥质土，根据前面的介绍，换填的材料有多种。在材料选用的方案讨论时，施工单位倾向于用C15素混凝土回填，一是混凝土材料施工方便，二是施工快，三是容易采购。但设计方认为，素混凝土或毛石混凝土属于较硬的换填材料，适用于较硬的岩石类地基换填。而对于土质地基，特别是本工程换填区域为局部换填，换填区域不规则，素混凝土厚垫层容易使得应力扩散，导致独立基础底应力分布不均匀。因此，本工程采用的是砂夹石的材料换填，其换填要求：

地基承载力特征值按粉砂③-1土层取值，fak=160 kPa。砂夹石其中碎石占全重的30%~50%。要求分层夯实，每层300 mm，压实系数不小于0.97。每层材料铺设压实后，检测压实系数，满足要求后再进行下一层施工。换填完成后还需采用静载荷试验检验处理地基的承载力。

3.4 A~D轴区域的水泥土搅拌桩处理

本工程D~G轴区域采用的地基承载力特征值是fak=160 kPa，为保证A~D、D~G两区段基础尺寸基本一致及变形基本协调，A~D轴复合地基承载力特征值按D~G轴区域取值，即fak=160 kPa。

水泥土搅拌桩桩身强度一般在1~2 MPa，其与水泥掺入量和土质情况有很大关系，因此，在施工前应进行配比试验。本工程水泥土搅拌桩参数如下：桩身强度2.0 MPa；桩径500 mm；桩端持力层为粉砂岩④-2土层，桩端进入④-2土层按2 m试算。

单桩承载力特征值Ra根据JGJ 79—2012《建筑地基处理技术规范》公式计算：

式中，up为桩的周长，m；qsi为桩周第i层土的侧阻力特征值，kPa；lpi为桩长范围第i层土的厚度，m；αp为桩端阻力发挥系数，一般为0.4~0.6；qp为桩端阻力特征值，kPa；Ap为桩的截面积，m2。

将前面参数代入公式（1），可得出：

再根据桩身强度计算公式：

式中，η为桩身强度折减系数，取0.25；fcu为试块立方体抗压强度平均值，kPa；则

最终单桩承载力特征值Ra取99 kN。

求出单桩承载力特征值后，就可根据公式（3）计算面积置换率：

式中，fspk为复合地基承载力特征值，kPa；fsk为处理后桩间土承载力特征值；m为面积置换率；λ为单桩承载力发挥系数，取1.0；β为桩间土承载力发挥系数，淤泥等土取0.1~0.4；其他土层取0.4~0.8，本例取0.4。

将前面结果代入式（3），求出m=0.283。

桩按照正方形方式布桩，桩间距计算公式：

式中，d为桩身平均直径。

代入前面计算结果，s=832 mm，取桩间距830 mm。

地基变形计算可根据GB 5007—2011《建筑地基基础设计规范》5.3.5条内容计算。其中复合土层的压缩模量为该层天然地基压缩模量的ξ倍：

基础变形的计算公式较为繁杂，可以借助结构工具箱计算，如理正岩土工具箱。经调试，本工程独立基础总沉降量在30 mm以内，沉降差控制在0.002 l以内。

3.5 后记

复合地基施工后，经检测，换填区域的静载荷试验，水泥土搅拌桩的复合地基静载荷试验和单桩静载荷试验均为合格。为进一步减少天然基础区域与地基处理区域的不均匀沉降，本工程在D轴设置了沉降用后浇带。后期的沉降观测表明，本工程主体结构沉降稳定，地基处理方案满足工程要求。

4 结语

通常，人们在设计地基处理方案时，首先分析软弱地基是否满足换填的条件，换填往往是最经济最方便施工的方法；如果不满足，再根据土质的特点及建筑承载力要求，选用合适的处理方法。诚然，每个工程的条件都不一样，选用合适的施工方案需要工程师多年的经验积累。本文也可为有类似要求的工程提供借鉴。