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【摘 要】某高层住宅，地上16层，地下1层，场地地下水位较高，基础承载力较低，高层住宅采用平板式筏基，地基处理方案可采用换层垫层法或水泥粉煤灰碎石桩法（CFG桩），方案一和方案二在技术上均可行，在工施工难易程度和经济性上方案二略微胜出，两种方案都要在基坑开挖时采取有效的降水措施和基坑支护措施。
【关键词】地基处理；换层垫层法；CFG桩法；技术；施工难易程度；比较；降水措施
文章编号：ISSN1006—656X（2013）09 -0197-02
一、工程概况
本工程由3栋地上16层高层住宅楼、1栋地上3层裙房、1栋地上4层裙房及1层地下室组成组成。地下建筑面积为8348.63平方米，地上建筑面积为56404.22 平方米。高层住宅楼地上二层为商铺，其余各层均为住宅，高度约53.6m，采用全落地的现浇钢筋混凝土剪力墙结构；地下室为地下车库和设备用房，层高5m，采用现浇钢筋混凝土框架结构，标准柱网为8.4mx8.4m，周边设现浇钢筋混凝土挡土墙。
二、场地工程地质概况
本工程所在地的抗震设防烈度8度，设计基本地震加速度0.20g，设计地震分组为第一组。根据本工程的岩土工程勘察报告，拟建场地地貌单元属太行山前冲击平原，地面相对最大高差1.94m，没有崩塌、采空区等不稳定因素。地基承载力及变形影响范围内地层特征如下：第○4层粉质粘土，硬塑，包含锈染、姜石、黑色碳膜，层厚2.8～5.1m，天然地基承载力特征值fak=190kPa，地基土压缩模量Es1-2=7.6MPa，CFG桩桩侧阻力特征值qsk=40 kPa，本层为基底持力层。 第○5层粉质粘土，硬塑，包含锈染、姜石、黑色碳膜，层厚2.6～5.1m，天然地基承载力特征值fak=270kPa，地基土压缩模量Es1-2=10.9MPa，CFG桩桩侧阻力特征值qsk=44 kPa。第○6层粉质粘土，硬塑，包含锈染、姜石、黑色碳膜，层厚2.8～5.1m，天然地基承载力特征值fak=300kPa，地基土压缩模量Es1-2=12.0MPa，本层为CFG桩桩端持力层，，CFG桩桩侧阻力特征值qsk=45 kPa，桩端阻力特征值qpk=600kPa。第○7层卵石，密实；饱和，局部夹粉质粘土薄层，卵石含量约30%-50%，泥质填充，以灰岩为主，层厚1.7～4.9m，天然地基承载力特征值fak=450kPa。场地地下水为空隙潜水，地下水抗浮水位标高-0.9m（相对于标高±0.000）。
三、方案一：换填垫层法
根据工程所在地的习惯做法，本工程高层住宅楼的地基处理方法可采用卵石换填垫层法。此时，经初步分析核算，当高层住宅楼筏板厚度取H=1m，筏板挑出地下室外墙的距离为1m时，基底平均压力为280kPa，故垫层地基承载力特值要满足fak≥280 kPa。根据《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）第4.2.4条条文说明中的表1，卵石垫层地基承载力特值fak=200～300kPa和4.2.1条分析，取卵石换填垫层的厚度h=3m，垫层换填时应分层夯实，分层铺填厚度200～300mm，压实系数λc≥0.97。
方案二：水泥粉煤灰碎石桩法（CFG桩）
本工程高层住宅若采用CFG桩的地基处理方法，根据本工程的岩土工程勘察报告所提供的CFG桩设计参数，经初步分析算，当高层住宅楼筏板厚度取H=1m，筏板挑出地下室外墙的距离为1m时，基底平均压力为280kPa；此时，取桩径为400mm，桩长为11m， 第○6层粉质粘土层为桩端持力层，桩按正方形布置，桩间距取1.8m，此时复合地基承载力特值可达到fak≥280 kPa。
