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1工程地质概况
該工程包括主厂房、汽机间、主控及附建楼、油泵房及油罐、再生水处理车间、综合泵房及水池、渗沥液处理车间及废水处理车间、循环水泵房及冷却塔、飞灰固化厂房、综合楼等建(构)筑物。主厂房、再生水处理综合泵房及水池、渗沥液处理车间及废水处理车间的地下室和地下构筑物埋深为-4.8～-7.2m。根据勘察结果,拟建场地各土层的物理力学参数指标见表1。勘察期间,在所有钻孔中都遇到了地下水,实测稳定水位标高介于0.40～9.20m之间,层③细砂及层⑤,⑦中砂处于水下饱和状态。
土的物理力学指标表1
2技术方案的确定
由于该工程基础位于回填土上，回填土承载力不满足结构设计要求，且不能直接作为持力层，故必须进行地基处理。要求处理后桩间土地基承载力特征值不小于120kPa，压缩模量不小于8MPa，处理深度不小于回填土厚度；主厂房部分、垃圾厂储存池侧壁下的条基，汽机厂房、主控厂房、烟筒、飞灰固化车间的载体桩复合地基,，处理后地基承载力特征值不小于350kPa；冷却塔的载体桩复合地基，处理后地基承载力特征值不小于300kPa；办公楼、宿舍楼的载体桩复合地基，处理后承载力特征值不小于250kPa。
对于回填土的处理最常用的方法有：1)直接采用挤密灰土桩，由于回填土深度较大，且结构对地基承载力要求较高，常规灰土挤密桩在北方地区一般只能提供250kPa左右的承载力，而本工程要求处理后的承载力最大为350kPa，故必须采用深层强夯施工的大直径灰土挤密桩；2)采用强夯处理方法消除地基土的不均匀性和后期的可能沉降，同时提高地基土承载力，承载力不够的部分由CFG桩复合地基来承担；3)采用强夯、渣土桩和载体桩复合地基相结合的技术，在不同的位置根据处理深度，采用强夯、渣土桩处理回填土，采用载体桩复合地基提高地基承载力，与CFG桩相比，载体桩桩长明显缩短，在满足沉降要求的情况下，造价降低。
经过论证比较，初步确定采用强夯、渣土桩和载体桩复合地基相结合的技术。经对各柱承载力验算和变形计算发现，所有复合地基承载力都能满足设计要求。但由于部分柱基荷载较大，若采用载体桩复合地基，变形不满足设计要求，确定该部分基础采用CFG桩复合地基。因此本工程的地基处理方案为：当填土深度在5m以内时采用强夯进行处理，填土深度超过5m时采用挤密渣土桩进行处理，消除地基土的湿陷性和后期沉降；采用CFG桩复合地基处理荷载和尺寸较大的柱基地基，其余地基处理采用载体桩复合地基。
3复合地基的设计
3.1 桩间土的处理
3.1.1 强夯的设计
根据《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）要求,对于处理深度在5m以内的，采用单击夯击能2000kN•m,夯击点按正方形布置，考虑到夯锤尺寸大小，夯点间距采用6m，最后以单击夯击能1000kN•m满夯一遍。在大范围施工前进行小范围的强夯试验和载荷试验，经检测合格后再正式施工。
3.1.2 渣土桩的设计
设计渣土桩桩径0.6m,间距1.8m×1.8m,正方形布置,共计3081根，根据填土深度最深约10m，初步确定渣土桩的施工成孔深度为6～8m,经过夯实后在10m范围内的填土得到有效处理。
根据《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2002)，取m=Ap/S2=01087，桩体强度fpk为600kPa,则渣土桩的承载力采用下式计算:fspk=mfpk+(1-m)fsk=0.087×600+(1–0.087)×75=121kPa＞120kPa,满足设计要求。
3.2 载体桩复合地基的设计
3.2.1 计算参数
根据岩土工程勘察报告,以某一代表性空孔进行计算。载体桩以层③细砂为持力层,天然地基土承载力fak=160kPa。工程±0.00相当于绝对标高12.0m，混凝土桩身长约8.0m,载体桩处理的有效桩长约10.0m。计算深度d =10.0+2.0(桩顶至室外地坪标高)=12.0m。桩径430mm，桩身混凝土强度等级C25。土的有效重度:γ0=10.0kNPm3。根据《建筑地基基础设计规范》(GB50007—2002),深度修正系数ηd=116。
3.2.2 承载力估算
根据《载体桩设计规程》(JGJ135—2007),单桩承载力特征值按下式计算:
Ra=faAe
其中:fa=fk+ηd(d-0.5)γ0 将各参数代入得fa=160.0+1.6×(12.0-0.5)×10.0=344.0kPa。
查规范取三击贯入度10cm,得:Ae=2.7m2,则Ra =344.0×2.7=928.8kN。
3.2.3 复合地基承载力计算
