太平鐵礦大荷載厚弱地質(zhì)的地基處理方法

龔平玲 毛宏宇 江一峰

(1.中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究院有限公司，安徽馬鞍山243000;2.金屬礦山安全與健康國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽馬鞍山243000;3.華唯金屬礦產(chǎn)資源高效循環(huán)利用國(guó)家工程研究中心有限公司，安徽馬鞍山243000)

1 工程概況

蕪湖太平礦業(yè)有限責(zé)任公司擬在原選礦廠內(nèi)建設(shè)蕪湖太平礦業(yè)選礦廠技改項(xiàng)目。該項(xiàng)目場(chǎng)地位于蕪湖市鳩江區(qū)裕溪口，裕溪河西岸，場(chǎng)地±0.000標(biāo)高相當(dāng)于絕對(duì)標(biāo)高5.000 m(黃海高程)。為了迎合礦山節(jié)能環(huán)保的大趨勢(shì)，本工程對(duì)選礦廠進(jìn)行技改項(xiàng)目，要求提高運(yùn)行效率，降低經(jīng)濟(jì)成本。各單體土建選擇設(shè)計(jì)方案要安全，合理，經(jīng)濟(jì)，可行，節(jié)省造價(jià)。其中主要單體為新建一個(gè)直徑24 m的濃縮池，且特點(diǎn)為大荷載厚弱地質(zhì)，地基處理方案的合理選擇對(duì)于工程安全，滿足承載力，沉降及降低造價(jià)至關(guān)重要。該工程濃縮池上部為鋼結(jié)構(gòu)，通過(guò)66根支柱傳遞到基礎(chǔ)上去，其中每根支柱載荷為550 kN。支柱載荷點(diǎn)布置見(jiàn)圖1。

圖1 支柱載荷點(diǎn)布置Fig.1 Pillar load layout

2 工程地質(zhì)條件

擬建場(chǎng)地上部為松散耕地，地表相對(duì)高程為4.41～5.31 m，總體上平整，場(chǎng)地地貌屬長(zhǎng)江中下游沖擊平原，為厚弱地質(zhì)。地層巖性以雜填土，素填土，粉質(zhì)黏土，淤泥質(zhì)粉土，粉土夾粉砂，中細(xì)砂為主。其各土層主要工程地質(zhì)特征力學(xué)性能指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 地基土層的主要力學(xué)性能指標(biāo)Table1 Themain mechanical properties of soil foundation

3 基礎(chǔ)方案比較

根據(jù)場(chǎng)地地基土層的性能指標(biāo)，濃縮池支柱分布及載荷情況?；A(chǔ)設(shè)計(jì)主要考慮以下4種方案。

(1)筏板基礎(chǔ)方案。根據(jù)工勘報(bào)告，第②層粉質(zhì)黏土標(biāo)高為4.35～3.00 m，承載力fak=120 kPa。本工程采用筏板基礎(chǔ)方案，基礎(chǔ)落在第②層粉質(zhì)黏土上。第③層淤泥質(zhì)粉土fak=65 kPa，為軟弱下臥層。筏板基礎(chǔ)面積應(yīng)由第③層淤泥質(zhì)粉土控制。根據(jù)《地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》第5.2.7條［1］，地基承載力及基礎(chǔ)沉降(s)按下式計(jì)算:

確定筏板基礎(chǔ)直徑為36 m，每邊挑出6 m，由于挑出過(guò)大，沉降計(jì)算中間大周邊小，最大沉降量達(dá)到500 mm左右。經(jīng)比較不符合規(guī)范要求，故該方案不合理。

(2)混凝土攪拌樁方案。第③層淤泥質(zhì)粉土標(biāo)高為3.00～－6.35 m，厚約9 m，承載力fak=65 kPa。采用深層攪拌樁法對(duì)第③層淤泥質(zhì)粉土進(jìn)行處理。攪拌樁徑取500 mm，樁間距為1 500 mm，梅花樁布置，處理深度為9～10 m。使水泥土樁與周邊樁間土完全共同工作，形成一個(gè)承載力相對(duì)較高的硬殼層［2-3］，處理后的承載力fak=150 kPa。攪拌樁為有黏結(jié)強(qiáng)度增強(qiáng)體復(fù)合地基，其承載力fspk按下式計(jì)算:

由于第④層粉土夾粉砂土，承載力fak=100 kPa，相對(duì)于處理后的硬殼層為軟弱下臥層，由公式(6)計(jì)算第④層軟弱下臥層不滿足要求，故該方案不可行。

(3)換填墊層方案。換填墊層適用于淺層軟弱土層或不均勻土層的地基處理，換填厚度為0.5～3.0 m［2］。根據(jù)工勘報(bào)告，第③層淤泥質(zhì)粉土標(biāo)高為地面以下－3.00～－9.35 m，不屬于淺層軟弱土層。故換填墊層方案不可行。

(4)預(yù)應(yīng)力混凝土管樁方案。本工程采用預(yù)應(yīng)力混凝土薄壁管樁，基礎(chǔ)持力層選用第⑤層中細(xì)砂。各土層樁基參數(shù)值見(jiàn)表2。

表2 土層樁基參數(shù)值Table2 Parameter values of soil pile foundation

根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》第5.3.5條［4］

預(yù)應(yīng)力混凝土薄壁管樁樁徑D=500 mm，有效樁長(zhǎng)L=37 m，且樁端進(jìn)入持力層深度大于1 m。每根支柱下1根樁，每樁設(shè)1個(gè)承臺(tái)，承臺(tái)之間連系梁截面為250 mm×400 mm。預(yù)制樁基礎(chǔ)布置見(jiàn)圖2。