四、方案比较
换填垫层法是目前国内常用的地基处理方法之一，适用于浅层软土地基及不均匀地基的处理。其主要作用是提高地基承载力，减少沉降量，加速软土层的排水固结，防止冻胀和消除膨胀土的胀缩。该方法有工期短，造价低的优点。但此种方法不适用于处理深厚软土地基，地基处理深度不超过3m。对于本工程，该方案尚有以下缺点：1、对换填垫层下的第○4层粉质粘土进行软弱下卧层验算，理论计算结构是修正后承载力特征值基本满足软弱下卧层设计要求，没有设计余量。设计结果易受各种因素影响。（如建筑方案的修改、地下水位的变化等）。如果施工完成后经检测的实际级配砂石换填层的承载力不能满足设计要求，后期处理难度大。2. 对软弱下卧层理论计算时考虑裙房压重对承载力修正的有利影响，此时裙房需采用筏板基础，与独立基础加抗水板的基础方案相比较经济性较差；且对裙房施工进度有较高要求，当主楼施工到一定楼层后，裙房必须封顶。3.结合本工程场地工程地质情况，施工时地下水考虑3～5年内最高水位-2.2m（相对于标高±0.000），换填垫层法将加大基坑降水、边坡支护和土方开挖等现场施工的难度。
水泥粉煤灰碎石桩法（CFG桩）也是目前国内常用的地基处理方法之一，适用于处理粘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。该法适用于条基、独立基础、箱型基础、筏板基础，可用来提高地基承载力和减少变形。CFG桩应选择承载力相对较高的土层作为持力层，这样不仅可提高较高的地基承载力，还可有效减少复合地基变形。基础与CFG桩顶之间设置200～300mm厚的褥垫层，保证桩、土共同承担荷载形成复合地基。对于本工程，该方案有施工工期长的缺点。根据《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）第3.0.3.3条的规定，对已选定的地基处理方法，宜在有代表性的场地上进行相应的现场试验或试验性施工，并进行必要的测试，以检验设计参数和处理效果。对本工程，就是在CFG桩施工前根据初步设计的结果进行试桩。上述规范第9.4.2条和9.4.3条又规定，CFG桩在施工结束28天后，且桩身强度满足试验荷载条件时，采用复合地基载荷试验来检测复合地基承载力。以上施工前后两项的检测任务，将增加地基处理的施工周期，根据该地区类似工程的施工经验，方案二的施工周期较方案二增加一个月左右的时间。 在技术上，两个方案都是成熟的常用的处理措施，均能满足本工程要求，各有优缺点。在施工难度上，方案二较方案一容易。在经济上、施工周期上，方案二较方案一时间长。
五、基坑降水措施
是无论哪种方案，本工程场地地下水水位较高，在基坑开挖和基础施工过程中必须采取有效的降水措施，以保证工程的顺利进行。结合本工程的基坑底标高-6m及近3～5年内最高水位-2.2m（均相对于标高±0.000）和场地地层主要为粉质粘土层和卵石层的特点，降水措施采用了轻型井点降水法。此种方法属疏干降水法，其目的除有效降低开挖深度范围内的地下水位标高之外，还必须有效降低被开挖土体的含水量，达到提高边坡稳定性、增加坑内土体的固结强、度便于机械挖土，以及提供坑内干作业施工条件等诸多目的。降水对象一般包括基坑开挖深度范围内上层滞水、潜水等。 有关降水的效果可已从两方面控制。其一，观测基坑内地下水位是否已达到设计或施工要求的埋深；其二，通过观测降水的总排水量或其他测试手段，判别被开挖土体含水量是否已下降到有效范围内。根据本场地基坑内的土的特性，其土体含水量的有效降低幅度控制在10%以上，以保证降水效果。
