呂雪漫，劉 帥*，施 怡，張 鵬，任小江，穆國(guó)峰

（1.機(jī)械工業(yè)勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，陜西 西安 710021；2.陜西省特殊土工程性質(zhì)與處理技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710043；3.長(zhǎng)安大學(xué) 地質(zhì)工程與測(cè)繪學(xué)院，陜西 西安 710054）

0 引 言

隨著城市建設(shè)規(guī)模的日益增大，建設(shè)范圍逐漸由中心城區(qū)向周邊擴(kuò)張。為滿足建設(shè)場(chǎng)地需求，將歷史上的地勢(shì)低洼處及近代人類(lèi)工程活動(dòng)開(kāi)挖處進(jìn)行回填平整。由于回填時(shí)缺乏科學(xué)指導(dǎo)與專(zhuān)項(xiàng)設(shè)計(jì)，形成了大量的大厚度雜填土場(chǎng)地。

雜填土具有性質(zhì)不均勻、厚度變化大、沉降變形大、濕陷性強(qiáng)、壓縮性高、強(qiáng)度低、自重壓密性等特點(diǎn)[1]，若處理不當(dāng)，后期建筑物易出現(xiàn)不均勻沉降、開(kāi)裂等現(xiàn)象。雜填土地基的處理受到工程界與學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。

王勝剛[2]研究了高壓注漿法在大厚度填土地基的應(yīng)用，注漿加固后，填土孔隙被填充，漿液與土形成整體，土的密實(shí)度大幅提高。白學(xué)偉[3]、陳德勇等[4]分別介紹了強(qiáng)夯法在大厚度素填土與大厚度雜填土中的應(yīng)用實(shí)例，強(qiáng)夯后地基土承載力特征值超過(guò)180 kPa。巫朝新[5]介紹的大厚度素填土場(chǎng)地案例采用了強(qiáng)夯與墊層組合法處理地基，先用強(qiáng)夯夯實(shí)素填土，基底下鋪設(shè)1 m 厚的碎石墊層，最終承載力特征值達(dá)到200 kPa。李松徽[6]對(duì)比研究了孔內(nèi)深層超強(qiáng)夯法（Super Down Hole Dynamic Consolidation，SDDC）擠密樁和沉管擠密樁在蘭州大厚度回填黃土地區(qū)的應(yīng)用效果，兩種方法均能滿足承載力要求，SDDC 樁樁身壓實(shí)系數(shù)離散，沉管擠密樁樁身壓實(shí)系數(shù)相對(duì)均勻。夏長(zhǎng)華[1]從微觀/宏觀研究了重錘夯擴(kuò)擠密法的力學(xué)機(jī)理，并現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)驗(yàn)證了雜填土場(chǎng)地經(jīng)渣土樁或復(fù)合載體樁處理后，雜填土場(chǎng)地承載力比處理前提高1～2 倍。冀新黨等[7]介紹了SDDC 方法處理大厚度雜填土案例，處理后地基承載力特征值達(dá)到170 kPa。馮彬等[8]以北京某場(chǎng)地為例，分析了柱錘沖擴(kuò)樁+CFG 樁（長(zhǎng)短樁結(jié)合）地基處理方案的應(yīng)用效果，承載力特征值達(dá)到180 kPa，該方案滿足安全性要求的同時(shí)又具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。熊維等[9]介紹了SDDC（旋挖成孔、素土回填）+后插筋灌注樁處理大厚度雜填土案例，水位以下的雜填土用級(jí)配砂石換填后注漿加固，處理后的地基滿足高層住宅（30～33F）承載力的要求。

本文以西安某工程為例，分析了SDDC（沖擊成孔，填料采用素土與雜填土結(jié)合）+灌注樁在大厚度雜填土地基處理中的應(yīng)用，為類(lèi)似工程提供借鑒。

1 場(chǎng)地及工程概況

1.1 場(chǎng)地概況

場(chǎng)地位于西安市，2019 年對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行了詳細(xì)勘察?？辈炱陂g，場(chǎng)地西側(cè)有一深約10 m 的矩形土坑，其余地段整體平整。

根據(jù)調(diào)查及歷史影像，20 世紀(jì)末21 世紀(jì)初，場(chǎng)地為一磚廠（圖1），就地取土制作磚坯，開(kāi)挖形成多個(gè)大型土坑，最深開(kāi)挖超過(guò)20 m。

圖1 場(chǎng)地歷史影像圖（磚廠，2006 年）Fig.1 Historical image of the site (brick factory,2006)

