土工筋帶砂礫墊層處理地基不均勻沉降的方法

蘇永平

(山西西山晉興能源有限責(zé)任公司，山西太原 030053)

1 工程概況

本工程為斜溝煤礦及選煤廠主廠房工程，施工圖由澳大利亞約翰芬蕾公司設(shè)計(jì)施工總承包，主廠房占地面積:88 m×132 m= 11 616 m2，原設(shè)計(jì)自然地坪－0.25，基底標(biāo)高－3.500，無(wú)地下水，地質(zhì)情況較復(fù)雜，主廠房位置處在工業(yè)廣場(chǎng)挖填方區(qū)，南側(cè)區(qū)1/3處在山區(qū)分化泥巖土質(zhì)，其余北側(cè)區(qū)2/3處在場(chǎng)區(qū)雜填土質(zhì)填方區(qū)，填土高度10 m左右，過(guò)去曾是古河道河灘地，填土以下砂礫層，屬于典型的軟硬土質(zhì)不均勻地基。

表現(xiàn)特點(diǎn):南側(cè)區(qū)泥巖地基承載力大，沉降小，壓縮性低;北側(cè)回填土區(qū)域很難用統(tǒng)一的強(qiáng)度指標(biāo)、壓縮指標(biāo)、滲透性指標(biāo)加以描述，主要特點(diǎn)是無(wú)規(guī)劃堆積、成分復(fù)雜、性質(zhì)各異、厚薄不均、規(guī)律性差。因而同一場(chǎng)地表現(xiàn)為壓縮性和強(qiáng)度的明顯差異，極易造成不均勻沉降。沉降量大，而且沉降速度隨地面荷載增大，速度加快(1 mm/d～2 mm/d)也反映在沉降的不均勻上，當(dāng)建筑平面荷載不均勻時(shí)，將會(huì)使建筑物產(chǎn)生一種較大差異沉降，會(huì)給建筑物造成破壞性損害。

斜溝煤礦及選煤廠新項(xiàng)目地處山區(qū)，近幾年來(lái)在煤礦建設(shè)的大型工業(yè)建筑、超高層公共建筑將層出不窮，由于山區(qū)溝谷地質(zhì)情況較差，所以地基處理難度大、施工困難、地基處理工期長(zhǎng)、費(fèi)用高。

2 主廠房地基處理方案和加固機(jī)理

針對(duì)本工程設(shè)計(jì)，主廠房占地10 000多平方米，主要由壓濾模塊系統(tǒng)、洗選模塊系統(tǒng)、高跨淺槽排矸系統(tǒng)組成，基礎(chǔ)為混凝土獨(dú)立柱基礎(chǔ)，主體為箱形柱輕型多層鋼結(jié)構(gòu)，巖棉防火彩板圍護(hù)，是煤礦選煤廠的核心建筑。因此，我們組織有關(guān)地質(zhì)勘察單位山西省勘察設(shè)計(jì)研究院、設(shè)計(jì)單位澳大利亞約翰芬蕾公司等專(zhuān)家學(xué)者多次現(xiàn)場(chǎng)研究論證，結(jié)合實(shí)際提出如下地基處理方案。

北側(cè)回填土區(qū)域若全部挖除土方，這樣挖方量太大(10余萬(wàn)立方米)，不經(jīng)濟(jì)。由于該場(chǎng)地周?chē)蓴_小，故該區(qū)域采用強(qiáng)夯固結(jié)處理，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試夯，分兩次強(qiáng)夯處理后，地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值可以達(dá)到250 kPa。地質(zhì)勘察資料顯示，南側(cè)區(qū)域泥巖地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值350 kPa，為了消除南北兩側(cè)區(qū)域地基不均勻沉降，經(jīng)多位專(zhuān)家學(xué)者建議，主廠房基礎(chǔ)下做1 400厚砂礫墊層，每邊寬出基礎(chǔ)3 000，在砂墊層中間設(shè)兩道土工筋帶分別鋪設(shè)土工筋帶為席狀300×300編織，土工筋帶為T(mén)G復(fù)合筋帶2.5×50 mm，抗拉強(qiáng)度達(dá)到120 MPa，斷裂延伸率小于1.7%。

