土工筋帶砂礫墊層處理地基不均勻沉降的方法

蘇永平

(山西西山晉興能源有限責任公司，山西太原 030053)

1 工程概況

本工程為斜溝煤礦及選煤廠主廠房工程，施工圖由澳大利亞約翰芬蕾公司設計施工總承包，主廠房占地面積:88 m×132 m= 11 616 m2，原設計自然地坪－0.25，基底標高－3.500，無地下水，地質情況較復雜，主廠房位置處在工業廣場挖填方區，南側區1/3處在山區分化泥巖土質，其余北側區2/3處在場區雜填土質填方區，填土高度10 m左右，過去曾是古河道河灘地，填土以下砂礫層，屬于典型的軟硬土質不均勻地基。

表現特點:南側區泥巖地基承載力大，沉降小，壓縮性低;北側回填土區域很難用統一的強度指標、壓縮指標、滲透性指標加以描述，主要特點是無規劃堆積、成分復雜、性質各異、厚薄不均、規律性差。因而同一場地表現為壓縮性和強度的明顯差異，極易造成不均勻沉降。沉降量大，而且沉降速度隨地面荷載增大，速度加快(1 mm/d～2 mm/d)也反映在沉降的不均勻上，當建筑平面荷載不均勻時，將會使建筑物產生一種較大差異沉降，會給建筑物造成破壞性損害。

斜溝煤礦及選煤廠新項目地處山區，近幾年來在煤礦建設的大型工業建筑、超高層公共建筑將層出不窮，由于山區溝谷地質情況較差，所以地基處理難度大、施工困難、地基處理工期長、費用高。

2 主廠房地基處理方案和加固機理

針對本工程設計，主廠房占地10 000多平方米，主要由壓濾模塊系統、洗選模塊系統、高跨淺槽排矸系統組成，基礎為混凝土獨立柱基礎，主體為箱形柱輕型多層鋼結構，巖棉防火彩板圍護，是煤礦選煤廠的核心建筑。因此，我們組織有關地質勘察單位山西省勘察設計研究院、設計單位澳大利亞約翰芬蕾公司等專家學者多次現場研究論證，結合實際提出如下地基處理方案。

北側回填土區域若全部挖除土方，這樣挖方量太大(10余萬立方米)，不經濟。由于該場地周圍干擾小，故該區域采用強夯固結處理，經現場試夯，分兩次強夯處理后，地基承載力標準值可以達到250 kPa。地質勘察資料顯示，南側區域泥巖地基承載力標準值350 kPa，為了消除南北兩側區域地基不均勻沉降，經多位專家學者建議，主廠房基礎下做1 400厚砂礫墊層，每邊寬出基礎3 000，在砂墊層中間設兩道土工筋帶分別鋪設土工筋帶為席狀300×300編織，土工筋帶為TG復合筋帶2.5×50 mm，抗拉強度達到120 MPa，斷裂延伸率小于1.7%。

砂墊層的強度特性是抗拉能力本身高，抗剪強度也很大。在砂墊層體中放置土工筋帶，構成了砂墊層和土工筋帶的復合體，當受外力作用時，將會產生體變，引起土工筋帶與其周圍砂石之間的相對位移趨勢，但兩種材料之界面上有摩擦阻力，限制了砂石的側向位移，等于給砂石體施加了一個側壓力增量使砂墊層的強度和承載力進一步得到提高，從而起到對砂墊層的加固作用。經設計部門澳大利亞約翰芬蕾公司設計人員計算，砂墊層處理深度為1 400厚，這樣消除或減弱了廠房南北兩側地基不均勻沉降。

在砂卵石墊層中鋪設土工筋帶，在建筑物荷載作用下土工筋帶的高抗拉強度得以充分發揮，增強墊層的整體性和剛度，起到調整應力分布，擴散應力的作用，整體上限制了砂墊層的剪切，側向擠壓，提高了約束能力和地基側向變形的能力。

3 土工筋帶加筋砂礫層地基處理的技術措施及施工工藝

砂卵石質量要求:卵石粒徑小于50 mm，并且含泥量小于5%，砂卵石墊層1 400厚分三次鋪設，每次虛鋪400，壓實為300，壓實系數大于0.96，每層取樣檢驗不少于1個/100 m2，計28個。

