熊 維，戚長(zhǎng)軍，吳學(xué)林，李海濤

（機(jī)械工業(yè)勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，陜西 西安 710043）

0 引 言

隨著城市的發(fā)展，主城區(qū)土地資源越來越少，城市往郊區(qū)或新區(qū)發(fā)展是必然。很多城市郊區(qū)或新區(qū)往往存在規(guī)模不等的人工取砂坑或取土坑，后期又被當(dāng)?shù)卮迕窕蛲练絾挝划?dāng)作建筑垃圾、基坑開挖土的堆放場(chǎng)地。隨著城市的發(fā)展，工程建設(shè)過程中，此類規(guī)模不等的雜填土坑的工程問題越來越突出。本文以西安西咸新區(qū)灃東新城某工程為實(shí)例，分析大厚度雜填土地基處理應(yīng)注意的問題[1-2]。

1 場(chǎng)地及擬建建筑概況

工程位于西咸新區(qū)灃東新城，車城西路東側(cè)，連霍高速南側(cè)。場(chǎng)地內(nèi)建筑物主要為高層住宅樓（30～33 F）、小高層住宅樓（9～11 F）及配套幼兒園、商業(yè)及地下車庫，高層住宅樓分布在擬建場(chǎng)地北側(cè)區(qū)域。據(jù)西安地質(zhì)地貌圖，場(chǎng)地地貌單元屬渭河南岸高漫灘，地基土層主要為砂層，表層為薄層黃土狀土，下部夾粉質(zhì)黏土薄層。由于場(chǎng)地砂層埋深淺，便于采砂，當(dāng)?shù)卮迕裼?007—2010年在場(chǎng)地北側(cè)區(qū)域進(jìn)行砂料開采，經(jīng)過多年的人工取砂，場(chǎng)地北側(cè)區(qū)域形成大型取砂坑（見圖 1），取砂坑長(zhǎng)約300 m、寬約90 m、深20～27 m。2011年后又被作為堆填建筑垃圾的場(chǎng)地，形成大型雜填土坑。

圖1 場(chǎng)地歷史影像（2009年場(chǎng)地內(nèi)取砂坑情況）Fig.1 Historical site (Situation of sand pits in the site in 2009)

2 地基土工程性質(zhì)

據(jù)擬建工程巖土工程勘察報(bào)告，場(chǎng)地地基土層主要為雜填土、黃土狀土、砂層及粉質(zhì)黏土層。雜填土以建筑垃圾為主，主要為磚渣碎塊，含混凝土塊等，充填約20%黏性土；局部分布有素填土，以黏性土為主，含植物根系、腐植物，局部夾雜少量生活垃圾。雜填土層最大厚度26.90 m，雜填土層以下砂層均呈密實(shí)狀態(tài)、砂層中的粉質(zhì)黏土層夾層均屬中壓縮性土層，場(chǎng)地地基土層結(jié)構(gòu)可見圖 2。為了更好、更直觀了解場(chǎng)地雜填土平面分布及厚度分布情況，繪制場(chǎng)地雜填土平面及等厚度分布示意圖可見圖3。

圖2 場(chǎng)地地基土層結(jié)構(gòu)剖面示意圖Fig.2 Soil structure of site foundation

圖3 場(chǎng)地大厚度雜填土平面及厚度分布示意圖Fig.3 Plan and thickness distribution of large thickness miscellaneous fill in the site

由圖2和圖3可見，場(chǎng)地內(nèi)擬建的高層住宅樓（30～33 F）均位于大厚度雜填土區(qū)域，基底下雜填土厚度 16～24 m，且地下水位下尚分布有 2～5 m厚雜填土。由于雜填土堆積條件、堆積時(shí)間、物質(zhì)來源和組成成分復(fù)雜和差異，造成雜填土的性質(zhì)很不均勻、密度變化大、分布差異大等特點(diǎn)，地基處理難度極大。

3 地基處理方案分析

工程場(chǎng)地分布有大面積大厚度雜填土，由于雜填土工程性質(zhì)差、處理難度大，對(duì)地基處理影響極大。主要需從雜填土的處理方法、雜填土地基的利用、雜填土對(duì)樁基的影響等綜合考慮地基處理方案。

3.1 雜填土地基的處理方法

選擇雜填土地基的處理方法時(shí)，主要考慮其加固效果、經(jīng)濟(jì)費(fèi)用、工程周期、環(huán)境影響以及地區(qū)經(jīng)驗(yàn)等方面綜合比較，結(jié)合當(dāng)?shù)爻Ｓ玫奶幚矸椒?，主要考慮以下幾種方法：

