復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下的地基處理實(shí)踐探究

季 強(qiáng)

(山西八建集團(tuán)有限公司第四事業(yè)部，山西 太原 030027)

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復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下的地基處理實(shí)踐探究

季 強(qiáng)

(山西八建集團(tuán)有限公司第四事業(yè)部，山西 太原 030027)

結(jié)合某沖積平原地區(qū)高層建筑工程的地質(zhì)條件，從樁基承載力測(cè)算、深基坑防護(hù)、軟土地基處理等方面，闡述了復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下的地基處理方案，旨在確保地基基礎(chǔ)的穩(wěn)定性。

地基處理，地質(zhì)條件，深基坑，承載力

0 引言

地基處理是絕大多數(shù)建筑工程都必須高度重視的問(wèn)題。我國(guó)幅員遼闊，地質(zhì)條件各不相同，隨著城市化的不斷發(fā)展與交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的推進(jìn)，越來(lái)越多的建筑出現(xiàn)在山區(qū)、戈壁高原、濱海軟土、沖積平原等地區(qū)，這些地區(qū)地理環(huán)境復(fù)雜，譬如地基巖體中可能存在斷層或夾層等不利的軟弱結(jié)構(gòu)面,這些軟弱結(jié)構(gòu)面往往對(duì)結(jié)構(gòu)抗滑穩(wěn)定產(chǎn)生不利影響。表現(xiàn)在地基土的各項(xiàng)物理力學(xué)性質(zhì)如透水性、壓縮能力、載荷能力等都相差甚遠(yuǎn)。為了保證工程的質(zhì)量安全與施工安全，在這樣的地質(zhì)條件下進(jìn)行工程建設(shè)時(shí)必須進(jìn)行相應(yīng)的處理。根據(jù)工程建筑所處的環(huán)境不同，針對(duì)性的選擇地基處理方法，消除地基土的膨脹性、濕陷性或者振動(dòng)液化等不良特性，對(duì)土體進(jìn)行一定的補(bǔ)強(qiáng)和加固，從根本上滿足地基土體的承載力、穩(wěn)定性、沉降等要求，進(jìn)而保證建筑物本身的可靠和安全。

本文以某沖積平原的高層建筑為例，綜合分析其復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下的地基處理實(shí)踐。

1 工程概況

某沖積平原地區(qū)，地基土為沖積砂土，含泥量較高。由于長(zhǎng)期受河水侵蝕，地基土體鹽漬化嚴(yán)重、含水量較高，地層情況如下：地面下1 m～3.5 m是人工雜填土；其下為淤泥質(zhì)土，平均含水量大約48%，孔隙比大約為1.5，該層土體壓縮性極高，承載力很低，滲透性差；9 m～17 m是粘土，中間夾有一層粉砂層，厚度較薄，該層孔隙比和含水量均有相應(yīng)減?。?7 m以下可以作為樁基等持力層，工程地質(zhì)性質(zhì)較好，為亞粘土(見表1)。該工程為一綜合商業(yè)建筑，總建筑面積68 463 m2，主體8層, 其中地下室的面積達(dá)12 000 m2。開挖深度為-10.2 m。該地區(qū)地基土屬于河灘軟土，整體工程力學(xué)性質(zhì)極差，必須進(jìn)行一定的地基處理，方可在其上興建建筑物。

表1 巖土分布及物理指標(biāo)

2 地基處理具體實(shí)踐方案

2.1 樁基承載測(cè)算

樁基的承載能力直接影響著工程施工的穩(wěn)定性，所以必須對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)算。將理論分析與數(shù)值擬合的方法相結(jié)合，能夠大大提高計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，可以準(zhǔn)確地得出樁與土界面之間的相對(duì)位移數(shù)據(jù)。在具體計(jì)算中，可以采用土位移方程等線性模型、鏡像法等進(jìn)行相關(guān)驗(yàn)算。

首先，設(shè)定樁土位移為δ,確定樁側(cè)位移相對(duì)點(diǎn)、土層變形模量、沿樁軸分層圖厚度、樁側(cè)摩擦力等待確定參數(shù)。根據(jù)勘查情況，采用土位移方程進(jìn)行計(jì)算，并給出設(shè)計(jì)數(shù)值，建立地基模型。先采用樁土位移方程得出節(jié)點(diǎn)處的土層位移數(shù)值，再測(cè)量出樁端到剛性層頂面中持力層中土層的壓縮量以及樁桿單元節(jié)點(diǎn)長(zhǎng)度，其中，持力土層的壓縮量S可以通過(guò)測(cè)量該層的頂?shù)酌嫖灰屏坎⑶蟛钪档姆绞降玫健?/p>

