混凝土水池軟弱地基處理基本原則和常用技術方法

姜洪剛

(黑龍江省水利水電勘測設計研究院，哈爾濱150080)

在設計軟弱地基上的混凝土水池時，應進行地基承載力計算和地基變形計算，當水池近側為邊坡時，應進行邊坡穩定驗算。

混凝土水池地基處理方案應根據場地工程地質條件，綜合考慮水池的使用要求、荷載情況、結構特點、施工條件等因素進行優選;在保證水池結構安全和正常使用前提下，力求減少地基處理費用;利用當地材料、縮短工期;減少施工對環境的影響。

1 混凝土水池軟弱地基處理基本規定

1)一般情況下，對單個水池應控制最大沉降和傾斜;對在工藝流程中互相關聯的水池群尚應控制各池體間的沉降差。

2)水池地基變形允許值應滿足工藝流程及有關使用要求，包括水池預留余高和出入流堰口的水平度要求、機構設備正常運轉要求、出入水池管道結構和接口構造允許的變形等。一般情況下，水池地基的最大沉降值≤300 mm。

3)在水池埋深范圍內有地下水時，地基承載力及變形的計算應考慮地下水浮力作用;計算承載力時地下水位可取年平均最低水位;計算地基變形時可取年平均水位。

4)在進行地基變形驗算時，應考慮相鄰構筑物或其他相鄰荷載的影響。

5)當水池地基的承載力、變形、穩定不能滿足要求時，應對水池地基進行加固處理。

2 混凝土水池軟弱地基處理—復合地基法

當水池下地基土承載力或變形不能滿足要求時，可在地基土中加入豎向增強體，構成復合地基，以提高地基的承載力和減少變形。

水池的復合地基中，可用振沖碎石樁和水泥土深層攪拌樁等作豎向增強體;當復合地基下存在軟弱下臥層時，應驗算下臥層的強度。

2.1 振沖碎石樁

振沖碎石樁適用于粉土、不排水抗剪強度≥20 kPa的黏土和主要成份為黏性土的素土的置換處理，通過置換構成復合地基。

振沖碎石樁的樁體材料，除碎石外，可為卵石、角石、園礫、含石礫沙或礦渣、碎磚等含泥量≤5%的硬質而性質穩定的材料，粒徑一般為20～50 mm且≤80 mm;振沖碎石樁的直徑一般可取0.6～1.0 m;碎石樁體在水池墊層以下的長度≥4 m;振沖碎石樁的間距應根據水池荷載及地基土的強度和限制變形的要求決定，一般可取1.5～2.5 m;振沖碎石樁處理地基的范圍應大于水池的基底范圍，一般情況下基底范圍外應至少設1～2排樁，振沖孔與已有構筑物的距離＞3 m。

2.2 水泥土深層攪拌樁

水泥土深層攪拌樁適用于淤泥、淤泥質土、軟塑狀黏性土、粉土和素填土的加固處理。對于有機質含量高的土或當地下水具侵蝕性時，加固效果宜通過實驗確定。

在設計前，應根據對樁體的強度要求，從擬建場地取代表性土樣，按不同的水泥摻入比及外摻劑摻量進行室內試驗，以選擇最佳的水泥摻入比及外摻劑摻量。水泥摻入≥5%，一般可在8% ～20%選取;水泥土深層攪拌樁的平面布置形式根據水池荷載、結構形式和地基土性能決定，可為柱狀、壁狀、格柵狀;水泥土深層攪拌樁可僅在水池基礎范圍內布置。

3 混凝土水池軟弱地基處理—密實法

當水池下地基土不能滿足承載力或變形的要求時，可通過靜力或動力的作用，提高地基土的固結程度或密實度，提高地基的承載力，減少地基的變形，滿足設計要求。

水池地基可采用加載預壓法、真空預壓法、強夯法、振沖密實法等處理，以達到要求的固結度或密實度。

3.1 加載預壓法

加載預壓法適用于流塑和軟塑狀的黏性土及沖填土等地基的密實處理。應查明地基土層的分布、成層程度、透水層的位置、地下水文地質條件等;預壓荷載大小可根據水池的設計要求、施工期限等因素綜合比較確定，一般可等于設計荷載;當需要嚴格控制水池的沉降量或縮短預壓時間時，可考慮采用超載預壓，超載量可根據預定時間內需完成的沉降量確定，一般可取設計荷載的1.2～1.4倍。

3.2 強夯法

強夯法適用于砂土及低含水量的粉土、黏土、素填土和有機質含量少的雜填土地基的加固處理。對含水量在50%以下的飽和黏性土地基，當在夯點周圍設置適當的垂直和水平方向的排水設施時亦可進行強夯法加固處理。采用強夯法處理水池地基時，主要設計參數應根據場地地質條件，在選擇有代表性的地段進行試夯后，根據試夯的結果優化確定。

3.3 振沖密實法

振沖密實法主要用于砂土和粉土的加固處理及抗震動液化處理。振沖密實樁的填料與振沖碎石樁的樁體材料相同，粒徑為5～50 mm;對于粒徑含量＜10%的粗砂和中砂地基，振沖時可不另加填料，就地振密;振沖密實樁的直徑一般可取0.6～0.8 m;振沖密實樁的間距應根據地基上的顆粒組成、地下水位、地基土要達到的密實度和振沖器的功能等因素確定。

4 混凝土水池軟弱地基處理—置換法

當水池底板下全部或局部為厚度不大的軟弱土層，其承載力或變形不能滿足要求時，可采用其他適當的材料將其全部或部分加以置換，以滿足設計要求。

地基土的置換可采用換土處理和動力置換法。

4.1 換土處理

當水池平面尺寸較小且基礎下軟弱土層的厚度不大或水池下局部為軟弱土層時，可對軟弱土層進行換土處理。一般情況下換土的厚度≤3 m;換土處理所用材料及施工方法，應根據水池的結構、荷載情況和場地的工程地質、水文地質條件，結合當地可取材料和具有的施工經驗等進行綜合分析確定。

4.2 動力置換

當水池底板下存在承載力低、壓縮性高的流塑狀的軟黏土層，其深度從地表或水池底板墊層底面起≤6 m而下臥層為硬土層時，可采用動力置換對土層進行處理。

動力置換是用夯擊的方法將硬質穩定的碎石料，按一定的布點方式分遍夯入軟弱土層，置換軟弱土，形成支承在硬土層上的石料樁，從而將水池荷載直接傳遞至硬土層的處理方法。

［1］中國建筑科學研究院.GB50010－2010混凝土結構設計規范［S］.北京:中國建筑工業出版社，2010.

［2］中國建筑科學研究院.JGJ79－2002建筑地基處理技術規范［S］.北京:中國建筑工業出版社，2002.

［3］中國建筑科學研究院地基研究所.最新建筑地基處理技術及地基基礎工程標準規范實施手冊［K］.北京:金版電子出版社，2003.