淺談原料場地基處理

王漳

摘 要：本文以某大型機(jī)械化原料場的地基處理為背景，闡述了大面積堆載下地基處理的重要性及針對不同地質(zhì)特點地基處理的技術(shù)和方法。合理的地基處理方案將會大幅度的降低工程造價。

關(guān)鍵詞：原料場；大面積堆載；地基處理；工程造價

中圖分類號：TU47 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

在工業(yè)建筑中，經(jīng)常遇到大面積堆載情況。如冶金行業(yè)供應(yīng)高爐原料的大型料場、各生產(chǎn)車間的坯料廠房和成品庫等。大面積堆載由于其產(chǎn)生的荷載效應(yīng)往往大于地基承載力，通常會引起地基不均勻沉降乃至土體剪切破壞，同時伴隨著產(chǎn)生較大的水平推力，導(dǎo)致事故發(fā)生。故設(shè)計中應(yīng)引起足夠重視。必須進(jìn)行有效的地基處理。下面結(jié)合某大型機(jī)械化原料場，對大面積堆載下地基處理方案的選擇進(jìn)行分析探討。

1 工程概況

某大型機(jī)械化原料場長×寬×高=535m×248m×45m，兩跨，分別為礦石料場及混勻料場，礦石料場縱向4個料條，兩側(cè)是設(shè)備軌道，料場最大堆高15m，地面最大堆載350kN/m2；混勻料場縱向2個料條，內(nèi)有設(shè)備軌道，料場最大堆高12m，最大堆載300kN/m2。

2 工程地質(zhì)概況

擬建場地表層為人工填土（Qml），向下分別為第四系全新統(tǒng)沖洪積成因（Q4a l+pl）的粉質(zhì)粘土，第四系上更新統(tǒng)沖洪積成因（Q3a l+pl）的粉土、砂土，第四系中下更新統(tǒng)冰水沉積成因（Q1f g1）的膠結(jié)礫巖，底部為第三系半成巖狀態(tài)的粘土巖（N）。地基承載力特征值fa=110kPa，壓縮模量ES=4.0MPa，φ=10°，Ck=22kPa。

抗震設(shè)防烈度7度，基本地震加速度值0.15，第一組，場地類別II類。場地地基比較穩(wěn)定，屬中軟場地土，無不良地質(zhì)現(xiàn)象。

3 地基處理方案的比較和選擇

軟土地基的特點是承載力低，壓縮模量小，沉降大，抗剪強(qiáng)度比較差。承受上部荷載時，沉降隨荷載的增大而增加，當(dāng)超過極限荷載時，即形成連續(xù)滑動面，土從堆載四周擠出隆起伴隨著產(chǎn)生較大的水平推力，發(fā)生整體剪切破壞。

根據(jù)以上土體受力機(jī)理的分析可以看出，對于大面積堆載下大型機(jī)械化原料場來說，一定要控制地基豎向沉降和土體剪切破壞所產(chǎn)生的巨大水平推力，以防靠近堆載附近的廠房及設(shè)備軌道樁基扭曲變形，影響結(jié)構(gòu)安全及生產(chǎn)的正常運行。為了使地基處理在既滿足工藝設(shè)備需要和工期要求又結(jié)構(gòu)安全可靠的前提下經(jīng)濟(jì)合理，應(yīng)根據(jù)不同地質(zhì)特點及實際情況采用不同的地基處理方案。常采用的方法有預(yù)壓法、換土法、水泥土攪拌樁復(fù)合地基、強(qiáng)夯法等。

（1）預(yù)壓法：雖較經(jīng)濟(jì)，但工期太長，不可行。

（2）換土法：就本工程而言，建筑面積13萬余m2，地基處理單價稍有偏高，則工程造價會大幅度上漲。若采取大面積換填，土方量太大，費用太高，不可取。

（3）水泥土攪拌樁復(fù)合地基：以水泥為固化劑，將軟土和水泥強(qiáng)制拌和，形成水泥樁體與樁間土一起組成復(fù)合地基承受外部荷載。此法施工時無振動、無噪音、無地面隆起，施工工藝相對簡單，處理含水量較高的淤泥質(zhì)軟土地基效果很好。但就本工程而言，因無淤泥等不良地質(zhì)現(xiàn)象，此法造價相對較高，工期相對較長，且質(zhì)量不容易得到很好的保證，故不適合采用。

