软土地区重载地面地基加固设计方案分析比选

【摘要】本文通过工程实例，对滨海地区某仓库重载地坪下的深厚淤泥及填土地基，采用多种加固方法进行分析、比较，为类似工程的设计、施工提供一定参考。

【关键词】地基处理 减沉复合疏桩 水泥搅拌桩 CFG桩 预制桩 轻夯多遍

0 引言

沿海地区作为中国经济最为活跃的地区，土地紧缺现象愈发严重。通过人工吹砂填海，已成扩展土地资源的一种重要途径。滨海地区吹填场地，往往受地欠固结土和深厚淤泥质土双重不利影响，其加固处理方法对加固效果、建设成本、建设周期有巨大影响，如何选取最优的加固方案，是工程师面临的一个重要课题。本文通过工程实例，对地基加固的方法进行分析比较，为类似工程的设计、施工提供一定参考。

1 工程概况

天津某仓储项目位于位于天津临港经济区，项目紧邻海岸，主要用于物流仓储，地面考虑30KPa的堆放荷载。目前场地地面标高约在2.5米左右，仓库室内地坪标高为4.16米。地基土层情况见表1。1-1、1-2层土均为新填土，两层土厚薄不一，合计厚度基本在6.0-7.0米之间，6-1层粘土为高压缩性土，厚度达11米左右，在地面附加荷载作用下，其沉降对地坪质量影响显著。

2 地基处理方法介绍

仓库地坪荷载30KPa，考虑后期回填土荷载30KPa，地基承载力仅需60 KPa即可满足要求，本工程最为软弱的淤泥质素填土承载力也达到80 KPa，故本次加固主要目的是减少沉降量及沉降差。甲方对仓库地坪处理的要求是速度快、造价省、施工方便。根据场地地基情况及甲方要求，初步对水泥搅拌桩、CFG桩、减沉复合疏桩、轻夯多遍等加固方法的可行性与经济性进行分析比较。下面分别介绍采用以上方法进行处理的技术指标、工序要求及造价情况（见表2，不含混凝土垫层、地坪板，除轻夯多遍外其余方案不含成桩工费）。

1）水泥搅拌桩

方案阶段初步考虑采用0.55m桩径，桩顶标高3.56m，桩长19m，梅花形布置（2.0mx1.65m），以6-3层为持力层。单桩承载力特征值按端、侧阻力计算为240KN，按桩身强度计算仅143KN（Fcu=2MPa），其承载力由桩身强度控制，置换率m=7.2%，处理后地基承载力特征值110KPa，加固后土层估算压缩模量见表3，估算沉降约28mm。由于表层回填土的密实性对地坪具有重要影响，要求施工时先回填压实，后主体结构基础施工。考虑场地回填至主体完工并浇筑地坪有1年的时间差，估算沉降时未考虑桩顶以下回填土的附加荷载影响，其它方案均按此计算沉降。

具体施工步骤为：1、分层回填压实至3.56m，压实系数0.94；2、主体结构预制桩施工；3、水泥搅拌桩施工；4、桩头0.3米浮渣挖除，铺设0.30m碎石褥垫层；5、开挖承台基坑并浇筑基础，基础侧面超挖部分采用级配砂石回填；6、主体施工结束，地坪稳定后浇筑0.10m C15水泥垫层和0.2m厚钢筋混凝土地坪。

2）CFG桩

拟采用桩径0.40m，桩顶标高3.56m，桩长19m，桩间距1.9mx2.1m，以6-3层为持力层，单桩承载力特征值Ra=290KN，置换率m=3.1%，地基承载力特征值144KPa，加固后土层估算压缩模量见表3，估算沉降约35mm。各工序施工步骤基本同水泥搅拌桩。

