地基處理方案優(yōu)化

韓 淑 英

(太原明力達(dá)電力設(shè)計有限公司，山西 太原 030012)

地基處理方案優(yōu)化

韓 淑 英

(太原明力達(dá)電力設(shè)計有限公司，山西 太原 030012)

通過對大村110 kV變電站站址周邊區(qū)域地質(zhì)概況、環(huán)境情況以及液化土特征、危害的分析，比選了換填法、預(yù)制鋼筋混凝土樁法、碎石樁加密法等處理液化土的方法，最終經(jīng)過經(jīng)濟(jì)性比較選定了較優(yōu)方案。

地基，碎石樁，預(yù)制樁

0 引言

隨著地基處理設(shè)計水平的提高、施工工藝的改進(jìn)和施工設(shè)備的更新，我國地基處理技術(shù)發(fā)展很快，對于各種不良地基，經(jīng)過地基處理后，一般均能滿足建設(shè)要求。由于地基處理的適用范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，地基處理項目的增多，用于地基處理的費(fèi)用在工程建設(shè)投資中所占的比重不斷增大。因而，地基處理的設(shè)計和施工必須認(rèn)真貫徹執(zhí)行國家的技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策，做到安全適用、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、確保質(zhì)量、保護(hù)環(huán)境，除了應(yīng)滿足工程設(shè)計要求外，還應(yīng)該做到因地制宜、就地取材、保護(hù)環(huán)境和節(jié)約資源。

1 工程概況

1.1 站址位置

110 kV大村變電站工程，擬在太原市小店區(qū)汾河?xùn)|岸太茅路以西約160 m，正陽街與太茅西路處交叉口東北角興建，站址南北長39 m，東西寬26.5 m，高程約在773 m。

1.2 地基土分布及性質(zhì)

1.3 地下水條件

本次勘探站址場地揭露的地下水類型為第四系松散層孔隙潛水，地下水穩(wěn)定水位埋深為1.5 m左右，地下水由東向西徑流，年變幅約為1.0 m。

1.4 黃土濕陷性評價

本次勘測場地內(nèi)普遍存在②層黃土狀粉土層，厚約1.5 m～2.0 m，水位埋深1.5 m左右，為飽和黃土，根據(jù)GB 50025-2004濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范，可不考慮其濕陷性對地基的影響。

1.5 地基液化評價和場地土類型、場地類別及地震動參數(shù)

本場地地基土0.0 m～20.0 m范圍內(nèi)以雜填土、粉土及細(xì)砂為主，地下水位埋深1.5 m左右,本區(qū)地震烈度8度。根據(jù)GB 50011-2010建筑抗震設(shè)計規(guī)范及此次標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗、室內(nèi)顆分試驗結(jié)果：③層細(xì)砂地基土為液化土層。經(jīng)計算，在抗震設(shè)防烈度為8度時，該擬建場地屬液化場地，地基液化等級為嚴(yán)重，主要液化土層為第③層細(xì)砂。

2 液化特征及危害

地基土液化是指飽水的粉細(xì)砂或輕亞粘土在地震力的作用下瞬時失掉強(qiáng)度,由固態(tài)變成液態(tài)的力學(xué)過程。砂土液化主要是在靜力或動力作用下,砂土中孔隙水壓力上升,抗剪強(qiáng)度或剪切剛度降低并趨于消失所引起的。砂土液化(地基土液化)：飽和松散的砂土或粉土(不含黃土)，地震時易發(fā)生液化現(xiàn)象，使地基承載力喪失或減弱，甚至噴水冒砂，這種現(xiàn)象一般稱為砂土液化或地基土液化。

其產(chǎn)生的機(jī)理是：地震時，飽和砂土和粉土顆粒在強(qiáng)烈震動下發(fā)生相對位移，顆粒結(jié)構(gòu)趨于壓密，顆粒間孔隙水來不及排泄而受到擠壓，因而使孔隙水壓力急劇增加。當(dāng)孔隙水壓力上升到與土顆粒所受到的總的正壓應(yīng)力接近或相等時，土粒之間因摩擦產(chǎn)生的抗剪能力消失，土顆粒便形同“液體”一樣處于懸浮狀態(tài)，形成所謂液化現(xiàn)象。

3 基礎(chǔ)選型分析及地基處理

3.1 基礎(chǔ)選型

全站整體建(構(gòu))筑物，采用構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化、生產(chǎn)工業(yè)化、施工機(jī)械化的裝配式設(shè)計方案，結(jié)合地質(zhì)情況和上部結(jié)構(gòu)形式，采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土獨立柱基礎(chǔ)。

3.2 地基處理方案

可液化地基的處理，其出發(fā)點是改變它的內(nèi)在條件，增加土體密實度和改善排水條件。

常用的方法有以下幾種：

1)樁基或深基礎(chǔ)。

采用樁基礎(chǔ)時，樁端伸入液化濃度以下穩(wěn)定土層中的長度，應(yīng)按計算確定，且對碎石土、礫、粗、中砂、堅硬粘性土和密實粉土不應(yīng)少于0.5 m，對其他非巖石土不宜少于1.5 m。

