載體樁在濕陷性黃土地基處理中的應用

【摘 要】針對陜西某生物質能發電廠主廠房濕陷性黃土地基處理為例，對載體樁方案在此濕陷性黃土地基處理中的應用進行了引證分析，從工程概況、場地地基土工程地質條件、地基處理方案、載體樁樁基礎設計、載體樁復合地基處理方案地基試樁報告及結果等方面進行了論述，提出載體樁方案在此種濕陷性黃土地基處理中應用的優點。

【關鍵詞】濕陷性黃土地基；廠房結構荷載；單樁極限承載力；載體樁

1 工程概況

本工程為陜西某生物質能發電項目工程，依據《建筑抗震設計規范》（2008年版）GB50011-2001，當地設計地震分組屬第一組，抗震設防烈度為7度，設計基本地震加速度為0.15g，場地特征周期為0.45s。根據《巖土工程勘察報告》，建筑場地類別為Ⅲ類，擬建場地地面標高為525.21～529.62m，平均高程為526.25m，最大高差達4.41m，地貌單元屬渭北黃土臺塬。

本工程主廠房為框排架結構，縱向柱距7m，總長85.360m，共14軸，橫向排架跨度24m，框架跨度9m，單柱豎向荷載考慮10000kN。排架部分為主廠房汽機房，汽機房內零米及零米下有大量中小型設備基礎以及汽輪發電機基礎；框架部分為除氧料倉間，料倉間零米下有較復雜的地下溝道及電纜隧道。

根據《建筑地基基礎設計規范》GB50007-2002表3.0.1規定，本工程主廠房地基基礎設計等級為甲級。

主廠房場地自然地坪標高約為525.8m，基礎承臺底標高初步定為521.3m。

2 場地地基土工程地質條件

2.1 地基土

根據勘察報告，勘探深度范圍內的地基土自上而下分別描述如下：

①-素填土Q4ml，具濕陷性，屬中壓縮性土。本層厚度為0.30～2.90m，層底標高為523.71～528.52m，層底深度0.30～2.90m。

②-黃土狀土Q4al+p。堅硬～硬塑～可塑（部分土樣為軟塑），具輕微～強烈濕陷性和自重濕陷性，屬高壓縮性土。本層厚度為2.30～5.90m，層底標高為520.71～523.73m，層底深度為3.20～6.40m。本層土承載力特征值為fak=160kPa。

③-黃土Q3eol。硬塑～可塑（部分土樣為軟塑），具輕微～強烈濕陷性和自重濕陷性，屬中等偏高壓縮性土。本層厚度為5.00～8.10m，層底標高為514.21～517.65m，層底深度為9.50～12.80m。本層土承載力特征值為fak=150kPa。

③-1黃土Q3eol。軟塑～流塑（部分土樣為可塑），屬中壓縮性土。本層厚度為2.20～5.30m，層底標高為510.65～514.62m，層底深度為13.70～15.00m。本層土承載力特征值為

fak=135kPa。

④-黃土Q3eol。可塑～軟塑（個別土樣為流塑），屬中壓縮性土。本層部分鉆孔未穿透，揭露厚度為0.30～10.00m，層底標高為501.62～512.45m，層底深度為15.00～24.30m。本層土承載力特征值為fak=140kPa。

⑤-黃土Q3eol。可塑～軟塑，屬中壓縮性土。本層部分鉆孔未穿透，揭露厚度為4.40～6.50m，層底標高為496.02～499.82m，層底深度為27.90～29.80m。本層土承載力特征值為fak=160kPa。

⑥-古土壤Q3el。可塑（個別土樣為軟塑），屬中壓縮性土。本層未穿透，最大揭露厚度為0.20～2.10m，相應層底標高為495.62～499.62m。本層土承載力特征值為fak=180kPa。

2.2 地下水

廠區地下水屬潛水類型，主要由大氣降水和地下徑流補給。勘察期間屬豐水期，穩定水位埋深為13.50～15.50m左右，相應標高為511.41～514.43m。根據區域水文地質資料及現場調查，地下水年變化幅度約1～2m。