（1）強(qiáng)夯法：對(duì)于雜填土，處理最大厚度一般難以超過10 m（需根據(jù)處理雜填土厚度選擇合適的夯擊能）。

（2）柱錘沖孔樁法：對(duì)于雜填土，處理最大厚度不易超過 10 m；錘柱直徑 300～500 mm、長(zhǎng)度2～6 m、質(zhì)量4～10 t。

（3）孔內(nèi)深層強(qiáng)夯（SDDC工法）：該方法先成孔至預(yù)定深度，然后自下而上分層填料強(qiáng)夯或邊填料邊強(qiáng)夯。但該方法處理地下水位以下地層時(shí)效果不佳，或者需考慮其它加固方案同時(shí)使用。對(duì)于雜填土而言，可采用機(jī)械成孔，處理深度一般不宜超過15 m，夯錘重量約10 t，成孔直徑約1 200 mm，夯后樁徑1 500～1 800 mm，中心距可按2～3 d考慮。

（4）樁基方法：采用樁基穿透雜填土層，若雜填土層厚度不大，不處理雜填土層時(shí)，需考慮負(fù)摩阻力；采用上述（1）或（2）或（3）方法預(yù)處理后，可采用正摩阻力，但應(yīng)注意大厚度雜填土的處理難度和有效處理深度，且應(yīng)注意雜填土對(duì)樁基施工的影響。

3.2 雜填土地基的利用

當(dāng)考慮利用雜填土作為地基時(shí)（高層建筑不適宜），宜采取一定的建筑和結(jié)構(gòu)措施，以提高和改善建筑物對(duì)填土地基不均勻沉降的適應(yīng)能力?？刹扇∪缦陆ㄖ徒Y(jié)構(gòu)措施：

（1）建筑體形盡量簡(jiǎn)單，以適應(yīng)不均勻沉降。

（2）基礎(chǔ)應(yīng)選擇面積大、整體剛度較好的基礎(chǔ)形狀，如筏板基礎(chǔ)、十字交叉梁基礎(chǔ)等。

（3）適當(dāng)加強(qiáng)上部結(jié)構(gòu)的剛度和強(qiáng)度。

（4）當(dāng)采用孔內(nèi)深層強(qiáng)夯（SDDC工法）處理，雜填土可作為部分填料使用。

3.3 大厚度雜填土對(duì)樁長(zhǎng)的影響

工程建筑物基礎(chǔ)底面下剩余雜填土層厚度16～24 m，地下水位下尚有厚2～5 m雜填土，對(duì)地基處理難度影響極大，主要體現(xiàn)在：

（1）樁基成孔影響：若不處理上部雜填土，由于其樁身負(fù)摩阻力作用，會(huì)造成樁長(zhǎng)很長(zhǎng)，可能大于45 m，對(duì)于現(xiàn)有施工工藝，在未處理雜填土條件下，由于雜填土層結(jié)構(gòu)松散，顆粒骨架結(jié)構(gòu)會(huì)造成泥漿漏漿，泥漿護(hù)壁循環(huán)成孔工藝難以成孔。

（2）對(duì)雜填土本身處理質(zhì)量影響：由于雜填土厚度大，對(duì)下部雜填土處理質(zhì)量有較大影響。且地下水位下尚有 2～5 m雜填土需處理，若不進(jìn)行工程降水，地下水位下雜填土處理效果難以滿足設(shè)計(jì)要求。

（3）當(dāng)采用孔內(nèi)深層強(qiáng)夯（SDDC工法）處理，素土回填夯實(shí)時(shí)，由于地下水位下尚有2～5 m雜填土需處理，若不進(jìn)行工程降水，地下水位下雜填土難以處理。工程場(chǎng)地降水方案難實(shí)施（降水井成孔難度極大）。因此，地下水位下可考慮采用級(jí)配砂石回填（必要時(shí)可采取振動(dòng)措施擠密砂石）。由于下部回填砂石夯實(shí)效果可能達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，建議采用后插鋼筋籠工藝鉆孔灌注樁+后壓漿加固處理。當(dāng)采用后插鋼筋籠工藝鉆孔灌注樁時(shí)，受目前施工設(shè)備施工能力限制，最大有效樁長(zhǎng)約33 m。

