某電廠鋼筋混凝土煙囪錘擊沉管碎石樁處理地基實踐

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(山西煤銷集團 基建部，山西 太原 030024)

引言

某礦區(qū)自備電廠鋼筋混凝土煙囪高100m，出口直徑3m，其直徑15m的圓形鋼筋混凝土基礎(chǔ)埋深4.5m，基底絕對標(biāo)高517.4m，煙囪總質(zhì)量達(dá)1 650t，設(shè)計地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值fk=240kPa，工程按抗震烈度8度設(shè)防；煙囪主要持力層范圍賦存有2.5m厚的飽和細(xì)(粉)砂液化層和1.5m厚的飽和粉土液化層，液化指數(shù)IIE=7.9，屬中等液化地基，液化土層的承載力標(biāo)準(zhǔn)值僅為120kPa。為此，設(shè)計要求處理后地基消除液化，承載力達(dá)到240kPa，根據(jù)地質(zhì)條件和施工能力，決定采用錘擊沉管樁處理煙囪地基。

1 地質(zhì)條件

煙囪地段系汾河一級階地，沖、洪積物構(gòu)成，場地自然地坪標(biāo)高521.9m，地層自上而下依次為：①層和②層因施工被挖除，已無工程意義；③層為黃土狀粉質(zhì)黏土，厚2.8m，天然孔隙比0.77，a1-2=0.24mPa-1，屬中等壓縮性，δs=0.015，已不具失陷性，土體呈現(xiàn)硬塑狀態(tài)，f0=200kPa；④層為粉細(xì)砂層，含土量約10%，地下水位于土層下半部512.6m，土質(zhì)呈中密狀態(tài)，平均厚度4m，其上部稍濕，飽和度Sr=41%，fk=200kPa，下半部2.5m飽和度Sr=82%，fk=120kPa；⑤層為粉土，約1.5m厚，飽和度達(dá)87%，f0=120kPa；⑥層為卵石層，鉆10m深未穿透，承載力標(biāo)準(zhǔn)值350kPa，且電廠場區(qū)內(nèi)發(fā)育廣泛，是理想的樁尖持力層。

2 地基加固原理

(1)采用錘擊沉管打樁施工工藝，既能起到振動擠密土層的作用，消除飽和土的液化性，又能起到振沖置換樁的作用，提高軟弱土承載力[1]。

(2)利用成孔時打樁機重錘夯擊套管將原土擠向樁孔四周和成樁時錘擊芯管將石子向樁孔周圍擠擴這兩個過程的擠密和振動作用，使得土體的結(jié)構(gòu)顆粒得以重新排列、級配改善，在設(shè)計上考慮減小樁徑，加密樁距的方案。

(3)樁體貫穿③層至⑤層土，落在穩(wěn)定的⑥層卵石層上，處理后形成復(fù)合地基，荷載作用下樁體產(chǎn)生應(yīng)力集中，并與周圍擠密的土體共同承載，從而提高了地基承載力，降低了土層的壓縮性。另外，碎石樁在地基加固過程中還起到豎向排水降壓通道的作用，促進(jìn)孔隙水壓力的消散，提高了飽和土排水固結(jié)的能力。

3 錘擊沉管碎石樁的設(shè)計與施工

碎石樁采取滿堂正三角形布置，設(shè)計樁徑為Φ450mm，排距為866mm，樁距1 010mm，平均樁長7.5m，進(jìn)入⑥層卵石層0.5m，置換率為0.18，共設(shè)置碎石樁408根，處理范圍超出基礎(chǔ)邊緣≮2m。灌注材料選用粒徑2～5cm的碎石和粗砂水泥，樁頂40cm選用純石子封頂，要求碎石和粗砂的含泥量<10%。

碎石樁施工采用錘擊沉管法，以貫入度和充盈系數(shù)兩項指標(biāo)雙控打樁，這是因為煙囪地基既要提高承載力(貫入度控制)，還要消除液化性(填料量控制)。施工自中心線向左右兩側(cè)半排一個循環(huán)展開，前后分3段完成，如圖1所示。