實(shí)際研究情況表明，土位移方程這樣的線性模型不適用于端承型單樁的計(jì)算與設(shè)計(jì)。在本案中，采用鏡像法來(lái)對(duì)堅(jiān)硬持力層的影響加以考慮，則能夠大大提高在復(fù)雜地基中樁基承載的計(jì)算適用性，并使得計(jì)算結(jié)果更切合實(shí)際情況。

2.2 深基坑相關(guān)防護(hù)

2.2.1 加固與支護(hù)

在施工過(guò)程中，護(hù)坡樁水平位移相對(duì)較大，需要采取一定的加固措施與支撐措施來(lái)保證施工安全。加固要以防止護(hù)坡樁位移進(jìn)一步增大為目標(biāo)，可采取鋼筋連梁加固與傾斜支撐這兩種方式進(jìn)行。對(duì)于鋼筋連梁加固方案，由于鄰近區(qū)域存在道路及臨時(shí)建筑，存在路面開鑿與切坡的需要，經(jīng)與有關(guān)部門協(xié)調(diào)，在取得相關(guān)單位的同意后，在施工位置附近鑿開路面，并在相對(duì)的兩道坡體圍護(hù)樁頂上布設(shè)拉結(jié)鋼筋(絲)，并保證所布設(shè)鋼筋的穩(wěn)定性，將兩道鋼筋間進(jìn)行澆筑，使之成為連梁，以加強(qiáng)施工區(qū)域地基穩(wěn)定性。對(duì)于傾斜支撐方案，在布設(shè)斜撐時(shí)，綜合考慮建筑物樁基的位置，利用它們作為斜撐的支承點(diǎn)。采用這樣的傾斜支撐形態(tài)，可以改變護(hù)坡處原有的不穩(wěn)定懸臂式支撐。經(jīng)計(jì)算，在本方案中，每根灌注樁上承受的水平荷載為158.90 kN。

2.2.2 管涌治理

勘查中發(fā)現(xiàn)，在本次的建設(shè)項(xiàng)目當(dāng)中，多處出現(xiàn)了程度不一的管涌。管涌是隨著地下水在土層中的滲流，土壤中的顆粒隨水流流失的一種現(xiàn)象，隨著滲流量的擴(kuò)大，最終會(huì)導(dǎo)致土體破壞，對(duì)地基穩(wěn)定性造成嚴(yán)重破壞。由現(xiàn)場(chǎng)勘查可知，施工現(xiàn)場(chǎng)的管涌成因復(fù)雜多樣，因此，針對(duì)不同成因的管涌，要采取不同的治理措施，大體說(shuō)來(lái)，是要對(duì)管涌進(jìn)行合理的疏通與圍堵。首先，在管涌發(fā)生地附近，必須排除地表水的影響，截?cái)嗟乇硭牧魅胪緩?，減小水量并降低水頭。對(duì)由于止水帷幕深度過(guò)低導(dǎo)致的管涌，需要對(duì)基坑的邊緣施加荷載進(jìn)行壓密，并對(duì)其注漿。其次，對(duì)管涌涌砂量大，可能會(huì)大范圍擾動(dòng)基層土質(zhì)的管涌，對(duì)施工場(chǎng)地地基穩(wěn)定性的危害較大要特別重視，綜合考慮各類排水堵漏手段進(jìn)行。再次，對(duì)于受到地質(zhì)構(gòu)造條件限制的地質(zhì)暗管，要迎管線前探一段距離，再對(duì)該類暗管按照設(shè)計(jì)路線進(jìn)行鋪設(shè)與延長(zhǎng)，將土層中的滲透水流匯集到暗管路線上，并在出水口附近設(shè)置砂石濾管,這樣可以在匯水排水的同時(shí)起到一定的加固作用，最終使得土層中的水流沿鋪設(shè)路線排出坑外，減少地基土層土壤含水量，進(jìn)而控制與減少管涌的發(fā)生。

抗管涌驗(yàn)算:當(dāng)滿足以下條件時(shí)，便不會(huì)發(fā)生管涌(見圖1)。

其中，KS為抗管涌安全系數(shù)；W為抗?jié)B透壓力的土體重力；D為地下墻的插入深度；J為管涌范圍B上全部的滲透壓力，J=γwhB,B為管涌發(fā)生范圍，大約在D/2范圍內(nèi)，h為B范圍內(nèi)從墻底到基坑降水水位的水頭損失，一般取h≈hw/2;hw為擋墻兩邊的水頭差。

由計(jì)算可知，可以滿足抗管涌的要求，但是由于本例中計(jì)算數(shù)值與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值相差很小，所以安全系數(shù)很小。

