黃河，馮雁波，楊鵬，簡廷新，繆俊

（中建二局第一建筑工程有限公司，廣東深圳518000）

1 引言

工程建設(shè)階段，地基處理效果關(guān)系著整個(gè)建筑的質(zhì)量安全、使用壽命長短?？茖W(xué)的地基處理施工一定要滿足上部結(jié)構(gòu)對地基基礎(chǔ)提出的要求。近些年，我國建筑行業(yè)蓬勃發(fā)展，各種新工藝、新技術(shù)陸續(xù)被開發(fā)。地基處理是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的技術(shù)，現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中應(yīng)結(jié)合地層、承載力的差異，變形要求，施工場區(qū)條件等進(jìn)行選擇。各種地基處理技術(shù)均有優(yōu)有弊，在建設(shè)一些工程項(xiàng)目時(shí)，組合使用不同地基處理方法，能優(yōu)化基礎(chǔ)建設(shè)效果，協(xié)助施工方節(jié)省工程成本，加速建設(shè)進(jìn)程。

2 工程概況

本工程是以高層商業(yè)樓，建筑物地下、地上分別有1層、18層，建筑高49.5 m，選用了框架剪力墻結(jié)構(gòu)，建設(shè)了筏板基礎(chǔ)，基底絕對標(biāo)高56.90 m，地基承載力設(shè)計(jì)要求≥250 kPa。

施工場地地面標(biāo)高52.62～56.93 m，基礎(chǔ)持力層范疇不均勻分布：①層人工堆積而成的黏質(zhì)粉土填土、①1層房渣土、②層黏質(zhì)粉土與砂質(zhì)粉土、④層為碎石、⑤1層分布著侏羅系強(qiáng)風(fēng)化-中風(fēng)化火山角礫巖。

擬建建筑物各位置對地基變形的要求如下：地基最終沉降量≤30 mm，傾斜≤2°，條基和室內(nèi)地坪板之間的差異沉降≤10 mm。

3 地基處理設(shè)計(jì)方案

3.1 方案概述

換填墊層、CFG樁、碎石樁復(fù)合地基及強(qiáng)夯法等均是當(dāng)下施工方處理地基時(shí)的常用工法。碎石樁能促進(jìn)地基土固結(jié)過程，但無法大幅度提高地基承載力；CFG樁能彌補(bǔ)碎石樁的不足，但不能對地基土起到較明顯的固結(jié)作用；換填墊層工法在荷載較小的建筑體、地坪、道路工程等的地基處理領(lǐng)域中有較廣泛的應(yīng)用，處理成效較理想，能創(chuàng)造一定的經(jīng)濟(jì)效益；強(qiáng)夯法能明顯提升軟弱地基的承載能力，在100～200 t/m夯實(shí)能量的作用下，通常能獲得3～6 m的有效夯實(shí)深度。

從經(jīng)濟(jì)性、技術(shù)性2個(gè)方面對比不同地基處理工法的優(yōu)缺點(diǎn)，本工程決定聯(lián)合使用CFG樁、碎石樁、換填墊層及強(qiáng)夯法處理地基，具體操作如下[1]：

1）停車樓、車間、辦公樓、餐廳處應(yīng)用CFG樁復(fù)合地基處理，有助于增強(qiáng)地基承載力，管控建筑物的變形問題。

2）車間地坪板之下用擴(kuò)孔碎石樁復(fù)合地基處理，增強(qiáng)地坪板范疇承載能力，減少車間各處不均勻變形。

3）基于不同載荷要求，應(yīng)用配比有差異的灰土換填墊層、強(qiáng)夯法工法處理建筑不同位置基底之上及地坪板范疇，不僅能提升地基承載能力，還能精準(zhǔn)地控制沉降差問題。

3.2 CFG樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)

1）挖方：當(dāng)基巖面標(biāo)高＞55.00 m時(shí)，以55.00 m為標(biāo)準(zhǔn)控制挖方底標(biāo)高；若基巖面標(biāo)高≤55.00 m，基于基巖面控制挖方底標(biāo)高?；A(chǔ)范疇中填土①層、①1層，要整體挖除，直至見原狀土層。