降水的同时，还要减少因此引起的地面沉降。因为降水必然会形成降水漏斗，从而造成周围地面的沉降。要把沉降的影响控制在周围环境可以承受的范围之内。首先，在场地进行了相应的群井抽水试验，进行降水和沉降观测，为施工提供合理的降水数据。除此之外，还做到了：1.防范抽水带走土层中的细颗粒；2.适当放缓了万降水漏斗线的坡度；3.井点应连续运转，避免间歇和反复抽水；4.基坑开挖时避免产生坑底流砂引起的坑周地面沉陷。
六、基坑支护措施
根据本工程的岩土工程勘察报告所提供的基坑边坡参数，本场地基坑直立边坡允许高度为4.7m，本工程的基坑深度约6m，基坑不能直立开挖，需进行支护。由于施工场地较开阔，本工程在降水后对基坑进行适当放坡，并结合土钉墙支护。土钉墙支护是由密布于原位土体中的细长杆件——土钉、粘附于土体表面的钢筋混凝土面层及土钉之间的被加固土体组成，是一种具有自稳能力的原位档土墙。其适用于地下水位以上或经人工降水后的人工填土、粘性土的基坑支护和边坡加固。由于土体自身具有一定的结构强度基及整体性，土坡具有保持自然稳定的能力，而抗剪强度和抗拉强度较低，通过土体内设置一定长度和密度的有较强抗剪强度和抗拉强度的土钉，使土和土钉相互作用，改变了基坑边坡的变形和破坏形态，显著提高了基坑的边坡稳定性。在完成基坑边坡的土钉施工后，对土钉墙表面用钢筋混凝土面层加固，既增强了土和土钉复合体的整体作用 ，又起到了防止雨水、地表水对基坑边坡的冲刷和渗透作用。在土钉墙施工完毕后，通过对土钉的抗拔力和喷射混凝土厚度的检测来控制土钉墙的质量。
七、结语
综上所述，结合本宫程的实际情况，方案一和方案二在技术上都是可行 ，在施工难度和经济性上方案二略微胜出，但无论采取哪个方案，在基坑开挖时采取有效的降水措施和基坑支护措施。
参考文献：
[1]住房和城乡建设部工程质量安全监管司 中国建筑标准设计研究院。《全国民用建筑工程设计技术措施结构（地基与基础）》。北京，中国计划出版社。2010
[3]刘国彬 王卫东 。《基坑工程手册》。北京，中国建筑工业出版社。2009
【关键词】地基处理；换层垫层法；CFG桩法；技术；施工难易程度；比较；降水措施
文章编号：ISSN1006—656X（2013）09 -0197-02
一、工程概况
本工程由3栋地上16层高层住宅楼、1栋地上3层裙房、1栋地上4层裙房及1层地下室组成组成。地下建筑面积为8348.63平方米，地上建筑面积为56404.22 平方米。高层住宅楼地上二层为商铺，其余各层均为住宅，高度约53.6m，采用全落地的现浇钢筋混凝土剪力墙结构；地下室为地下车库和设备用房，层高5m，采用现浇钢筋混凝土框架结构，标准柱网为8.4mx8.4m，周边设现浇钢筋混凝土挡土墙。
二、场地工程地质概况
本工程所在地的抗震设防烈度8度，设计基本地震加速度0.20g，设计地震分组为第一组。根据本工程的岩土工程勘察报告，拟建场地地貌单元属太行山前冲击平原，地面相对最大高差1.94m，没有崩塌、采空区等不稳定因素。地基承载力及变形影响范围内地层特征如下：第○4层粉质粘土，硬塑，包含锈染、姜石、黑色碳膜，层厚2.8～5.1m，天然地基承载力特征值fak=190kPa，地基土压缩模量Es1-2=7.6MPa，CFG桩桩侧阻力特征值qsk=40 kPa，本层为基底持力层。 第○5层粉质粘土，硬塑，包含锈染、姜石、黑色碳膜，层厚2.6～5.1m，天然地基承载力特征值fak=270kPa，地基土压缩模量Es1-2=10.9MPa，CFG桩桩侧阻力特征值qsk=44 kPa。第○6层粉质粘土，硬塑，包含锈染、姜石、黑色碳膜，层厚2.8～5.1m，天然地基承载力特征值fak=300kPa，地基土压缩模量Es1-2=12.0MPa，本层为CFG桩桩端持力层，，CFG桩桩侧阻力特征值qsk=45 kPa，桩端阻力特征值qpk=600kPa。第○7层卵石，密实；饱和，局部夹粉质粘土薄层，卵石含量约30%-50%，泥质填充，以灰岩为主，层厚1.7～4.9m，天然地基承载力特征值fak=450kPa。场地地下水为空隙潜水，地下水抗浮水位标高-0.9m（相对于标高±0.000）。
