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某临海工程地基处理方案的比选分析及其实践第29卷第1期2012年2月特种结构V01.29No.1Feb.2012某临海工程地基处理方案的比选分析及其实践杨连存(华北电力设计院工程有限公司北京100120)(NorthChinaPowerEngineeringCo.Ltd,Bering100120)摘要地基处理方法选择的恰当与否,直接关系到整个工程的质量,投资和建设计划.本文以某临海工程的软弱地基为例,首先根据场地地质条件,环境情况等因素进行综合分析,按照地基处理方法的适用性,选出几种可供考虑的地基处理方案.然后,针对各方案分别进行了技术比较和经济分析,推荐出最佳的地基处理方案,做到安全适用,经济合理,为类似工程的地基处理提供一些工程经验.关键词地基处理换土垫层预制混凝土方桩振冲碎石桩强夯ABS,】RACT:Thechoiceoffoundationtreatmentmethodwouldbedirectlyrelatedtothequality,investmentandconstructionplansofthewholeproject.Inthispaper,thesgroundtreatmentplanofacoastalprojectisanalyzed.First,withcomprehensiveanalysisofsitegeologicalconditions,environmentalconditionsandotherfactors,inaccordancewiththeapplicabilityoffoundationtreatmentmethod,severalavailablefoundationtreatmentschemesateconsidered.Then,accordingtothetechnicalcomparisonandeconomicanalysisofeachscheme,thebestfoundationtreatmentschemeisrecommended.Thebestschemewouldbesafe,appropriate,reasonableandeconomic.foundationtreatmentanalysisinthisarticlecanprovidesomeengineeringexperienceforthesimilarprojectsin.KEYWORDS:FoundationtreatmentCushionPrecastrectanglepileVibrorepalacementgravelpile讹micCOns0lidation1工程概况工程位于山东滨海,为钢筋混凝土框架结构综合楼,地上5层,柱距为7.2m8.4m.建筑物总长65.2m,总宽23.3m,高度20.1m,使用功能为科研,实验室.工程场地南临黄海,建筑南边缘距海水最高潮位面300m.拟建场地地形乎坦,东西向约有108m,南北向约有50m,地貌成因类型为海积平原,地貌类型为平地.本场地为填方区,已经进行初步整平,整平后地面高程一般为2.793.40m.本工程士0.00m地面的绝对高程为5.40m.2工程地质条件简介场地地基土主要由第四系人工填土(),海积(),残积(Q;)的细砂,粉质粘土,以及下伏侏罗系上统莱阳组第三段()页岩构成.所揭露的地层自上而下描述如下.2.1第四系人工填土(Q;)碎石填土():成分主要为碎石混少量砂土组成,局部分布有块石,结构松散,且不均匀,稍湿很湿.该土质在场地内普遍分布,层厚0.701.90m,层底埋深0.7O1.90m,相应高程为1.142.22m.2.2第四系海积层(Q)细砂():松散稍密状态,饱和,混贝壳碎片,含少量粘性土.此土质在场地普遍分布,揭露厚度2.0o3.1Om,揭露层底深度3.8O4.50m,相应高程为一1.46一0.76m.细砂():中密状态为主,局部密实,饱和,质较纯,混贝壳碎片.该土质在场地内普遍分布,揭露厚度3.705.70m,层底埋深7.309.20m,相应高程为一6.16一一4.51m.2.3第四系残积层(Q)粉质粘土(一1):可塑状态.一般分布于下伏基岩的顶部,揭露厚度0.301.90m,层底埋深一37特种结构2012年第1期7.8O10.90m,相应高程为一7.86一一4.76m.2.4侏罗系上统莱阳组第三段(露)页岩页岩:强风化中等风化,局部夹粉砂岩薄层,勘测未揭穿该层,其层顶埋深为7.8010.90m,相应高程为一7.86一4.76m.强风化页岩():一般呈坚硬土状,密实砂土状或碎块状,强风化层整个场地普遍分布,揭露厚度0.301.20m.中等风化页岩():砂质或细粒结构,薄片状,页状构造,岩芯较完整,呈碎块或短柱状,局部夹砂岩薄层,最大揭露厚度3.90m.各地基土层的主要物理力学性质指标见表1.2.5场地概貌场址抗震设防烈度为6度,设计基本地震加速度为0.05g,设计地震分组为第三组.场地土类型为中软土,建筑场地类别为II类.