某工程破碎帶等復雜地基處理

文章介紹了某工程破碎帶、影響帶等不良地質現象的水平分布、豎向變化及特點，分析了其地基處理難點，根據地基處理、基礎和上部結構措施協(xié)同采用的原則，綜合各種因素，最終采用了“超挖換填+筏板+樁基”綜合治理方案，成功處理了這一不良地基，對其他類似工程地基處理具有重要參考價值。

破碎帶; 影響帶; 地基處理

TU472B

[定稿日期]2021-06-03

[作者簡介]陳正彬（1981～），男，本科，高級工程師，主要從事土建結構設計、項目管理工作。

1 汽機基座地基概況

某工程詳勘報告揭示，土層從地面往下依次為①層填土—③1層卵（礫）石層—④層強風化泥巖—④層中風化泥巖。由于汽機基座對地基承載力和地基變形要求較高，而卵石層整體性較差、受施工擾動后承載力及壓縮模量降低較大，強風化泥巖在基坑開挖后受地下水浸泡和施工擾動承載力急劇下降，因此設計采用筏板基礎，以中風化泥巖作為地基持力層，將基底以下的其他土層清除后采用毛石混凝土換填至基底標高，超挖換填深度2.8～3.8 m，見圖 1。

基坑開挖后，發(fā)現鄰近B排的數米寬度范圍內基底主要為破碎帶和煤層，已超挖至基底下6 m左右，仍未見中風化基巖。開挖揭露的破碎帶和煤層產狀較陡，傾角在80 °左右，若繼續(xù)超挖仍有極大可能無法揭露中風化基巖，因此，需進一步查明破碎帶和煤層空間分布和力學性質變化情況，然后再根據實際情況決定采用超挖換填或其他合理的地基處理方案。

2 破碎帶、影響帶分布

2.1 水平向分布

汽機基座區(qū)域中部發(fā)育3～6 m寬的破碎帶，破碎帶兩側分布寬約3 m的影響帶，影響帶外為中風化泥巖，其中西側中風化泥巖條帶寬約6 m，再向西變?yōu)橹酗L化泥質粉砂巖。破碎帶加上影響帶總寬度為10～13 m，基本平行于基礎縱軸線展布，汽機基座東側幾乎全部位于該帶之中，如圖2所示。

破碎帶及影響帶巖體呈陡傾角產出，因此其豎向上的空間擴展也與地表的軟硬相間相對應。對鉆孔揭露的所有地層情況進行分析，豎向上煤層占20.6 %，擠壓破碎的泥巖占31.8 %，泥巖或粉砂質泥巖“骨架”占47.6 %。

場地破碎帶和影響帶進行的N120超重型動力觸探試驗統(tǒng)計結果顯示，由于破碎帶和影響帶容易受到開挖擾動、風化和地下水的影響，淺層力學性質相對較差，隨著深度的增加，影響帶的力學性質有逐漸變好的趨勢，而破碎帶在16 m深度范圍內則表現出軟硬相間的特性，離散性較大。

3 地基處理難點

破碎帶及其影響帶水平向分布、產狀及豎向力學性質變化特點，呈現出以下處理難點：

（1）不可完全超挖，難以形成“楔”效應：破碎帶及其影響帶總寬度達10 m以上，且為高陡傾角，向深部不會變窄，通過超挖換填難以形成混凝土塞的“楔”效應;

（2）樁基不可穿越：高陡傾角的破碎帶及其影響帶采用樁基可穿越表層力學性質較差部分，但樁端難以置于中風化巖石上;

（3）地基條件嚴重不均勻：汽機基座下分布有力學性質相對較好的中風化泥質粉砂巖和泥巖，也有力學性質很差的煤層、破碎帶及其影響帶;

（4）相鄰的除氧間B排柱樁基限制了地基處理的空間范圍。

4 地基處理方案分析與采用

4.1 超挖換填方案

在原設計方案基礎上，根據破碎帶、影響帶和中風化基巖的平面分布位置，考慮各層在豎向上力學性質的變化后，經計算確定各層應超挖的深度和各分區(qū)褥墊層厚度，同時加大基礎剛度以協(xié)調地基變形。該方案優(yōu)點是施工速度快，但存在如下問題：

（1）設計計算問題：計算時需考慮巖（土）層的空間分布、上部動靜荷載等，所以設計計算難度很大;

（2）基坑降水、基坑支護和地基巖體保護問題：基坑位于地下水位以下且鄰近河流，需加強抽排水能力;該區(qū)域分布的破碎帶、影響帶及中風化基巖均屬軟化巖，受水影響后力學性質下降較快，須采用預留保護層人工開挖等措施;目前基本無放坡條件，須采取支護措施以保護B排樁和凝結水泵坑基礎。

4.2 樁筏方案

該方案以破碎帶及其影響帶兩側力學性質較好的中風化泥巖為支撐點，采用筏板跨越破碎帶及其影響帶，破碎帶及其影響帶范圍內布置疏樁以提高該區(qū)域地基承載力及抗變形能力。該方案優(yōu)點是可靠性高、地基巖體受施工擾動小、基坑降水和基坑邊坡支護等問題容易解決，但也存在如下問題：

（1）該方案東側支撐在B排基礎附近，B排基礎是否需要改變基礎型式，需要根據計算確定;

（2）樁基施工工期較長。

4.3 綜合治理方案

綜上分析，最終采用“超挖換填+筏板+樁基”綜合治理方案，方案如圖3～圖5所示。其設計要點如下：

（1）靠A排一側筏板置于已揭露的中風化基巖上;

（2）汽機底板與B排基礎聯合，形成大筏板;

（3）超挖部分采用級配碎石填實至基底;

（4）在破碎帶、影響帶范圍布樁，以提高該區(qū)域地基承載力;

（5）影響帶邊樁外一定范圍與中風化基巖間軟土采用毛石混凝土換填至基底;

（6）B排柱基礎范圍樁基為摩擦端承樁，樁基承載力由樁端持力層和總樁長控制;

（7）破碎帶、影響帶范圍樁按樁長控制，樁長根據計算確定;

（8）加大筏板剛度，以協(xié)調地基變形;

（9）加大基礎質量，以減小汽輪發(fā)電機組振動對B排柱的影響。

5 結束語

該工程破碎帶、影響帶地基處理按地基處理、基礎和上部結構措施協(xié)同采用的原則，綜合各種因素，最終采用了“超挖換填+筏板+樁基”綜合治理方案，該方案安全可靠、易于實施。目前該工程已順利完成汽機基座土建施和設備安裝調試。

破碎帶、影響帶等不良地質條件地基處理，首先應加強施工勘測，查明各建構物下方以上不良地質現象水平向、垂直向分布及各土層分布及力學變化情況，再綜合考慮建構筑重要性、基礎形式、上部結構特點、安全可靠性、經濟性、施工方便性、工程進度，采用針對性的地基處理方案和基礎方案。本工程地基處理的成功實施對其他類似工程地基處理具有重要參考價值。

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