（4）當(dāng)?shù)叵滤幌虏捎眉?jí)配砂石回填時(shí)，成樁時(shí)可對(duì)該部分進(jìn)行后壓漿加固處理，以確保其工程效果。

3.4 地基處理方案

據(jù)上述分析，并結(jié)合建筑物設(shè)計(jì)參數(shù)，大厚度雜填土區(qū)域高層住宅樓地基處理方案為：采用孔內(nèi)深層強(qiáng)夯（SDDC工法、素土回填）結(jié)合后插鋼筋籠鉆孔灌注樁與后壓漿加固工藝。SDDC素土擠密樁樁徑1 600 mm，樁間距2 200 mm，三角形滿堂布樁，樁長(zhǎng)按全部處理完雜填土為準(zhǔn)；后插筋鉆孔灌注樁樁徑600 mm，樁長(zhǎng)33.00 m，三角形滿堂布樁，采用旋挖成孔和長(zhǎng)螺旋成孔相互配合工藝；后壓漿加固工藝對(duì)地下水位下采用級(jí)配砂石作為填料段進(jìn)行加固處理。

施工過程中應(yīng)注意以下注意事項(xiàng)：

（1）采用SDDC工法時(shí)，每次空夯擊數(shù)不小于8擊，提錘高度不小于施工作業(yè)面6 m。

（2）孔內(nèi)深層強(qiáng)夯（SDDC工法）處理后，由于上部3～4 m受地基土側(cè)限影響，密實(shí)度達(dá)不到要求，可對(duì)整個(gè)雜填土場(chǎng)地采用夯擊能量不小于100 t·m 重錘滿夯。

（3）后插鋼筋籠長(zhǎng)度不應(yīng)小于樁長(zhǎng)的2/3，且進(jìn)入下部砂層不得小于2 m?？紤]到后插鋼筋籠長(zhǎng)度大，避免后插鋼筋籠時(shí)振搗時(shí)間過長(zhǎng)，混凝土產(chǎn)生離稀造成樁身強(qiáng)度不夠問題，因此建議上部SDDC工法素土擠密樁身段采用旋挖成孔，下部砂層采用長(zhǎng)螺旋成孔工藝相互配合施工。下部長(zhǎng)螺旋成孔樁身段壓罐混凝土至樁頂10 m處時(shí)，直接提鉆，振搗方式插入鋼筋籠至設(shè)計(jì)深度，上部10 m樁身采用澆灌混凝土方式成樁。

3.5 大厚度雜填土地基處理設(shè)計(jì)應(yīng)注意事項(xiàng)

大面積大厚度雜填土區(qū)域地基處理設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注意以下事項(xiàng)：

（1）地基外圍防水措施問題。由于工程場(chǎng)地分布有大面積大厚度雜填土，不論采取哪種地基處理方案時(shí)，都應(yīng)充分考慮后期周邊環(huán)境對(duì)工程的影響。受雜填土自身材料結(jié)構(gòu)、顆粒骨架結(jié)構(gòu)影響，地基處理方案設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮后期浸水的影響。因此，為了有效保障工程安全性，可考慮采用孔內(nèi)深層強(qiáng)夯（SDDC工法）處理，外放3～5排灰土樁或水泥土樁，減小后期外界浸水對(duì)地基的影響。

（2）特征周期的確定。由于大厚度雜填土場(chǎng)地現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行鉆孔剪切波速測(cè)試試驗(yàn)時(shí)，其20 m內(nèi)鉆孔等效剪切波速平均值小于250 m/s，以此確定抗震參數(shù)是不合理的?？蛇M(jìn)行深孔波速測(cè)試，測(cè)試孔深不應(yīng)小于80 m，查明場(chǎng)地覆蓋層厚度，特征周期可根據(jù)實(shí)測(cè)等效波速及覆蓋層厚度進(jìn)行綜合確定。

4 地基處理效果

地基處理效果主要由3部分構(gòu)成，分別為：樁間雜填土擠密處理效果、樁身素土擠密效果及單樁豎向承載力。

4.1 樁間雜填土擠密效果

由于雜填土難以檢測(cè)其壓實(shí)系數(shù)，對(duì)于本工程，采用孔內(nèi)深層強(qiáng)夯（SDDC工法）處理后，建議對(duì)樁間雜填土采用重型動(dòng)力觸探進(jìn)行檢測(cè)其密實(shí)度和均勻性。為了更直觀了解雜填土采用孔內(nèi)深層強(qiáng)夯（SDDC工法）處理后的效果，將處理前后重型動(dòng)力觸探修正值繪制隨深度變化曲線進(jìn)行對(duì)比分析（異常值剔除），可見圖4。

圖4 處理前后重型動(dòng)力觸探修正值繪制隨深度變化曲線Fig.4 Correction value of heavy dynamic penetration test with depth before and after treatment