2）CFG樁地基加固：針對部分基巖埋深偏深的位置，在土方挖掘工序結(jié)束后，加強(qiáng)對施工作業(yè)CFG樁的變形控制。樁徑400 mm，樁中心距1.4 m×1.4 m，作業(yè)樁長5.0～6.5 m。作業(yè)樁長進(jìn)到⑤1層的強(qiáng)風(fēng)化基巖或④層碎石的深度≥50㎝，確保有效樁長≥4.0 m?；炷翉?qiáng)度等級C15。布樁范疇是以30號鉆孔為限以東的區(qū)域，施工場區(qū)驗(yàn)槽確定地基土層是②層粉質(zhì)黏土的范疇。

3.3 碎石樁復(fù)合地基

為確保本工程車間基礎(chǔ)與地坪板的差異沉降量符合設(shè)計(jì)要求，應(yīng)用柱錘夯擴(kuò)碎石樁法處理車間地基。碎石樁的主要參數(shù)設(shè)計(jì)情況如下：樁身材料：粒徑20～50 mm碎石，樁徑540 mm，樁間距1.50 m×1.50 m，保護(hù)/有效樁長1.0 m/4.50 m，設(shè)計(jì)樁長5.4 m，樁頂相對標(biāo)高-1.0 m，地坪板墊層底/施工作業(yè)面相對標(biāo)高90.3/±0.000 m。

3.4 換填墊層設(shè)計(jì)

因?yàn)榈仄喊宓牟煌恢玫妮d荷要求存在著差異，為更好地滿足建筑體不同位置沉降差＜10 mm的設(shè)計(jì)要求，于獨(dú)立基礎(chǔ)上部、條形及周圍無基礎(chǔ)地坪板范疇中，按照荷載設(shè)計(jì)要求分別用1∶9或2∶8灰土換填墊層的方法處理地基，進(jìn)而更好地控制建筑體差異沉降情況[2]。

3.5 強(qiáng)夯法

這種地基施工技術(shù)處理以石土、碎砂石、粉土及飽和度偏低的黏性土、素填土等為主。具體應(yīng)用時(shí)，其配合應(yīng)用起重機(jī)設(shè)備，把10～25 t大噸位夯錘提升到與地面相距10～25 m的高度，隨后使其自由下落，結(jié)合其自由落體過程中生成的強(qiáng)大夯擊能、沖擊波共同夯實(shí)建筑地基。通過反復(fù)采用以上操作，能明顯提高地基土質(zhì)的密實(shí)度，增強(qiáng)其承載能力，使地基更加穩(wěn)定。在具體強(qiáng)夯施工前，要指派工人探查現(xiàn)場地質(zhì)狀況，針對存有砂卵石石夾層的標(biāo)段要適度提升夯擊能量，遇到障礙物時(shí)要及時(shí)清除掉；對于錘重、落距、夯擊遍數(shù)等參數(shù)，強(qiáng)夯前要通過試夯、測試的方法設(shè)計(jì)；兩遍強(qiáng)夯操作要間隔一定時(shí)間，地質(zhì)條件較好且沒有地下水的土層，時(shí)間間隔可以為1～2 d，如果是黏土或者沖擊土，通常設(shè)定為3 d。

4 建筑工程沉降量分析

4.1 測算工具箱中心點(diǎn)沉降量

具體是依照現(xiàn)行規(guī)范要求，利用分層總和法進(jìn)行測算分析。本建筑工程結(jié)合現(xiàn)有規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)[3]依次計(jì)算了建筑物地坪板、換填墊層、獨(dú)立及筏板基礎(chǔ)等位置的中心點(diǎn)沉降情況。具體測算結(jié)果被統(tǒng)計(jì)在表1內(nèi)[4]。

表1 沉降量計(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)

4.2 MI DAS-GTSNX地基沉降數(shù)值分析

4.2.1 建模

1）模型范疇

本工程項(xiàng)目結(jié)合有關(guān)設(shè)計(jì)圖紙對建筑整個(gè)區(qū)域進(jìn)行三維立體建模，場區(qū)地層、獨(dú)立及條形基礎(chǔ)、換填墊層、碎石樁、CFG樁等均是模型單元。

2）網(wǎng)格規(guī)劃

具體是應(yīng)用四面體單元?jiǎng)澐至耸┕鰠^(qū)地層及基礎(chǔ)部分，而對碎石樁、CFG樁運(yùn)用一維梁單元，樁、樁端單元分別進(jìn)行網(wǎng)格劃分。

