沙區巖土勘察與軟土地基處理技術研究

徐鑫磊，孫亮亮，張苗苗

（赤峰昊林工程勘察設計有限公司，內蒙古 赤峰）

1 工程概況

某工業園區項目位于典型的沙土地區，計劃建設一個集生產、辦公、住宿及倉儲為一體的綜合性工業園區。該工業園區的設計和建設旨在滿足現代工業化的需求，通過優化布局、合理利用地質資源，實現工業園區的經濟、安全、高效運營。工業園區占地面積為450 畝，主要建設內容包括生產加工車間、宿舍樓、辦公樓和倉庫。生產加工車間數量為17 個，倉庫為3個，車間的設計和布局將依據不同的生產線需求進行，每個車間都配備了先進的設備和設施，以實現生產的自動化和智能化。工業園區共有5 棟12 層的宿舍樓，總建筑面積約為1.5 萬m2，共有3 棟7 層的辦公樓，總建筑面積約為1.5 萬m2，包括行政管理部門、研發部門、銷售部門等。車間和倉庫采用擴展基礎形式，宿舍樓和辦公樓采用樁基礎形式。工業園區場地的淺層地質為沙區，下層地質不明，需要經過詳細勘察，并得出詳細地質數據，為地基處理方案提供準確的數據。

2 沙區巖土勘察

在進行沙區巖土工程的設計與施工之前，必須通過地質勘察獲取準確的地質數據和土壤參數。

2.1 鉆探法勘察

鉆探法是沙區巖土勘察中最常用的一種方法，它可以直觀地獲取地下土層的巖土樣本，為巖土工程提供寶貴的實物依據。依據設定的平面布點圖和建筑物結構形式進行鉆探。通過勘察獲取地質數據，進而鑒定工程場地的巖性和成分，分析施工區的地質構造、地質特征、巖土分層及形態[1]。勘察過程中使用DPP200-5F1 型鉆機，鉆探采用跟管鉆進和泥漿護壁相組合的鉆進方式，鉆孔直徑為160 mm，鉆孔結束后提取原狀土樣，然后進行物性試驗、固結試驗和剪切試驗，進一步分析之后得到詳細的地質數據。鉆探法勘察時，需要特別注意鉆探的速度、深度、方向等參數，以防止在松散的沙質土壤中出現塌孔、漏失等情況。

2.2 原位測試

原位測試是在地下直接進行的一種巖土測試方法，包括波速測試、標準貫入試驗、圓錐動力觸探試驗等[4]。這些測試可以獲取土體的強度、密度、剛度、壓縮性等參數，并能了解土體的層位、層厚、連續性等情況。

（1） 波速測試

波速測試通過HON-32DF 測試儀完成。波速測試可以為場地劃分提供數據支持，進而提供工程設計和施工所需的動力參數。部分波速測試-剪切波列圖如圖1 所示。

圖1 剪切波列圖（部分）

（2） 貫入試驗

貫入試驗采用直徑為38 mm 的觸探桿，穿心錘的質量為62.8 Kg，落距為760 mm。貫入試驗可以對土樣進行鑒別，判斷沙土和粉土的相對密度及強度參數，進而分析土層的承載力[2]。貫入試驗結果見表1。

表1 標準貫入試驗結果

2.3 物性試驗

物理性試驗可以測得土樣的含水率、密度、孔隙比、飽和度、液限、塑限、壓縮模量、壓縮系數等指標參數見表2。

表2 物性試驗參數

2.4 工程地質評價

工程地質評價是在完成鉆探法勘察、原位測試和物性試驗后，對勘察結果進行綜合分析和評價的過程，可以評價沙區地基的承載力、穩定性、抗剪性、滲透性等，為地基處理和工程設計提供依據。

素填土比較松散，工程特性差，不能直接用作基礎的持力層；粉細砂稍密，承載力不滿足工程需求，需進行相應的地基處理；泥炭質土承載力較低，層厚較小，仍需進行相應的地基處理；黃土呈可塑狀，中等壓縮性，承載力較高，但分布不均勻；強風化砂巖和中等風化砂巖層承載力高，工程特性較好，可直接作為基礎的持力層。

