淺談惠州環(huán)球公司水泥生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)

1工程地質(zhì)概況     
環(huán)球水泥廠所處場(chǎng)地地貌類型簡(jiǎn)單，地形較平坦，位于石炭系隱伏巖分布區(qū)，場(chǎng)區(qū)巖土結(jié)構(gòu)復(fù)雜，自上而下層系分布有：人工填土；耕植土；第四系沖積土(依次分6個(gè)亞層：粉質(zhì)粘土，fak=160 kPa；淤泥質(zhì)軟弱土層，fak：60 kPa；粉土，fak：120 kPa；細(xì)砂，。fak：120 kPa；粗砂，fak=140 kPa：礫砂，fak=180 kPa)；粉質(zhì)粘土，’fak=60 kPa，軟塑～流塑，與基巖接觸面常有土洞；石灰?guī)r。其中淤泥質(zhì)軟弱土層和粉質(zhì)粘土層屬高壓縮土，不能作建筑物地基持力層。場(chǎng)地土洞、溶洞、溶孔不良地質(zhì)現(xiàn)象發(fā)育，分布廣泛，鉆孔見洞率達(dá)34％，個(gè)別子項(xiàng)達(dá)到60％，且?guī)r面起伏非常大。場(chǎng)地工程地質(zhì)條件復(fù)雜，場(chǎng)地與地基等級(jí)均為一級(jí)。     
該場(chǎng)地抗震設(shè)防烈度為六度，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0．05 g，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，場(chǎng)地劃分為軟弱場(chǎng)地土，場(chǎng)地類別為Ⅱ類，場(chǎng)地特征周期為0．35 s，場(chǎng)地為對(duì)建筑抗震不利地段。     
場(chǎng)地地下水位為賦存于第四系粉細(xì)砂、中(粗)砂、礫砂層中的孔隙水及賦存于基巖中的裂隙巖溶水，地下水較為豐富，常年地下水位埋置深度為自然地面下2．O m。 
2基礎(chǔ)設(shè)計(jì)   
根據(jù)場(chǎng)地的地質(zhì)情況、建(構(gòu))筑物的結(jié)構(gòu)形式及荷載大小，本工程分別采用了沖孔灌注樁、水泥土攪拌樁、換填墊層、天然基礎(chǔ)。 
2．1 7中孔灌注樁   
水泥廠生產(chǎn)線上的主要建(構(gòu))筑物由于荷載大、對(duì)沉降敏感，因而在設(shè)計(jì)中采用了沖孔灌注樁。樁端持力層為微風(fēng)化灰?guī)r，天然濕度單軸抗壓強(qiáng)度為24MPa，由于巖面起伏大，將樁端嵌入巖石1 000 rain，單樁豎向承載力特征值按廣東省《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》中公式計(jì)算：    
 R=Cl。frpAp+“C2frshr，其中Cl=0．3，G=0．035，根據(jù)不同樁徑，樁的配筋率取0．3％～0．65％。   
全廠主要車間如窯尾、窯中、窯頭、生料磨、水泥磨、包裝車間及生料均化庫、熟料庫、水泥庫等均采用了沖孔灌注樁。窯尾基礎(chǔ)采用了4①2 000+8中1 500的大直徑?jīng)_孔灌注樁；2個(gè)直徑25 m的熟料庫基礎(chǔ)采用了44根①l 800及16根中1 900的大直徑?jīng)_孔灌注樁；窯中基礎(chǔ)采用了φl 200、φl 400、φ1 600的沖孔灌注樁；其余均為常規(guī)樁徑。     
由于該場(chǎng)地巖溶發(fā)育，設(shè)計(jì)要求樁在成孔前應(yīng)進(jìn)行超前鉆探，查明樁端下不小于3 d(d為樁徑)或5 m范圍內(nèi)基巖性狀，是否有溶洞、溶洞尺寸、頂板厚度，鉆探深度以獲得不小于3D及5 m連續(xù)完整基巖為準(zhǔn)。各樁超前鉆探的孔數(shù)根據(jù)《廣東省樁基質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)規(guī)定》確定：樁徑<φ1 200超前鉆為一孔；樁徑中1 200,-, 
1 600超前鉆為二孔；樁徑>φ1 600超前鉆為三孔。 
2．2水泥土攪拌樁     