3）材料本構(gòu)模型

為基礎(chǔ)單元配置了線彈性材料本構(gòu)模型，且賦予了相對應(yīng)的鋼筋混凝土強(qiáng)度等級參數(shù)；下方敷設(shè)的碎石樁、CFG樁統(tǒng)一應(yīng)用了線彈性材料本構(gòu)模型，并且參照樁體強(qiáng)度的差異性賦予相對應(yīng)的參數(shù)[5]。摩爾-庫倫模型仿真模擬了原狀土層、換填土，嚴(yán)格依照工程建設(shè)前期形成的勘察報(bào)告與地基處置設(shè)計(jì)方案測算出各土層對應(yīng)的參數(shù)。

4）邊界與荷載條件

約束模型周邊的有限土體X、Y向的位移情況；地面是鉸支座，為樁單元統(tǒng)一施加旋轉(zhuǎn)進(jìn)行約束。關(guān)于荷載條件相關(guān)問題，將自體持有的重力施加給整個(gè)模型，基礎(chǔ)上施加了相對應(yīng)的結(jié)構(gòu)荷載，合理設(shè)計(jì)了地面超載的程度。

5）模擬工況

在本模型內(nèi)共計(jì)布置了如下5個(gè)工況[6]：

工況Ⅰ：激活了開挖施工前的原狀土體，科學(xué)分析其初始應(yīng)力，并且對形成的位移量進(jìn)行清零；

工況Ⅱ：碎石樁與局部樁施工作業(yè)時(shí)，同步開挖處理施工場區(qū)南北兩部分；

工況Ⅲ：場地南北2部分與筏板基礎(chǔ)的CFG復(fù)合樁施工；工況Ⅳ：基礎(chǔ)施作以及換填操作；

工況Ⅴ：整體分析施用結(jié)構(gòu)以及地坪荷載，并且還要考慮、重視后續(xù)工程結(jié)構(gòu)與室內(nèi)地坪各自的沉降值及差異性沉降情況。

4.2.2 分析結(jié)果

總結(jié)本次計(jì)算分析情況，利用有限元計(jì)算方法模擬了推行聯(lián)合地基處理方案后，不同建筑物基礎(chǔ)各自的沉降量以及室內(nèi)地坪的沉降量。具體結(jié)果如下：

基礎(chǔ)底地基、地坪板的最后沉降量分別是5.22～15.8 mm、3.50～15.50 mm，辦公樓（C區(qū)）是出現(xiàn)最大沉降量的位置。

參照以上模擬計(jì)算所得結(jié)果，可以認(rèn)定地基沉降量符合其處理后各位置地基沉降量≤30 mm，不同區(qū)域差異沉降量＜10 mm的設(shè)計(jì)要求。利用數(shù)據(jù)證實(shí)，應(yīng)用多種地基處理技術(shù)聯(lián)合設(shè)計(jì)的方法具有較高的可行性，能較好地符合工程設(shè)計(jì)要求。

4.3 2種計(jì)算和實(shí)測值的比較分析

對比結(jié)果如圖1所示[7]。

圖1 建筑物沉降量的對比圖

觀察圖1不難發(fā)現(xiàn)，利用規(guī)范計(jì)算法、MIDAS-UTSNX 軟件計(jì)算所得的建筑物最大沉降量分別是16.79～29.73 mm、13.00～16.71 mm，而施工場區(qū)內(nèi)實(shí)測到建筑物的最大沉降量是6.11～17.91 mm。圖1內(nèi)停車樓、車間、餐廳位置應(yīng)用規(guī)范計(jì)算法計(jì)算出的沉降量值最大，其次是數(shù)值分析計(jì)算值，實(shí)測值最小，只在辦公樓一處出現(xiàn)了實(shí)測值高于數(shù)值分析計(jì)算結(jié)果的情況。不管應(yīng)用哪種計(jì)算方法，辦公樓（C區(qū)）均是建筑物最大沉降量位置[8]。

5 結(jié)語

當(dāng)建筑地基形式多樣、對地基承載能力提出的要求有差異、差異沉降要求較為嚴(yán)格時(shí)，可以聯(lián)合使用CFG樁、換填墊層及強(qiáng)夯法等多種地基處理技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，不僅能較明顯地提升地基承載能力，還能較好地滿足變形控制的要求。采用規(guī)范計(jì)算法、數(shù)值分析法分別計(jì)算建筑同一位置的沉降量，并對比分析測算值與實(shí)測值，發(fā)現(xiàn)數(shù)值分析計(jì)算所得結(jié)果更貼近實(shí)測值，其更能清晰地呈現(xiàn)出不同節(jié)點(diǎn)沉降量信息，為工程設(shè)計(jì)提供科學(xué)的指導(dǎo)信息，在建筑行業(yè)內(nèi)可以嘗試普及使用。