2009 年開(kāi)始，場(chǎng)外雜填土陸續(xù)運(yùn)至本場(chǎng)地內(nèi)。至2010 年底，除西側(cè)土坑外，場(chǎng)地內(nèi)其余土坑均被雜填土填滿（圖2）。雜填土回填時(shí)，沒(méi)有經(jīng)專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)，由渣土車(chē)自然堆倒，未分層碾壓。至本場(chǎng)地建設(shè)前，未再發(fā)生其他較大變化。

圖2 場(chǎng)地歷史影像圖（場(chǎng)地整平，2010 年）Fig.2 Historical image of the site (site leveling,2010)

1.2 工程概況

擬建工程包含住宅樓、幼兒園、商業(yè)裙房及地下車(chē)庫(kù)。本文以具代表性的8 號(hào)樓為研究對(duì)象，該棟樓±0 標(biāo)高403.50 m，地上33 層，建筑高度99.37 m，地下1 層，基礎(chǔ)埋深8.25 m，建筑基底標(biāo)高395.25 m，剪力墻結(jié)構(gòu)，基底壓力標(biāo)準(zhǔn)值550 kPa。

1.3 地質(zhì)概況

根據(jù)場(chǎng)地詳細(xì)勘察報(bào)告，本場(chǎng)地地貌單元屬渭河三級(jí)階地。場(chǎng)地屬自重濕陷性場(chǎng)地，自重濕陷性土層厚度約12 m，濕陷性土層厚度約18 m。場(chǎng)地65 m 深度范圍內(nèi)揭露的地層為雜填土、古土壤及黃土、粉質(zhì)黏土、砂層。地下潛水水位標(biāo)高介于373.07～375.13 m 之間。

8 號(hào)樓基底下的地層分布特征如圖3 所示。

圖3 8 號(hào)樓基底地層分布圖Fig.3 Stratigraphic distribution map of the basement of building 8

①雜填土：雜色，以建筑垃圾（磚塊、煤渣）為主，少量生活垃圾。8 號(hào)樓區(qū)域雜填土總厚度平均10.0 m，基底下雜填土平均厚度7.5 m。

②古土壤：棕紅色，硬塑，稍濕，土質(zhì)較均勻，可見(jiàn)針狀孔隙，偶見(jiàn)大孔隙，具團(tuán)塊狀結(jié)構(gòu)，含白色鈣質(zhì)條紋及少量鈣質(zhì)結(jié)核，局部底部鈣質(zhì)結(jié)核富集成層。具濕陷性。

③黃土：褐黃色，可塑，稍濕-濕，土質(zhì)均勻，針狀孔隙及大孔發(fā)育，含白色鈣質(zhì)條紋，零星鈣質(zhì)結(jié)核，偶見(jiàn)蝸牛殼。該層上部具濕陷性。

④粉質(zhì)黏土：黃褐色，可塑，濕-飽和，土質(zhì)均勻，含鐵錳質(zhì)斑點(diǎn)及少量鈣質(zhì)結(jié)核，偶見(jiàn)蝸牛殼碎片。

下部砂層密實(shí)、飽和，粉質(zhì)黏土可塑-硬塑，飽和。工程性質(zhì)較好。

建筑物基底下主要土層的樁基參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 樁基參數(shù)Table 1 Pile foundation parameters

2 地基處理方案

2.1 方案選型分析

8 號(hào)樓基底壓力550 kPa，一般淺部地層處理后的地基承載力難以滿足上部荷載需要。

場(chǎng)地屬于自重濕陷性場(chǎng)地，根據(jù)勘察報(bào)告，8 號(hào)樓地基濕陷等級(jí)為IV 級(jí)，地基處理應(yīng)消除全部濕陷性或采用樁基穿透濕陷性土層。

基底下雜填土厚度7.5 m，結(jié)構(gòu)松散，工程性質(zhì)差，不能直接作為基礎(chǔ)持力層。采用樁基時(shí)，雜填土與自重濕陷性黃土均需考慮負(fù)摩阻力。直接采用樁基時(shí)，需要較長(zhǎng)的樁承載負(fù)摩阻力及建筑荷載。為滿足設(shè)計(jì)單樁承載力7 500 kN 的要求，根據(jù)表1估算樁徑700 mm 時(shí)，所需要的樁長(zhǎng)近50 m（見(jiàn)表2）。并且樁基設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)著重考慮地震作用下的水平荷載以及樁的壓屈效應(yīng)。

