軟弱土地基處理方案比選論證的分析研究★

陸進(jìn)保 馮 勇

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院，新疆烏魯木齊 830052;2.烏魯木齊職業(yè)大學(xué)應(yīng)用工程學(xué)院，新疆烏魯木齊 830002)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，尤其是國(guó)家實(shí)施全國(guó)對(duì)口支援新疆以來(lái)，新疆地區(qū)的建筑業(yè)出現(xiàn)了蓬勃發(fā)展的局面，在城市市郊地區(qū)，一些地質(zhì)條件不好的沖填土、雜填土、采空區(qū)等地段，現(xiàn)在已經(jīng)被開(kāi)發(fā)商用來(lái)修建建筑物。在這類軟土地基上進(jìn)行的工程建設(shè)越來(lái)越多，其地基處理技術(shù)也日益多樣化，許多新型實(shí)用的技術(shù)也被越來(lái)越多地應(yīng)用到工程實(shí)踐中，如換填墊層法、預(yù)壓法、強(qiáng)夯法、注漿法、振沖法、擠密樁法、攪拌樁法、灌注樁、打入樁等方法。

本文結(jié)合實(shí)際工程，針對(duì)擬建場(chǎng)地的地質(zhì)特性，經(jīng)過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析研究，提出了適合于本工程軟弱土地基處理的方法，從而使本工程地基處理的造價(jià)、工期等達(dá)到最優(yōu)。

1 工程概況

擬建合盛硅業(yè)石河子2×330 MW熱電廠工程，位于石河子開(kāi)發(fā)區(qū)化工園區(qū)，緊鄰合盛硅業(yè)硅廠。擬建工程包括主廠房、空冷塔、煙囪等重要建(構(gòu))筑物和配變電設(shè)施、附屬建(構(gòu))筑物等。結(jié)構(gòu)形式主要為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

2 擬建場(chǎng)地土地質(zhì)條件

根據(jù)場(chǎng)地地層結(jié)構(gòu)基本條件的分析，可以發(fā)現(xiàn)本廠區(qū)地質(zhì)條件最主要的特點(diǎn)是:在建(構(gòu))筑物的主要壓縮層深度范圍內(nèi)，普遍分布有②-1粉砂，②-2細(xì)砂，③圓礫，③-1粉砂，③-2細(xì)砂及④粉土幾大層。④粉土的力學(xué)性質(zhì)較差(Es=7 MPa，F(xiàn)ak=140 kPa)，應(yīng)視為軟弱夾層，③圓礫層中夾粉砂、細(xì)砂透鏡體;透鏡體分布較廣，且力學(xué)性質(zhì)差異較大(Eo=7 MPa～15 MPa，F(xiàn)ak=120 kPa～180 kPa)，其中飽和砂土普遍存在中等液化。地下水位較高，其中各層中的飽和砂土層普遍存在液化特性，液化等級(jí)判別為輕微～中等。因擬建工程場(chǎng)地屬7度高烈度地震地區(qū)，動(dòng)峰值加速度為0.188g，反應(yīng)譜特征周期值為0.55 s，場(chǎng)地土類型為中軟場(chǎng)地土，建筑場(chǎng)地類別為Ⅲ類，存在液化土層，液化屬中等～嚴(yán)重液化，且地下水位高，綜上所述，針對(duì)本工程地質(zhì)條件，本工程地基不滿足330 MW等級(jí)電廠的設(shè)計(jì)要求，需進(jìn)行地基處理。而地基處理方案主要是解決軟弱下臥層、地基不均勻性以及飽和砂土的液化共三個(gè)方面的問(wèn)題。

3 地基處理的方法

常用的地基處理方式有:換填墊層法、強(qiáng)夯法、注漿法、振沖法、擠密樁法、攪拌樁法、灌注樁等方法。針對(duì)擬建場(chǎng)地的地質(zhì)特性，根據(jù)本工程具體的情況，經(jīng)過(guò)研究提出以下兩種地基處理方案:灌注樁、換填法，下面就這兩種方案進(jìn)行技術(shù)比選，兩種方案的工作原理、制作工藝等見(jiàn)表1。

表1 兩種方案技術(shù)比較表

3.1 擬選樁基技術(shù)性分析

根據(jù)初勘提供的樁側(cè)力及端阻力初步估計(jì)計(jì)算，可得出以下幾點(diǎn)結(jié)論:以④號(hào)土為樁基持力層，樁長(zhǎng)30 m，進(jìn)入持力層粉土1.0 m時(shí)φ800鉆孔灌注樁的單樁豎向抗壓極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值Quk在3 441 kN以上。φ800鉆孔灌注樁能滿足主廠房對(duì)單樁豎向承載力的要求(主廠房單樁標(biāo)準(zhǔn)組合下最大軸力Nmax=13 000 kN，按每個(gè)承臺(tái)下9樁計(jì)算，每個(gè)樁的軸力為最終樁基中心點(diǎn)的沉降量為37.77 mm，沉降量滿足規(guī)范的要求，主廠房各構(gòu)件鉆孔灌注樁分析見(jiàn)表2。

