大型水泥廠建（構(gòu)）筑物基礎(chǔ)設(shè)計(jì)及地基處理（2）

　　欲想工程樁達(dá)到試驗(yàn)樁所測(cè)定的承載力，除了各個(gè)環(huán)節(jié)都要精心施工外，還有一個(gè)關(guān)健的因素，那就是大面積工程樁施工時(shí)的收鉆標(biāo)準(zhǔn)。因?yàn)榍稁r樁的關(guān)健在于嵌巖，而巖層起伏的變化，各勘探工程師對(duì)巖石風(fēng)化層的不同判別，都會(huì)對(duì)嵌巖的實(shí)際效果產(chǎn)生影響。因此，確定一個(gè)符合實(shí)際又便于操作的收鉆標(biāo)準(zhǔn)就顯得尤為重要，筆者根據(jù)大量的工程實(shí)踐，對(duì)嵌巖鉆孔灌注樁提出如下收鉆標(biāo)準(zhǔn)：
　　利用工程地質(zhì)勘察報(bào)告進(jìn)行查對(duì)判別。
　　將鉆孔反上的巖渣與工勘時(shí)所取巖樣及試樁收鉆時(shí)返上的巖渣進(jìn)行對(duì)比，由工勘工程師進(jìn)行驗(yàn)槽，以確定是否達(dá)到試樁收鉆時(shí)的同一巖層。
　　用實(shí)際施工時(shí)的鉆進(jìn)時(shí)效（以某種速率進(jìn)尺了多少深度）與試樁收鉆進(jìn)時(shí)效進(jìn)行對(duì)比，但此時(shí)鉆機(jī)的型號(hào)、能力、鉆頭的磨損等情況必須與試樁時(shí)大致相同（當(dāng)進(jìn)入中風(fēng)化層時(shí)，筆者認(rèn)為應(yīng)使用牙輪鉆頭）。
　　與設(shè)計(jì)圖紙的要求進(jìn)行對(duì)比。
1.4 灌注樁樁身質(zhì)量及承載力的檢驗(yàn)
　　如前所述，灌注樁樁身質(zhì)量較難控制，在施工過(guò)程中出現(xiàn)縮頸、斷樁、清孔不干凈的機(jī)率相對(duì)較大。因此，在成樁之后對(duì)樁的承載力及柱身質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)是必不可少的，這一點(diǎn)是沒(méi)有疑問(wèn)的，但對(duì)樁承載力的檢驗(yàn)是采用靜載測(cè)試還是采用高應(yīng)變動(dòng)測(cè)檢驗(yàn)，卻是值得探討的?，F(xiàn)行規(guī)范規(guī)定，對(duì)單樁豎向承載力＞4000kN的基樁，其單樁承載力的的確定必須用靜載的方法來(lái)測(cè)定。但就京陽(yáng)工程的具體情況看，直徑為1.2m的樁型單樁極限承載力高達(dá)20000kN，且施工場(chǎng)地遠(yuǎn)離城區(qū)，若采用靜荷堆載測(cè)樁法，則需租用20000kN的配重物運(yùn)至施工場(chǎng)地；另一方面由于地表上層為淤泥質(zhì)軟土，要想保證20000kN的測(cè)樁平臺(tái)的穩(wěn)定，并控制平臺(tái)的沉降量，還需專門對(duì)軟土地基進(jìn)行必要的處理。這樣，單根樁的測(cè)試費(fèi)用將達(dá)30萬(wàn)元之多，且耗時(shí)很長(zhǎng)；若采用靜力反錨測(cè)試方法，錨樁總的數(shù)量不少，由于受平面布置樁的限制，錨樁只能小部分采用工程樁，因而費(fèi)用與堆載法相差不大，而且由于錨樁上拔量控制的要求很嚴(yán)，經(jīng)過(guò)反復(fù)論證和充分比較，決定適當(dāng)突破規(guī)范的規(guī)定，采用目前國(guó)際上比較通用且測(cè)試誤差較小由美國(guó)引進(jìn)的PDA樁基高應(yīng)變動(dòng)測(cè)儀，選定測(cè)試技術(shù)、資質(zhì)、信譽(yù)好且做過(guò)大量動(dòng)靜對(duì)比基礎(chǔ)工作的單位來(lái)進(jìn)行承載力的測(cè)試，但將規(guī)范規(guī)定的高應(yīng)變動(dòng)測(cè)數(shù)量適當(dāng)提高。從已測(cè)試的情況看，效果很好，測(cè)樁費(fèi)用比采用靜載法節(jié)省了200多萬(wàn)元。但是，我們應(yīng)注意一點(diǎn)，PDA高應(yīng)變動(dòng)力檢測(cè)是以垂錘打擊樁頂，同時(shí)采集距樁頂（1.5~3）D截面處的力（F）與速度（V）的時(shí)程曲線，通過(guò)CAPWAPC程序求解應(yīng)力波動(dòng)和波動(dòng)方程最終得到樁的極限承載力以及荷載與沉降的Q~S關(guān)系曲線。