南方某年產(chǎn)40萬(wàn)噸聯(lián)堿項(xiàng)目基礎(chǔ)設(shè)計(jì)探討

曹 楊

(中昊(大連)化工研究設(shè)計(jì)院有限公司，遼寧大連 116023)

經(jīng) 驗(yàn) 交 流

南方某年產(chǎn)40萬(wàn)噸聯(lián)堿項(xiàng)目基礎(chǔ)設(shè)計(jì)探討

曹 楊

(中昊(大連)化工研究設(shè)計(jì)院有限公司，遼寧大連 116023)

針對(duì)工程設(shè)計(jì)中遇到的軟土地基，探討了幾種地基處理方法。并對(duì)施工細(xì)節(jié)做了具體要求。

聯(lián)堿項(xiàng)目；基礎(chǔ)設(shè)計(jì)；軟土地基；地基處理；CFG

本公司承擔(dān)了南方某堿廠年產(chǎn)40萬(wàn)t聯(lián)堿項(xiàng)目的設(shè)計(jì)任務(wù)，該項(xiàng)目地處沿?；靥畹貐^(qū)，地質(zhì)復(fù)雜，一般在此類條件下進(jìn)行工程建設(shè)需要付出較多的成本。現(xiàn)以其中一大跨度庫(kù)房(3跨×24 m，共72 m)為例，分析在基礎(chǔ)方案選型上，如何從設(shè)計(jì)可靠和經(jīng)濟(jì)合理兩方面取得平衡。

1 工程概況

擬建場(chǎng)地位于沿海灘涂。本項(xiàng)目圍墻內(nèi)占地面積為753 912 m2(1 132畝)，場(chǎng)地原為耕種荒地，地勢(shì)相對(duì)平緩，現(xiàn)已人工填土整平。擬建場(chǎng)地巖土層由人工填土、沖淤積物和基巖風(fēng)化帶組成。該場(chǎng)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(bào)告，地質(zhì)情況描述：巖土層由人工填土、沖淤積物和基巖風(fēng)化帶組成，場(chǎng)地巖土層按其成因、力學(xué)強(qiáng)度不同可分為8個(gè)工程地質(zhì)層，①-1素填土，①-2填粗砂，②粉質(zhì)粘土，③淤泥質(zhì)土，④粉質(zhì)粘土，⑤凝灰?guī)r殘積粘性土，⑥全風(fēng)化凝灰?guī)r，⑦-1強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r(砂土狀)，⑦-2強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r(碎塊狀)，⑧中風(fēng)化凝灰?guī)r。各地層分布很不均勻，起伏變化大。

場(chǎng)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(bǔ)給來(lái)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(fēng)化凝灰?guī)r～⑧中風(fēng)化凝灰?guī)r層內(nèi)孔隙裂隙承壓水，水位變幅受氣候影響不大。

地下水在長(zhǎng)期浸水狀態(tài)下對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的混凝土結(jié)構(gòu)具有弱腐蝕性、對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋有微腐蝕性；場(chǎng)地土對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的混凝土結(jié)構(gòu)具有弱腐蝕性、對(duì)鋼筋有強(qiáng)腐蝕性。

①-2填粗砂層為液化土層，液化等級(jí)為中等液化，③淤泥質(zhì)土層，厚度0.30～10.90 m, 頂面埋深0.50～5.80 m，標(biāo)高為-2.72～3.35 m。

在制定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)初步方案時(shí)，預(yù)估該庫(kù)房的單柱荷載在890 kN左右。結(jié)合淺層土層分布，認(rèn)為會(huì)出現(xiàn)地基的抗剪強(qiáng)度不足以抵抗上部結(jié)構(gòu)的恒載及活載產(chǎn)生的剪應(yīng)力，且有可能產(chǎn)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(rèn)為應(yīng)當(dāng)進(jìn)行地基加固或是直接采用深基礎(chǔ)。其中，深基礎(chǔ)指用各種形式的樁，將結(jié)構(gòu)的上部荷載直接傳遞到深層良好的吃力層上，如采用本項(xiàng)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(shì)，但相對(duì)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(kù)房?jī)?nèi)堆載等問(wèn)題，因本庫(kù)房的建筑面積達(dá)到了12 000 m2，選擇基礎(chǔ)方案顯然也要考慮到經(jīng)濟(jì)性。因此，我們開(kāi)始考慮地基處理的可能性。

一般來(lái)說(shuō)，常用于軟土地基的處理方法有強(qiáng)夯法、強(qiáng)夯置換法、換填法、預(yù)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(diǎn)是利用了天然土層的承載力，通過(guò)各種形式將原先軟弱的地基置換擠密，形成復(fù)合土層，適當(dāng)提高承載力及減小沉降。初步認(rèn)為此類方式適合我們的處理要求，適應(yīng)處理面積，同時(shí)因利用了天然土層，應(yīng)當(dāng)具有更好的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。以下簡(jiǎn)要分析一下這幾種方式，以便最終選型。

強(qiáng)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(jié)的方法。強(qiáng)夯對(duì)用于砂性土、非飽和粘性土與雜填土地基效果顯著，但對(duì)本工程存在淤泥質(zhì)土則效果欠佳。強(qiáng)夯置換法與強(qiáng)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(zhì)粘土、灰土、粉煤灰、礦渣等材料進(jìn)行換填作為墊層的一種地基處理方法，通過(guò)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(chǎng)地面積大，軟弱土層厚，開(kāi)挖及回填產(chǎn)生的土方量會(huì)非常大，從經(jīng)濟(jì)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(jī)械制成的可變強(qiáng)度樁。通過(guò)調(diào)整水泥摻量及配比，其強(qiáng)度等級(jí)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(guò)褥墊層形成CFG樁復(fù)合地基共同工作。CFG樁一般不用配筋，不用考慮地下水對(duì)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(jīng)濟(jì)效益。綜合了上部結(jié)構(gòu)類型、荷載大小及使用要求、地層結(jié)構(gòu)、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(kù)房的地基處理方案。