场地地下水稳定水位埋深为0.90m2.20m,地下水类型主要为第四系孔隙潜水,主要补给来表1地基土(岩)的主要物理力学性质指标Tab.1Listofrecommendedvalueofmaincalandmechanical地岩天然重力天然饱液性塑性压缩压缩承载力直接快剪标贯击数N层性含水密度孔隙和指数指数系数模量特征值粘内杆长杆长编名蛊W7比%度ILIpa12Es聚摩未修已修号称(%)(kN/m3)sr(%)(MPaI1)(Pa)(kP)力擦正击正击(%)C角数数(kPh)雪(击)(击)(度)碎石8.517.610o8.48.1填土细砂13.618.9O.562645.11208735.19.89.4细砂26.419.00.7339615.7l6o640.722.O19.9粉质.129.9l8.6O.846940.4914.7O.238.116o546.O11.29.6粘土强风化页40032.227.3石人工填土层或细砂层,该层属软弱土层,天然地基承载力及变形均不能满足工程要求,应进行地基处理.3地基处理方案及其选择3.1方案选择思路地基处理目的:提高地基承载力,减小地基变形量及消除不均匀沉降.地基处理要求:地基承载力不低于220kPa,变形模量有较大幅度提高,安全适用,经济合理,节省工期.首先根据结构类型,荷载大小及使用要求,结合地形地貌,地层结构,土质条件,地下水特征,环境情况,当地工程经验等因素进行综合分析,初步选择几种可供考虑的地基处理方案,然后分别从一38一源为海水回渗.场地地下水的腐蚀性:在干湿交替环境下,地下水对混凝土结构具有强腐蚀性,对混凝土结构中的钢筋具有强腐蚀性.本场地为填方区,拟建建筑物基础底标高在天然地面附近,位于适用范围,预期处理效果,工期要求,施工费用和对环境的影响等方面进行技术经济分析和对比,选择最佳的地基处理方法.3.2地基处理方案的技术分析1.换土垫层法+机械碾压换填垫层法适用于浅层软弱地基及不均匀地基的处理.本工程需要换填处理的是表层回填土及松散状态的细砂层,当换填土层较厚时,可配合机械碾压进行处理.换土垫层法具有施工方法简单,速度快,无需考虑换填垫层防腐等优点,在以往工程中已有较多成功经验.魄:本工程需要置换的软弱土层厚度为4.04.5m,施工土方量大,使处理费用升高,工期拖长;坑壁放坡占地面积大,容易造成临近地面,No.12012杨连存:某临海工程地基处理方案的比选分析及其实践管网,道路因沉降变形不均而开裂;场地地下水为海水渗透,水位较高,水量丰富,施工降水费用比较高.2.预制混凝土方桩预制混凝土方桩基础适用于地下水具有腐蚀性的环境,桩端持力层选择强风化页岩.预制桩的优点是不存在缩颈,夹泥等质量问题,其质量稳定性较好.缺点:首先,桩端持力层一强风化岩起伏较大,依据地质剖面,强风化页岩埋深在6.29.8m之间,造成预制方桩桩长不宜控制,将来工程桩的截桩是突出问题.其次,在桩端持力层以上存在中密密实状态的细砂层,层厚2.65.7m,施工时是否能穿透该层尚有疑问,需要试桩检验.3.振冲碎石桩法振冲碎石桩适用于处理地下水位以下的砂土,粘性土等,对提高地基承载力及消除不均匀沉降有较多成功的工程经验.本工程地基土以饱和砂土为主,且砂土以下为风化岩,埋深普遍在79m之间,采用振冲碎石桩法地基处理是适宜的.从材料供应来看,当地碎石资源较丰富,可以满足施工需求.缺点:当场地内人工碎石填土层中有大块孤石时,成桩比较困难;泥水排放不当时会对环境造成污染.4.强夯法强夯法适用于处理碎石土,砂土,低饱和度的黏性土,杂填土和素填土等地基,通过重锤的冲击和振动,来加固一定深度范围内的软弱地基.优点:施工工艺简单,工期最短,对于不同的土质及含水量,地基土承载力及压缩模量通常能提高2050%;缺点:施工噪音大,振动明显,对周围环境影响较大.本工程需要处理的软弱土为上层的人工碎石填土和松散状态的细砂层,人工填土主要以碎石土为主,平均厚度1.4m,松散状细砂平均厚度2.4m.从地基土构成及厚度来看,强夯法是可行的,而且能充分利用既有回填土.但是强夯法在处理饱和土时,经常会出现夯坑周围地面隆起过大的现象,降低了夯击效率,影响处理效果.本场地地下水位较高,水头高度距地表最浅处0.90m,强夯法处理效果的好坏,需要试夯检验.3.3地基处理方案经济性比较根据以上各种处理方案的技术性分析,表2中对4种地基处理及桩基方案作了经济性比较.除桩基方案外,考虑基础均为柱下独立基础,因此表2仅对结构基础以下的费用进行比较.表2综合楼地基处理经济费用比较(概算定额2006年版)Tab.2Economiccostscomparisonoffoundationtrealanentplans(budgetestimatenorm20O6)建筑工程费地基处理方式单位数量备注(万元)换土垫层法m3193O53换填材料为级配(含降水费8万元)砂石,换填厚度4m桩径300300,桩预制混凝土方桩根22423.5长9.5m,工程费已计人基础减量费用桩径800mm,桩长振冲碎石桩法m2161033.26.0m,桩距1.8m强夯法m2278012.2点夯(1O击)+满(3Oo0kN?m)夯(5击)+拍夯3.4地基处理方案的确定通过对比,强夯法经济性突出,作为首选方案.为检验其处理效果,在场地一侧进行了试夯试验,试夯面积2020m2,能级3000kN?m,表层回填碎石土的厚度在1.902.70m之间.通过现场试验观测,虽然地下水位较高,但是在试验区主夯点夯击时,夯坑周围隆起很小,不超过10em.