北京市区杂填土地基处理技术综述

1、北京市区杂填土地基处理技术综述第21卷2007正第2期4月岩土工程技术GeotechnicalEngineeringTechniqueApr,2007文章编号:10072993(2007)02-0094-07北京市区杂填土地基处理技术综述周军红曹亮马宏剑(中航勘察设计研究院岩土工程所,北京100098)【摘要】北京市区存在许多杂填土回填地基,主要是人为挖沙等原因形成.该部分地基回填成分复杂,既有建筑垃圾,工业垃圾和生活垃圾,又有几者的混合,而且此种地基成层薄厚不一,具有湿陷性和负摩阻力,均匀性差,承载力低,压缩性高,不确定性成分大且无规律性,所以此种地基必须根据实际情况综合确定经济,适合和可靠

2、的优化处理方案,进行地基处理后才能作为建(构)筑物地基.结合西南四环珠江绿苑工程,论述北京市区杂填土地基处理组合型(综合)技术,并通过试验结果和沉降观测资料分析多种地基处理技术相互结合在高层建筑中应用的效果,并得出结论.【关键词】城市杂填土;负摩阻力;组合型地基处理;组合型复合地基;高层建筑【中图分类号】TU472SlOllofI1WlxedFillFomdationlkealn-ntinijingZhouJunhongCaoLiangMaHongjian(AvicInstituteofGeotechnicalEngineering,Beijing100098)methodsmustbeado

3、ptedinthiskindoffoundationforitsdifferenceofthickness,negativefriction,remarkabledifferenceofuniformibuildingsonlyaftergroundtreatment.TangBeijingPearlRiverLuxuryApartmentasanexample,thecomponenttypefoundationhigh-risebuilding.Theelementaryconclusioniseduced.,【KeyWords】urbanmixedfill;negativefrictio

4、n;componenttypefoundationtreatment;componenttypecomlitefoundation;high?risebuilding0引言杂填土或者说是城市回填土,垃圾回填土,是由于人类的生产和生活活动而形成的地面填土层,其填筑物随着地区的生产和生活水平不同而异,可分为生活垃圾,建筑垃圾,工业垃圾所形成的城市杂填关,回填的方法通常是任意堆放-1j.杂填土的特点是:填料物质成分不一,颗粒粗细大小悬殊,颗粒间孑L隙大小不一,孑L隙比大,压缩性高;回填前地貌高低起伏变化较大,形成填土层薄厚不一,均匀性差,承载力低;回填时间常常先后长短不一,固结程度差异性很大,具有湿

5、陷性和负摩阻力;不确定性成分大且无规律性,勘察通常无法提出准确地基承载力值.北京存在许多杂填土地区,其中多是由于人为取土或者挖砂采石而后随意回填生活,建筑和工业一般特点,更具有独特特点:土层的厚度变化很大,分布范围广,深度一般可达630m,面积可达数万至数百万平方米;填筑过程中,在重力分筛的作用下颗粒组成一般形成下大上小的分布规律;力学性质差异性很大;挤密性较好;湿陷性较强,总湿陷量差异很大,地基变形极不均匀-2J.目前北京市区城市杂填土地基处理方法可分为:垫层处理;挤密处理;夯(冲)扩处理;CFG桩处理;作者简介:周军红,1980年生,男,汉族,山西运城人,大学毕业,学士学位,助理工程师,主

6、要从事岩土勘察,基坑降水支护和地mail:ecnboyhotmail.eom.周军红等:北京市区杂填土地基处理技术综述95方法,详细分类见表1.杂填土地基处理分类地基处理桩基础委表1北京市区杂填土常见地基处理方法分类表r砂(石)垫层垫层处理呈,二灰垫层L干渣垫层,.重锤夯实法lr浅层处理厂机械lL振动压实法lI平板挤密处理厂振冲法IIlI强夯法深层处理强夯置换法I厂碎石,砂石桩挤密法挤密法.土,灰土,二灰桩挤密法L石灰桩挤密法r,孔内深层强夯法(DDcr碎(卵)石lr柔性材料桩天然(人工)级配砂石夯(冲)扩处理柱锤夯实法lL渣土ll厂白灰土,白灰砖,白灰砖渣土,白灰水泥土,水泥土,L桩法警ll