本場地環境類型為Ⅲ類，場地內分布的各層粘性土均為弱透水層。

2.3 地基評價

根據勘測報告，場地濕陷類型為自重濕陷性黃土場地，地基的濕陷等級為Ⅱ（中等）級。

綜上，場地地質特點如下：

（1）濕陷性場地，其中②、③層為Ⅱ級自重濕陷，深度為8.5m-11.5m。

（2）土層的液性指數較高，其中③-1為軟塑～流塑；④、⑤層均為可塑～軟塑。

（3）地下水位較高。

很顯然，現有地質條件在不做地基處理的情況下天然地基是不能滿足主廠房地基基礎設計等級為甲級的要求，首先，地基基礎下②、③層為Ⅱ級自重濕陷；其次，根據《巖土工程勘察報告》可知，現有天然地基的承載力特征值不能滿足上部結構荷載的要求，所以需要進行必要的地基處理。

3 地基處理方案

針對火力發電廠主廠房這種框排架結構類型，且地下設施較為復雜需要做大面積地基處理的特點，同時單柱豎向荷載考慮10000kN，又對地基變形、地基基礎設計等級為甲級有相應要求，結合地形、土層結構、地質條件、地下水特征、施工機械以及施工工期等因素進行綜合分析。

因此主廠房地基處理方案，首先要考慮消除濕陷土層全部濕陷量，使處理后的地基變為非濕陷黃土地基，或采用樁基礎穿透全部濕陷黃土層，使上部荷載通過樁基礎傳遞至壓縮性低或較低的非濕陷性黃土層上；其次考慮地基基礎下②、③層為輕微～強烈濕陷性和自重濕陷性土層，③-1層為軟塑～流塑，④、⑤層均為可塑～軟塑，如考慮樁基濕陷性土層不僅不能提供有效樁側阻力反到產生負摩阻力；再次地基處理時必需考慮到較高的地下水位，針對以上幾點考慮，地基處理方案分析如下。

3.1 換墊層法

換墊層法主要適用于淺層軟弱地基及不均勻地基的處理，結合現場地質條件及上部荷載要求，不適合做為本次主廠房地基處理方案。

3.2 灌注樁

灌注樁持力層放在⑥-古土壤層（⑥-古土壤層之下初步勘察報告未作勘察），樁徑考慮800mm，樁長30m，根據《建筑樁基技術規范》JGJ94-2008，單樁豎向極限承載力標準值按照下式計算：

Quk=Qsk+Qpk=u∑qsikli+qpkAp

其中：

Quk——單樁豎向極限承載力標準值；

Qsk、Qpk——分別為單樁總極限阻力和總極限端阻力；

u——樁身周長

qsik——樁側第i層土的極限側阻力標準值，可按《建筑樁基技術規范》表5.2.8-1取值；

li——樁穿越第i層土的厚度；

qpk——極限端阻力標準值，可按《建筑樁基技術規范》表5.2.8-2取值；

Ap——樁端面積。

當樁穿越自重濕陷性黃土層時，樁周土可能引起樁側負摩阻力及其引起的下拉荷載。單樁負摩阻力標準值可按下式計算：

qsia——樁側第i層土的側阻力標準值，可按《建筑樁基技術規范》表5.2.8-1取值；

li——樁穿越第i層土的厚度；

qpa——經深度修正后的載體樁持力層地基承載力特征值；

Ae——載體等效計算面積，在沒有當地經驗值時其值可按《載體樁設計規程》JGJ/135-2007表4.3.2選用。

qpa=fa+ηd（D-0.5）γ0=160+1.4×（25.5-0.5）×10.0=510kPa

取三擊貫入度10cm，查《載體樁設計規程》JGJ/135-2007表4.3.2，Ae=2.3m2

側摩阻力估算：（5×52+5×28+8×40）

×0.5×3.14÷2=565.2kN

單樁豎向承載力特征值：

Ra=up∑qsiali+qpa?Ae=565.2+510×2.3=1738.2 kN

設計取值單樁承載力特征值為1500kN。

3.4.3 樁身強度驗算

根據《載體樁設計規程》JGJ/135-2007式4.3.3，樁身強度C35

N≤ψCfCAp=0.75×16.7×0.785×500/2＝2458.03kN≥1738.2kN

因此樁身強度滿足承載力的要求。

綜上，通過理論計算，考慮單柱承臺4.5m×4.7m時，載體樁布置見“單柱承臺載體樁平面布置圖”，可知單承臺承載力可達到8×1500=12000kN≥10000kn，可滿足上部建筑結構荷載的承載力要求。

