某工程防滲區(qū)域地面地基處理方案比較

徐 建

（中國瑞林工程技術(shù)股份有限公司，江西南昌 330038）

目前，軟弱地基處理[1]一般情況下以滿足承載力的要求為主要控制指標(biāo)。對地基的差異沉降，只要不影響使用，在前期投資成本有限的情況下，可以允許其出現(xiàn)并在后期進(jìn)行處理。而具有防滲要求的廠房，則必須嚴(yán)格控制承載力和差異沉降兩個指標(biāo)。這就要求在地基處理方案的選擇上，結(jié)合防滲對地基差異沉降的要求進(jìn)行統(tǒng)一考慮。如果能結(jié)合工程所在地的實際情況做好軟弱地基防滲區(qū)域的地基處理，將有利的提高該區(qū)域的工業(yè)建筑工程建設(shè)水平，本文結(jié)合工程實例進(jìn)行探討。

1 工程概況

建設(shè)工程為危險固體廢物倉庫，位于長江口，距離長江僅200 多米，按照環(huán)保要求需做防滲處理。該建筑為地上1 層，車間尺寸為33 m×285 m，設(shè)置兩臺10 t 吊車，檐口標(biāo)高為12.700 m，地面堆載按8 t/㎡考慮。

2 前期地基處理方案及處理情況

根據(jù)工勘報告，本工程水文地質(zhì)情況見表1。在保證結(jié)構(gòu)安全和工程質(zhì)量的前提下，為了節(jié)約投資，采取了廠房柱樁基與廠房室內(nèi)地坪地基處理分開處理的方案，并提出了3 種室內(nèi)地坪地基處理方案。1）水泥攪拌樁（CFG）[2]：樁距1 500 mm，樁徑600 mm，樁長15 000 mm，估算處理后的沉降量260 mm。 由于地下水位較高，成樁效果差，耗時長，造價高，沒有繼續(xù)采用。 2）碎石攪拌樁：樁距1 500 mm，樁徑600 mm，樁長15 000 mm，采用正三角形布樁，估算處理后的沉降量300 mm。 由于施工場地受限（樁機(jī)高達(dá)15 m 以上，嚴(yán)重影響土建及鋼結(jié)構(gòu)施工）、造價高（約2 500 萬元）、工期長（采用4 臺樁機(jī)施工，約需32 d），不建議采用。3）換填法（見圖1）：該法系由業(yè)主工程部相關(guān)專業(yè)人員針對地區(qū)地質(zhì)、建材、習(xí)慣做法提出，即廠房采用換填方式，換填使用60%左右粉質(zhì)砂土與40%左右碎磚子分層壓實（壓路機(jī)碾壓）。 采用該方案，不僅降低造價，而且可以解決交叉施工問題，保障施工進(jìn)度。經(jīng)檢測單位檢測，該方案處理后的承載力能滿足12 t/㎡的載荷要求。但采用磚渣和素土換填1～1.5 m 的地基處理方案，不可取且不可靠。因為第②1層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土為流塑狀態(tài)土質(zhì)，工程特性差，受地下水位波動影響大，如出現(xiàn)局部超載現(xiàn)象，將會出現(xiàn)坍塌式局部沉降，從而對地坪及防滲膜造成破壞。且磚渣勻質(zhì)性差，質(zhì)量可控性差。 故此方案不可行。

表1 本工程水文地質(zhì)情況

圖1 換填法剖面

圖2 勁性體+高強(qiáng)土工格柵地基處理作法

3 “勁性體+高強(qiáng)土工格柵”[3]方案

通過上述分析并結(jié)合工程所在地實際情況，提出了管樁作為剛性樁復(fù)合地基中豎向增強(qiáng)體（簡稱“勁性體”）+高強(qiáng)土工格柵的方案。依據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ 79-2012）、《預(yù)應(yīng)力混凝土管樁技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ/T 406-2017），本項目擬采用直徑400 mm、壁厚60 mm、樁長12 m、樁間距1.8 m 的管樁勁性體+高強(qiáng)土工格柵進(jìn)行地基處理。具體做法如圖2 所示，勁性體如圖3 所示。

圖3 勁性體

4 與前期方案比較

4.1 指標(biāo)比較

指標(biāo)比較見表2。

4.2 成樁質(zhì)量

勁性體為工廠現(xiàn)代化制作，樁身強(qiáng)度高，混凝土強(qiáng)度等級大于C60， 管樁出廠前經(jīng)過多道程序的嚴(yán)格檢測，施工過程中不易出現(xiàn)樁頭損壞、爛樁等現(xiàn)象發(fā)生，避免了樁成本及工期的增加。碎石樁屬于復(fù)合地基處理的一種，它是現(xiàn)場灌注樁，樁身強(qiáng)度只能達(dá)到C30，并且成樁質(zhì)量沒有管樁直觀、穩(wěn)定，易出現(xiàn)斷樁、縮徑。

表2 指標(biāo)比較

4.3 工期

1）勁性體。（1）工廠生產(chǎn)周期短[4]，從下料至成品為24 h；（2）管樁單位承載力高，同一直徑管樁單位承載力高于碎石樁2～3 倍，因此布樁數(shù)量減少，相對而言工期可縮短一半時間；（3）現(xiàn)場可以大量儲存管樁成品， 不受氣候影響， 單臺施工設(shè)備每天可以施工800～1 000 m。

2）碎石樁。（1）混凝土有28 d 的養(yǎng)護(hù)齡期[5]；（2）布樁數(shù)量增加，增加工期；（3）會受氣候的影響，原材供應(yīng)影響工期；（4）單臺施工設(shè)備每天施工500 m 左右。