3 受力分析

當(dāng)CFG樁復(fù)合地基承受豎向荷載作用時(shí)，樁和樁間土變形小，由于基礎(chǔ)下設(shè)置了一定厚度的墊層，樁體可以向上切入，伴隨這一變化過(guò)程，墊層材料不斷調(diào)整補(bǔ)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(fù)合地基在上部豎向荷載作用下，樁間土受壓后產(chǎn)生一定變形壓縮，在一定程度提高了樁間土對(duì)樁體的約束力和抵抗力，從而提高了樁身的的側(cè)摩阻力和側(cè)向支撐，荷載呈現(xiàn)逐漸由樁承擔(dān)的特點(diǎn)，隨上部荷載繼續(xù)增加，樁受的荷載同樣增大，同時(shí)，樁間土的沉降也對(duì)樁體產(chǎn)生了負(fù)摩擦力。當(dāng)兩種荷載超過(guò)一定值時(shí)，樁體所承擔(dān)的荷載達(dá)到其極限承載力，荷載向樁間土分流，樁土應(yīng)力比趨于穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)復(fù)合受力狀態(tài)。實(shí)際上這也是采用CFG樁普遍經(jīng)濟(jì)效益較理想的主要原因——可實(shí)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(xiàng)

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(yīng)的置換率在0.038～0.065之間，要求的復(fù)合地基承載力特征值是=200 kPa(用于柱下)；=160 kPa(用于庫(kù)房?jī)?nèi)地面堆載)。樁端持力層均為⑦-1 層強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r(砂土狀)或 ⑦-2層強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r(碎石狀)，樁端進(jìn)入持力層1倍樁徑。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)試樁結(jié)果，采用長(zhǎng)螺旋管內(nèi)泵壓施工工藝，每盤料的攪拌時(shí)間不應(yīng)小于60秒?；旌狭系乃涠瓤刂圃?60～200 mm。為了減少鉆桿搖動(dòng)，鉆進(jìn)成孔應(yīng)先慢后快，當(dāng)鉆桿芯管充滿混合料后開(kāi)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(guò)程需連續(xù)進(jìn)行，應(yīng)避免因后續(xù)供料慢而導(dǎo)致停機(jī)待料。在精確度方面，我們要求鉆機(jī)樁位對(duì)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(cè)及結(jié)果

軟土地基處理后很重要的一項(xiàng)工作就是檢測(cè)。通過(guò)一定的技術(shù)手段，先測(cè)確定樁自身的完整性，隨后實(shí)測(cè)出局部的承載力，看能否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。這里，我們采用了低應(yīng)變檢測(cè)，檢測(cè)數(shù)量為總樁數(shù)的10%。

我們參與了庫(kù)房堆載區(qū)了6根單樁低應(yīng)變檢測(cè)，3根單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)及3組單樁復(fù)合地基抗壓承載力試驗(yàn)，試驗(yàn)成果如表1。

表1 單樁復(fù)合地基抗壓承載力試驗(yàn)

表2 低應(yīng)變?cè)囼?yàn)

單樁復(fù)合地基承載力試驗(yàn)可知：

5#樁試驗(yàn)時(shí)每一級(jí)荷載按40 kPa加載，荷載加至400 kPa時(shí)，樁頂沉降量達(dá)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(jīng)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(yàn)時(shí)每一級(jí)荷載按40 kPa加載，荷載加至360 kPa時(shí)，樁頂沉降量達(dá)到52.45 mm，樁土體系破壞，停止加載；經(jīng)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(yàn)時(shí)每一級(jí)荷載按40 kPa加載，荷載加至400 kPa時(shí)，樁頂沉降量達(dá)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(jīng)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(chǎng)地此樁型單樁復(fù)合地基承載力特征值不低于160 kPa。由于場(chǎng)地地質(zhì)情況復(fù)雜，存在較大差異，我們?cè)谠O(shè)計(jì)上部結(jié)構(gòu)是對(duì)此樁型在本場(chǎng)地內(nèi)豎向承載力特征值取低值，即160 kPa。

6 總 結(jié)

由上可見(jiàn)，本次設(shè)計(jì)對(duì)特定的建筑物(庫(kù)房)采用了合適的地基處理方法。針對(duì)其荷載不大，建筑面積巨大的特點(diǎn)，采用CFG樁處理軟弱地基，即滿足設(shè)計(jì)要求，又取得了良好的經(jīng)濟(jì)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(jīng)驗(yàn)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(xiàng)目已投產(chǎn)運(yùn)營(yíng)數(shù)年，證明了我們?cè)O(shè)計(jì)的可靠、合理。

[1] JGJ79-2012 建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S]

[2] GB50202-2016 建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[S]

[3] GB50007-2011 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范 [S]

[4] 住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部工程質(zhì)量安全監(jiān)管司.全國(guó)民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施[M].北京：中國(guó)建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院，2009

TU276.5

B

1005-8370(2017)04-34-03

2017-05-31

曹楊(1986—)，男，漢族，浙江蕭山人，本科學(xué)歷?，F(xiàn)任中昊(大連)化工研究設(shè)計(jì)院土建室主任。從事工業(yè)廠房及裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。