據(jù)圖4可知，重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)結(jié)果表明：處理前雜填土沿深度方向每10 cm錘擊數(shù)（經(jīng)桿長(zhǎng)修正后）平均值介于3～9擊，呈松散～稍密狀態(tài)。采用孔內(nèi)深層強(qiáng)夯（SDDC工法）處理后，沿深度方向每10 cm錘擊數(shù)（經(jīng)桿長(zhǎng)修正后）平均值介于10～20擊，說明樁間雜填土密實(shí)度達(dá)到中密，滿足設(shè)計(jì)要求。

4.2 素土擠密樁效果

對(duì)素土作為填料的樁體可進(jìn)行壓實(shí)系數(shù)檢測(cè)。經(jīng)試驗(yàn)確定擬建場(chǎng)地素土最大干密度為1.75 g/cm3，最優(yōu)含水量為17.0%。密實(shí)度試驗(yàn)用鉆芯取樣，電子天平稱重，測(cè)讀濕密度ρ，并用2個(gè)稱量盒采樣，測(cè)取含水量w，由ρd=ρ/(1+0.01w)計(jì)算干密度。根據(jù)室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)確定素土最大干密度ρdmax，由式λc=ρd/ρdmax計(jì)算每個(gè)樣的壓實(shí)系數(shù)λci，并由λc=(Σλci)/n，計(jì)算每根樁樁身的平均壓實(shí)系數(shù)。

為確定樁身壓實(shí)系數(shù)，采用鉆芯取樣試驗(yàn)，確定SDDC素土樁密實(shí)度。樁身素土密實(shí)度試驗(yàn)的試樣取自距素土樁中心1/2～2/3半徑處。每根樁的第一組試樣取自距樁頂標(biāo)高1.0 m處，以后每米取樣一組。

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，按照上述方案施工時(shí)，樁身素土平均壓實(shí)系數(shù)均不小于0.97，滿足設(shè)計(jì)要求。

4.3 樁基豎向承載力

據(jù)3.4節(jié)中的地基處理方案，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試樁及樁基檢測(cè)結(jié)果，單樁豎向承載力極限值均達(dá)到4 800 kN，滿足設(shè)計(jì)要求，說明工程地基方案是合理可行的。根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制載荷試驗(yàn)成果圖Q-s曲線和s-lgt曲線可見圖5。

圖5 Q-s曲線和s-lgt曲線Fig.5 Q-s curve and s-lgt curve

5 建筑物沉降情況

根據(jù)目前擬建工程主體均已竣工一段時(shí)間（大于3個(gè)月），根據(jù)擬建建筑物沉降觀測(cè)資料，擬建的高層住宅樓（30～33 F）最小沉降量為12.53 mm，最大沉降量為19.59 mm，相臨點(diǎn)的差異沉降不大，沉降均勻。為了更好了解建筑物沉降量隨時(shí)間變化規(guī)律，現(xiàn)將建筑物沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)繪制沉降觀測(cè)時(shí)間-沉降量變化曲線，可見圖6。

據(jù)圖6可知，高層住宅樓在主體施工階段觀測(cè)時(shí)間-沉降量曲線較陡，沉降量占比重大，約占總體沉降量90%。主體施工完成后，建筑物觀測(cè)時(shí)間-沉降量曲線相對(duì)平緩，其沉降趨于穩(wěn)定。

圖6 沉降觀測(cè)時(shí)間-沉降量變化曲線Fig.6 Observed settlement with time

6 結(jié) 論

（1）對(duì)類似大厚度雜填土區(qū)域建筑，地基處理方案采用孔內(nèi)深層強(qiáng)夯（SDDC工法、素土回填）結(jié)合后插鋼筋籠鉆孔灌注樁及后壓漿加固工藝可以滿足設(shè)計(jì)和工程要求。

（2）對(duì)此類地質(zhì)條件場(chǎng)地，后插鋼筋籠鉆孔灌注樁可以采用旋挖成孔和長(zhǎng)螺旋成孔相互配合工藝，可以確保樁身質(zhì)量。

（3）對(duì)于地下水位以下的雜填土，采用級(jí)配砂石回填后與后壓降加固工藝，能滿足設(shè)計(jì)要求。

（4）此類地質(zhì)條件場(chǎng)地建筑物采用樁基方案后，建筑物沉降變形量不大。為更進(jìn)一步了解樁的應(yīng)力分布、樁身側(cè)摩阻力和樁端阻力發(fā)揮情況，可考慮進(jìn)行滑動(dòng)測(cè)微計(jì)或分布式光纖測(cè)試試驗(yàn)，為以后工程提供更全面參考。