復雜地質(zhì)環(huán)境下的地基處理實踐探究

季 強

(山西八建集團有限公司第四事業(yè)部，山西 太原 030027)

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復雜地質(zhì)環(huán)境下的地基處理實踐探究

季 強

(山西八建集團有限公司第四事業(yè)部，山西 太原 030027)

結(jié)合某沖積平原地區(qū)高層建筑工程的地質(zhì)條件，從樁基承載力測算、深基坑防護、軟土地基處理等方面，闡述了復雜地質(zhì)環(huán)境下的地基處理方案，旨在確保地基基礎(chǔ)的穩(wěn)定性。

地基處理，地質(zhì)條件，深基坑，承載力

0 引言

地基處理是絕大多數(shù)建筑工程都必須高度重視的問題。我國幅員遼闊，地質(zhì)條件各不相同，隨著城市化的不斷發(fā)展與交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的推進，越來越多的建筑出現(xiàn)在山區(qū)、戈壁高原、濱海軟土、沖積平原等地區(qū)，這些地區(qū)地理環(huán)境復雜，譬如地基巖體中可能存在斷層或夾層等不利的軟弱結(jié)構(gòu)面,這些軟弱結(jié)構(gòu)面往往對結(jié)構(gòu)抗滑穩(wěn)定產(chǎn)生不利影響。表現(xiàn)在地基土的各項物理力學性質(zhì)如透水性、壓縮能力、載荷能力等都相差甚遠。為了保證工程的質(zhì)量安全與施工安全，在這樣的地質(zhì)條件下進行工程建設(shè)時必須進行相應的處理。根據(jù)工程建筑所處的環(huán)境不同，針對性的選擇地基處理方法，消除地基土的膨脹性、濕陷性或者振動液化等不良特性，對土體進行一定的補強和加固，從根本上滿足地基土體的承載力、穩(wěn)定性、沉降等要求，進而保證建筑物本身的可靠和安全。

本文以某沖積平原的高層建筑為例，綜合分析其復雜地質(zhì)環(huán)境下的地基處理實踐。

1 工程概況

某沖積平原地區(qū)，地基土為沖積砂土，含泥量較高。由于長期受河水侵蝕，地基土體鹽漬化嚴重、含水量較高，地層情況如下：地面下1 m～3.5 m是人工雜填土；其下為淤泥質(zhì)土，平均含水量大約48%，孔隙比大約為1.5，該層土體壓縮性極高，承載力很低，滲透性差；9 m～17 m是粘土，中間夾有一層粉砂層，厚度較薄，該層孔隙比和含水量均有相應減??；17 m以下可以作為樁基等持力層，工程地質(zhì)性質(zhì)較好，為亞粘土(見表1)。該工程為一綜合商業(yè)建筑，總建筑面積68 463 m2，主體8層, 其中地下室的面積達12 000 m2。開挖深度為-10.2 m。該地區(qū)地基土屬于河灘軟土，整體工程力學性質(zhì)極差，必須進行一定的地基處理，方可在其上興建建筑物。

表1 巖土分布及物理指標

2 地基處理具體實踐方案

2.1 樁基承載測算

樁基的承載能力直接影響著工程施工的穩(wěn)定性，所以必須對其進行準確的測算。將理論分析與數(shù)值擬合的方法相結(jié)合，能夠大大提高計算結(jié)果的準確性，可以準確地得出樁與土界面之間的相對位移數(shù)據(jù)。在具體計算中，可以采用土位移方程等線性模型、鏡像法等進行相關(guān)驗算。

首先，設(shè)定樁土位移為δ,確定樁側(cè)位移相對點、土層變形模量、沿樁軸分層圖厚度、樁側(cè)摩擦力等待確定參數(shù)。根據(jù)勘查情況，采用土位移方程進行計算，并給出設(shè)計數(shù)值，建立地基模型。先采用樁土位移方程得出節(jié)點處的土層位移數(shù)值，再測量出樁端到剛性層頂面中持力層中土層的壓縮量以及樁桿單元節(jié)點長度，其中，持力土層的壓縮量S可以通過測量該層的頂?shù)酌嫖灰屏坎⑶蟛钪档姆绞降玫健?/p>

