混凝土水池軟弱地基處理基本原則和常用技術(shù)方法

姜洪剛

(黑龍江省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，哈爾濱150080)

在設(shè)計(jì)軟弱地基上的混凝土水池時(shí)，應(yīng)進(jìn)行地基承載力計(jì)算和地基變形計(jì)算，當(dāng)水池近側(cè)為邊坡時(shí)，應(yīng)進(jìn)行邊坡穩(wěn)定驗(yàn)算。

混凝土水池地基處理方案應(yīng)根據(jù)場地工程地質(zhì)條件，綜合考慮水池的使用要求、荷載情況、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、施工條件等因素進(jìn)行優(yōu)選;在保證水池結(jié)構(gòu)安全和正常使用前提下，力求減少地基處理費(fèi)用;利用當(dāng)?shù)夭牧?、縮短工期;減少施工對環(huán)境的影響。

1 混凝土水池軟弱地基處理基本規(guī)定

1)一般情況下，對單個(gè)水池應(yīng)控制最大沉降和傾斜;對在工藝流程中互相關(guān)聯(lián)的水池群尚應(yīng)控制各池體間的沉降差。

2)水池地基變形允許值應(yīng)滿足工藝流程及有關(guān)使用要求，包括水池預(yù)留余高和出入流堰口的水平度要求、機(jī)構(gòu)設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)要求、出入水池管道結(jié)構(gòu)和接口構(gòu)造允許的變形等。一般情況下，水池地基的最大沉降值≤300 mm。

3)在水池埋深范圍內(nèi)有地下水時(shí)，地基承載力及變形的計(jì)算應(yīng)考慮地下水浮力作用;計(jì)算承載力時(shí)地下水位可取年平均最低水位;計(jì)算地基變形時(shí)可取年平均水位。

4)在進(jìn)行地基變形驗(yàn)算時(shí)，應(yīng)考慮相鄰構(gòu)筑物或其他相鄰荷載的影響。

5)當(dāng)水池地基的承載力、變形、穩(wěn)定不能滿足要求時(shí)，應(yīng)對水池地基進(jìn)行加固處理。

2 混凝土水池軟弱地基處理—復(fù)合地基法

當(dāng)水池下地基土承載力或變形不能滿足要求時(shí)，可在地基土中加入豎向增強(qiáng)體，構(gòu)成復(fù)合地基，以提高地基的承載力和減少變形。

水池的復(fù)合地基中，可用振沖碎石樁和水泥土深層攪拌樁等作豎向增強(qiáng)體;當(dāng)復(fù)合地基下存在軟弱下臥層時(shí)，應(yīng)驗(yàn)算下臥層的強(qiáng)度。

2.1 振沖碎石樁

振沖碎石樁適用于粉土、不排水抗剪強(qiáng)度≥20 kPa的黏土和主要成份為黏性土的素土的置換處理，通過置換構(gòu)成復(fù)合地基。

振沖碎石樁的樁體材料，除碎石外，可為卵石、角石、園礫、含石礫沙或礦渣、碎磚等含泥量≤5%的硬質(zhì)而性質(zhì)穩(wěn)定的材料，粒徑一般為20～50 mm且≤80 mm;振沖碎石樁的直徑一般可取0.6～1.0 m;碎石樁體在水池墊層以下的長度≥4 m;振沖碎石樁的間距應(yīng)根據(jù)水池荷載及地基土的強(qiáng)度和限制變形的要求決定，一般可取1.5～2.5 m;振沖碎石樁處理地基的范圍應(yīng)大于水池的基底范圍，一般情況下基底范圍外應(yīng)至少設(shè)1～2排樁，振沖孔與已有構(gòu)筑物的距離＞3 m。

2.2 水泥土深層攪拌樁

水泥土深層攪拌樁適用于淤泥、淤泥質(zhì)土、軟塑狀黏性土、粉土和素填土的加固處理。對于有機(jī)質(zhì)含量高的土或當(dāng)?shù)叵滤咔治g性時(shí)，加固效果宜通過實(shí)驗(yàn)確定。

在設(shè)計(jì)前，應(yīng)根據(jù)對樁體的強(qiáng)度要求，從擬建場地取代表性土樣，按不同的水泥摻入比及外摻劑摻量進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，以選擇最佳的水泥摻入比及外摻劑摻量。水泥摻入≥5%，一般可在8% ～20%選取;水泥土深層攪拌樁的平面布置形式根據(jù)水池荷載、結(jié)構(gòu)形式和地基土性能決定，可為柱狀、壁狀、格柵狀;水泥土深層攪拌樁可僅在水池基礎(chǔ)范圍內(nèi)布置。