三、方案一：换填垫层法
根据工程所在地的习惯做法，本工程高层住宅楼的地基处理方法可采用卵石换填垫层法。此时，经初步分析核算，当高层住宅楼筏板厚度取H=1m，筏板挑出地下室外墙的距离为1m时，基底平均压力为280kPa，故垫层地基承载力特值要满足fak≥280 kPa。根据《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）第4.2.4条条文说明中的表1，卵石垫层地基承载力特值fak=200～300kPa和4.2.1条分析，取卵石换填垫层的厚度h=3m，垫层换填时应分层夯实，分层铺填厚度200～300mm，压实系数λc≥0.97。
方案二：水泥粉煤灰碎石桩法（CFG桩）
本工程高层住宅若采用CFG桩的地基处理方法，根据本工程的岩土工程勘察报告所提供的CFG桩设计参数，经初步分析算，当高层住宅楼筏板厚度取H=1m，筏板挑出地下室外墙的距离为1m时，基底平均压力为280kPa；此时，取桩径为400mm，桩长为11m， 第○6层粉质粘土层为桩端持力层，桩按正方形布置，桩间距取1.8m，此时复合地基承载力特值可达到fak≥280 kPa。
四、方案比较
换填垫层法是目前国内常用的地基处理方法之一，适用于浅层软土地基及不均匀地基的处理。其主要作用是提高地基承载力，减少沉降量，加速软土层的排水固结，防止冻胀和消除膨胀土的胀缩。该方法有工期短，造价低的优点。但此种方法不适用于处理深厚软土地基，地基处理深度不超过3m。对于本工程，该方案尚有以下缺点：1、对换填垫层下的第○4层粉质粘土进行软弱下卧层验算，理论计算结构是修正后承载力特征值基本满足软弱下卧层设计要求，没有设计余量。设计结果易受各种因素影响。（如建筑方案的修改、地下水位的变化等）。如果施工完成后经检测的实际级配砂石换填层的承载力不能满足设计要求，后期处理难度大。2. 对软弱下卧层理论计算时考虑裙房压重对承载力修正的有利影响，此时裙房需采用筏板基础，与独立基础加抗水板的基础方案相比较经济性较差；且对裙房施工进度有较高要求，当主楼施工到一定楼层后，裙房必须封顶。3.结合本工程场地工程地质情况，施工时地下水考虑3～5年内最高水位-2.2m（相对于标高±0.000），换填垫层法将加大基坑降水、边坡支护和土方开挖等现场施工的难度。
水泥粉煤灰碎石桩法（CFG桩）也是目前国内常用的地基处理方法之一，适用于处理粘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。该法适用于条基、独立基础、箱型基础、筏板基础，可用来提高地基承载力和减少变形。CFG桩应选择承载力相对较高的土层作为持力层，这样不仅可提高较高的地基承载力，还可有效减少复合地基变形。基础与CFG桩顶之间设置200～300mm厚的褥垫层，保证桩、土共同承担荷载形成复合地基。对于本工程，该方案有施工工期长的缺点。根据《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）第3.0.3.3条的规定，对已选定的地基处理方法，宜在有代表性的场地上进行相应的现场试验或试验性施工，并进行必要的测试，以检验设计参数和处理效果。