4.4 樁基比較

樁基比較，見表3。

表3 樁基比較

4.5 方案綜合比較

方案綜合比較，見表4。

表4 方案綜合比較

5 焊接聚酯高強(qiáng)土工格柵技術(shù)分析

5.1 材料特點(diǎn)

1）抗拉能力強(qiáng)。土工格柵以聚酯纖維為材料，使得產(chǎn)品具有相當(dāng)強(qiáng)的抗拉能力和較大抗拉力范圍。根據(jù)工程特點(diǎn)和要求不同，可以提供極限抗拉強(qiáng)度從200 kN/m 到1 250 kN/m 的產(chǎn)品。

2）蠕變影響小。聚脂的蠕變性遠(yuǎn)低于聚丙烯和聚乙烯。其蠕變越小，越有利于對變形的控制。

5.2 焊接聚酯高強(qiáng)土工格柵特點(diǎn)

1）寬幅大，施工簡單。產(chǎn)品每卷寬幅為4.5 m，一次鋪設(shè)面積大，能夠有效加快施工進(jìn)度，減少人工成本，且產(chǎn)品為柔性條帶，易于施工，施工中也不易產(chǎn)生記憶效果。

2）抗環(huán)境影響、抗腐蝕性能好。由于有惰性材料PE 作為防護(hù)外套，能夠很好地起到防護(hù)作用，使其具有很好的抗腐蝕、抗生物等環(huán)境因素影響的特點(diǎn)。有關(guān)資料可以參考BBA 認(rèn)證報告。

3）摩擦性能好，增加與土壤間的摩擦特性。加筋材料在表層護(hù)套上設(shè)置了很多凹凸不平的小“點(diǎn)”，用于人工增加摩擦系數(shù)，增強(qiáng)格柵與土之間的摩擦。

4）折減系數(shù)小，設(shè)計強(qiáng)度大。折減系數(shù)綜合了蠕變、施工損傷、環(huán)境損傷等因素，由于PARALINK 產(chǎn)品受蠕變影響小，且作了特殊的防護(hù)處理（PE 護(hù)套）避免加筋筋材直接與自然界接觸，使得PARALINK綜合折減系數(shù)相對較低，加上其極限抗拉強(qiáng)度大，使得產(chǎn)品設(shè)計強(qiáng)度高，為國內(nèi)普通產(chǎn)品的幾倍，特別適用于地基處理及高支擋結(jié)構(gòu)工程中。

5.3 一層雙向格柵與兩層單向土工格柵對比

通常認(rèn)為采用一層雙向土工格柵比兩層交叉的單向格柵更經(jīng)濟(jì)，其主要原因是交叉鋪設(shè)需多鋪一層土工格柵。但是，采用一層雙向土工格柵會存在很多隱蔽的費(fèi)用。對于土體加筋，通常要求筋材具有很高的抗拉強(qiáng)度，且兩個方向受力不同（例如樁承式加筋路堤、空洞或軟土上的路堤等等）。任何情況下，各方向的設(shè)計抗拉強(qiáng)度均應(yīng)滿足要求，不同幅筋材之間通過搭接來實現(xiàn)，搭接長度由筋材之間的被動摩擦和粘結(jié)強(qiáng)度來確定。搭接處的連接強(qiáng)度由上覆荷載和筋土間摩擦系數(shù)算得。筋材實際發(fā)揮的強(qiáng)度，取決于筋材間連接強(qiáng)度與筋材實際強(qiáng)度的最小值。因此，筋材搭接長度或者說連接強(qiáng)度應(yīng)大于筋材的實際強(qiáng)度或者說所需要的強(qiáng)度。 格柵的搭接長度通過下式進(jìn)行計算：

式中：Td為筋材設(shè)計強(qiáng)度；γ 為路堤填土重度；h為筋帶以上路堤填土的平均高度；a1為筋材一面與tanφ1對應(yīng)的筋土相互作用系數(shù)；a2為筋材另一面與tanφ2對應(yīng)的筋土相互作用系數(shù)；φ1為路堤填料在有效應(yīng)力條件下筋帶一面的內(nèi)摩擦角；φ2為路堤填料在有效應(yīng)力條件下筋帶另一面的內(nèi)摩擦角。

在樁網(wǎng)復(fù)合結(jié)構(gòu)中橫向筋材受力要比縱向筋材受力大得多，通過計算得到的搭接長度也比較長，更重要的一點(diǎn)是格柵的寬度一般在4～5 m 之間。 若采用雙向格柵，為保證在縱向和橫向受力的連續(xù)性，橫向搭接寬度至少需要達(dá)到3 m，按寬度5 m 計算，損耗率達(dá)到60%，非常的不經(jīng)濟(jì)。 因此，在樁網(wǎng)結(jié)構(gòu)中一般采用兩層格柵縱、橫向交錯布置。

6 結(jié)論

1）勁性體結(jié)合高強(qiáng)格柵的處理方案，相較于碎石樁復(fù)合地基方案造價降低52%。

2）勁性體結(jié)合高強(qiáng)格柵的處理方案對于控制變形較碎石樁復(fù)合地基更為嚴(yán)格（對于防滲要求特別重要，減少不均勻沉降），施工質(zhì)量容易控制，工期相對于碎石樁復(fù)合地基可減少50%以上。

3）焊接聚酯土工格柵具有高強(qiáng)度，低蠕變，高抗化學(xué)、生物腐蝕性能。同時，樁承堤沿路基縱、橫向受力大小不一致，考慮縱向搭接引起的施工損耗，采用兩層單向土工格柵相比一層雙向土工格柵具有更好的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。