深厚垃圾填埋场地上多层建筑地基基础的设计

某综合楼位于济南市市中区十六里河镇，为地下1层、地上3层的混凝土框架结构建筑，总建筑面积为3000m2（图1）。该工程地下室建筑高度4.5m，地面以上高度为13.8m，顶层局部抽柱形成大空间会议室。拟建场区为旧河道垃圾填埋场，建设单位于1999年1月中旬委托设计，要求4月下旬竣工投入使用，工期要求很紧。
 
图1综合楼平面形状及各地质勘察点垃圾土厚度
1设计时所遇问题及建议
（1）场地为垃圾填埋场，在垃圾场地上建造建筑物，如何确保工程的安全。
（2）由于工期紧，建设单位在设计前曾对整个场地进行了强夯处理，要求不做地质勘察和地基处理，按地基承载力120kN/m2出基础设计图，挖完基槽后直接在基底做100mm厚混凝土垫层，边设计边施工。
（3）若不做地质勘察，如何确定地基承载力。
（4）地基是否需要处理及如何处理；基础形式是独立柱基、条基、筏基还是桩基。
针对上述问题，提出以下建议。
考虑到场地为垃圾填埋场，尽管建设单位在设计前曾对整个场地进行了强夯处理，但在现场实地考察时发现，由于拟建建筑物紧邻某住宅楼，最近处约10m（该住宅楼处于原河岸上好土处），综合楼所处位置强夯不完整，场地土在自重作用下远未达到沉降稳定。为此必须进行场地地质勘察。地质勘察要求：（1）查明建筑物场区土层的空间分布规律及物理力学性质，提供各土层的承载力；（2）探明垃圾土的深度和垃圾土沉降完成情况及原河道坡面情况。
为保证工程进度，先进行上部结构的设计计算，待提供地质报告后再进行地基处理和基础设计。
2场地勘察结果
本场区地貌属山前丘陵地带，原为旧河道，后成为垃圾填埋场，原强夯处理很不均匀，场地的地层结构自上而下评价如下。
2.1杂填土
分布于整个场地的上层，为回填垃圾形成，±0.000以下厚12.10～16.90m，很湿～饱和，松散，杂填土成分杂乱，主要为建筑垃圾和素填土，生活垃圾很少，局部含较多石灰岩碎石，分布极不均匀，碎石粒径最大可大于10cm，有粉质粘土充填，标贯试验击数离散性大（夯击较强处大、较弱处小），其承载力标准值建议采用60kPa由于土样不能取得可靠的压缩模量，无法较准确地估算沉降量。该层属高压缩欠固结土。
垃圾土回填时间不一致，局部回填土较深，为原砖窑场取土处，范围较小，深度与周围相比相差约4m，其他地方较平坦。场地±0.000以下垃圾土厚度分布见图1括号内数字。
2.2粉土
在场区范围内连续分布，勘探揭露厚0.75～2.80m，为原老土，很湿～饱和，松散～稍密，土质较均匀，粉粒含量高，局部见植物残体、少量铁锰质浸染等，振动易析水液化，其标准贯入试验修正击数N（平均值）＝8.7击，该层属高压缩性土，其承载力标准值fk建议采用130kPa。粉土层面坡度2.15°～8.42°，走向北东-南西向。
3基础形式和地基处理方案
（1）结合场地条件并借鉴其他工程的经验选择基础形式和地基处理方案。
（2）由于工程工期很紧，不能采用桩基础方案。
地下室开挖时己基本将强夯有效作用范围内的土挖除，而地下室底面以下仍有数米厚的垃圾土，若全部挖除换填，基坑开挖深度将达17m。考虑灰土垫层强度和刚度随时间增长，当地有成熟的灰土垫层施工经验，决定在基础底面以下换填3m厚3:7灰土垫层，这样，一方面可减小基础下地基土的压缩沉降，另一方面可加大基底下地基土的刚度，提高其跨越能力，使垫层以下4～8m厚松散垃圾土压缩趋于均匀。
考虑本工程有一建筑高度为4.5m的地下室，恰好可运用补偿基础的概念，以尽量减小地基上的附加应力。本工程场地局部垃圾土偏深，但范围较小，可加大基础刚度，采用跨越能力较强的梁板式筏基来调整不均匀沉降。为尽量减小基底附加压力，筏板基础的梁格之间不填实，设置架空层。
4基础设计
上部结构计算采用TAT软件，根据计算结果，取基础主梁JL高为1.3m，跨高比为6，基础次梁JCL高1.1m，基础底板厚300mm，沿周边轴线挑出300mm，地下室周边围护墙采用300mm厚钢筋混凝土墙。基础计算采用PKPM系列软件的EF（具体计算结果略）。基础平面见图2。
 
图2基础平面图