2)振沖碎石樁。

砂土、粉土、粉質(zhì)粘土、素填土和雜填土等地基，對于處理不排水抗剪強(qiáng)度不小于20 kPa的粘性土和飽和黃土地基，應(yīng)在施工前通過現(xiàn)場試驗確定其適用性，樁長不宜小于4 m，可達(dá)20 m。通過置換或擠密使土體的空隙減少，強(qiáng)度增大，碎石樁與樁間土形成復(fù)合地基，從而提高地基的承載力，減少沉降量。

3)換填法。

用非液化土替換全部液化土層。液化地基土的處理范圍，在基礎(chǔ)外緣以外的處理寬度，應(yīng)超過基礎(chǔ)底面下處理深度的1/2且不小于基礎(chǔ)寬度的1/5。

3.3 地基處理方案技術(shù)比較

1)樁基或深基礎(chǔ)。

優(yōu)點：樁基在地震作用下的變形小、穩(wěn)定性好，是解決地震區(qū)軟弱地基和地震液化的地基抗震問題的一種有效措施。在唐山大地震中采用樁基的建筑一般受害輕微。

缺點：施工工藝復(fù)雜，施工過程容易受地層變化復(fù)雜的影響，出現(xiàn)斷樁。樁數(shù)量多時受施工機(jī)械影響。

2)振沖碎石樁。

優(yōu)點：擠密效果非常好；無土體流失，砂石用量少。

缺點：對附近建、構(gòu)筑物有一定的震動感和擠壓影響，建筑密集區(qū)不適合使用。

3)換填法。

優(yōu)點：承載力高，剛度大，變形小。

缺點：不適用于深厚軟弱地基。

3.4 地基處理方案選擇

GB 50011-2010建筑抗震設(shè)計規(guī)范4.3.7全部消除地基液化沉陷的措施，應(yīng)符合下列要求：

1)采用樁基時，樁端伸入液化深度以下穩(wěn)定土層中的長度(不包括樁尖部分)應(yīng)按計算確定，且對碎石土、礫、粗、中砂，堅硬粘性土和密實粉土尚不應(yīng)小于0.8 m，對其他非巖石土尚不宜小于1.5 m。

2)采用深基礎(chǔ)時，基礎(chǔ)地面應(yīng)埋入液化深度以下的穩(wěn)定土層中，其深度不應(yīng)小于0.5 m。

3)采用加密法(如振沖、振動加密、擠密碎石樁、強(qiáng)夯等)加固時，應(yīng)處理至液化深度下界；振沖或擠密碎石樁加固后，樁間土的標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)不宜小于12擊。

4)用非液化土替換全部液化土層，或增加上覆非液化土層的厚度。

5)采用加密法或換土法處理時，在基礎(chǔ)邊緣以外的處理寬度，應(yīng)超過基礎(chǔ)底面下處理深度的1/2且不小于基礎(chǔ)寬度的1/5。

3.4.1 換填法

結(jié)合110 kV變電站的地質(zhì)情況，液化土層埋深為11 m，地下水位為地面下1.5 m～12 m，如果采用換填法時開挖深度太大，產(chǎn)生的費(fèi)用較高，不適合本工程實際。

3.4.2 擠密碎石樁

由于110 kV大村變電站位于莊稼地，150 m范圍內(nèi)沒有建筑物，所以具備施工條件。

根據(jù)GB 50011-2010建筑抗震設(shè)計規(guī)范4.3.7要求，結(jié)合地質(zhì)勘察報告，碎石樁布置圖如圖1所示。樁距1 000 mm，樁徑400 mm，樁長9 m。共需布樁1 876根。碎石樁上鋪設(shè)300 mm褥墊層。

設(shè)計條件：第③層細(xì)砂承載力特征值fak=130 kPa。

樁土應(yīng)力比：取n=2，m=d2/de2=0.42/1.05×1=0.15。

復(fù)合地基承載力特征值:

fsak=[1+m×(n-1)]×fsk=[1+0.15×(2-1)]×130=150 kPa。

3.4.3 預(yù)制鋼筋混凝土樁

本方案擬采用0.4 m×0.4 m鋼筋混凝土預(yù)制樁，樁長9 m。預(yù)制樁鋼筋伸入獨立柱基礎(chǔ)100 mm。

JGJ 94-2008建筑樁基技術(shù)規(guī)范5.3.5規(guī)定：單樁極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值計算如下：

Quk=Qsk+Qpk=u∑qsikli+qpkAp=
0.4×4(25×8+50×1)+2 200×0.4×0.4=752 kPa。

其中，qsik為樁側(cè)第i層土的極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值；qpk為極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值。

單樁豎向承載力特征值：

Qu=752/2=376 kPa。

預(yù)制鋼筋混凝土樁布置圖見圖2。

3.5 地基基礎(chǔ)荷載分析

地基基礎(chǔ)荷載分析見表1。

表1 地基基礎(chǔ)荷載分析表 kN

3.6 地基處理方案經(jīng)濟(jì)比較

1009-6825(2014)33-0047-03

2014-09-11

韓淑英(1972- )，女，工程師

TU472

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