淺談原料場(chǎng)地基處理

王漳

摘 要：本文以某大型機(jī)械化原料場(chǎng)的地基處理為背景，闡述了大面積堆載下地基處理的重要性及針對(duì)不同地質(zhì)特點(diǎn)地基處理的技術(shù)和方法。合理的地基處理方案將會(huì)大幅度的降低工程造價(jià)。

關(guān)鍵詞：原料場(chǎng)；大面積堆載；地基處理；工程造價(jià)

中圖分類號(hào)：TU47 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

在工業(yè)建筑中，經(jīng)常遇到大面積堆載情況。如冶金行業(yè)供應(yīng)高爐原料的大型料場(chǎng)、各生產(chǎn)車(chē)間的坯料廠房和成品庫(kù)等。大面積堆載由于其產(chǎn)生的荷載效應(yīng)往往大于地基承載力，通常會(huì)引起地基不均勻沉降乃至土體剪切破壞，同時(shí)伴隨著產(chǎn)生較大的水平推力，導(dǎo)致事故發(fā)生。故設(shè)計(jì)中應(yīng)引起足夠重視。必須進(jìn)行有效的地基處理。下面結(jié)合某大型機(jī)械化原料場(chǎng)，對(duì)大面積堆載下地基處理方案的選擇進(jìn)行分析探討。

1 工程概況

某大型機(jī)械化原料場(chǎng)長(zhǎng)×寬×高=535m×248m×45m，兩跨，分別為礦石料場(chǎng)及混勻料場(chǎng)，礦石料場(chǎng)縱向4個(gè)料條，兩側(cè)是設(shè)備軌道，料場(chǎng)最大堆高15m，地面最大堆載350kN/m2；混勻料場(chǎng)縱向2個(gè)料條，內(nèi)有設(shè)備軌道，料場(chǎng)最大堆高12m，最大堆載300kN/m2。

2 工程地質(zhì)概況

擬建場(chǎng)地表層為人工填土（Qml），向下分別為第四系全新統(tǒng)沖洪積成因（Q4a l+pl）的粉質(zhì)粘土，第四系上更新統(tǒng)沖洪積成因（Q3a l+pl）的粉土、砂土，第四系中下更新統(tǒng)冰水沉積成因（Q1f g1）的膠結(jié)礫巖，底部為第三系半成巖狀態(tài)的粘土巖（N）。地基承載力特征值fa=110kPa，壓縮模量ES=4.0MPa，φ=10°，Ck=22kPa。

抗震設(shè)防烈度7度，基本地震加速度值0.15，第一組，場(chǎng)地類別II類。場(chǎng)地地基比較穩(wěn)定，屬中軟場(chǎng)地土，無(wú)不良地質(zhì)現(xiàn)象。

3 地基處理方案的比較和選擇

軟土地基的特點(diǎn)是承載力低，壓縮模量小，沉降大，抗剪強(qiáng)度比較差。承受上部荷載時(shí)，沉降隨荷載的增大而增加，當(dāng)超過(guò)極限荷載時(shí)，即形成連續(xù)滑動(dòng)面，土從堆載四周擠出隆起伴隨著產(chǎn)生較大的水平推力，發(fā)生整體剪切破壞。

根據(jù)以上土體受力機(jī)理的分析可以看出，對(duì)于大面積堆載下大型機(jī)械化原料場(chǎng)來(lái)說(shuō)，一定要控制地基豎向沉降和土體剪切破壞所產(chǎn)生的巨大水平推力，以防靠近堆載附近的廠房及設(shè)備軌道樁基扭曲變形，影響結(jié)構(gòu)安全及生產(chǎn)的正常運(yùn)行。為了使地基處理在既滿足工藝設(shè)備需要和工期要求又結(jié)構(gòu)安全可靠的前提下經(jīng)濟(jì)合理，應(yīng)根據(jù)不同地質(zhì)特點(diǎn)及實(shí)際情況采用不同的地基處理方案。常采用的方法有預(yù)壓法、換土法、水泥土攪拌樁復(fù)合地基、強(qiáng)夯法等。

（1）預(yù)壓法：雖較經(jīng)濟(jì)，但工期太長(zhǎng)，不可行。

（2）換土法：就本工程而言，建筑面積13萬(wàn)余m2，地基處理單價(jià)稍有偏高，則工程造價(jià)會(huì)大幅度上漲。若采取大面積換填，土方量太大，費(fèi)用太高，不可取。

（3）水泥土攪拌樁復(fù)合地基：以水泥為固化劑，將軟土和水泥強(qiáng)制拌和，形成水泥樁體與樁間土一起組成復(fù)合地基承受外部荷載。此法施工時(shí)無(wú)振動(dòng)、無(wú)噪音、無(wú)地面隆起，施工工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，處理含水量較高的淤泥質(zhì)軟土地基效果很好。但就本工程而言，因無(wú)淤泥等不良地質(zhì)現(xiàn)象，此法造價(jià)相對(duì)較高，工期相對(duì)較長(zhǎng)，且質(zhì)量不容易得到很好的保證，故不適合采用。