砂墊層的強(qiáng)度特性是抗拉能力本身高，抗剪強(qiáng)度也很大。在砂墊層體中放置土工筋帶，構(gòu)成了砂墊層和土工筋帶的復(fù)合體，當(dāng)受外力作用時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生體變，引起土工筋帶與其周?chē)笆g的相對(duì)位移趨勢(shì)，但兩種材料之界面上有摩擦阻力，限制了砂石的側(cè)向位移，等于給砂石體施加了一個(gè)側(cè)壓力增量使砂墊層的強(qiáng)度和承載力進(jìn)一步得到提高，從而起到對(duì)砂墊層的加固作用。經(jīng)設(shè)計(jì)部門(mén)澳大利亞約翰芬蕾公司設(shè)計(jì)人員計(jì)算，砂墊層處理深度為1 400厚，這樣消除或減弱了廠房南北兩側(cè)地基不均勻沉降。

在砂卵石墊層中鋪設(shè)土工筋帶，在建筑物荷載作用下土工筋帶的高抗拉強(qiáng)度得以充分發(fā)揮，增強(qiáng)墊層的整體性和剛度，起到調(diào)整應(yīng)力分布，擴(kuò)散應(yīng)力的作用，整體上限制了砂墊層的剪切，側(cè)向擠壓，提高了約束能力和地基側(cè)向變形的能力。

3 土工筋帶加筋砂礫層地基處理的技術(shù)措施及施工工藝

砂卵石質(zhì)量要求:卵石粒徑小于50 mm，并且含泥量小于5%，砂卵石墊層1 400厚分三次鋪設(shè)，每次虛鋪400，壓實(shí)為300，壓實(shí)系數(shù)大于0.96，每層取樣檢驗(yàn)不少于1個(gè)/100 m2，計(jì)28個(gè)。

基坑開(kāi)挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，首先檢查清理墊層底，然后鋪設(shè)一層石料(對(duì)于高靈敏土可鋪一層砂石袋，袋與袋之間的縫隙采用毛砂灌縫)，分層碾壓砂石墊層，并分別鋪設(shè)土工筋帶。鋪設(shè)砂卵石墊層時(shí)，應(yīng)將其卵石界面上的棱角明顯的顆粒剔除，并以毛砂平整均勻。當(dāng)用機(jī)械卸料、攤鋪時(shí)，土工筋帶上要覆蓋不小于200 mm的土層，嚴(yán)禁施工機(jī)械在未覆蓋填料的土工筋帶上行駛。

砂卵石墊層鋪設(shè)完畢，應(yīng)用8 t壓路機(jī)反復(fù)碾壓密實(shí)，采用大容重法進(jìn)行分層檢測(cè)。最大容重不小于20.5 kN/m3～21.0 kN/m3。壓實(shí)系數(shù)應(yīng)達(dá)到0.96。土工筋帶避免被樹(shù)根、堅(jiān)硬物損傷，存放時(shí)，避免在陽(yáng)光下長(zhǎng)時(shí)間曝曬，受紫外線照射時(shí)間不應(yīng)超過(guò)1 d。土工筋帶鋪設(shè)時(shí)應(yīng)有一定的松緊度，平順、拉緊且鋪設(shè)不得扭曲、褶皺、重疊，筋帶鋪設(shè)完畢及時(shí)定位或壓重，端頭處理應(yīng)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)圖紙要求執(zhí)行，端部回折不小于3.5 m，并用碎石袋壓牢。搭接處、筋帶端頭回折重疊部分不小于1 m，縱、橫筋帶交接處均以釘接法連接。面層砂石鋪設(shè)完畢，用12 t壓路機(jī)反復(fù)碾壓密實(shí)直到基底標(biāo)高，并測(cè)定其復(fù)合墊層的密實(shí)度，壓實(shí)系數(shù)要符合設(shè)計(jì)要求，砂石墊層的壓實(shí)系數(shù)為0.96。

4 地基處理后測(cè)試的技術(shù)指標(biāo)

