太平鐵礦大荷載厚弱地質的地基處理方法

龔平玲 毛宏宇 江一峰

(1.中鋼集團馬鞍山礦山研究院有限公司，安徽馬鞍山243000;2.金屬礦山安全與健康國家重點實驗室，安徽馬鞍山243000;3.華唯金屬礦產資源高效循環利用國家工程研究中心有限公司，安徽馬鞍山243000)

1 工程概況

蕪湖太平礦業有限責任公司擬在原選礦廠內建設蕪湖太平礦業選礦廠技改項目。該項目場地位于蕪湖市鳩江區裕溪口，裕溪河西岸，場地±0.000標高相當于絕對標高5.000 m(黃海高程)。為了迎合礦山節能環保的大趨勢，本工程對選礦廠進行技改項目，要求提高運行效率，降低經濟成本。各單體土建選擇設計方案要安全，合理，經濟，可行，節省造價。其中主要單體為新建一個直徑24 m的濃縮池，且特點為大荷載厚弱地質，地基處理方案的合理選擇對于工程安全，滿足承載力，沉降及降低造價至關重要。該工程濃縮池上部為鋼結構，通過66根支柱傳遞到基礎上去，其中每根支柱載荷為550 kN。支柱載荷點布置見圖1。

圖1 支柱載荷點布置Fig.1 Pillar load layout

2 工程地質條件

擬建場地上部為松散耕地，地表相對高程為4.41～5.31 m，總體上平整，場地地貌屬長江中下游沖擊平原，為厚弱地質。地層巖性以雜填土，素填土，粉質黏土，淤泥質粉土，粉土夾粉砂，中細砂為主。其各土層主要工程地質特征力學性能指標見表1。

表1 地基土層的主要力學性能指標Table1 Themain mechanical properties of soil foundation

3 基礎方案比較

根據場地地基土層的性能指標，濃縮池支柱分布及載荷情況。基礎設計主要考慮以下4種方案。

(1)筏板基礎方案。根據工勘報告，第②層粉質黏土標高為4.35～3.00 m，承載力fak=120 kPa。本工程采用筏板基礎方案，基礎落在第②層粉質黏土上。第③層淤泥質粉土fak=65 kPa，為軟弱下臥層。筏板基礎面積應由第③層淤泥質粉土控制。根據《地基基礎設計規范》第5.2.7條［1］，地基承載力及基礎沉降(s)按下式計算:

確定筏板基礎直徑為36 m，每邊挑出6 m，由于挑出過大，沉降計算中間大周邊小，最大沉降量達到500 mm左右。經比較不符合規范要求，故該方案不合理。

(2)混凝土攪拌樁方案。第③層淤泥質粉土標高為3.00～－6.35 m，厚約9 m，承載力fak=65 kPa。采用深層攪拌樁法對第③層淤泥質粉土進行處理。攪拌樁徑取500 mm，樁間距為1 500 mm，梅花樁布置，處理深度為9～10 m。使水泥土樁與周邊樁間土完全共同工作，形成一個承載力相對較高的硬殼層［2-3］，處理后的承載力fak=150 kPa。攪拌樁為有黏結強度增強體復合地基，其承載力fspk按下式計算:

由于第④層粉土夾粉砂土，承載力fak=100 kPa，相對于處理后的硬殼層為軟弱下臥層，由公式(6)計算第④層軟弱下臥層不滿足要求，故該方案不可行。

(3)換填墊層方案。換填墊層適用于淺層軟弱土層或不均勻土層的地基處理，換填厚度為0.5～3.0 m［2］。根據工勘報告，第③層淤泥質粉土標高為地面以下－3.00～－9.35 m，不屬于淺層軟弱土層。故換填墊層方案不可行。

(4)預應力混凝土管樁方案。本工程采用預應力混凝土薄壁管樁，基礎持力層選用第⑤層中細砂。各土層樁基參數值見表2。

表2 土層樁基參數值Table2 Parameter values of soil pile foundation

根據《建筑樁基技術規范》第5.3.5條［4］

預應力混凝土薄壁管樁樁徑D=500 mm，有效樁長L=37 m，且樁端進入持力層深度大于1 m。每根支柱下1根樁，每樁設1個承臺，承臺之間連系梁截面為250 mm×400 mm。預制樁基礎布置見圖2。