表2 單樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值估算表Table 2 Estimation table for standard values of single pile bearing capacity

若對(duì)雜填土預(yù)先擠密可不考慮負(fù)摩阻力，樁側(cè)土的強(qiáng)度增大，可按常規(guī)地層設(shè)計(jì)樁基。

雜填土擠密處理工藝方面，一般的沉管成孔擠密法或旋挖成孔擠密法在雜填土地層中成孔困難，且擠密效果差。

綜上所述，選用SDDC（沖擊成孔）+灌注樁方案處理地基。SDDC 處理時(shí)，一方面擠密雜填土，另一方面擠密濕陷性土層。

2.2 地基處理方案

SDDC 樁成樁直徑1 600 mm，樁間距整體按2 600 mm 控制，主樓承重墻下及附近的SDDC 樁間距與鉆孔灌注樁樁位協(xié)調(diào)適應(yīng)（圖4）。施工時(shí)以沖擊成孔為主，成孔困難時(shí)采用旋挖引孔。樁長(zhǎng)17 m。按照“科學(xué)合理、經(jīng)濟(jì)環(huán)?！钡脑瓌t，SDDC樁回填夯實(shí)時(shí)，與灌注樁重合的位置采用素土回填，其余位置就地取材，采用雜填土回填。施工時(shí)應(yīng)遵循“從邊緣開(kāi)始，均勻分布，逐步加密，及時(shí)夯填”的施工順序。樁施工成孔和回填夯實(shí)由外向內(nèi)間隔分批進(jìn)行，成孔后應(yīng)立即填料分層夯填。夯錘重10 t，錘徑1.1 m，提升高度不小于6 m，回填土每層不超過(guò)1.5 m，每層土夯擊次數(shù)不少于6 次。淺部土層夯擊時(shí)，由于側(cè)限土壓力較小，樁周土有上涌現(xiàn)象發(fā)生，因此，SDDC 施工完后，樁頭以下700 mm 虛土應(yīng)挖除，采用16 t 壓路機(jī)輾壓不少于5 遍。按要求處理后，樁間黃土濕陷性消除，擠密系數(shù)不小于0.93；樁間雜填土不低于中密狀態(tài)；素土樁體壓實(shí)系數(shù)不小于0.97；雜填土樁體不低于中密狀態(tài)。

圖4 地基方案設(shè)計(jì)示意圖Fig.4 Schematic diagram of foundation scheme design

灌注樁樁長(zhǎng)38 m，樁徑700 mm，墻下布樁，單樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值估算見(jiàn)表2?；炷翉?qiáng)度等級(jí)C35。施工時(shí)應(yīng)根據(jù)規(guī)范要求執(zhí)行，灌注混凝土超灌高度不得小于500 mm，應(yīng)確保鑿出樁頂浮漿后樁頂標(biāo)高和樁身混凝土質(zhì)量。鉆孔灌注樁各工序應(yīng)連續(xù)施工，樁孔成形后必須將孔底沉渣清理干凈，清孔后孔底沉渣厚度應(yīng)小于100 mm?？椎壮猎穸确弦?guī)定后，立即下放鋼筋籠、灌注混凝土，并不得超過(guò)半小時(shí)，應(yīng)連續(xù)灌注直至樁完成。要求單樁承載力極限值不低于7 500 kN。

3 地基處理效果檢測(cè)

3.1 SDDC 樁樁間土濕陷性消除情況

對(duì)樁長(zhǎng)范圍內(nèi)的濕陷性黃土取土進(jìn)行室內(nèi)土工試驗(yàn)，土樣濕陷系數(shù)及自重濕陷系數(shù)均小于0.015，表明處理范圍內(nèi)黃土的濕陷性已消除。

3.2 SDDC 素土樁體土壓實(shí)系數(shù)

對(duì)素土樁體取土樣在室內(nèi)進(jìn)行環(huán)刀法密度試驗(yàn)。樁體素土干密度介于1.64～1.70 g/cm3之間，平均1.67 g/cm3。素土最大干密度為1.71 g/cm3，樁體壓實(shí)系數(shù)平均0.98，滿足設(shè)計(jì)要求。

3.3 SDDC 雜填土樁體密實(shí)度

對(duì)雜填土樁體進(jìn)行圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果見(jiàn)圖5。修正后錘擊數(shù)介于10～14 擊，平均12.6 擊。樁體密實(shí)度為中密，滿足設(shè)計(jì)要求。