這種檢測(cè)方法僅當(dāng)樁身與土體發(fā)生一定量的相對(duì)位移時(shí)（一般一錘沉降達(dá)2mm~3mm即可），采集的數(shù)據(jù)才具準(zhǔn)確性。因此，樁頂?shù)腻N擊能量是一個(gè)控制因素，它隨樁承載力及樁徑的大小變化應(yīng)取用不同重量的錘頭及落錘高度，通常錘頭重量應(yīng)取樁自重的10%~30%或樁極限承載力的1%，落錘控制高度按V=2GH求得。
1.5 事故處理
　　在深基坑開(kāi)挖過(guò)程中，由于適逢雨季，淤泥質(zhì)軟土的地表淺層含水量增大，加之施工方法不當(dāng)，造成土體滑移，將部分工程樁樁身推斷或使得樁頂位移過(guò)大。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)的實(shí)際情況、工程進(jìn)度的要求、結(jié)構(gòu)受力的特點(diǎn)，在充分考慮了施工可行性的基礎(chǔ)上采取了適量重新加樁及對(duì)損壞樁進(jìn)行修復(fù)兩項(xiàng)措施，并且將樁承臺(tái)及承臺(tái)四周回填要求作一定的調(diào)整，獲得較好的效果。
2 大面積堆載下的地基處理（深層攪拌）
　　軟土地基上的大面積堆載，一般都會(huì)發(fā)生較大的豎向沉降，并伴隨著產(chǎn)生較大的水平推力，對(duì)靠近堆附近的樁體產(chǎn)生破壞性的影響。因此，對(duì)廠房及取料設(shè)備采用樁基礎(chǔ)的煤、粘土、石灰石三大均化堆場(chǎng)堆料面積下的軟土地基要慎重考慮。
　　為了做到既安全又經(jīng)濟(jì)，首先分析一下軟土地基的承載特性。由于基土的壓縮模量低、壓縮系數(shù)高，當(dāng)大面積堆載超過(guò)地基的允許承載力時(shí)，地基產(chǎn)生過(guò)大的壓縮變形，軟土層將形成一剪切滑動(dòng)面，滑動(dòng)面以上的土體將沿剪切滑動(dòng)面向外、向上隆擠，并產(chǎn)生很大的側(cè)向水平推力；但當(dāng)堆載不超過(guò)地基的允許承載力時(shí)，軟土雖然產(chǎn)生一定的豎向沉降，但并不形成剪切滑動(dòng)面，也就是說(shuō)不會(huì)發(fā)生剪切破壞。此時(shí)地基土由于豎向沉降所產(chǎn)生的側(cè)向水平推力是有限的，對(duì)鄰近的樁基礎(chǔ)不會(huì)產(chǎn)生大的影響。因此對(duì)地面堆載不超過(guò)軟土基承載力的煤均化堆場(chǎng)，除了在地面做250mm厚的鋼筋混凝土板，板底鋪設(shè)300mm厚載不超過(guò)軟土地基承載力的煤均化堆場(chǎng)，除了地面做250mm厚的鋼筋混凝土板，板底鋪設(shè)300mm厚碎石層，用以適當(dāng)調(diào)整整個(gè)堆載面積內(nèi)地基土所承受的壓力均勻度，防止局部發(fā)生剪切破碎，減少沉降總量及不均沉降之外，對(duì)淤泥質(zhì)軟土地基就不必做任何處理了，由此而獲得的經(jīng)濟(jì)效益也是顯著的。但是，對(duì)于粘土、石灰石均化堆場(chǎng)，由于堆料荷載遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于地基土允許承載力，其最大料壓達(dá)250kN/m2，相應(yīng)的地基沉降量亦高達(dá)1535mm，所以必須對(duì)大面積堆料部分的軟土地基進(jìn)行處理，以防大面積堆載產(chǎn)生的巨大水平力將廠房及軌道的樁基礎(chǔ)推壞。就本工程而言，由于軟土地基含水量高，排水不易，且影響深度有限，因而強(qiáng)夯方案是不可取的；若采用換土夯實(shí)，則工程量太大、費(fèi)用太高，亦不可取；而采取堆截預(yù)壓，結(jié)合一定的排水固結(jié)措施，雖說(shuō)較經(jīng)濟(jì)，但所需時(shí)間太長(zhǎng)，工期不充許；只有采用深層攪拌的方案，才是技術(shù)、工期都可行且又經(jīng)濟(jì)的。