7、厂混凝土刚性材料桩干硬性混凝土,振动沉管灌注cFG桩LcFG混合料等?l长螺旋跟管钻孔灌注CFG桩lr碎(卵)石夯(扩)底桩CFG桩处理钻孔夯(扩)底灌注CFG.1钻孔灌注cFG桩L水泥和天然人工级配砂石桩l长螺旋钻孔中心压灌CFG桩筋混凝土预制桩筋混凝土灌注桩筋混凝土夯扩桩桩基础和短桩处理1组合型地基处理现状北京市区杂填土的地基处理一般都采取表1中多种(两种及以上)处理方法进行组合型地基处理.所谓组合型地基处理就是指把两种或者两种以上的地基处理方法进行经济合理组合之后综合应用,充分发挥多种地基处理方法优点的一种综合型地基处筑和小高层建筑逐渐扩大到高层建筑和超高层建筑.北京坑填地基处理中出现了

8、许多的应用组合型地基处理方法的工程实例,具体包括如下内容:在以建筑垃圾(混凝土块和砖砌块等)为主的填土地基处理中,出现了冲击成孑L加螺旋钻孑L,管内泵压混凝土后振插钢筋笼的施工工艺,即先用直径相当的柱锤(3.5t)在回填土厚度范围冲击成孑L,然后再用螺旋钻孑L成桩【3;北京五环路阜石立交桥工程坑填地基处理方法采用强夯法和等能量等变形夯扩挤密渣土(碎石)桩工法;北京某开发小区内一深30多米,面积约11万m2的大坑,其地基处理成功采用了回填杂填土而后分区分层进行普通能级强夯的地基处理方法;位于北京西郊砂石坑内的五环主路及部分立交匝道,设计施工中成功采用了强夯,夯扩桩(渣土等建筑材料)和挤密桩(砂石

9、和碎卵石等)方案对回填厚度2030m杂填土地基进行了加固处理【5j.我院在北京石景山沃尔玛超市坑填地基处理工程中成功采用了重锤(直径1.2m,重200kN的铸钢锤)冲扩挤密灰渣土岩土工程技术2007年第2期桩复合地基技术进行大面积深厚(厚20m)杂填土工程中成功采用强夯和重锤(重40kN,直径377ram)夯扩挤密桩(素混凝土桩和灰渣土桩)复合地基及局部开挖换回填碾压技术进行深厚杂填土组合型地基处理.组合型复合地基是近年来北京市区填土地基处理当中逐渐出现的组合型地基处理的一种新类型.所谓组合型复合地基就是把两种或两种以上的桩进两类,一类是一种桩不承担或承担较少荷载,而以另一种桩和土为主承担荷载

10、,另一类是两种桩和土共同承担荷载_7J.组合型复合地基由不同材料,直径或长度的桩体,桩间土和褥垫层三部分组成,其属于桩体复合地基工程实例主要包括:对于松散填土可利用碎石桩等振动挤密效应初步加固桩间土,再利用高粘结强度桩联合形成复合地基;目前在北京的高层,超高层建筑中,出现联合采用CFG桩和钻孑L夯扩挤密桩复合地基方案;北京市区杂填土处理当中也出现了CFG桩联合碎石桩复合地基工程案例.北京市区杂填土地基处理技术近年来出现很多成功应用的工程实例,但是组合型地基处理原理的研究明显滞后于工程实践.2组合型地基处理原理组合型地基处理原理目前主要集中在组合型复合地基的研究,而且出现一些大家较公认的理论成果

11、,例如组合型复合地基承载力和变形的计算.复合地基根据竖向增强体的刚体性质可分为三类:散体材料桩复合地基;柔性桩复合地基;刚性桩复合地基.鉴于复合地基的分类方法,可将组合型复合地基分为六种:柔性桩一柔性桩组合型复合地基,柔性桩一散体桩组合型复合地基,柔性桩一刚性桩组合型复合地基,散体桩一散体桩组合型复合地基,散体桩一刚性桩组合型复合地基,刚性桩一刚性径相等与否可将其分为:等直径等桩长组合型复合地基;等直径不等桩长组合型复合地基(长短桩组合型复合地基);不等直径等桩长组合型复合地基;不地基又可具体的分为:间隔分布长短桩多元复合地基;非间隔分布长短桩多元复合地基.组合型复合地基作为一种空间变刚度地基

12、处理方法,其设计理论所依据的原理主要为:多元桩与桩间土共同承载的原理;长短桩,排水与不排水桩优势互补的原理;基底下的坚向应力和变形以及地基土质成层的原理【10J.组合型复合地基承载力和变形的计算,目前已经基本上形成初步的理论,组合型复合地基承载力计算公式(以主辅桩为例,其它可类推)为fsp2k=m2+a2P2(1一m2)fskp2.pk=plk=,l+口l卢l(1一m1)p2k=pll+口l卢l(1一1)2+plp2.l2PlP2(1一1)(1一m2)k(1)另外一种较公认的组合型复合地基承载力计算公式(以主辅桩为例,其它可类推)为:k:l+里+口2P2(1一ml2if2一2),spk:l十十

