軟弱土地基處理方案比選論證的分析研究★

陸進保 馮 勇

(1.新疆農業大學水利與土木工程學院，新疆烏魯木齊 830052;2.烏魯木齊職業大學應用工程學院，新疆烏魯木齊 830002)

隨著社會經濟的不斷發展與進步，尤其是國家實施全國對口支援新疆以來，新疆地區的建筑業出現了蓬勃發展的局面，在城市市郊地區，一些地質條件不好的沖填土、雜填土、采空區等地段，現在已經被開發商用來修建建筑物。在這類軟土地基上進行的工程建設越來越多，其地基處理技術也日益多樣化，許多新型實用的技術也被越來越多地應用到工程實踐中，如換填墊層法、預壓法、強夯法、注漿法、振沖法、擠密樁法、攪拌樁法、灌注樁、打入樁等方法。

本文結合實際工程，針對擬建場地的地質特性，經過技術經濟分析研究，提出了適合于本工程軟弱土地基處理的方法，從而使本工程地基處理的造價、工期等達到最優。

1 工程概況

擬建合盛硅業石河子2×330 MW熱電廠工程，位于石河子開發區化工園區，緊鄰合盛硅業硅廠。擬建工程包括主廠房、空冷塔、煙囪等重要建(構)筑物和配變電設施、附屬建(構)筑物等。結構形式主要為鋼筋混凝土結構。

2 擬建場地土地質條件

根據場地地層結構基本條件的分析，可以發現本廠區地質條件最主要的特點是:在建(構)筑物的主要壓縮層深度范圍內，普遍分布有②-1粉砂，②-2細砂，③圓礫，③-1粉砂，③-2細砂及④粉土幾大層。④粉土的力學性質較差(Es=7 MPa，Fak=140 kPa)，應視為軟弱夾層，③圓礫層中夾粉砂、細砂透鏡體;透鏡體分布較廣，且力學性質差異較大(Eo=7 MPa～15 MPa，Fak=120 kPa～180 kPa)，其中飽和砂土普遍存在中等液化。地下水位較高，其中各層中的飽和砂土層普遍存在液化特性，液化等級判別為輕微～中等。因擬建工程場地屬7度高烈度地震地區，動峰值加速度為0.188g，反應譜特征周期值為0.55 s，場地土類型為中軟場地土，建筑場地類別為Ⅲ類，存在液化土層，液化屬中等～嚴重液化，且地下水位高，綜上所述，針對本工程地質條件，本工程地基不滿足330 MW等級電廠的設計要求，需進行地基處理。而地基處理方案主要是解決軟弱下臥層、地基不均勻性以及飽和砂土的液化共三個方面的問題。

3 地基處理的方法

常用的地基處理方式有:換填墊層法、強夯法、注漿法、振沖法、擠密樁法、攪拌樁法、灌注樁等方法。針對擬建場地的地質特性，根據本工程具體的情況，經過研究提出以下兩種地基處理方案:灌注樁、換填法，下面就這兩種方案進行技術比選，兩種方案的工作原理、制作工藝等見表1。

表1 兩種方案技術比較表

3.1 擬選樁基技術性分析

根據初勘提供的樁側力及端阻力初步估計計算，可得出以下幾點結論:以④號土為樁基持力層，樁長30 m，進入持力層粉土1.0 m時φ800鉆孔灌注樁的單樁豎向抗壓極限承載力標準值Quk在3 441 kN以上。φ800鉆孔灌注樁能滿足主廠房對單樁豎向承載力的要求(主廠房單樁標準組合下最大軸力Nmax=13 000 kN，按每個承臺下9樁計算，每個樁的軸力為最終樁基中心點的沉降量為37.77 mm，沉降量滿足規范的要求，主廠房各構件鉆孔灌注樁分析見表2。