由于本工程樁屬于樁中心距大于6倍樁徑的疏樁基礎(chǔ)，其沉降按下式計(jì)算:

圖2 預(yù)制樁基礎(chǔ)布置Fig.2 Basic layout plan of precast piles

4 預(yù)應(yīng)力混凝土管樁方案的優(yōu)點(diǎn)

(1)大幅度提高承載力。預(yù)應(yīng)力混凝土薄壁管樁有效樁長(zhǎng)L=37 m，基礎(chǔ)持力層選用第⑤層中細(xì)砂。經(jīng)計(jì)算單樁承載力特征值達(dá)到800 kN，相對(duì)于其他方案，可以大幅度提高承載力，滿足設(shè)計(jì)要求。

(2)有效減少基礎(chǔ)的沉降。樁基礎(chǔ)持力層為第⑤層中細(xì)砂，承載力特征值為180 kPa，承載力高，壓縮性小。比起其他幾種方案，基礎(chǔ)沉降量大大減少了。

(3)節(jié)省工程造價(jià)。每根支柱下一根管樁，共計(jì)66根，比起混凝土攪拌樁的數(shù)量大為減少。支柱間的連系梁截面為250 mm×400 mm，僅按構(gòu)造配筋。鋼筋混凝土用量少，工程造價(jià)較低。

5 方案選擇及施工技術(shù)措施

(1)經(jīng)過(guò)對(duì)上述四種地基處理方案的分析對(duì)比，從地基承載力，基礎(chǔ)沉降量，工程造價(jià)等幾個(gè)方面，可以知預(yù)應(yīng)力混凝土管樁為最優(yōu)方案。本工程選用預(yù)應(yīng)力混凝土管樁為地基處理方案。

(2)場(chǎng)地第③層淤泥質(zhì)粉土普遍存在，厚度達(dá)6 m左右。預(yù)制管樁較密集，管樁沉樁過(guò)程中，擠土效應(yīng)明顯。為了避免和減少沉樁的擠土效應(yīng)和對(duì)濃縮池地下管道的影響，采用下列技術(shù)措施:①打樁順序，自中間向2個(gè)方向或四周對(duì)稱施打，且隔樁跳打;②設(shè)置塑料排水板、袋裝砂井以消除超孔隙水壓，減少擠土效應(yīng);③在施工過(guò)程中設(shè)置觀測(cè)點(diǎn)，定時(shí)監(jiān)測(cè)。沉樁結(jié)束后實(shí)施一次復(fù)打。

(3)基樁檢測(cè)。應(yīng)采用靜載試驗(yàn)檢測(cè)單樁豎向抗壓承載力，數(shù)量不少于總樁數(shù)的1%，且不少于3根。采用低應(yīng)變檢測(cè)基樁樁身完整性，抽檢數(shù)量為每個(gè)承臺(tái)1根［2］。

6 工程效果

本工程采用預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的地基處理方案后，各指標(biāo)達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。由于樁基礎(chǔ)持力層為第⑤層中細(xì)砂，經(jīng)樁基靜載試驗(yàn)檢測(cè)單樁豎向抗壓承載力達(dá)到1 000多kN滿足設(shè)計(jì)要求，顯著地降低了基礎(chǔ)的沉降量?；A(chǔ)混凝土用量?jī)H為79.5 m3，遠(yuǎn)少于前面幾種方案，可節(jié)省工程造價(jià)30%左右。

7 結(jié)語(yǔ)

太平鐵礦選礦廠技改項(xiàng)目要求濃縮池基礎(chǔ)處理方案安全，合理，經(jīng)濟(jì)可行，節(jié)省造價(jià)。由于本工程濃縮池具有大載荷厚弱地質(zhì)的特點(diǎn)，本研究提出了4種基礎(chǔ)處理方案:筏板基礎(chǔ)方案，混凝土攪拌樁方案，換填墊層方案，預(yù)應(yīng)力混凝土管樁方案。通過(guò)對(duì)地基承載力，基礎(chǔ)沉降量，工程造價(jià)等指標(biāo)進(jìn)行綜合分析比較，最終選擇了預(yù)應(yīng)力混凝土管樁方案為本工程的地基處理方案。為了避免和減少沉樁的擠土效應(yīng)和對(duì)濃縮池地下管道的影響，對(duì)施工過(guò)程提出了具體的技術(shù)措施。本方案使用后，基礎(chǔ)承載力滿足設(shè)計(jì)要求，降低了沉降量，節(jié)省了工程造價(jià)，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。本文對(duì)于其他相似的大載荷厚弱地質(zhì)工程的地基處理，提供了可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。

［1］ 中華人民共和國(guó)建設(shè)部.GB 50007—2011 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2011.

Construction of the People＇s Republic of China.GB 50007—2011 Building Foundation Design Code［S］.Beijing:China Building Industry Press，2011.

［2］ 編委會(huì).地基處理手冊(cè)［M］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008.

Editorial Committee.Foundation TreatmentManual［M］.Beijing:China Building Industry Press，2008.

［3］ 中華人民共和國(guó)建設(shè)部.JGJ 79—2012 建筑地基處理技術(shù)規(guī)范［S］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2012.

Construction of the People＇s Republic of China.JGJ 79—2012 Building Foundation Treatment Technology Specification［S］.Beijing:China Building Industry Press，2012.

［4］ 中華人民共和國(guó)建設(shè)部.JGJ 94—2008 建筑樁基技術(shù)規(guī)范［S］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008.

Construction of the People＇s Republic of China.JGJ 94—2008 Building Pile Foundation Technical Specification［S］.Beijing:China Building Industry Press，2008.