南方某年產40萬噸聯(lián)堿項目基礎設計探討

曹 楊

(中昊(大連)化工研究設計院有限公司，遼寧大連 116023)

經 驗 交 流

南方某年產40萬噸聯(lián)堿項目基礎設計探討

曹 楊

(中昊(大連)化工研究設計院有限公司，遼寧大連 116023)

針對工程設計中遇到的軟土地基，探討了幾種地基處理方法。并對施工細節(jié)做了具體要求。

聯(lián)堿項目；基礎設計；軟土地基；地基處理；CFG

本公司承擔了南方某堿廠年產40萬t聯(lián)堿項目的設計任務，該項目地處沿海回填地區(qū)，地質復雜，一般在此類條件下進行工程建設需要付出較多的成本。現(xiàn)以其中一大跨度庫房(3跨×24 m，共72 m)為例，分析在基礎方案選型上，如何從設計可靠和經濟合理兩方面取得平衡。

1 工程概況

擬建場地位于沿海灘涂。本項目圍墻內占地面積為753 912 m2(1 132畝)，場地原為耕種荒地，地勢相對平緩，現(xiàn)已人工填土整平。擬建場地巖土層由人工填土、沖淤積物和基巖風化帶組成。該場地屬于軟土地基且地下水位高，覆蓋層厚度大，為抗震不利地段，需要引起足夠重視。

2 方案論證

根據(jù)詳勘報告，地質情況描述：巖土層由人工填土、沖淤積物和基巖風化帶組成，場地巖土層按其成因、力學強度不同可分為8個工程地質層，①-1素填土，①-2填粗砂，②粉質粘土，③淤泥質土，④粉質粘土，⑤凝灰?guī)r殘積粘性土，⑥全風化凝灰?guī)r，⑦-1強風化凝灰?guī)r(砂土狀)，⑦-2強風化凝灰?guī)r(碎塊狀)，⑧中風化凝灰?guī)r。各地層分布很不均勻，起伏變化大。

場地上部地下水主要為賦存于①-2填粗砂層中孔隙潛水，水位一般位于地面下1 m左右，補給來源主要為大氣降水，水位變幅受氣候影響較大，年變幅約0.4～1.0 m；下部地下水主要為賦存于⑥全風化凝灰?guī)r～⑧中風化凝灰?guī)r層內孔隙裂隙承壓水，水位變幅受氣候影響不大。

地下水在長期浸水狀態(tài)下對鋼筋混凝土結構中的混凝土結構具有弱腐蝕性、對鋼筋混凝土結構中的鋼筋有微腐蝕性；場地土對鋼筋混凝土結構中的混凝土結構具有弱腐蝕性、對鋼筋有強腐蝕性。

①-2填粗砂層為液化土層，液化等級為中等液化，③淤泥質土層，厚度0.30～10.90 m, 頂面埋深0.50～5.80 m，標高為-2.72～3.35 m。

在制定結構設計初步方案時，預估該庫房的單柱荷載在890 kN左右。結合淺層土層分布，認為會出現(xiàn)地基的抗剪強度不足以抵抗上部結構的恒載及活載產生的剪應力，且有可能產生不均勻的沉降，不適合作為直接的持力層使用。因此，我們認為應當進行地基加固或是直接采用深基礎。其中，深基礎指用各種形式的樁，將結構的上部荷載直接傳遞到深層良好的吃力層上，如采用本項目中其他高層廠房采用的PHC樁，具有承載力高，沉降小且施工速度快的優(yōu)勢，但相對的，也存在一定的不足，主要體現(xiàn)在成本高，只能處理柱下但不能處理庫房內堆載等問題，因本庫房的建筑面積達到了12 000 m2，選擇基礎方案顯然也要考慮到經濟性。因此，我們開始考慮地基處理的可能性。

一般來說，常用于軟土地基的處理方法有強夯法、強夯置換法、換填法、預壓法砂石樁法、水泥土攪拌法、高壓旋噴樁法等。這些方法的共同特點是利用了天然土層的承載力，通過各種形式將原先軟弱的地基置換擠密，形成復合土層，適當提高承載力及減小沉降。初步認為此類方式適合我們的處理要求，適應處理面積，同時因利用了天然土層，應當具有更好的經濟效應。以下簡要分析一下這幾種方式，以便最終選型。

強夯法指的是為提高軟弱地基的承載力，用重錘自一定高度下落夯擊土層使地基迅速固結的方法。強夯對用于砂性土、非飽和粘性土與雜填土地基效果顯著，但對本工程存在淤泥質土則效果欠佳。強夯置換法與強夯法類似，不適合采用。換填墊層法是挖除軟弱地基土，采用砂石、粉質粘土、灰土、粉煤灰、礦渣等材料進行換填作為墊層的一種地基處理方法，通過換填軟弱地基土的變形變成墊層地基的變形，因此能夠減少地基的沉降。但本場地面積大，軟弱土層厚，開挖及回填產生的土方量會非常大，從經濟效益上看不合適。水泥土攪拌法即CFG樁，是一種可以用于大范圍地基處理的方法。CFG樁由碎石、石屑、砂、粉煤灰摻水泥加水拌和，用各種成樁機械制成的可變強度樁。通過調整水泥摻量及配比，其強度等級在C15-C25之間變化，是介于剛性樁與柔性樁之間的一種樁型。CFG樁和樁間土一起，通過褥墊層形成CFG樁復合地基共同工作。CFG樁一般不用配筋，不用考慮地下水對鋼筋的中等腐蝕作用并且還可利用工業(yè)廢料粉煤灰和石屑作摻和料，也有很好的經濟效益。綜合了上部結構類型、荷載大小及使用要求、地層結構、地下水特性、環(huán)境情況等多方面因素，我們選用CFG樁作為本庫房的地基處理方案。