　　深層攪拌是以水泥作為固化劑，利用特制的深層攪拌機(jī)械，在地基深處就地將軟土和水泥強(qiáng)制拌和，通過(guò)水泥與軟土之間產(chǎn)生的物理化--化學(xué)反應(yīng)，使混合后的土體硬結(jié)成具體整體性、水穩(wěn)定性和一定強(qiáng)度的地基。攪拌時(shí)所形成的水泥樁體是一種介于柔性樁與剛性之間的具有一定壓縮性的樁，它與樁間土一起組成復(fù)合地基承肥外部荷載，而對(duì)該復(fù)合地基強(qiáng)度及變形起主要控制作用的有攪拌樁的置換率、樁長(zhǎng)度及水泥的摻入量三大因素，其中置換率是由堆載對(duì)復(fù)合地基承載力的要求所決定的；樁長(zhǎng)則主要是由沉降和單樁承載力來(lái)控制的；而水泥摻入量則對(duì)樁身強(qiáng)度起控制作用。對(duì)于軟土層位厚，復(fù)合地基承載力要求高的區(qū)域，三大因素均取偏高值；反之，則取偏低值。對(duì)于大面積堆載的均化堆場(chǎng)，由于基本身對(duì)沉降并無(wú)控制要求，因此，在地基處理時(shí)只要控制堆料面積下地基土的沉降對(duì)廠房及軌道樁基不產(chǎn)生大的水平推力即可，這樣可以大大降低投資。理論研究及實(shí)測(cè)表明：三角形分布的大面積堆料由于地基沉降所產(chǎn)生的水平推力主要分布在地表以下1/3或1/4堆料底寬的高度范圍內(nèi)，內(nèi)要將該范圍內(nèi)的地基土壓縮變形減少到最低值，即可避免堆料對(duì)廠房及軌道樁基礎(chǔ)的不良影響。因此，在三大因素的定量設(shè)計(jì)時(shí)，我們主要考慮到最低值，即可避免堆料對(duì)廠房及軌道樁基礎(chǔ)的不良影響。因此，在三大因素的定量設(shè)計(jì)時(shí)，我們主要考慮以下兩個(gè)方面：①攪拌樁長(zhǎng)度不小于堆載底寬的1/3~1/4。②地基土在堆載作用下不發(fā)生剪切破壞。經(jīng)過(guò)反復(fù)的計(jì)算、分析，將攪拌樁的置換率控制在12.7%~33.8%之間，樁長(zhǎng)控制在11m~14m之間、水泥摻入量控制在10%~18%之間，使得淤泥質(zhì)軟土的地基承載力提高了2~3倍，沉降量減少了70%~85%，且剩余沉降絕大部分發(fā)生在復(fù)合地基的下層（復(fù)合地基本身的壓縮變形很小，僅為10mm~30mm），有效地降低了軟土地基在大面積堆載作用下產(chǎn)生的側(cè)向水平推力，從而在設(shè)計(jì)上保證了均化堆場(chǎng)廠房結(jié)構(gòu)及取料設(shè)備的正常使用。
　　這里要提醒大家注意的是：深層攪拌復(fù)合地基成敗的關(guān)鍵之一在于施工時(shí)水泥漿的注入量及水泥漿與軟土攪攔的均勻性，一般來(lái)說(shuō)，水泥漿注入量越大、攪拌次數(shù)越多、越均勻其水泥土的強(qiáng)度就越高。因此，在采用定量泵輸送水泥漿的情況下，必須嚴(yán)格控制攪拌機(jī)鉆土下沉?xí)r間、噴漿提升速度以及復(fù)拌次數(shù)。只有這樣才能達(dá)到設(shè)計(jì)所要求的效果。
3 天然地基及換土碾壓夯實(shí)人工地基
　　對(duì)于基礎(chǔ)反力小于等于軟土地基承載力的建（構(gòu)）筑物，原則上采用天然地基，將基底放置在地層表面1m~2m厚的相對(duì)較好的“硬土”層上，但允許承載力應(yīng)按其下部的淤泥質(zhì)軟土取用，這樣對(duì)控制建筑物的總沉降及防上不均勻沉降大有好處。以“員工宿舍” 、“招待所”及“辦公樓”三樓建筑為例：各棟建筑物傳給地基的荷載與淤泥質(zhì)軟土的允許承載力大致相等，設(shè)計(jì)上將三棟建筑的基礎(chǔ)均放置在“硬土”層上，但施工時(shí)誤將“辦公樓”下的“硬土”層挖通，結(jié)果“辦公樓”的總沉降量及不均勻沉降明顯大于另外兩棟建筑。
　　對(duì)于基礎(chǔ)反力略高于軟土地基承載力的建（構(gòu)）筑物以及部分基礎(chǔ)反力雖然小于軟土地基承載力，但由于施工放坡開(kāi)挖將“硬土”層挖通的建筑物，結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)回填材料的具體情況，采用局部換填砂石分層碾壓的人工地基，將上部荷載擴(kuò)散傳遞，滿足了地基強(qiáng)度及變形的要求。