3）减沉复合疏桩

当地有较多工程采用预制桩加零层结构板组成的无梁楼盖体系来承当地面荷载，对沉降有很好的控制效果，但该方案也存在两个问题，一是为节省造价，地坪桩采用小直径短桩，与主体结构有一定沉降差，导零层楼板成锅底状，二是仓储等工业建筑，单体体量较大，如本工程长宽均为150米，该方式地坪无法切缝，天津地区温差较大，后期温度应力难以解决。为解决以上两个问题，对该方案进行了改进（见图1），设计时将桩顶标高降低至地坪下0.8米出，在桩顶设置承台，上铺设褥垫层，将零层板与地坪桩脱开后，既可在地坪上切缝以释放温度应力，又能通过褥垫层的调节作用，让承台与地基合理的分担上部荷载（见图2）。同时将主体结构基础梁适当降低，在其上加设泡沫板，减少主体结构与地坪沉降差的影响。拟采用PHC300-60预应力管桩，桩顶标高3.36m，桩长19m，桩间距2.9mx2.78m，以6-3层为持力层。单桩承载力特征值Ra=245KN，估算沉降约27mm。

施工步骤为：1、分层回填压实至3.31m，压缩系数0.94，回填土地基承载力120KPa；2、主体结构预制桩施工；3、地坪预制桩施工；4、铺设0.30m碎石褥垫层；5、同水泥搅拌桩方案5、6步。

4）轻夯多遍

轻夯多遍处理方法是由建研地基通过实践总结出来的一套快速夯实工艺，其特点是施工快、造价低、工艺简单，夯实时不需排水，夯坑浅，不破坏原土结构，通过6遍左右小能量点夯（约1000KN.M，以不破坏原土为准），一遍满夯，可有效加固地表下4-6米厚的土层。考虑到本工程上部约6米填土主要是饱和的强粘性土，理论上不排水的夯击加固效果较差，为稳妥起见，对周边轻夯处理项目进行了实地考察。考察某仓储项目距离本工程较近，也是填海地基，但对其填料是否也以淤泥质粘土为主，尚不明确。项目建成约1年时间，库内尚未堆放货物，在主体基础与地坪切缝处普遍有10cm左右的沉降差，库外堆场及道路局部有裂缝，但数量较少，主要在设备管井周边，应为后期开挖回填时未压实引起。综合来看，其后期沉降较大，库内由于主体结构采用桩基础出现较大沉降差，不能满足货架排放及叉车行走的要求，库外场地沉降较为均匀，加固室外场地有较好的效果。

通过前期的分析，轻夯多遍在经济上具有明显优势，但该工法处理饱和淤泥质粘性土效果较差，且硬壳层下尚有一层11米厚的流塑状粘土，后期沉降较大，通过实地考察，认为该工法不能满足设计要求。水泥搅拌桩要取得与CFG桩、预制桩相近的加固效果，其间距小，置换率高，导致成本明显高于其它方案，且前期进行了一组试桩发现水泥土硬化、凝结效果差，不能成形，故否决了该方案。减沉复合疏桩、CFG桩加固都可以取得较好的效果，考虑工费后加固成本相当，但减沉复合疏桩施工更方便、质量可控性更好，最终与建设方商定采用减沉复合疏桩进行处理。

6 结论：

1）水泥搅拌桩处理软土地基时，单桩承载力往往由桩身强度控制，水泥土的凝结效果对方案的成败起决定性作用，而搅水泥土的形成过程复杂，目前无好的方法可以准确判断，需在前期进行试桩实验。

2）轻夯多遍用于处理厚度小于6米的松散回填土具有显著的经济优势，但对饱和淤泥质粘性土应慎重，能否取得好的效果需实地验证。

3）CFG桩相比水泥搅拌桩，桩身强度高，采用较小的置换率可达到较高的承载力，对需提高地基承载力的加固案例，较水泥搅拌桩有更为突出的经济优势。

4）通过对减沉复合疏桩的适当变通，用来进行地基加固处理，具有较好的经济性，且施工速度快，质量可控性好。

参考文献

[1]JGJ79-2012 建筑地基处理技术规范[S].

[2]JGJ94-2008 建筑桩基技术规范[S].

[3]GB50007-2011 建筑地基基础设计规范[S].

作者简介：褚新余（1979-），男，工程师，大学本科，从事工民建结构设计工作。