3 受力分析

當CFG樁復合地基承受豎向荷載作用時，樁和樁間土變形小，由于基礎下設置了一定厚度的墊層，樁體可以向上切入，伴隨這一變化過程，墊層材料不斷調整補充到樁間土上，以保證在任一荷載下樁和樁間土始終參與工作。樁和樁間土復合地基在上部豎向荷載作用下，樁間土受壓后產生一定變形壓縮，在一定程度提高了樁間土對樁體的約束力和抵抗力，從而提高了樁身的的側摩阻力和側向支撐，荷載呈現(xiàn)逐漸由樁承擔的特點，隨上部荷載繼續(xù)增加，樁受的荷載同樣增大，同時，樁間土的沉降也對樁體產生了負摩擦力。當兩種荷載超過一定值時，樁體所承擔的荷載達到其極限承載力，荷載向樁間土分流，樁土應力比趨于穩(wěn)定，實現(xiàn)復合受力狀態(tài)。實際上這也是采用CFG樁普遍經濟效益較理想的主要原因——可實現(xiàn)樁土協(xié)同工作，充分利用原有軟弱土的承載力。

4 施工中的注意事項

本工程采用樁徑400 mm的CFG樁，樁間距大多在1.4～1.8 m，相應的置換率在0.038～0.065之間，要求的復合地基承載力特征值是=200 kPa(用于柱下)；=160 kPa(用于庫房內地面堆載)。樁端持力層均為⑦-1 層強風化凝灰?guī)r(砂土狀)或 ⑦-2層強風化凝灰?guī)r(碎石狀)，樁端進入持力層1倍樁徑。結合現(xiàn)場試樁結果，采用長螺旋管內泵壓施工工藝，每盤料的攪拌時間不應小于60秒。混合料的塌落度控制在160～200 mm。為了減少鉆桿搖動，鉆進成孔應先慢后快，當鉆桿芯管充滿混合料后開始拔管，不得先拔管后泵送混合料，拔管速度控制在2～3 m/min。成樁過程需連續(xù)進行，應避免因后續(xù)供料慢而導致停機待料。在精確度方面，我們要求鉆機樁位對中偏差不得大于30 mm。

圖1 CFG樁位平面

圖2 CFG樁及褥墊大樣

5 檢測及結果

軟土地基處理后很重要的一項工作就是檢測。通過一定的技術手段，先測確定樁自身的完整性，隨后實測出局部的承載力，看能否達到設計要求。這里，我們采用了低應變檢測，檢測數(shù)量為總樁數(shù)的10%。

我們參與了庫房堆載區(qū)了6根單樁低應變檢測，3根單樁豎向抗壓靜載試驗及3組單樁復合地基抗壓承載力試驗，試驗成果如表1。

表1 單樁復合地基抗壓承載力試驗

表2 低應變試驗

單樁復合地基承載力試驗可知：

5#樁試驗時每一級荷載按40 kPa加載，荷載加至400 kPa時，樁頂沉降量達到54.91 mm，承壓板周圍出現(xiàn)明顯的隆起，樁土體系破壞，停止加載；經分析p-s曲線及s-lgt曲線可知，取360 kPa為極限荷載值。

6#樁試驗時每一級荷載按40 kPa加載，荷載加至360 kPa時，樁頂沉降量達到52.45 mm，樁土體系破壞，停止加載；經分析p-s曲線及s-lgt曲線可知，取320 kPa為極限荷載值。

9#樁試驗時每一級荷載按40 kPa加載，荷載加至400 kPa時，樁頂沉降量達到44.06 mm，承壓板周圍出現(xiàn)明顯的隆起，樁土體系破壞，停止加載；經分析p-s曲線及s-lgt曲線可知，取360 kPa為極限荷載值。

綜合分析得出該場地此樁型單樁復合地基承載力特征值不低于160 kPa。由于場地地質情況復雜，存在較大差異，我們在設計上部結構是對此樁型在本場地內豎向承載力特征值取低值，即160 kPa。

6 總 結

由上可見，本次設計對特定的建筑物(庫房)采用了合適的地基處理方法。針對其荷載不大，建筑面積巨大的特點，采用CFG樁處理軟弱地基，即滿足設計要求，又取得了良好的經濟效益。值得注意的是，本方法仍然具有一定的局限性，例如在受力分析上還處于半理論半經驗的狀態(tài)，這就要求我們充分重視試樁工作，合理留出安全余量。現(xiàn)該項目已投產運營數(shù)年，證明了我們設計的可靠、合理。

[1] JGJ79-2012 建筑地基處理技術規(guī)范[S]

[2] GB50202-2016 建筑地基基礎工程施工質量驗收規(guī)范[S]

[3] GB50007-2011 建筑地基基礎設計規(guī)范 [S]

[4] 住房和城鄉(xiāng)建設部工程質量安全監(jiān)管司.全國民用建筑工程設計技術措施[M].北京：中國建筑標準設計研究院，2009

TU276.5

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1005-8370(2017)04-34-03

2017-05-31

曹楊(1986—)，男，漢族，浙江蕭山人，本科學歷。現(xiàn)任中昊(大連)化工研究設計院土建室主任。從事工業(yè)廠房及裝置的結構設計。