該工程從1990年5月6日開始打樁至7月31日結(jié)束，歷時86d，實際施工43d。施打73號樁至92號樁期間發(fā)現(xiàn)打樁至5m左右時，樁底普遍堅硬難下，經(jīng)分析這種情況與第⑤層粉土的分布有關(guān)，因勘查時除煙囪中心的S17鉆孔外，附近20～50m范圍的4個鉆孔(或探井)均未揭穿該粉土層，考慮是粉土層局部存在且厚度不一。經(jīng)協(xié)商，決定以最后10錘貫入度均<10mm確定樁底標(biāo)高，后期施打的316根樁基本為5.1m。打樁結(jié)束后基槽普遍隆起，8月上旬驗樁后即挖除40cm高的樁頂，換填80cm厚碎石粗砂墊層(體積比為2∶1)。1990年施工煙囪至21m高，1991年末竣工，1992年投入使用，至今使用良好。截至1992年10月的沉降觀測結(jié)果顯示，3個點分別下沉10mm、12mm和12mm，沉降均勻、穩(wěn)定。

圖1 錘擊沉管打樁施工分布圖

4 碎石樁檢測結(jié)果

碎石樁共做了3組試驗，樁體采用N120超重型動力觸探儀測定，樁間土測試采用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗、鉆孔取樣進(jìn)行測定。

4.1 單樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值fpk

采用N120超重動力觸探測定的碎石樁最小平均擊數(shù)為7擊，參照有關(guān)資料確定fpk=560kPa。

4.2 樁間土承載力fsk

(1)黃土狀粉質(zhì)黏土。該層土加固前后的物理性能見表1。

表1 黃土狀粉質(zhì)黏土加固前后的物理性能

由表1可以看出，第③層土經(jīng)碎石樁加固后承載力標(biāo)準(zhǔn)值fpk達(dá)到300kPa，提高了50%，加固效果明顯。

(2)粉細(xì)砂層。該層土加固前后標(biāo)貫試驗擊數(shù)及承載力標(biāo)準(zhǔn)值見表2。

表2 粉細(xì)砂層加固前后標(biāo)貫試驗擊數(shù)及承載力標(biāo)準(zhǔn)值

由表2可以看出，第④層土承載力標(biāo)準(zhǔn)值大幅度提高，上層土由200kPa提高到260kPa，提高了30%；下層土由120kPa提高到250kPa，提高了108%，加固效果非常顯著。

(3)粉土層。3個探井的粉土層厚度分別為0m、1.1m和2.1m，標(biāo)貫擊數(shù)由6擊增加到13擊，承載力標(biāo)準(zhǔn)值只達(dá)到160kPa。經(jīng)分析，認(rèn)為是后期施工中有部分樁體沒有落在卵石層所致。

(4)樁間土承載力標(biāo)準(zhǔn)值。樁間各土層承載力標(biāo)準(zhǔn)值變化情況見表3。

表3 樁間各土層承載力標(biāo)準(zhǔn)值變化情況

樁間土以511.5m標(biāo)高處為界，承載力標(biāo)準(zhǔn)值按厚度加權(quán)平均可分為上、下兩段，上段517.0～511.5m，fsk=270kPa；下段511.5～510.0m，fsk=160kPa。

4.3 復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值fspk

按公式fspk=mfpk+(1+m)fsk(m為置換率)計算，上段(517.0～511.5m)地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值fspk=320kPa；下段(511.5～510.0m)地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值fspk=230kPa。經(jīng)驗算，軟弱下臥層滿足承載力要求。

4.4 復(fù)合地基液化評價

復(fù)合地基液化勢綜合判定如圖2所示。

圖2 液化勢綜合判定圖

由圖2可以看出，復(fù)合地基樁間土平均標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)，3個點均位于按GBJ11—89《抗震設(shè)計規(guī)范》繪制的標(biāo)貫臨界線上方，說明復(fù)合地基完全消除了砂土、粉土液化的影響。

5 結(jié)語

該工程地基處理的檢測結(jié)果表明，選擇錘擊沉管碎石樁處理飽和粉細(xì)砂及飽和粉土地基，既能提高承載力，又可消除液化，效果明顯；該工程樁基總造價僅14萬元，較為經(jīng)濟，值得推廣；通過小樁徑、密樁距設(shè)計，錘擊沉管樁起到了振沖擠密樁和振沖置換樁的雙重功效。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王永.錘擊沉管碎石擠密樁在地基處理中的探索[J].科技信息，2009(29)：717，677.