圖5 圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)成果圖Fig.5 Curves of cone dynamic penetration tests

3.4 SDDC 樁樁間土密實(shí)度及擠密系數(shù)

在樁長(zhǎng)范圍內(nèi)雜填土段進(jìn)行動(dòng)力觸探試驗(yàn)，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果見(jiàn)圖5。修正后錘擊數(shù)介于10～12 擊，平均11.2 擊。樁體密實(shí)度為中密，滿足設(shè)計(jì)要求。

在樁長(zhǎng)范圍內(nèi)黃土段取樣進(jìn)行室內(nèi)土工試驗(yàn)。樁間土干密度介于1.54～1.65 g/cm3之間，平均1.59 g/cm3。黃土最大干密度為1.71 g/cm3，擠密系數(shù)平均0.93，滿足設(shè)計(jì)要求。

3.5 灌注樁單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)

3 根檢測(cè)樁最大加載量均為7 500 kN，在終止荷載作用下均未出現(xiàn)破壞現(xiàn)象，最終沉降量介于22.50～27.96 mm 之間（圖6）。單樁豎向抗壓極限承載力取7 500 kN。

圖6 單樁靜載試驗(yàn)成果圖Fig.6 Curves of single pile static loading tests

4 建筑物沉降監(jiān)測(cè)

8 號(hào)樓自2020 年9 月開(kāi)始監(jiān)測(cè)，2021 年8 月15 日主體封頂。主體每增加1 層觀測(cè)1 次，主體封頂后，每季度監(jiān)測(cè)1 次，截至2023 年4 月共觀測(cè)了39 次。累計(jì)沉降量最大和最小的兩個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降數(shù)據(jù)隨時(shí)間變化曲線如圖7 所示。監(jiān)測(cè)點(diǎn)最大沉降量為19.5 mm，最小沉降量為15.1 mm。由圖可知，主體施工期間，沉降曲線斜率較陡，特別是20 層以上主體結(jié)構(gòu)施工時(shí)，沉降量有明顯增大趨勢(shì)，分析是由于建筑荷載增大，深部樁基有微小位移，開(kāi)始發(fā)揮承載能力。主體封頂以后，荷載增加量較小，沉降曲線斜率相對(duì)較緩。最大沉降量滿足《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50007—2011）[10]對(duì)地基允許變形值的要求。

圖7 累計(jì)沉降量隨時(shí)間變化曲線圖Fig.7 Curves of cumulative settlement over time

選取累計(jì)沉降最大的監(jiān)測(cè)點(diǎn)計(jì)算其沉降速率，沉降速率隨時(shí)間變化曲線如圖8 所示。

圖8 沉降速率隨時(shí)間變化曲線圖Fig.8 Curve of settlement rate over time

整體來(lái)看，封頂前沉降速率大于封頂后。2021年11 月至2023 年4 月的6 次觀測(cè)數(shù)據(jù)顯示建筑物沉降速率均小于0.02 mm/d。根據(jù)《建筑變形測(cè)量規(guī)范》（JGJ 8—2016）[11]，建筑沉降達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)可由沉降速率與時(shí)間關(guān)系曲線判定，當(dāng)最后100 d 的最大沉降速率小于0.01～0.04 mm/d 時(shí)，可認(rèn)為已達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。根據(jù)西安地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，建筑物穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)為最后100 d 的最大沉降速率小于0.02 mm/d。本棟樓封頂約3 個(gè)月后即可視為達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，后續(xù)連續(xù)觀測(cè)均未發(fā)現(xiàn)異常沉降。

5 結(jié) 論

（1）SDDC 法處理雜填土地基，可有效提高雜填土密實(shí)度。處理深度延伸至雜填土層以下的濕陷性土層時(shí)，可同步消除原狀土層的濕陷性。

（2）SDDC 處理雜填土?xí)r，可就地取材將雜填土用作填料，滿足擠密加固要求的同時(shí)兼顧經(jīng)濟(jì)環(huán)保性。

（3）SDDC 預(yù)處理后，消除了雜填土與自重濕陷性黃土的負(fù)摩阻力，灌注樁樁長(zhǎng)可大幅減小，以本項(xiàng)目為例，樁長(zhǎng)減少20%。

（4）SDDC+灌注樁組合在大厚度雜填土地基應(yīng)用后，地基承載力滿足高層建筑物要求，建筑物累計(jì)沉降量小，封頂約3 個(gè)月后沉降達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。地基處理效果較好。