（4）強(qiáng)夯法：通過(guò)重錘從高處自由落下，對(duì)地基土施加很大的沖擊能，從而提高地基土的強(qiáng)度，降低土的壓縮性。同時(shí)夯擊能還可以提高土層的均勻程度，減小將來(lái)可能出現(xiàn)的差異沉降。強(qiáng)夯法所使用的設(shè)備簡(jiǎn)單，不需要加固材料，具有造價(jià)低廉，施工速度快，加固效果好等優(yōu)點(diǎn)。此法尤其對(duì)承載力小的低飽和度的粉土與粘性土、雜填土等地基處理特別有效。不需再對(duì)地基添加加固材料。由此而獲得的經(jīng)濟(jì)效益也是顯著的。經(jīng)分析比較，最終確定用強(qiáng)夯法來(lái)加固該原料場(chǎng)地基。

對(duì)于大面積堆載下的原料場(chǎng)，由于其本身對(duì)沉降并無(wú)控制要求，因此在地基處理時(shí)只要控制堆料面積下地基沉降對(duì)廠房及軌道樁基不產(chǎn)生大的水平推力即可，這樣可以大大降低工程造價(jià)。據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)：大面積堆料由于地基沉降所產(chǎn)生的水平推力主要分布在地表以下1/3或1/4堆料底寬的高度范圍內(nèi)，只要將該范圍內(nèi)的地基土壓縮變形減小到最低值，既可避免堆料對(duì)廠房及軌道樁基礎(chǔ)的不良影響。因此在設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮以下兩個(gè)方面：一是強(qiáng)夯處理有效深度不小于堆載底寬的1/3～1/4；二是地基土在堆載作用下基本不發(fā)生剪切破壞。據(jù)本堆場(chǎng)受荷情況結(jié)合以往經(jīng)驗(yàn)，若強(qiáng)夯處理的有效加固深度≥6m，夯實(shí)后的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)C≥30kPa，φ≥20°，地基承載力特征值fak≥220kPa，壓縮模量ES≥12MPa即可滿足使用要求。施工時(shí)可通過(guò)試夯選取夯擊能，分層厚度和夯點(diǎn)間距等施工參數(shù)，達(dá)到設(shè)計(jì)要求后方可進(jìn)行大面積施工。值得注意的是，強(qiáng)夯施工除了嚴(yán)格按照施工步驟進(jìn)行外，應(yīng)由專人負(fù)責(zé)對(duì)施工過(guò)程中的有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)，包括夯點(diǎn)放線、錘重落距、夯擊次數(shù)和每擊夯沉量記錄等，確保施工質(zhì)量。經(jīng)竣工驗(yàn)證，加固后的地基各項(xiàng)參數(shù)均可達(dá)標(biāo)，壓縮模量ES值超過(guò)12MPa，加固影響深度達(dá)7m，滿足設(shè)計(jì)要求。經(jīng)加固使得地基承載力提高了2～3倍，壓縮性降低了3～5倍，且剩余沉降大部分發(fā)生在處理深度的下層，有效的降低了軟土地基在大面積堆載作用下產(chǎn)生的側(cè)向水平推力，從而在設(shè)計(jì)上保證了原料廠房結(jié)構(gòu)安全和堆取料設(shè)備的正常使用。

4 設(shè)計(jì)和施工中應(yīng)注意的問(wèn)題

為了消除對(duì)廠房及設(shè)備軌道基樁的水平推力的影響可采用抗側(cè)力高的基樁如PHC管樁；限制堆載的距離，距堆載越近，地基的穩(wěn)定安全度越低，樁所承受的側(cè)壓力就越大。最好不直接壓在基樁的承臺(tái)上，必要時(shí)可在柱基旁設(shè)擋墻；避免一次突然堆載到設(shè)計(jì)值；注意施工順序，應(yīng)先完成料場(chǎng)內(nèi)的地基處理再施工樁基，避免施工所造成的對(duì)樁基的側(cè)壓力。

結(jié)語(yǔ)

對(duì)于大面積堆載下的地基處理，是一個(gè)因地制宜綜合性很強(qiáng)的課題。本工程在工期緊，造價(jià)控制嚴(yán)格，沉降要求較高的情況下，強(qiáng)夯法是最優(yōu)的選擇。據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)估算，能比采用其它地基處理降低工程造價(jià)50%左右，整個(gè)工程造價(jià)節(jié)省超1000萬(wàn)元。該工程已投產(chǎn)使用多年，效果良好。

參考文獻(xiàn)

[1] JGJ 79-2012，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].

[2] GB 50007-2011，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].