實際研究情況表明，土位移方程這樣的線性模型不適用于端承型單樁的計算與設(shè)計。在本案中，采用鏡像法來對堅硬持力層的影響加以考慮，則能夠大大提高在復雜地基中樁基承載的計算適用性，并使得計算結(jié)果更切合實際情況。

2.2 深基坑相關(guān)防護

2.2.1 加固與支護

在施工過程中，護坡樁水平位移相對較大，需要采取一定的加固措施與支撐措施來保證施工安全。加固要以防止護坡樁位移進一步增大為目標，可采取鋼筋連梁加固與傾斜支撐這兩種方式進行。對于鋼筋連梁加固方案，由于鄰近區(qū)域存在道路及臨時建筑，存在路面開鑿與切坡的需要，經(jīng)與有關(guān)部門協(xié)調(diào)，在取得相關(guān)單位的同意后，在施工位置附近鑿開路面，并在相對的兩道坡體圍護樁頂上布設(shè)拉結(jié)鋼筋(絲)，并保證所布設(shè)鋼筋的穩(wěn)定性，將兩道鋼筋間進行澆筑，使之成為連梁，以加強施工區(qū)域地基穩(wěn)定性。對于傾斜支撐方案，在布設(shè)斜撐時，綜合考慮建筑物樁基的位置，利用它們作為斜撐的支承點。采用這樣的傾斜支撐形態(tài)，可以改變護坡處原有的不穩(wěn)定懸臂式支撐。經(jīng)計算，在本方案中，每根灌注樁上承受的水平荷載為158.90 kN。

2.2.2 管涌治理

勘查中發(fā)現(xiàn)，在本次的建設(shè)項目當中，多處出現(xiàn)了程度不一的管涌。管涌是隨著地下水在土層中的滲流，土壤中的顆粒隨水流流失的一種現(xiàn)象，隨著滲流量的擴大，最終會導致土體破壞，對地基穩(wěn)定性造成嚴重破壞。由現(xiàn)場勘查可知，施工現(xiàn)場的管涌成因復雜多樣，因此，針對不同成因的管涌，要采取不同的治理措施，大體說來，是要對管涌進行合理的疏通與圍堵。首先，在管涌發(fā)生地附近，必須排除地表水的影響，截斷地表水的流入途徑，減小水量并降低水頭。對由于止水帷幕深度過低導致的管涌，需要對基坑的邊緣施加荷載進行壓密，并對其注漿。其次，對管涌涌砂量大，可能會大范圍擾動基層土質(zhì)的管涌，對施工場地地基穩(wěn)定性的危害較大要特別重視，綜合考慮各類排水堵漏手段進行。再次，對于受到地質(zhì)構(gòu)造條件限制的地質(zhì)暗管，要迎管線前探一段距離，再對該類暗管按照設(shè)計路線進行鋪設(shè)與延長，將土層中的滲透水流匯集到暗管路線上，并在出水口附近設(shè)置砂石濾管,這樣可以在匯水排水的同時起到一定的加固作用，最終使得土層中的水流沿鋪設(shè)路線排出坑外，減少地基土層土壤含水量，進而控制與減少管涌的發(fā)生。

抗管涌驗算:當滿足以下條件時，便不會發(fā)生管涌(見圖1)。

其中，KS為抗管涌安全系數(shù)；W為抗?jié)B透壓力的土體重力；D為地下墻的插入深度；J為管涌范圍B上全部的滲透壓力，J=γwhB,B為管涌發(fā)生范圍，大約在D/2范圍內(nèi)，h為B范圍內(nèi)從墻底到基坑降水水位的水頭損失，一般取h≈hw/2;hw為擋墻兩邊的水頭差。