设计桩径为430mm,桩间距为1.8m×1.8m,桩间土承载力取120kPa,根据复合地基承载力计算公式:
满足设计要求。
3.2.4 桩身强度验算
按材料强度计算单桩承载力(采用C25混凝土):
fcu=3RaP/Ap
式中:fcu为桩体28d立方体试块强度，取25MPa；Ap为桩的断面面积，则Ra=25000×0.145P3=1208.3kN。
3.2.5 变形计算
根据《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002),基础最终沉降用下式计算:
根据规范,压缩模量的当量值. ==12.243MPa,查规范,沉降计算经验系数ψs=0.505,则总沉降量s=53.10mm。
3.3 部分CFG桩复合地基的设计
以粉土为持力层,确定桩长为19m,单桩承载力为
设计取670kN。
CFG桩设计桩径为400mm,桩间距为1.65m×1.65m,置换率m=3.14×0.22/1.65×1.65=0.046。则
满足设计要求。
采用和载体桩复合地基相同的方法进行桩身强度验算和沉降计算,均满足设计要求。
4试验检测
4．1 施工前的试桩
为了给设计提供依据,确保施工的可靠性,在正式施工前,进行几组复合地基的试验施工和检测。为了对比渣土桩+载体桩复合地基和强夯+载体桩复合地基的施工效果,进行了两种施工方法的对比,依照设计参数进行施工,检测结果见表2。由表2可见,采用两种施工方法处理都能满足承载力和变形的设计要求,且在设计荷载下变形相近,表明处理效果良好。
复合地基静载荷试验结果 表2
4.2工程桩检测
施工完成后,对工程按规范及设计要求进行了复合地基静载荷试验及单桩低应变检测,共进行了36组载体桩复合地基、12组渣土桩复合地基、6组强夯复合地基检测,检测结果表明全部达到设计要求,低应变检测的314根桩全部合格。复合地基平均变形模量达到65MPa。
5结语
结合工程地质情况,针对不同的地层和结构采用了不同的地基处理方法,满足了上部结构承载力的要求,同时解决了建筑的差异沉降。采用载体桩复合地基方案节约近300万元(近48%投资)。该种地基处理方案拓展了载体桩复合地基的应用范围,表明载体桩作为复合地基增强体可以和多种桩间土加固方法结合使用,这样既能充分发挥载体桩承载力高、变形小的特点,同时又能处理桩间土,避免桩间土的欠固结对地基沉降的不良影响。
注：文章中所涉及的公式和图表请用PDF格式打开
該工程包括主厂房、汽机间、主控及附建楼、油泵房及油罐、再生水处理车间、综合泵房及水池、渗沥液处理车间及废水处理车间、循环水泵房及冷却塔、飞灰固化厂房、综合楼等建(构)筑物。主厂房、再生水处理综合泵房及水池、渗沥液处理车间及废水处理车间的地下室和地下构筑物埋深为-4.8～-7.2m。根据勘察结果,拟建场地各土层的物理力学参数指标见表1。勘察期间,在所有钻孔中都遇到了地下水,实测稳定水位标高介于0.40～9.20m之间,层③细砂及层⑤,⑦中砂处于水下饱和状态。
土的物理力学指标表1
2技术方案的确定
由于该工程基础位于回填土上，回填土承载力不满足结构设计要求，且不能直接作为持力层，故必须进行地基处理。要求处理后桩间土地基承载力特征值不小于120kPa，压缩模量不小于8MPa，处理深度不小于回填土厚度；主厂房部分、垃圾厂储存池侧壁下的条基，汽机厂房、主控厂房、烟筒、飞灰固化车间的载体桩复合地基,，处理后地基承载力特征值不小于350kPa；冷却塔的载体桩复合地基，处理后地基承载力特征值不小于300kPa；办公楼、宿舍楼的载体桩复合地基，处理后承载力特征值不小于250kPa。
对于回填土的处理最常用的方法有：1)直接采用挤密灰土桩，由于回填土深度较大，且结构对地基承载力要求较高，常规灰土挤密桩在北方地区一般只能提供250kPa左右的承载力，而本工程要求处理后的承载力最大为350kPa，故必须采用深层强夯施工的大直径灰土挤密桩；2)采用强夯处理方法消除地基土的不均匀性和后期的可能沉降，同时提高地基土承载力，承载力不够的部分由CFG桩复合地基来承担；3)采用强夯、渣土桩和载体桩复合地基相结合的技术，在不同的位置根据处理深度，采用强夯、渣土桩处理回填土，采用载体桩复合地基提高地基承载力，与CFG桩相比，载体桩桩长明显缩短，在满足沉降要求的情况下，造价降低。
经过论证比较，初步确定采用强夯、渣土桩和载体桩复合地基相结合的技术。经对各柱承载力验算和变形计算发现，所有复合地基承载力都能满足设计要求。但由于部分柱基荷载较大，若采用载体桩复合地基，变形不满足设计要求，确定该部分基础采用CFG桩复合地基。因此本工程的地基处理方案为：当填土深度在5m以内时采用强夯进行处理，填土深度超过5m时采用挤密渣土桩进行处理，消除地基土的湿陷性和后期沉降；采用CFG桩复合地基处理荷载和尺寸较大的柱基地基，其余地基处理采用载体桩复合地基。
