工业项目地基处理措施概述

石保磊

南京英凯工程设计有限公司  江苏 南京  210000

摘要：工业项目中软土地基经常出现，选择合适的地基处理方式对土体进行加固，满足结构基础承载能力的要求，同时需要兼顾最经济的造价，是设计院结构设计中很常用的基础地基处理形式。本文旨在对常用的一些地基处理方式进行概述，介绍和分析各种地基处理方式在实际工程中的运用。

关键词：地基处理；换填垫层地基；水泥土搅拌桩；水泥粉煤灰碎石桩；灰土挤密桩；振冲碎石桩；注浆加固

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1前言

随着中国社会的经济发展，工业产品层出不穷，随之而来的是一些工业生产项目的大量建设，挤占了原本属于居住、商业等公共用地。近年来，优质的土地资源日益紧缺，高污染高能耗的工业产业集聚到一些山地、滩涂地等原本地质条件不是很好的地区，远离人员密集区。这种情况下，势必会导致项目建设难度的增加，不良地质条件经常在项目勘察和设计中出现。随着建筑行业的技术进步，对于此类地质条件不好的情况，通过一些合适的地基处理措施，使得承载力得到显著提高，取得较好的社会效益和经济效益。通过多年工作经验积累，比较常用的地基处理措施包括：换填垫层地基、水泥土搅拌桩、水泥粉煤灰碎石桩、灰土挤密桩、振冲碎石桩、注浆加固等。天然地基基础、桩基础（包括灌注桩、预制桩等）等为常用的地基基础的形式，本文不做论述。

2换填垫层地基

换填垫层地基适用于浅层软弱土或不均匀土层，持力层埋深较浅，当浅层土承载力不能满足结构承载需要时。将基础下一定深度的土层挖除，用级配碎石、素土、灰土等回填，分层夯实，压实系数应满足《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2012中4.2.4条规定，垫层的厚度应根据软弱土的深度以及下卧层的承载力确定，需满足公式：。

对于条形基础：，对于矩形基础。

上图为常见基础换填做法，在作者实际设计工作中经常得到运用，对于荷载不大的单层、多层建筑以及荷载不大的设备基础等均有很好的适用性，成本低，处理效果良好。但是局限性也很明显，对于持力层较深的情况不宜采用，开挖量和土方量非常大，经济型比较差。

3 水泥土搅拌桩

  水泥土搅拌桩是将水泥作为固化剂，利用搅拌机将水泥喷入土体后进行搅拌，水泥发生硬化后进而得到加固土体的目的，水泥土搅拌桩适用处理正常固结的淤泥、淤泥质土、粉土、粉砂、饱和黄土等土层，但对于含有大孤石、杂质不易清除的杂填土、欠固结的淤泥质土以及较硬的密实土不适用，土体杂质较多不易形成水泥和土的复合体，孤石和密实土不容易进行钻孔和搅拌。

某化工企业丙类仓库，为高架库，内设自动化货架，地面承载要求7.5t/m2，地质条件表层土承载力如下表：

因浅层地基土物理力学性质较差，局部填土厚度较大，浅层地基土的强度不满足天然地基承载力的要求，考虑采用地基处理方案，处理方法可为水泥搅拌桩，桩端持力层可为第3 层粉砂夹粉土。设计采用桩径600mm，桩间距1200mm，有效桩长7.5m，面积置换率为19.6%，加固后须进行静压试验，要求复合地基承载力达到fspk=120kPa，通过计算，单桩竖向承载力标准值要求大于200kN。搅拌桩桩身采用普通硅酸盐水泥作为固化剂，外掺水泥用量的2%的生石膏作为缓凝增强剂，水泥掺量和水灰比现场试验确定，室内水泥土单轴抗压强度做70.7mm试块，标准养护条件下，90天龄期达到fcu,k不小于2.5MPa。对仓库基础区域以及室内地面区域进行大面积处理。

通过上述处理方案之后，不仅仓库地面承载得到满足，仓库主体结构采用了柱下条形基础的方式，基础材料用量比处理前节省了30%。项目已建成投产，反馈情况良好。

4 水泥粉煤灰碎石桩

水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩），是由碎石、石屑、砂、粉煤灰掺水泥加水搅拌，用普通震动沉管机施工而成，其粘性强度较高。CFG桩的主要材料为碎石等粗骨料，石屑为中等粒径的骨料，用以改善桩体级配，增强桩体强度，粉煤灰是细骨料，加上低标号水泥的作用，可以使桩体具有明显的后期强度。CFG桩吸收了振冲碎石桩和水泥搅拌桩的优点，工艺简单，不需要泥浆护壁，没有泥浆外运，无场地污染，水泥用量少，取材方便，特别适合城市施工，其受力特性与水泥搅拌桩相似。某新疆硅基材料产业项目，位于新疆乌鲁木齐甘泉堡工业园区，土层分布及天然承载力见下表：

根据勘察结论，该场地湿陷性黄土经前期地基处理后已消除湿陷性，可不考虑湿陷性黄土对拟建建构筑物的影响，可按一般场地设计。拟建场地钻孔液化指数介于 0.19～3.19，综合判定拟建场地液化等级属于轻微液化，根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）表 4.3.6 规定地基的液化等级为轻微。不宜将未经处理的液化土层作为天然地基持力层。 ①、②层粉土为可液化土层，土层底部深度达到了10m，采用换填垫层的方法不具有可行性，根据地勘建议，可采用CFG桩进行地基处理。桩径450mm，有效桩长 L=12m，采用正方形布桩，桩间距1200mm，面积置换率 m=8.7%，以第3层粉土为持力层。桩体单桩竖向承载力特征值Ra≥250kN；复合地基承载力特征值fspk≥120kPa，桩体试块标准养护28d的立方体抗压强度平均值 fcu,k应大于10MPa。最终值应由静载荷试验确定。