这主要是因为地基土以回填的碎石土和细砂层为主,渗透性良好,孔隙水压力消散快的缘故.经检测,试验区累计夯沉量613ram.地基平板载荷试验点P(加载值).s(地基变形)曲线与s(地基变形).1gt(加载时间)曲线见图1,图2.由图1,2可以看出,复合地基变形量随荷载的增加呈线性增长,随加载时间的变化,地基变形一39特种结构2012年第1期基本稳定,地基抗变形能力有明显提高.0.O00.9O1.8O2.7003.6O4.6O5.406.307.2O8.109.OOP(kPa)t(min)nn102030456090.OOrO.9O1.802.703.604.5o5.406.3O7.208.1O9.OO50kPai50o0kkPPaa200kPa250kPa300kPa350kPa400kPa450kPa500kPa图1p-s曲线1t12slgt曲线Fig.1PsCUl”VFig.2slgtcurv根据浅层平板载荷试验结果,经处理后的回填碎石土承载力特征值fak=250kPa,压缩模量E.=51.2MPa.标准贯入试验结果显示,细砂与细砂层受强夯影响比较明显,.1粉质粘土层受强夯影响不大,3000kN?in能级强夯处理的影响深度在67m.强夯前后地基土的标准贯入试验值对比见表3,压缩模量和地基承载力特征值对比见表4.表3强夯前后地基土标准贯入试验值对比Tab.3StandardpImet蒯0ntestvaluesc0棚pjlds0noffoundalionsollbeforeandafterdymmieconsolidation标准贯入试验平均值(修正后)土层强夯前强夯后细砂9.213.8细砂19.922.5表4强夯前后值与值对比Tab.4Esvaluesandvalueconlparisonbeforeandlifterdynamicconsolidation压缩模量E(SPa)地基承载力特征值(Ida)土层强夯后强夯前提高量强夯后强夯前提高量碎石填土51.2250100150%细砂6.95.135%15012O25%细砂18.115.715%180160l3%依据试夯检测结果,30001?m能级强夯法地基处理方案可以满足工程要求.同时,工程场地为临海空置土地,施工作业不会影响周围环境.因此,3000kN?m能级强夯法最终被确定为工程实施的方案.值得一提的是,在试夯检测中发现,表层回填-40?-的碎石土越厚一些,夯坑周围的隆起就越小,承载力检测结果也比较好.本工程地下水位较高,通过加厚碎石土,不仅利于机械设备通行和施工,而且又可加大地下水和地表面之间的距离,防止夯击时夯坑积水.在实际工程中,上层人工回填的碎石土厚度控制在2.32.8m之间,最终工程中强夯的检测结果均满足设计要求.4结论在临海地区的地基处理工程中,强夯是一种切实可行且经济有效的方法.本工程利用人工回填的碎石土,经过强夯处理形成硬壳层,同时加固下层松散的细砂层而形成复合地基,技术上安全可靠,也达到了预期的经济效果.每一种地基处理方法都有其适用范围和局限性,不存在任何条件下都是最合理的处理方法.地基处理方案的选择,首先要了解地基处理的目的和要求,再根据场地环境,地质条件,施工工艺及设备的要求,结合当地的工程经验和经济性比较结果,最终确定适合于本场地的最佳方案.参考文献1国家标准.JGJ792O02建筑地基处理技术规范s.北京:中国建筑工业出版社,2OO2.12JGJ792oo2,TechnicalcodeforgroundtreatmentofbuiingsS.ijing,ChinaArchitecture&BuildingPress,2OO2.122国家标准.JGJ942008建筑桩基技术规范s.北京:中国建筑工业出版社,2OO8.8JGJ942008,TechnicalcodeforbuildingpilefoundationsS.Bejing,ChinaArchitecture&BuiMingPress,2008.83国家标准.GB500462008工业建筑防腐蚀设计规范S.北京:中国计划出版社,2008.8GB500462008,Codeforanticorrosiondesignofindustrialconstmc-0nss.Beijing:ChinaplansPublishingHouse,2OO8.84国家标准.DI./TS0242O05电力工程地基处理技术规程S.北京:中国电力出版社,2005.6DL/qS0242005,Groundtreatmenttechnicalcodeoffossilfuelpow-el-plantS.Beijing:ChinaElectricPowerPress,2005.65阎明礼.地基处理技术M.北京:中国环境科学出版社,1996.2:l一393YanMingli.FoundationtreatmenttechnologyM.Beijing:ChinaEnviromnentalSciencePress,1996.2:13936陈昌富.地基处理M.武汉:武汉理工大学出版社,2010.02.01ChenChangfu.FoundationtreatmentM.Wuhan:WuhanInstituteofTeclmologyPress,2010.02.01