由計算可知，可以滿足抗管涌的要求，但是由于本例中計算數(shù)值與標準數(shù)值相差很小，所以安全系數(shù)很小。

2.3 軟土地基處理

2.3.1 振沖置換法

振沖置換法是置換法的一種，其原理是：利用碎石、砂子等建筑材料把原有的軟土地基置換出來，或者通過在軟土中摻入砂漿、石灰等形成地基加固體，從而和原來的軟土地基一起構(gòu)成復合土體，達到減少沉降、提高承載力的目的。振沖置換法通過振沖器的高速振動和高壓水流，將孔道沖洗干凈并填入換填的石料等，接著振搗密實，邊填邊振，從而形成一根根密實的樁體，樁體和樁間軟土共同構(gòu)成復合土體?？紤]該方法的使用范圍，即不排水抗剪強度大于20kPa小于50kPa的飽和黃土、軟粘土和充填土等，可應用于該項目地基處理。在對地基土體進行了加固處理以后，進行了地基土強度的對比試驗，天然軟土地基的十字板強度平均值只有16.2kPa，經(jīng)過振動置換處理的地基土體含水量稍微有所增加，干容重有所減小，土體強度在施工完畢后較低，這是因為振動對土體產(chǎn)生的擾動使得超靜孔隙水壓力上升，有效應力減小，但是經(jīng)過一段時間以后，土體強度增加明顯，達到預期效果，遠遠超過天然地基的強度。

2.3.2 真空預壓法

真空預壓法需要在地基土上打砂井或者設(shè)置塑料排水板，在粘土層上預先鋪設(shè)砂墊層，并用塑料薄膜密封，然后對砂井和砂墊層用真空泵抽氣，地下水會相應下降，在地下水和外界壓力的作用下使得地基土加速沉降固結(jié)。事實上，真空預壓法加速固結(jié)沉降效果與堆載預壓法基本相同，但是，由于真空預壓法是用真空泵來施壓，相應減少了堆載材料的耗費，并且與堆載法相比，荷重一次性就能施加完畢，施工便捷性大大增加，加固速度相應加快，費用也有所降低，因此具有一定的優(yōu)勢。另一方面，真空與預壓法也有它的不足之處，對于需要大載荷進行處理的地基，真空預壓法不能滿足要求，一般來說，真空預壓法的加固效果被限制在80 kN以內(nèi)。對該項目部分標段進行了真空預壓法地基處理，在地基土層中設(shè)置塑料排水板，間距取1.5 m，預壓真空度取80 kPa，預壓120 d，施工結(jié)束以后測試地基土體的沉降量和土體承載力，均滿足設(shè)計要求，達到了較好的地基處理效果，為下一步的主體施工打下了良好的基礎(chǔ)。

3 結(jié)語

由該工程可見,在復雜地質(zhì)條件下,基坑設(shè)計施工前,要根據(jù)地質(zhì)勘察結(jié)果，綜合考慮地基處理方案，對若干可能出現(xiàn)的問題進行完善的預案，確?；邮┕さ某晒?。做好復雜地質(zhì)條件下的地基處理，首先要合理測算其地基承載力，做好基坑相關(guān)防護，完善軟土地基的相關(guān)技術(shù)手段，切實提升復雜地質(zhì)環(huán)境下地基處理的技術(shù)水平。

[1] 陳艷軍.復雜地基上的灌注樁施工技術(shù)初探[J].山西建筑，2014,40(36)：75-76.

[2] 熊 瑜,張 林,楊寶全,等.復雜地基上重力壩試驗中揚壓力模擬方法研究[J].中國農(nóng)村水利水電，2015(8)：132-136，140.

Research on foundation treatment in complex geological environment

Ji Qiang

(4thDivision,The8thShanxiConstructionGroupCompanyLimited,Taiyuan030027,China)

Combining with geological conditions of high-rise building engineering in the alluvial plain region, starting from aspects of pile foundation bearing capacity computation, deep foundation protection and soft soil foundation treatment, the thesis describes foundation treatment scheme under complicated geological environment, with a view to guarantee the stability of the foundation base.

foundation treatment, geological conditions, deep foundation pit, bearing capacity

1009-6825(2016)26-0094-03

2016-07-03

季 強(1977- )，男，工程師

TU473.1

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