1)土工筋帶砂墊層地基承載力檢測(cè)，我單位委托山西省勘察設(shè)計(jì)研究院對(duì)土工筋帶砂墊層進(jìn)行承載力檢測(cè)。該勘察院應(yīng)用動(dòng)力觸探法，根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)力觸探分別取三個(gè)點(diǎn)檢測(cè)，動(dòng)探深度3.5 m～－6.5 m，錘重63.5 kg?？辈煸焊鶕?jù)平均錘擊次數(shù)(每30 cm錘擊次數(shù))換算地基承載力達(dá)到250 kPa，完全滿足設(shè)計(jì)要求，同意下一步基礎(chǔ)施工。2)建筑物不均勻沉降觀測(cè)。針對(duì)本工程荷載特點(diǎn)，選煤廠主廠房?jī)?nèi)模塊洗選系統(tǒng)、壓濾系統(tǒng)荷載量最大，外圍框架荷載較小。我們從土建基礎(chǔ)施工完成后設(shè)置了沉降觀測(cè)點(diǎn)，從鋼結(jié)構(gòu)外圍主體安裝開(kāi)始逐步加荷，到設(shè)備安裝，我們針對(duì)荷載特點(diǎn)設(shè)置6個(gè)主要沉降觀測(cè)點(diǎn)，以及目前選煤廠主廠房設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)，不同階段對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

根據(jù)基礎(chǔ)砂墊層壓實(shí)系數(shù)λc≥0.96。經(jīng)計(jì)算，地基承載力可達(dá)到250 kPa，計(jì)算最終沉降量S=83.0 mm;柱距L=6 m，基礎(chǔ)傾斜、沉降差均控制在0.003L范圍內(nèi)。

沉降觀測(cè)結(jié)果表明:鋼結(jié)構(gòu)主體設(shè)備安裝完成時(shí)，沉降71.3 mm與計(jì)算最終沉降比為0.859;運(yùn)行150 d后沉降速率為0.02 mm/d，小于規(guī)范要求的穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)0.04 mm/d。這時(shí)實(shí)測(cè)沉降與計(jì)算最終沉降之比為0.9，最大沉降差1號(hào)～6號(hào)兩點(diǎn)為8 mm，傾斜遠(yuǎn)小于規(guī)范要求的0.003。說(shuō)明加筋墊層技術(shù)方案是成功的，取得了效果，預(yù)期的效果見(jiàn)表1。

表1 主廠房沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)

5 地基處理在本地區(qū)的適用性及推廣性

1)根據(jù)國(guó)家征地政策為了少占農(nóng)田，斜溝礦區(qū)工業(yè)廣場(chǎng)所處位置是利用山體挖填地段建立的場(chǎng)地，屬于典型的不均勻沉降地基。隨著礦區(qū)煤炭產(chǎn)量增大，經(jīng)濟(jì)發(fā)展、需要大規(guī)模的工業(yè)建筑及公共建筑建設(shè)，在施工中我們有采用樁基進(jìn)行地基加固處理的，但經(jīng)測(cè)算地基處理費(fèi)用大、工期長(zhǎng)。通過(guò)采用土工筋帶砂墊層處理主廠房不均勻的方法，起到了成本費(fèi)用低、工期短、施工方便的作用。因此在斜溝礦區(qū)建設(shè)處理山區(qū)軟硬不均勻地基具有很好的適用性及可推廣性。2)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)與工程實(shí)踐證實(shí)，土工筋帶加筋墊層具有降低墊層底部壓力，加大地基的整體剛度，調(diào)整沉降的不均勻性;整體上增加地基的穩(wěn)定性等作用。土工加筋砂石墊層工作性狀良好，值得推廣應(yīng)用。

［1］ 工程地質(zhì)手冊(cè)編選委員會(huì).工程地質(zhì)手冊(cè)［M］.第3版.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1992.

［2］ 歐陽(yáng)仲春.現(xiàn)代土工加筋技術(shù)第四章加筋地基［M］.北京:交通出版社，1991.

［3］ 張道寬，周 鏡.土工織物加強(qiáng)軟土路基的研究［D］.博士學(xué)位論文，1987.

［4］ 李 昂.建筑物地基處理技術(shù)手冊(cè)［M］.北京:中國(guó)建筑出版社，1990.