对本工程，就是在CFG桩施工前根据初步设计的结果进行试桩。上述规范第9.4.2条和9.4.3条又规定，CFG桩在施工结束28天后，且桩身强度满足试验荷载条件时，采用复合地基载荷试验来检测复合地基承载力。以上施工前后两项的检测任务，将增加地基处理的施工周期，根据该地区类似工程的施工经验，方案二的施工周期较方案二增加一个月左右的时间。 在技术上，两个方案都是成熟的常用的处理措施，均能满足本工程要求，各有优缺点。在施工难度上，方案二较方案一容易。在经济上、施工周期上，方案二较方案一时间长。
五、基坑降水措施
是无论哪种方案，本工程场地地下水水位较高，在基坑开挖和基础施工过程中必须采取有效的降水措施，以保证工程的顺利进行。结合本工程的基坑底标高-6m及近3～5年内最高水位-2.2m（均相对于标高±0.000）和场地地层主要为粉质粘土层和卵石层的特点，降水措施采用了轻型井点降水法。此种方法属疏干降水法，其目的除有效降低开挖深度范围内的地下水位标高之外，还必须有效降低被开挖土体的含水量，达到提高边坡稳定性、增加坑内土体的固结强、度便于机械挖土，以及提供坑内干作业施工条件等诸多目的。降水对象一般包括基坑开挖深度范围内上层滞水、潜水等。 有关降水的效果可已从两方面控制。其一，观测基坑内地下水位是否已达到设计或施工要求的埋深；其二，通过观测降水的总排水量或其他测试手段，判别被开挖土体含水量是否已下降到有效范围内。根据本场地基坑内的土的特性，其土体含水量的有效降低幅度控制在10%以上，以保证降水效果。
降水的同时，还要减少因此引起的地面沉降。因为降水必然会形成降水漏斗，从而造成周围地面的沉降。要把沉降的影响控制在周围环境可以承受的范围之内。首先，在场地进行了相应的群井抽水试验，进行降水和沉降观测，为施工提供合理的降水数据。除此之外，还做到了：1.防范抽水带走土层中的细颗粒；2.适当放缓了万降水漏斗线的坡度；3.井点应连续运转，避免间歇和反复抽水；4.基坑开挖时避免产生坑底流砂引起的坑周地面沉陷。
六、基坑支护措施
根据本工程的岩土工程勘察报告所提供的基坑边坡参数，本场地基坑直立边坡允许高度为4.7m，本工程的基坑深度约6m，基坑不能直立开挖，需进行支护。由于施工场地较开阔，本工程在降水后对基坑进行适当放坡，并结合土钉墙支护。土钉墙支护是由密布于原位土体中的细长杆件——土钉、粘附于土体表面的钢筋混凝土面层及土钉之间的被加固土体组成，是一种具有自稳能力的原位档土墙。其适用于地下水位以上或经人工降水后的人工填土、粘性土的基坑支护和边坡加固。由于土体自身具有一定的结构强度基及整体性，土坡具有保持自然稳定的能力，而抗剪强度和抗拉强度较低，通过土体内设置一定长度和密度的有较强抗剪强度和抗拉强度的土钉，使土和土钉相互作用，改变了基坑边坡的变形和破坏形态，显著提高了基坑的边坡稳定性。在完成基坑边坡的土钉施工后，对土钉墙表面用钢筋混凝土面层加固，既增强了土和土钉复合体的整体作用 ，又起到了防止雨水、地表水对基坑边坡的冲刷和渗透作用。在土钉墙施工完毕后，通过对土钉的抗拔力和喷射混凝土厚度的检测来控制土钉墙的质量。
七、结语
综上所述，结合本宫程的实际情况，方案一和方案二在技术上都是可行 ，在施工难度和经济性上方案二略微胜出，但无论采取哪个方案，在基坑开挖时采取有效的降水措施和基坑支护措施。
参考文献：
[1]住房和城乡建设部工程质量安全监管司 中国建筑标准设计研究院。《全国民用建筑工程设计技术措施结构（地基与基础）》。北京，中国计划出版社。2010
[3]刘国彬 王卫东 。《基坑工程手册》。北京，中国建筑工业出版社。2009