表2 主廠房各構(gòu)件鉆孔灌注樁分析

3.2 換填法選擇及技術(shù)性分析

換土墊層系采用天然或人工材料，在基礎(chǔ)地面下鋪設(shè)一定面積和厚度的墊層，置換原來(lái)不能滿足建筑物要求的土層，常用的墊層材料有素土、灰土、砂或礫砂、碎石(卵石)、粉煤灰等。由于距廠區(qū)9.7 km處有一依靠瑪河河床的天然砂石料廠，因此考慮采用砂石作為墊層。在換土墊層中，墊層的設(shè)計(jì)主要是確定以下四個(gè)參數(shù):墊層的厚度、墊層的寬度、承載力和沉降。

墊層的厚度z應(yīng)根據(jù)需置換軟弱土的深度或下臥層的承載力確定，并應(yīng)符合下式:

墊層地面處的附加壓力值pz可分別按下式計(jì)算:pz=，條形基礎(chǔ)。，矩形基礎(chǔ)。

墊層的承載力宜通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)確定，并應(yīng)進(jìn)行下臥層的承載力計(jì)算。

通過(guò)對(duì)初勘剖面的仔細(xì)研究發(fā)現(xiàn)(見(jiàn)圖1)，③號(hào)圓礫分布較穩(wěn)定，砂夾層較主廠房原有位置的夾層少很多，整個(gè)煤場(chǎng)區(qū)域液化點(diǎn)較少，在爐后分布有兩個(gè)中等液化的探孔，但這兩個(gè)點(diǎn)都在5 m以內(nèi)，如果作深基礎(chǔ)，則液化土層被開(kāi)挖，最終可以消除液化。③號(hào)圓礫的地基承載力為260 kPa，基本能滿足主廠房對(duì)承載力的要求，③號(hào)圓礫下面為④號(hào)粉土，承載力為140 kPa，壓縮模量為12 MPa，粉土相對(duì)于圓礫來(lái)說(shuō)就是軟弱下臥層，因此驗(yàn)算軟弱下臥層及沉降成為能否采用天然地基的關(guān)鍵因素。

圖1 場(chǎng)地剖面布置圖

計(jì)算地基沉降的方法主要有分層總和法和規(guī)范法，結(jié)合實(shí)際工程，主廠房及空冷區(qū)域的沉降及沉降差計(jì)算，最終選擇規(guī)范法進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算過(guò)程通過(guò)Excel表格列公式進(jìn)行，計(jì)算的參數(shù)和結(jié)果見(jiàn)表3，表4。

表3 主廠房計(jì)算結(jié)果

表4 空冷區(qū)域計(jì)算結(jié)果

表5 樁基與換填兩種地基處理方案投資估算

DL 5022-93火力發(fā)電廠土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定規(guī)定:主廠房最大允許沉降量為200 mm，橫向沉降差最大0.002L，即18 mm，現(xiàn)主廠房最大沉降量C47為92.679 mm＜200 mm，滿足。C45與C47間沉降差為200 mm，滿足。C45與C47間沉降差為41.396 mm，距離為120 m，允許沉降差為240 mm，41.396 mm＜240 mm，沉降差也滿足。

《火力發(fā)電廠土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》(報(bào)批稿)規(guī)定直接空冷器支架采用天然地基時(shí)容許沉降量為200 mm，縱橫向沉降差為0.001L，空冷區(qū)域的最大沉降量為89.525 mm＜200 mm，滿足。C33與C34間沉降差為7.782 mm，距離為60 m，允許沉降差為60 mm，7.782 mm＜60 mm，沉降差也滿足。

4 樁基與換填兩種地基處理投資估算

樁基與換填兩種地基處理投資估算見(jiàn)表5。

5 結(jié)語(yǔ)

在不考慮降水費(fèi)用增加的情況下，采用天然地基比采用樁基可節(jié)約造價(jià)6 544.6-867.3=5 677.3萬(wàn)元，同時(shí)節(jié)省工期3個(gè)月(打樁時(shí)間)。通過(guò)對(duì)全廠主要建筑物的分析，并結(jié)合各建筑地段的地層構(gòu)造，吸取已建電廠地基處理的經(jīng)驗(yàn)，我們初步規(guī)劃了各類建筑物的地基處理方案即換填墊層。采用換填方案，需清楚地了解③圓礫層的分布情況，掌握其三維分布情況，以便確定各個(gè)部位開(kāi)挖深度和換填厚度，這對(duì)于勘測(cè)單位和設(shè)計(jì)單位也是一個(gè)較新的挑戰(zhàn)。施工圖階段我們將結(jié)合墊層(砂礫石)現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)確定的參數(shù)和結(jié)果對(duì)各建筑物的基礎(chǔ)形式、基礎(chǔ)埋深及換填厚度進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化，對(duì)降低工程造價(jià)具有積極的意義。

[1]《地基處理手冊(cè)》編寫委員會(huì).地基處理手冊(cè)[M].第2版.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2000.

[2]李漢光.砂土液化地基處理方法的研究[D].南京:東南大學(xué)，2001.

[3]劉肇慶.強(qiáng)夯法在新近吹填土地基加固中的應(yīng)用[J].化工設(shè)計(jì)，2000(2):71-72.

[4]蔣志康.某住宅糾偏及地基加固處理[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2000(3):8-9.