由于本工程樁屬于樁中心距大于6倍樁徑的疏樁基礎，其沉降按下式計算:

圖2 預制樁基礎布置Fig.2 Basic layout plan of precast piles

4 預應力混凝土管樁方案的優點

(1)大幅度提高承載力。預應力混凝土薄壁管樁有效樁長L=37 m，基礎持力層選用第⑤層中細砂。經計算單樁承載力特征值達到800 kN，相對于其他方案，可以大幅度提高承載力，滿足設計要求。

(2)有效減少基礎的沉降。樁基礎持力層為第⑤層中細砂，承載力特征值為180 kPa，承載力高，壓縮性小。比起其他幾種方案，基礎沉降量大大減少了。

(3)節省工程造價。每根支柱下一根管樁，共計66根，比起混凝土攪拌樁的數量大為減少。支柱間的連系梁截面為250 mm×400 mm，僅按構造配筋。鋼筋混凝土用量少，工程造價較低。

5 方案選擇及施工技術措施

(1)經過對上述四種地基處理方案的分析對比，從地基承載力，基礎沉降量，工程造價等幾個方面，可以知預應力混凝土管樁為最優方案。本工程選用預應力混凝土管樁為地基處理方案。

(2)場地第③層淤泥質粉土普遍存在，厚度達6 m左右。預制管樁較密集，管樁沉樁過程中，擠土效應明顯。為了避免和減少沉樁的擠土效應和對濃縮池地下管道的影響，采用下列技術措施:①打樁順序，自中間向2個方向或四周對稱施打，且隔樁跳打;②設置塑料排水板、袋裝砂井以消除超孔隙水壓，減少擠土效應;③在施工過程中設置觀測點，定時監測。沉樁結束后實施一次復打。

(3)基樁檢測。應采用靜載試驗檢測單樁豎向抗壓承載力，數量不少于總樁數的1%，且不少于3根。采用低應變檢測基樁樁身完整性，抽檢數量為每個承臺1根［2］。

6 工程效果

本工程采用預應力混凝土管樁的地基處理方案后，各指標達到了設計要求，取得了顯著的經濟效應。由于樁基礎持力層為第⑤層中細砂，經樁基靜載試驗檢測單樁豎向抗壓承載力達到1 000多kN滿足設計要求，顯著地降低了基礎的沉降量。基礎混凝土用量僅為79.5 m3，遠少于前面幾種方案，可節省工程造價30%左右。

7 結語

太平鐵礦選礦廠技改項目要求濃縮池基礎處理方案安全，合理，經濟可行，節省造價。由于本工程濃縮池具有大載荷厚弱地質的特點，本研究提出了4種基礎處理方案:筏板基礎方案，混凝土攪拌樁方案，換填墊層方案，預應力混凝土管樁方案。通過對地基承載力，基礎沉降量，工程造價等指標進行綜合分析比較，最終選擇了預應力混凝土管樁方案為本工程的地基處理方案。為了避免和減少沉樁的擠土效應和對濃縮池地下管道的影響，對施工過程提出了具體的技術措施。本方案使用后，基礎承載力滿足設計要求，降低了沉降量，節省了工程造價，取得了顯著的經濟效應。本文對于其他相似的大載荷厚弱地質工程的地基處理，提供了可借鑒的經驗。

［1］ 中華人民共和國建設部.GB 50007—2011 建筑地基基礎設計規范［S］.北京:中國建筑工業出版社，2011.

Construction of the People＇s Republic of China.GB 50007—2011 Building Foundation Design Code［S］.Beijing:China Building Industry Press，2011.

［2］ 編委會.地基處理手冊［M］.北京:中國建筑工業出版社，2008.

Editorial Committee.Foundation TreatmentManual［M］.Beijing:China Building Industry Press，2008.

［3］ 中華人民共和國建設部.JGJ 79—2012 建筑地基處理技術規范［S］.北京:中國建筑工業出版社，2012.

Construction of the People＇s Republic of China.JGJ 79—2012 Building Foundation Treatment Technology Specification［S］.Beijing:China Building Industry Press，2012.

［4］ 中華人民共和國建設部.JGJ 94—2008 建筑樁基技術規范［S］.北京:中國建筑工業出版社，2008.

Construction of the People＇s Republic of China.JGJ 94—2008 Building Pile Foundation Technical Specification［S］.Beijing:China Building Industry Press，2008.