2.3 軟土地基處理

2.3.1 振沖置換法

振沖置換法是置換法的一種，其原理是：利用碎石、砂子等建筑材料把原有的軟土地基置換出來(lái)，或者通過(guò)在軟土中摻入砂漿、石灰等形成地基加固體，從而和原來(lái)的軟土地基一起構(gòu)成復(fù)合土體，達(dá)到減少沉降、提高承載力的目的。振沖置換法通過(guò)振沖器的高速振動(dòng)和高壓水流，將孔道沖洗干凈并填入換填的石料等，接著振搗密實(shí)，邊填邊振，從而形成一根根密實(shí)的樁體，樁體和樁間軟土共同構(gòu)成復(fù)合土體?？紤]該方法的使用范圍，即不排水抗剪強(qiáng)度大于20kPa小于50kPa的飽和黃土、軟粘土和充填土等，可應(yīng)用于該項(xiàng)目地基處理。在對(duì)地基土體進(jìn)行了加固處理以后，進(jìn)行了地基土強(qiáng)度的對(duì)比試驗(yàn)，天然軟土地基的十字板強(qiáng)度平均值只有16.2kPa，經(jīng)過(guò)振動(dòng)置換處理的地基土體含水量稍微有所增加，干容重有所減小，土體強(qiáng)度在施工完畢后較低，這是因?yàn)檎駝?dòng)對(duì)土體產(chǎn)生的擾動(dòng)使得超靜孔隙水壓力上升，有效應(yīng)力減小，但是經(jīng)過(guò)一段時(shí)間以后，土體強(qiáng)度增加明顯，達(dá)到預(yù)期效果，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)天然地基的強(qiáng)度。

2.3.2 真空預(yù)壓法

真空預(yù)壓法需要在地基土上打砂井或者設(shè)置塑料排水板，在粘土層上預(yù)先鋪設(shè)砂墊層，并用塑料薄膜密封，然后對(duì)砂井和砂墊層用真空泵抽氣，地下水會(huì)相應(yīng)下降，在地下水和外界壓力的作用下使得地基土加速沉降固結(jié)。事實(shí)上，真空預(yù)壓法加速固結(jié)沉降效果與堆載預(yù)壓法基本相同，但是，由于真空預(yù)壓法是用真空泵來(lái)施壓，相應(yīng)減少了堆載材料的耗費(fèi)，并且與堆載法相比，荷重一次性就能施加完畢，施工便捷性大大增加，加固速度相應(yīng)加快，費(fèi)用也有所降低，因此具有一定的優(yōu)勢(shì)。另一方面，真空與預(yù)壓法也有它的不足之處，對(duì)于需要大載荷進(jìn)行處理的地基，真空預(yù)壓法不能滿足要求，一般來(lái)說(shuō)，真空預(yù)壓法的加固效果被限制在80 kN以內(nèi)。對(duì)該項(xiàng)目部分標(biāo)段進(jìn)行了真空預(yù)壓法地基處理，在地基土層中設(shè)置塑料排水板，間距取1.5 m，預(yù)壓真空度取80 kPa，預(yù)壓120 d，施工結(jié)束以后測(cè)試地基土體的沉降量和土體承載力，均滿足設(shè)計(jì)要求，達(dá)到了較好的地基處理效果，為下一步的主體施工打下了良好的基礎(chǔ)。

3 結(jié)語(yǔ)

由該工程可見,在復(fù)雜地質(zhì)條件下,基坑設(shè)計(jì)施工前,要根據(jù)地質(zhì)勘察結(jié)果，綜合考慮地基處理方案，對(duì)若干可能出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行完善的預(yù)案，確?；邮┕さ某晒?。做好復(fù)雜地質(zhì)條件下的地基處理，首先要合理測(cè)算其地基承載力，做好基坑相關(guān)防護(hù)，完善軟土地基的相關(guān)技術(shù)手段，切實(shí)提升復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下地基處理的技術(shù)水平。

[1] 陳艷軍.復(fù)雜地基上的灌注樁施工技術(shù)初探[J].山西建筑，2014,40(36)：75-76.

[2] 熊 瑜,張 林,楊寶全,等.復(fù)雜地基上重力壩試驗(yàn)中揚(yáng)壓力模擬方法研究[J].中國(guó)農(nóng)村水利水電，2015(8)：132-136，140.

Research on foundation treatment in complex geological environment

Ji Qiang

(4thDivision,The8thShanxiConstructionGroupCompanyLimited,Taiyuan030027,China)

Combining with geological conditions of high-rise building engineering in the alluvial plain region, starting from aspects of pile foundation bearing capacity computation, deep foundation protection and soft soil foundation treatment, the thesis describes foundation treatment scheme under complicated geological environment, with a view to guarantee the stability of the foundation base.

foundation treatment, geological conditions, deep foundation pit, bearing capacity

1009-6825(2016)26-0094-03

2016-07-03

季 強(qiáng)(1977- )，男，工程師

TU473.1

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