為進一步確定載體樁在此地基條件下應用的合理性及載體樁單樁承載力特征值，還需要進行試樁，做試驗檢測。

3.5 地基處理方案

通過以上論述及計算，我們可知采用素土擠密樁可以消除上部土層的濕陷性；采用載體樁可以滿足上部結構荷載要求。所以，初步決定地基處理方案為：先在基坑開挖范圍內采用DDC素土擠密樁法通片處理，消除基坑上部土層濕陷性，并為主廠房內部中小型設備基礎提供持力層；在柱承臺范圍內再做載體樁為柱承臺提供承載力。

為確定方案的合理性，選擇場地內有代表性場地做復合地基試樁試驗。

4 地基試樁報告

為進一步論證素土孔內強夯工藝（DDC樁）消除地層上部濕陷土層的濕陷性，再采用鋼筋混凝土載體樁做承臺基礎此種地基處理方案的可行性及可靠性，在擬建場地選擇主廠房軸線1、A軸線外有代表性的區域進行了試樁試驗。

4.1 試樁設計

（1）素土擠密樁，樁徑550mm，樁長6m，樁間距900mm，等邊三角形布置，處理后消除地基濕陷性，地基承載力特征值不小于200kPa。

（2）載體樁，樁徑500mm，樁長18米并樁端進入持力層⑤層黃土層，混凝土強度等級C35，載體樁單樁極限承載力為3000kN。

4.2 試樁結果

4.2.1 復合地基靜載試驗

根據2處單樁復合地基載荷試驗繪制的P-S（荷載-沉降）、s-lgt（沉降-時間）曲線圖，分析結果如下：

⑴.試樁S1、S2在最終壓力400kPa內，最終沉降量分別為14.373mm，31.896mm和30.383mm，由3根樁的Q～S曲線看，均為緩變型，沒有明顯的陡降段，s~lgt曲線尾部沒有明顯向下彎曲。根據《建筑樁基檢測技術規范》JGJ106-2003第4.4.2和4.4.4規定，3根樁試樁的豎向抗壓極限承載力均不小于3000kN，綜合考慮該廠區建筑物沉降變形要求和本場地地質情況載體樁在樁身質量滿足設計要求的前提下，單樁豎向承載力極限值可取3000kN，承載力特征值可取1500kN。

4.2.4 低應變試驗結果

在單樁豎向抗壓靜載試驗前對3根樁進行了低應變試驗，由低應變結果可知：⑴樁身混凝土波速介于4147m/s～4380m/s之間，平均值4299m/s；⑵共檢測3根樁，均為完整樁。

4.3 試驗結論及注意事項

通過對素土擠密樁和載體樁單樁豎向抗壓靜載試驗及樁身應力測試，低應變法試驗，得知采用素土擠密樁消除上部土層的濕陷性、采用載體樁提高地基承載力的地基處理方案與理論計算相符合，滿足設計要求，可以應用于具體工程。

但是需要注意的是，載體樁在具體施工時載體部分的填充料填充多少需根據現場情況定，此參數直接影響載體樁最終單樁承載力特征值，需要現場施工時有專業監管人員

監管，以防偷工減料情況的發生；其次載體樁載體部分和樁身接頭處容易出現跑偏現象，這需要具體施工時邊施工邊觀察，發現后立即修正。

5 結語

素土擠密樁消除上部濕陷性黃土層的濕陷性的同時提高了復合地基的承載力，也符合了主廠房地下設施復雜需要大面積做地基處理并提高承載力的要求；載體樁因樁長較灌注樁短，也為工程總造價節約了不少成本。

綜上，本場地采用素土擠密樁消除上部濕陷土層的濕陷性，再采用鋼筋混凝土載體樁做承臺基礎此種復合地基處理方案是可行、可靠的并且經濟實用。經處理后素土擠密樁范圍內自重濕陷性及濕陷性已經玩完消除，載體樁承臺基礎承載力也能滿足上部結構荷載的要求。

參考文獻

[1]《建筑抗震設計規范》（2008年版）

GB50011-2001