（4）強(qiáng)夯法：通過重錘從高處自由落下，對地基土施加很大的沖擊能，從而提高地基土的強(qiáng)度，降低土的壓縮性。同時夯擊能還可以提高土層的均勻程度，減小將來可能出現(xiàn)的差異沉降。強(qiáng)夯法所使用的設(shè)備簡單，不需要加固材料，具有造價低廉，施工速度快，加固效果好等優(yōu)點。此法尤其對承載力小的低飽和度的粉土與粘性土、雜填土等地基處理特別有效。不需再對地基添加加固材料。由此而獲得的經(jīng)濟(jì)效益也是顯著的。經(jīng)分析比較，最終確定用強(qiáng)夯法來加固該原料場地基。

對于大面積堆載下的原料場，由于其本身對沉降并無控制要求，因此在地基處理時只要控制堆料面積下地基沉降對廠房及軌道樁基不產(chǎn)生大的水平推力即可，這樣可以大大降低工程造價。據(jù)以往經(jīng)驗：大面積堆料由于地基沉降所產(chǎn)生的水平推力主要分布在地表以下1/3或1/4堆料底寬的高度范圍內(nèi)，只要將該范圍內(nèi)的地基土壓縮變形減小到最低值，既可避免堆料對廠房及軌道樁基礎(chǔ)的不良影響。因此在設(shè)計時主要考慮以下兩個方面：一是強(qiáng)夯處理有效深度不小于堆載底寬的1/3～1/4；二是地基土在堆載作用下基本不發(fā)生剪切破壞。據(jù)本堆場受荷情況結(jié)合以往經(jīng)驗，若強(qiáng)夯處理的有效加固深度≥6m，夯實后的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)C≥30kPa，φ≥20°，地基承載力特征值fak≥220kPa，壓縮模量ES≥12MPa即可滿足使用要求。施工時可通過試夯選取夯擊能，分層厚度和夯點間距等施工參數(shù)，達(dá)到設(shè)計要求后方可進(jìn)行大面積施工。值得注意的是，強(qiáng)夯施工除了嚴(yán)格按照施工步驟進(jìn)行外，應(yīng)由專人負(fù)責(zé)對施工過程中的有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測，包括夯點放線、錘重落距、夯擊次數(shù)和每擊夯沉量記錄等，確保施工質(zhì)量。經(jīng)竣工驗證，加固后的地基各項參數(shù)均可達(dá)標(biāo)，壓縮模量ES值超過12MPa，加固影響深度達(dá)7m，滿足設(shè)計要求。經(jīng)加固使得地基承載力提高了2～3倍，壓縮性降低了3～5倍，且剩余沉降大部分發(fā)生在處理深度的下層，有效的降低了軟土地基在大面積堆載作用下產(chǎn)生的側(cè)向水平推力，從而在設(shè)計上保證了原料廠房結(jié)構(gòu)安全和堆取料設(shè)備的正常使用。

4 設(shè)計和施工中應(yīng)注意的問題

為了消除對廠房及設(shè)備軌道基樁的水平推力的影響可采用抗側(cè)力高的基樁如PHC管樁；限制堆載的距離，距堆載越近，地基的穩(wěn)定安全度越低，樁所承受的側(cè)壓力就越大。最好不直接壓在基樁的承臺上，必要時可在柱基旁設(shè)擋墻；避免一次突然堆載到設(shè)計值；注意施工順序，應(yīng)先完成料場內(nèi)的地基處理再施工樁基，避免施工所造成的對樁基的側(cè)壓力。

結(jié)語

對于大面積堆載下的地基處理，是一個因地制宜綜合性很強(qiáng)的課題。本工程在工期緊，造價控制嚴(yán)格，沉降要求較高的情況下，強(qiáng)夯法是最優(yōu)的選擇。據(jù)以往經(jīng)驗估算，能比采用其它地基處理降低工程造價50%左右，整個工程造價節(jié)省超1000萬元。該工程已投產(chǎn)使用多年，效果良好。

參考文獻(xiàn)

[1] JGJ 79-2012，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].

[2] GB 50007-2011，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范[S].