13、口一一,skplpz(2)式中:l【为组合型复合地基承载力特征值,为天然地基土承载力特征值,1和2分别为主桩和辅桩的置换率,Ra1和Ra2分别为主桩和辅桩承载力特征值,al和a2分别为主桩和辅桩桩间土承载力修正系数,和分别为主桩和辅桩桩间土承载力发挥度.组合型复合地基沉降变形计算公式为:s耋一一ffi-1)+式中:S为组合型复合地基最终沉降量,为沉降计算经验系数(根据地区沉降观测资料及经验【11-12确定),1和2分别为加固区范围内土层数和沉降计算深度范围内土层数,P0和E分别为对应于荷载效应准永久组合时基底的附加应力和基底下第层土的压缩模量,a和ai_】分别为基底计算点至第层,一1层土底面范

14、围内平均附加应力系数,和一1分别为第层,一1层土厚度,为组合型数n2P0(一-)(3)复合地基加固范围内土的压缩模量提高系3组合型地基处理工程实例拟建珠江绿苑住宅小区位于北京市丰台区田各庄,地基处理工程包括2#,3#,5#,7#,8#,9#,l0#,l3#楼及4#地下车库,各楼座有关结构设计参数见表2.周军红等:北京市区杂填土地基处理技术综述97本工程3#,5#,8#,9#塔楼和2#,10#板楼以及4#地下车库,7#,13#配套商业设施位于原有的采砂石坑范围内,现已经用建筑垃圾等杂填土回填之间,基础持力层主要为素填土层以及杂填土层,厚度巨大,成分复杂且不均匀,欠固结,承载力特征值仅为100kP

15、a,其中2#楼,7#楼,10#楼,4#地下车库楼座的东侧小部分基础持力层为天然砂卵石层,大部分位于填坑内.根据地质勘察报告,结构设计要求,上述9栋楼的地基强度及变形不能满足结构设计要求,需进行地基加固处理.根据地质勘察报告提供的地层资料及结构设计要求的强度及变形要求,本工程地基处理主要是加固处理人工填土,每栋楼基底下的填土厚度见表3.表3珠江绿苑地基处理工程各楼座杂填土厚度统计表根据地质勘察报告的建议,结构设计要求,以及我院近年来的设计施工经验和我院对一期工程地基处理的成功经验,针对珠江绿苑工程需处理的建筑物的具体特点分别提出不同的综合处理方案,进行组合型地基处理设计.经综合计算分析比较,设计

16、采用的设计方案见表4.表4珠江绿苑地基处理工程各楼座组合型地基处理设计方案楼座组合型地基处理方案2#,3#,10#2#,3局部范围变更5#,8#,9#5局部范围变更13#13局部范围变更7#4地库满夯+长螺旋钻孔夯扩挤密水泥砂石(天然级配)桩复合地基+天然砂卵石地基方案满夯+柱锤冲扩挤密水泥砂石(天然级配)桩复合地基方案满夯+长螺旋钻孔夯扩挤密灰渣土桩+长螺旋钻孔夯(扩)底灌注素混凝土桩复合地基方案满夯+长螺旋钻孔夯扩挤密灰渣土桩+长螺旋钻孔夯(扩)底灌注素混凝土桩+长螺旋钻孔中心压灌CFG桩复合地基方案强夯十分层换回填碾压天然级配砂石处理方案强夯+长螺旋钻孔夯扩挤密灰渣土桩十分层回填碾压天然

17、级配砂石处理方案强夯+强夯置换砂石(天然级配)墩加固处理方案强夯+长螺旋钻孔夯扩挤密灰渣土桩(局部)+天然砂卵石地基加固处理方案组合型地基处理不仅可以充分发挥各种地基处理的优点取长补短,而且可以利用现场开挖的良好天然级配砂石和杂填土,施工用水,用电少,造价低廉,技术经济性很好,本工程各个楼座的设计施工参数见表5表8.表5强夯设计施工参数表楼座单点夯击能/(kN?m)单点夯击次数夯点布置夯击遍数处理范围时间间隔4#7#13#其它250025002500150078787823三角形三角形三角形满夯两边重夯,一边满夯两边重夯,一边满夯两边重夯,一边满夯一边满夯最外边基础向外3,5m连续连续连续连续

