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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.1

Feb.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,investmentand

constructionplansofthewholeproject.Inthispaper,thesgroundtreatmentplanofacoastalprojectisanalyzed.

First,withcomprehensiveanalysisofsitegeologicalconditions,environmentalconditionsandotherfactors,inaccor—

dancewiththeapplicabilityoffoundationtreatmentmethod,severalavailablefoundationtreatmentschemesateconsid—

ered.Then,accordingtothetechnicalcomparisonandeconomicanalysisofeachscheme,thebestfoundationtreatment

schemeisrecommended.Thebestschemewouldbesafe,appropriate,reasonableandeconomic.foundationtreat—

mentanalysisinthisarticlecanprovidesomeengineeringexperienceforthesimilarprojectsin.

KEYWORDS:FoundationtreatmentCushionPrecastrectanglepileVibro—repalacementgravelpile讹m—

icCOns0lidation

1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7.2m×8.4m.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2.79—3.40m.
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(①):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0.70～

1.90m,层底埋深0.7O—1.90m,相应高程为1.14
～

2.22m.

2.2第四系海积层(Q)
细砂(②):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2.0o～3.1Om,揭露层底深度3.8O～4.50m,
相应高程为一1.46～一0.76m.
细砂(③):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3.70～5.70m,层底埋深7.30～9.20m,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(③一1):可塑状态.一般分布于下
伏基岩的顶部,揭露厚度0.30—1.90m,层底埋深
一

37—
特种结构2012年第1期

7.8O～10.90m,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7.80—

10.90m,相应高程为一7.86～一4.76m.
强风化页岩(④):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0.30—1.20m.
中等风化页岩(⑤):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0.90m～2.20m,
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ILIpa1—2Es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①8

.

517.610o8.48.1填土
②细砂13.618.9O.562645.11208735.19.89.4
③细砂26.419.00.7339615.7l6o640.722.O19.9
粉质③.

129.9l8.6O.846940.4914.7O.238.116o546.O11.29.6粘土
强风
④化页40032.227.3
石
人工填土层或②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②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

4.0—4.5m,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6.2～9.8m
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
③中密～密实状态的细砂层,层厚2.6～5.7m,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7～

9m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①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20
～

50%;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②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.2Economiccostscomparisonoffoundationtrealanent

plans(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300×300,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20×20m2,能级3000kN?m,表层回
填碎石土的厚度在1.90～2.70m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.O0

0.9O

1.8O

2.70

03.6O

4.6O

5.40

6.30

7.2O

8.10

9.OO

P(kPa)t(min)

nn

10

——

20

—

30

—

45

—

609

0.OOr——

O.9O

1.80

2.70

—

3.60

4.5o

5.40

6.3O

7.20

8.1O

9.OO

50kPa

i50o0kkPPaa

200kPa

250kPa

300kPa

350kPa

400kPa

450kPa

500kPa
图1p-s曲线1t12s—lgt曲线

Fig.1P—sCUl”V~Fig.2s—lgtcurv~
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,②细砂与③
细砂层受强夯影响比较明显,③.1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pjlds0nof

foundalionsollbeforeandafterdymmieconsolidation
标准贯入试验平均值(修正后)土层
强夯前强夯后
②细砂9.213.8
③细砂19.922.5
表4强夯前后值与值对比

Tab.4Esvaluesandvalueconlparisonbeforeand

lifterdynamicconsolidation
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
①碎石填土51.2250100150%
②细砂6.95.135%15012O25%
③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2.3—2.8m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.
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