基坑開挖至設計標高后，首先檢查清理墊層底，然后鋪設一層石料(對于高靈敏土可鋪一層砂石袋，袋與袋之間的縫隙采用毛砂灌縫)，分層碾壓砂石墊層，并分別鋪設土工筋帶。鋪設砂卵石墊層時，應將其卵石界面上的棱角明顯的顆粒剔除，并以毛砂平整均勻。當用機械卸料、攤鋪時，土工筋帶上要覆蓋不小于200 mm的土層，嚴禁施工機械在未覆蓋填料的土工筋帶上行駛。

砂卵石墊層鋪設完畢，應用8 t壓路機反復碾壓密實，采用大容重法進行分層檢測。最大容重不小于20.5 kN/m3～21.0 kN/m3。壓實系數應達到0.96。土工筋帶避免被樹根、堅硬物損傷，存放時，避免在陽光下長時間曝曬，受紫外線照射時間不應超過1 d。土工筋帶鋪設時應有一定的松緊度，平順、拉緊且鋪設不得扭曲、褶皺、重疊，筋帶鋪設完畢及時定位或壓重，端頭處理應嚴格按設計圖紙要求執行，端部回折不小于3.5 m，并用碎石袋壓牢。搭接處、筋帶端頭回折重疊部分不小于1 m，縱、橫筋帶交接處均以釘接法連接。面層砂石鋪設完畢，用12 t壓路機反復碾壓密實直到基底標高，并測定其復合墊層的密實度，壓實系數要符合設計要求，砂石墊層的壓實系數為0.96。

4 地基處理后測試的技術指標

1)土工筋帶砂墊層地基承載力檢測，我單位委托山西省勘察設計研究院對土工筋帶砂墊層進行承載力檢測。該勘察院應用動力觸探法，根據現行規范標準動力觸探分別取三個點檢測，動探深度3.5 m～－6.5 m，錘重63.5 kg。勘察院根據平均錘擊次數(每30 cm錘擊次數)換算地基承載力達到250 kPa，完全滿足設計要求，同意下一步基礎施工。2)建筑物不均勻沉降觀測。針對本工程荷載特點，選煤廠主廠房內模塊洗選系統、壓濾系統荷載量最大，外圍框架荷載較小。我們從土建基礎施工完成后設置了沉降觀測點，從鋼結構外圍主體安裝開始逐步加荷，到設備安裝，我們針對荷載特點設置6個主要沉降觀測點，以及目前選煤廠主廠房設備運轉，不同階段對數據進行分析。

根據基礎砂墊層壓實系數λc≥0.96。經計算，地基承載力可達到250 kPa，計算最終沉降量S=83.0 mm;柱距L=6 m，基礎傾斜、沉降差均控制在0.003L范圍內。

沉降觀測結果表明:鋼結構主體設備安裝完成時，沉降71.3 mm與計算最終沉降比為0.859;運行150 d后沉降速率為0.02 mm/d，小于規范要求的穩定標準0.04 mm/d。這時實測沉降與計算最終沉降之比為0.9，最大沉降差1號～6號兩點為8 mm，傾斜遠小于規范要求的0.003。說明加筋墊層技術方案是成功的，取得了效果，預期的效果見表1。

表1 主廠房沉降觀測數據

5 地基處理在本地區的適用性及推廣性

1)根據國家征地政策為了少占農田，斜溝礦區工業廣場所處位置是利用山體挖填地段建立的場地，屬于典型的不均勻沉降地基。隨著礦區煤炭產量增大，經濟發展、需要大規模的工業建筑及公共建筑建設，在施工中我們有采用樁基進行地基加固處理的，但經測算地基處理費用大、工期長。通過采用土工筋帶砂墊層處理主廠房不均勻的方法，起到了成本費用低、工期短、施工方便的作用。因此在斜溝礦區建設處理山區軟硬不均勻地基具有很好的適用性及可推廣性。2)通過現場試驗與工程實踐證實，土工筋帶加筋墊層具有降低墊層底部壓力，加大地基的整體剛度，調整沉降的不均勻性;整體上增加地基的穩定性等作用。土工加筋砂石墊層工作性狀良好，值得推廣應用。

［1］ 工程地質手冊編選委員會.工程地質手冊［M］.第3版.北京:中國建筑工業出版社，1992.

［2］ 歐陽仲春.現代土工加筋技術第四章加筋地基［M］.北京:交通出版社，1991.

［3］ 張道寬，周 鏡.土工織物加強軟土路基的研究［D］.博士學位論文，1987.

［4］ 李 昂.建筑物地基處理技術手冊［M］.北京:中國建筑出版社，1990.