3复合地基的设计
3.1 桩间土的处理
3.1.1 强夯的设计
根据《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）要求,对于处理深度在5m以内的，采用单击夯击能2000kN•m,夯击点按正方形布置，考虑到夯锤尺寸大小，夯点间距采用6m，最后以单击夯击能1000kN•m满夯一遍。在大范围施工前进行小范围的强夯试验和载荷试验，经检测合格后再正式施工。
3.1.2 渣土桩的设计
设计渣土桩桩径0.6m,间距1.8m×1.8m,正方形布置,共计3081根，根据填土深度最深约10m，初步确定渣土桩的施工成孔深度为6～8m,经过夯实后在10m范围内的填土得到有效处理。
根据《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2002)，取m=Ap/S2=01087，桩体强度fpk为600kPa,则渣土桩的承载力采用下式计算:fspk=mfpk+(1-m)fsk=0.087×600+(1–0.087)×75=121kPa＞120kPa,满足设计要求。
3.2 载体桩复合地基的设计
3.2.1 计算参数
根据岩土工程勘察报告,以某一代表性空孔进行计算。载体桩以层③细砂为持力层,天然地基土承载力fak=160kPa。工程±0.00相当于绝对标高12.0m，混凝土桩身长约8.0m,载体桩处理的有效桩长约10.0m。计算深度d =10.0+2.0(桩顶至室外地坪标高)=12.0m。桩径430mm，桩身混凝土强度等级C25。土的有效重度:γ0=10.0kNPm3。根据《建筑地基基础设计规范》(GB50007—2002),深度修正系数ηd=116。
3.2.2 承载力估算
根据《载体桩设计规程》(JGJ135—2007),单桩承载力特征值按下式计算:
Ra=faAe
其中:fa=fk+ηd(d-0.5)γ0 将各参数代入得fa=160.0+1.6×(12.0-0.5)×10.0=344.0kPa。
查规范取三击贯入度10cm,得:Ae=2.7m2,则Ra =344.0×2.7=928.8kN。
3.2.3 复合地基承载力计算
设计桩径为430mm,桩间距为1.8m×1.8m,桩间土承载力取120kPa,根据复合地基承载力计算公式:
满足设计要求。
3.2.4 桩身强度验算
按材料强度计算单桩承载力(采用C25混凝土):
fcu=3RaP/Ap
式中:fcu为桩体28d立方体试块强度，取25MPa；Ap为桩的断面面积，则Ra=25000×0.145P3=1208.3kN。
3.2.5 变形计算
根据《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002),基础最终沉降用下式计算:
根据规范,压缩模量的当量值. ==12.243MPa,查规范,沉降计算经验系数ψs=0.505,则总沉降量s=53.10mm。
3.3 部分CFG桩复合地基的设计
以粉土为持力层,确定桩长为19m,单桩承载力为
设计取670kN。
CFG桩设计桩径为400mm,桩间距为1.65m×1.65m,置换率m=3.14×0.22/1.65×1.65=0.046。则
满足设计要求。
采用和载体桩复合地基相同的方法进行桩身强度验算和沉降计算,均满足设计要求。
4试验检测
4．1 施工前的试桩
为了给设计提供依据,确保施工的可靠性,在正式施工前,进行几组复合地基的试验施工和检测。为了对比渣土桩+载体桩复合地基和强夯+载体桩复合地基的施工效果,进行了两种施工方法的对比,依照设计参数进行施工,检测结果见表2。由表2可见,采用两种施工方法处理都能满足承载力和变形的设计要求,且在设计荷载下变形相近,表明处理效果良好。
复合地基静载荷试验结果 表2
4.2工程桩检测
施工完成后,对工程按规范及设计要求进行了复合地基静载荷试验及单桩低应变检测,共进行了36组载体桩复合地基、12组渣土桩复合地基、6组强夯复合地基检测,检测结果表明全部达到设计要求,低应变检测的314根桩全部合格。复合地基平均变形模量达到65MPa。
5结语
结合工程地质情况,针对不同的地层和结构采用了不同的地基处理方法,满足了上部结构承载力的要求,同时解决了建筑的差异沉降。采用载体桩复合地基方案节约近300万元(近48%投资)。该种地基处理方案拓展了载体桩复合地基的应用范围,表明载体桩作为复合地基增强体可以和多种桩间土加固方法结合使用,这样既能充分发挥载体桩承载力高、变形小的特点,同时又能处理桩间土,避免桩间土的欠固结对地基沉降的不良影响。
注：文章中所涉及的公式和图表请用PDF格式打开