表2 主廠房各構件鉆孔灌注樁分析

3.2 換填法選擇及技術性分析

換土墊層系采用天然或人工材料，在基礎地面下鋪設一定面積和厚度的墊層，置換原來不能滿足建筑物要求的土層，常用的墊層材料有素土、灰土、砂或礫砂、碎石(卵石)、粉煤灰等。由于距廠區9.7 km處有一依靠瑪河河床的天然砂石料廠，因此考慮采用砂石作為墊層。在換土墊層中，墊層的設計主要是確定以下四個參數:墊層的厚度、墊層的寬度、承載力和沉降。

墊層的厚度z應根據需置換軟弱土的深度或下臥層的承載力確定，并應符合下式:

墊層地面處的附加壓力值pz可分別按下式計算:pz=，條形基礎。，矩形基礎。

墊層的承載力宜通過現場載荷試驗確定，并應進行下臥層的承載力計算。

通過對初勘剖面的仔細研究發現(見圖1)，③號圓礫分布較穩定，砂夾層較主廠房原有位置的夾層少很多，整個煤場區域液化點較少，在爐后分布有兩個中等液化的探孔，但這兩個點都在5 m以內，如果作深基礎，則液化土層被開挖，最終可以消除液化。③號圓礫的地基承載力為260 kPa，基本能滿足主廠房對承載力的要求，③號圓礫下面為④號粉土，承載力為140 kPa，壓縮模量為12 MPa，粉土相對于圓礫來說就是軟弱下臥層，因此驗算軟弱下臥層及沉降成為能否采用天然地基的關鍵因素。

圖1 場地剖面布置圖

計算地基沉降的方法主要有分層總和法和規范法，結合實際工程，主廠房及空冷區域的沉降及沉降差計算，最終選擇規范法進行計算，計算過程通過Excel表格列公式進行，計算的參數和結果見表3，表4。

表3 主廠房計算結果

表4 空冷區域計算結果

表5 樁基與換填兩種地基處理方案投資估算

DL 5022-93火力發電廠土建結構設計技術規定規定:主廠房最大允許沉降量為200 mm，橫向沉降差最大0.002L，即18 mm，現主廠房最大沉降量C47為92.679 mm＜200 mm，滿足。C45與C47間沉降差為200 mm，滿足。C45與C47間沉降差為41.396 mm，距離為120 m，允許沉降差為240 mm，41.396 mm＜240 mm，沉降差也滿足。

《火力發電廠土建結構設計技術規定》(報批稿)規定直接空冷器支架采用天然地基時容許沉降量為200 mm，縱橫向沉降差為0.001L，空冷區域的最大沉降量為89.525 mm＜200 mm，滿足。C33與C34間沉降差為7.782 mm，距離為60 m，允許沉降差為60 mm，7.782 mm＜60 mm，沉降差也滿足。

4 樁基與換填兩種地基處理投資估算

樁基與換填兩種地基處理投資估算見表5。

5 結語

在不考慮降水費用增加的情況下，采用天然地基比采用樁基可節約造價6 544.6-867.3=5 677.3萬元，同時節省工期3個月(打樁時間)。通過對全廠主要建筑物的分析，并結合各建筑地段的地層構造，吸取已建電廠地基處理的經驗，我們初步規劃了各類建筑物的地基處理方案即換填墊層。采用換填方案，需清楚地了解③圓礫層的分布情況，掌握其三維分布情況，以便確定各個部位開挖深度和換填厚度，這對于勘測單位和設計單位也是一個較新的挑戰。施工圖階段我們將結合墊層(砂礫石)現場載荷試驗確定的參數和結果對各建筑物的基礎形式、基礎埋深及換填厚度進行進一步優化，對降低工程造價具有積極的意義。

[1]《地基處理手冊》編寫委員會.地基處理手冊[M].第2版.北京:中國建筑工業出版社，2000.

[2]李漢光.砂土液化地基處理方法的研究[D].南京:東南大學，2001.

[3]劉肇慶.強夯法在新近吹填土地基加固中的應用[J].化工設計，2000(2):71-72.

[4]蔣志康.某住宅糾偏及地基加固處理[J].水文地質工程地質，2000(3):8-9.