3 軟土地基處理

由于軟土的物理性質特殊，比如高含水量、低抗剪強度、高壓縮性等特性，使得其承載能力弱，若在軟土地基上直接進行工程建設，可能會出現不均勻沉降、結構變形，甚至產生液化現象，嚴重威脅工程安全。因此，對軟土地基進行有效處理至關重要。

3.1 換填地基

倉庫采用擴展基礎形式，采用換填的方式進行處理。倉庫基礎埋深較淺，將施工場地的不良土體移除，再用工程填料進行填充，達到改善地基承載能力的目的。所用的填充材料通常為高質量的砂石，碎石或其他工程填料。施工場地的沙土層厚度較小，換填地基法非常適用，可以對土層進行大規模的改造，提高整個地基的承載能力[3]。換填法施工過程簡單，容易控制，效果明顯。

施工過程中，需要注意的是，必須準確地進行軟弱土層的開挖，以盡量減少對下層穩定土體的破壞。對于填充材料的選擇需要符合設計要求，填充的過程中要嚴格控制其均勻性和緊實性，以確保最終地基的承載性能。車間和倉庫施工的基礎，換填深度為4.5 m，墊層使用灰土、粉煤灰和爐渣等，采用振動壓實的方式，分層鋪設并夯實，每層的虛鋪厚度為300 mm。施工結束后，經檢測地基壓實系數達到95.7%，承載力達到142.6 kPa。

3.2 振沖碎石樁

生產加工車間采用擴展基礎形式，車間為單層結構，承受載荷不大，采用振沖碎石樁的方式進行處理[4]。振沖碎石樁通過振動沖擊器將碎石或礫石打入地基土中，形成直徑為0.6～1.2 m，深度為8 m的圓柱樁，如圖2 所示，改善軟土地基承載力，減小地基沉降。碎石材料是自然產生的，無需額外的化學處理，振沖碎石樁對環境影響小，施工過程中產生的噪音和震動也較小。施工效率高，施工周期短。施工結束后，經檢測地基承載力達到186 kPa，滿足工程要求。

圖2 振沖碎石樁施工

3.3 鋼筋混凝土灌注樁

宿舍樓和辦公樓采用鋼筋混凝土灌注樁形式，鉆孔灌注樁的直徑為600 mm，樁身長度為32 m，樁頂埋深為-7.85 m，采用C35 混凝土灌注。灌注樁成孔采用機械旋挖法，按照定位、鉆孔、放置鋼筋骨架、澆筑混凝土的工藝進行，如圖3 所示。由于包含鋼筋，鋼筋混凝土灌注樁結構強度高，能承受很大的拉壓力，具有很高的結構強度[8]。

圖3 鋼筋混凝土鉆孔灌注樁工藝

通過基樁低應變動力檢測，確定樁身完整，樁身波傳播平均速度為3 837 m/s 左右，檢測樁均為Ⅰ類樁，低應變檢測實測分析曲線如圖4 所示。進一步通過基樁高應變動力檢測表明，單樁豎向極限承載力為5 776 kN，符合技術規范要求。

圖4 低應變檢測曲線

4 結論

結合實際的工程項目，對沙區巖土勘察技術和軟土地基處理技術展開研究，得到以下結論：

（1） 通過鉆探法獲取地下土層的巖土樣本，鉆探采用跟管鉆進和泥漿護壁相組合的鉆進方式，提取土樣后進行物性試驗、原位測試等，獲取土體的強度、密度、剛度、壓縮性、含水率、密度、孔隙比、飽和度、液限、塑限、壓縮模量、指標參數，得出工程地質評價：素填土、粉細砂、泥炭質土層承載力較低，不可直接作為持力層，需進行地基處理；強風化砂巖和中等風化砂巖砂巖承載力高，工程特性好，可作為基礎的持力層。

（2） 倉庫地基采用換填的方式進行處理，生產加工車間采用振沖碎石樁的方式進行處理，宿舍樓和辦公樓采用鋼筋混凝土灌注樁形式地基，并給出了有關的工藝參數和技術要點。相關檢測表明，經處理過的地基，達到工程規范要求，滿足工程承載力需求，驗證了有關方案的有效性。