3 混凝土水池軟弱地基處理—密實(shí)法

當(dāng)水池下地基土不能滿足承載力或變形的要求時(shí)，可通過靜力或動(dòng)力的作用，提高地基土的固結(jié)程度或密實(shí)度，提高地基的承載力，減少地基的變形，滿足設(shè)計(jì)要求。

水池地基可采用加載預(yù)壓法、真空預(yù)壓法、強(qiáng)夯法、振沖密實(shí)法等處理，以達(dá)到要求的固結(jié)度或密實(shí)度。

3.1 加載預(yù)壓法

加載預(yù)壓法適用于流塑和軟塑狀的黏性土及沖填土等地基的密實(shí)處理。應(yīng)查明地基土層的分布、成層程度、透水層的位置、地下水文地質(zhì)條件等;預(yù)壓荷載大小可根據(jù)水池的設(shè)計(jì)要求、施工期限等因素綜合比較確定，一般可等于設(shè)計(jì)荷載;當(dāng)需要嚴(yán)格控制水池的沉降量或縮短預(yù)壓時(shí)間時(shí)，可考慮采用超載預(yù)壓，超載量可根據(jù)預(yù)定時(shí)間內(nèi)需完成的沉降量確定，一般可取設(shè)計(jì)荷載的1.2～1.4倍。

3.2 強(qiáng)夯法

強(qiáng)夯法適用于砂土及低含水量的粉土、黏土、素填土和有機(jī)質(zhì)含量少的雜填土地基的加固處理。對含水量在50%以下的飽和黏性土地基，當(dāng)在夯點(diǎn)周圍設(shè)置適當(dāng)?shù)拇怪焙退椒较虻呐潘O(shè)施時(shí)亦可進(jìn)行強(qiáng)夯法加固處理。采用強(qiáng)夯法處理水池地基時(shí)，主要設(shè)計(jì)參數(shù)應(yīng)根據(jù)場地地質(zhì)條件，在選擇有代表性的地段進(jìn)行試夯后，根據(jù)試夯的結(jié)果優(yōu)化確定。

3.3 振沖密實(shí)法

振沖密實(shí)法主要用于砂土和粉土的加固處理及抗震動(dòng)液化處理。振沖密實(shí)樁的填料與振沖碎石樁的樁體材料相同，粒徑為5～50 mm;對于粒徑含量＜10%的粗砂和中砂地基，振沖時(shí)可不另加填料，就地振密;振沖密實(shí)樁的直徑一般可取0.6～0.8 m;振沖密實(shí)樁的間距應(yīng)根據(jù)地基上的顆粒組成、地下水位、地基土要達(dá)到的密實(shí)度和振沖器的功能等因素確定。

4 混凝土水池軟弱地基處理—置換法

當(dāng)水池底板下全部或局部為厚度不大的軟弱土層，其承載力或變形不能滿足要求時(shí)，可采用其他適當(dāng)?shù)牟牧蠈⑵淙炕虿糠旨右灾脫Q，以滿足設(shè)計(jì)要求。

地基土的置換可采用換土處理和動(dòng)力置換法。

4.1 換土處理

當(dāng)水池平面尺寸較小且基礎(chǔ)下軟弱土層的厚度不大或水池下局部為軟弱土層時(shí)，可對軟弱土層進(jìn)行換土處理。一般情況下?lián)Q土的厚度≤3 m;換土處理所用材料及施工方法，應(yīng)根據(jù)水池的結(jié)構(gòu)、荷載情況和場地的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件，結(jié)合當(dāng)?shù)乜扇〔牧虾途哂械氖┕そ?jīng)驗(yàn)等進(jìn)行綜合分析確定。

4.2 動(dòng)力置換

當(dāng)水池底板下存在承載力低、壓縮性高的流塑狀的軟黏土層，其深度從地表或水池底板墊層底面起≤6 m而下臥層為硬土層時(shí)，可采用動(dòng)力置換對土層進(jìn)行處理。

動(dòng)力置換是用夯擊的方法將硬質(zhì)穩(wěn)定的碎石料，按一定的布點(diǎn)方式分遍夯入軟弱土層，置換軟弱土，形成支承在硬土層上的石料樁，從而將水池荷載直接傳遞至硬土層的處理方法。

［1］中國建筑科學(xué)研究院.GB50010－2010混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2010.

［2］中國建筑科學(xué)研究院.JGJ79－2002建筑地基處理技術(shù)規(guī)范［S］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2002.

［3］中國建筑科學(xué)研究院地基研究所.最新建筑地基處理技術(shù)及地基基礎(chǔ)工程標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范實(shí)施手冊［K］.北京:金版電子出版社，2003.