18、98岩土工程技术2007年第2期根据本工程的地基处理设计文件,本工程有代表性楼座的桩位布置见图1,图2,图3和图4:注:图中标注尺寸单位为衄为长螺旋钻孔夯扩挤密灰渣土桩o为长螺旋钻孔夯(扩)底灌注素混凝土桩图1珠江5#,8#和9#楼布桩局部平面图为长螺旋钻孔夯扩挤密灰渣土桩0为原夯底灌注素混凝土桩变更为长螺旋钻孔中心压灌CFG桩为增加长螺旋钻孔中心压灌cFG桩寸单位为衄注:图中标注尺寸单位为衄0柱锤冲扩挤密水泥砂石(天然级配)桩o钻孔夯扩挤密水泥砂石(天然级配)桩图3珠江2#,3#和1O#楼布桩及变更局部平面图-_一量no小:一量n注:图中标注尺寸单位为衄0第一遍强夯点(第二遍强夯点.两遍强夯

19、施工完毕后进行的柱下强夯凶置换砂石(天然级配)点图2珠江5#,8#和9#楼布桩局部变更平面图图44#,7#和13#楼强夯及强夯置换局部平面图o0o0o0o00o0o00o00o0o00o0o0晷00o0o009o00o00oooooooH姗oooooo抓.引引互肿.l鲁00塑固0固9莩移周军红等:北京市区杂填土地基处理技术综述4组合型地基处理检测一般说来,常规地基处理的检测方法与技术是成熟的,主要包括载荷试验,灌砂(水)密实度检测法,动力触探检测,瑞利波测试,地质雷达检测,钻孔和探井及现场开挖检测,标准贯入试验,室内土工试验和波速孔试验.常规地基处理检测方法比较单一,组合型地基处理检测方法应该

20、综合采用多种检测方法,充分发挥各种检测方法的优点,获得最佳的检测结果.对于组合型复合地基中的单桩桩身质量检测,可依照各类桩的检测法分别进行.钻孔夯(扩)底灌注素混凝土桩和长螺旋钻孔中心压灌CFG桩可采用低应变动力检测法检测桩身完整性,夯扩挤密灰渣土桩可采用静力触探或轻便动力触探检测桩身强度和成桩质量,夯扩挤密水泥砂石(天然级配)桩和柱锤冲扩挤密水泥砂石(天然级配)桩以及强夯置换砂石(天然级配)墩可采用重型动力触探检测成桩的质量.对于组合型复合地基的检测,存在直接法和间接法两种.在直接法中,压板形状可采用方形或矩谓间接法就是分别对主桩或辅桩进行单桩或复合地基静载荷试验,然后利用组合型复合地基承载

21、力计形压板难以准确合理地检测组合型复合地基承载力时,可采用平行四边形压板法【13.目前在工程实际应用当中,检测单位一般采用如下两种检测方式:1)先进行辅桩或主桩单桩复合地基检测,然后进行主桩或辅桩单桩承载力检测,最后计算复合地基承载力见式(1);2)先进行长,短桩单桩承载力检测,按式(2)计算复合地基承载力,必要时进行桩间土检测【l4j.珠江绿苑二期地基处理工程施工完毕之后进行了相应复合地基静力载荷试验,低应变动测和重型动力触探(N63.5)试验.根据该工程检测报告可知,该工程进行组合型地基处理之后,各个楼座的承载根据楼座后期结构施工所做的沉降变形观测数据及其分析(见图5)可知,该工程按照组合

22、型地基处理设计进行施工之后,各个楼座对应的沉降变形也满部施工完毕,内部装修也已经基本完毕,部分楼座已经安全投入使用.观测时间f/年一月一日鑫粪銎鑫_nIn卜薰蚕羹羹薰羹羹InIn,o8888軎鲁8+5楼平均累积沉降量(mm)-II-8楼平均累积沉降量(mm)一楼平均累积沉降量(mm)一3楼平均累积沉降量(mm)一楼平均累积沉降量(mm)+10#楼平均累积沉降f(mm)图5珠江各楼座平均累积沉降量与观测时间关系曲线图5结论1)低能量满夯,夯实扩底灌注桩以及钻孔夯扩挤密桩所形成的组合型地基处理方法可成功应用于于部分楼座局部出现回填软质淤泥的情况,通过增加长螺旋钻孔中心压灌CFG桩,联合上述方案成功凝土大块等地下障碍物,通过柱锤冲扩桩可有效解决深厚杂填土地基处理当中局部存在的不容易成孔和成桩的问题.2)对于深厚杂填土地基,在充分参考类似工程处理方法的基础上,设计合适地基处理方案并在实践中根据实际情况及时调整和变更方案,达到有效经济的地基处理目的,最终满足设计对地基强度和沉降量的要求.3)组合型地基处理技术应用时间还比较短,但在多层建筑和高层建筑中成功应用的实例已经很多,就其设计参数,