通过CFG桩处理，解决了土层液化的问题，对于承载能力要求不大的结构，采用CFG桩等地基处理方式更经济合理，但如果结构柱脚内力较大，可采用桩基础等方式，将荷载传至较深的持力层，造价更经济，施工更快捷。

5 灰土挤密桩

灰土挤密桩适用于处理地下水以下的粉土、黏性土、素填土、杂填土和湿陷性黄土等地基，处理深度可达到3m~15m，对于湿陷性黄土的情况具有良好的处理效果，同时也可以提高土的承载力和增强土体的水稳性。

某甘肃医药项目控制室，位于甘肃省白银市白银区银西产业园，控制室为单层框架结构，外墙为混凝土抗爆墙，对于基础承载力要求不高，场地地基土中的黄土状粉土层的湿陷等级及类型为Ⅱ（中等）自重湿陷。地基土以素填土为主,具有自重湿陷，不宜直接作为基础持力层。土层特性详见下表：

经与勘探单位沟通，拟采用地基处理后的人工地基为基础的持力层，建议采用挤密碎石桩，处理的目的主要是消除地基土的部分湿陷性。设计采用挤密桩直径600mm，桩间距1.5m，钻孔成桩，正三角形布桩，桩间土平均挤密系数≥0.93，相邻3个孔之间形心点部位土的挤密系数≥0.88，孔内填料消石灰与土的体积配合比，宜为2:8或3:7。填料应分层回填夯实，压实系数≥0.97，填料中的土采用素土，有机质含量不超过5%，不得含有冻土、渣土和垃圾，土料粒径不大于15mm。地基处理后地基承载力要求≥120kPa。

处理后，控制室基础采用柱下条形基础，项目已经建成投产，业主反馈良好。

6 振冲碎石桩

振冲碎石桩，通过振动的冲击力使得石料进入土体形成桩体，可挤密松散的砂土、粉土、填土等，也可用于处理土层液化。振冲碎石桩技术不仅成熟可靠、设备简单、操作方便，施工周期也较短，材料获得也很方便，是提高浅层土承载力、处理浅层土液化的首选方案。

某山西住宅小区项目，拟建场地地形平坦，场地所属地貌单元属于天龙山山前洪积扇。地下水为潜水，其埋深为0.9m~2.1m。拟建场地为液化场地，地基液化等级为中等，本场地属建筑抗震不利地段。为处理地基液化，地基处理方案采用振冲碎石桩，按正方形布置，桩径400mm。桩间距为1.0米，有效桩长6.0。桩孔内的填料采用天然级配碎石、粗砂等硬质材料，其中含泥量不得大于5%，粒径为20~40mm。其中砾石占总重的30%~50%。桩体充盈系数不小于1.4。经处理后的复合地基承载力不小于165Kpa。且处理后地基土液化指数不大于5。

该处理方案实施后，地基验收和检测均满足设计要求，项目建成至今运行情况良好。

7 注浆加固

注浆加固法适用于软土地基建筑基底的局部加固，如填土、砂土、粉土、黏性土等。也可用于防渗堵漏，能够提高土体承载力，提高土体的压缩模量，对于控制沉降也有良好的作用。加固材料有水泥砂浆液、硅化浆液、碱液等，各种加固材料设计方法和检测方法详见《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2012中8.2条规定。

盐城大丰某风电项目集中配电室，位于沿海滩涂地，淤泥质土层深厚，对于主体结构，采取预应力高强混凝土管桩，桩端进入持力层。但是对于一层地面，表层软土很有可能造成地面开裂甚至沉降，需采取合理措施对浅层软弱土加固处理。该项目土层参数如下表：

根据地勘建议，设计时应考虑地基沉降及不均匀沉降变形控制。由于本工程填土厚度不大，大面积填土施工若施工质量控制得当，填土本身一般不会产生较大的沉降。但配电室地面荷载一般大于普通民用建筑，需严格控制沉降等带来的不利影响，故综合考虑后，采用注浆加固的方式对地面部分非桩基区域浅层土进行注浆加固处理。注浆孔直径为70～90mm，注浆材料为水泥和水玻璃混合浆液，水泥为42.5级的普通硅酸盐水泥，浆液配合比，水泥：水：水玻璃＝1：0.6：0.02，注浆压力为0.3～0.6MPa。实际注浆技术参数，应通过现场局部小范围试验并经检测后共同确定,且不应小于240kg/m3。待本项目复合地基质量检验报告提出，且符合设计要求后方可进行后续施工。

按照上述方式进行地基处理后，地面的沉降得到了有效控制，项目建成后，运行情况稳定，设备沉降满足生产需要。

7 结论

本文对工业项目中常见的地基处理方式进行论述和案例分析，由于篇幅有限，还有一些地基处理方式没有进行介绍，比如预压地基、压实地基、旋喷桩、树根桩等，在工程项目中也经常出现。项目结构设计中，需要根据具体的地质情况，综合比较施工的便利性、经济性、施工工期等要素选择最优的地基处理方式。      

参考文献：

[1]中华人民共和国国家标准.建筑地基处理技术规范（JGJ79-2012)[S].北京：中国建筑工业出版社，2012

[2]中华人民共和国行业标准.建筑桩基技术规范（JGJ94-2008）[S].北京：中国建筑工业出版社，2008

[3]中华人民共和国国家标准.建筑地基基础设计规范 (GB50007---2011)[S].北京：中国建筑工业出版社，2011

[4]邵光辉,吴能森等.土力学与地基基础[M].北京：人民交通出版社，2007

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