由于水泥土攪拌樁適用于處理淤泥質(zhì)土，通過深層攪拌形成水泥土加固體，可作為復(fù)合地基。在該工程設(shè)計(jì)中，對(duì)荷載較小的建筑物中央控制室、中央化驗(yàn)室、總降壓站及大型設(shè)備(高溫風(fēng)機(jī)、廢氣風(fēng)機(jī))基礎(chǔ)采用了水泥土攪拌樁復(fù)合地基。中央控制室、中央化驗(yàn)室地基處理前淤泥質(zhì)軟弱土層的承載力特征值為60’kPa，設(shè)計(jì)采用了φ550@850×850的水泥攪拌樁，樁布置在獨(dú)立柱基范圍內(nèi)，樁長(zhǎng)平均lO m，水泥用量不小于55KG ／m，設(shè)計(jì)要求處理后的復(fù)合地基承載力應(yīng)達(dá)到160  kPa，單樁豎向承載力特征值不小于120 kN，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)淺層平板載荷試驗(yàn)檢測(cè)，處理后的承載力滿足設(shè)計(jì)要求。該水泥攪拌樁費(fèi)用為55元／m，施工較方便，對(duì)處理深度不大的復(fù)合地基有較好的經(jīng)濟(jì)效果。 
2．3換填法墊層   
換填墊層法適用于處理淺層軟弱地基土及不均勻地基土，由于換填材料取材方便、經(jīng)濟(jì)而被廣泛應(yīng)用。該工程的機(jī)電修車間為跨度18 m的單層廠房，輕鋼屋面，5 t輕級(jí)工作制吊車，考慮到該車間荷載不大，為了節(jié)約造價(jià)，采用換填墊層處理地基。地基上覆土層為新近場(chǎng)平填土及耕植土，選用碎石土(碎石占土重的50％)換填，厚度約1．00 m，采用30 t振動(dòng)碾壓機(jī)分層碾壓，每層虛鋪厚度為3 000 rnm，壓實(shí)系數(shù)應(yīng)≥0．96，處理后的承載力特征值應(yīng)達(dá)到160 kPa。墊層下部土層為粉質(zhì)粘土，局部為軟弱土層時(shí)先用大塊石拋填，拋一層壓一層，共計(jì)三到五層，直至無法壓人為止。 
2．4天然地基     
部分荷載較小的建筑物如散裝車間、成品庫等采用天然地基，利用粉質(zhì)粘土作持力層，對(duì)下臥軟弱層進(jìn)行驗(yàn)算，同時(shí)采用輕便觸探或釬探查明基礎(chǔ)下部有無土洞，對(duì)發(fā)現(xiàn)的土洞進(jìn)行了開挖，然后填石碾壓處理。 
3基礎(chǔ)方案的修改 
3．1水泥儲(chǔ)庫基礎(chǔ)     
水泥儲(chǔ)庫為6個(gè)φ15 m、高46．0 m的儲(chǔ)庫，由于荷載大，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)采用了沖孔灌注樁，持力層為微風(fēng)化灰?guī)r。在設(shè)計(jì)初期尚未確定樁基施工單位，不了解樁基施工單位的技術(shù)及設(shè)備能力，設(shè)計(jì)完全按理想情況進(jìn)行，未考慮施工進(jìn)度的要求，因而，在樁基直徑選擇時(shí)，考慮一般的樁基施工隊(duì)伍均具備的施工能力，采用了φ1 000常規(guī)直徑的樁基總計(jì)144根?，F(xiàn)場(chǎng)在施工前，需要對(duì)進(jìn)度進(jìn)行優(yōu)化。因?yàn)樵谡Ｊ┕で闆r下，平均4 d方钷工一根樁(24 h連續(xù)作業(yè))，現(xiàn)場(chǎng)按6臺(tái)鉆機(jī)考慮，將花費(fèi)96 d，嚴(yán)重影響施工總工期。為此，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)人員根據(jù)樁基施工單位的設(shè)備能力，將樁徑改為32根①1 800及20根①1 300，共計(jì)52根樁，極大地縮短了施工時(shí)間，進(jìn)度得到了顯著優(yōu)化，而混凝土用量與原設(shè)計(jì)基本相同。在造價(jià)上，小直徑的樁基費(fèi)用為1100元／m。，而大直徑樁基費(fèi)用為1 050元／M2 和980元/M2 ，同時(shí)，由于樁數(shù)量減少，使超前鉆的數(shù)量也相應(yīng)減少，基礎(chǔ)成本有一定程度的降低。    、 
3．2水泥立磨基礎(chǔ)     
由于該子項(xiàng)的位置在設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行了調(diào)整，又未進(jìn)行補(bǔ)鉆，設(shè)計(jì)參考附近鉆孔資料，采用了6φ1000+1φ800的沖孔灌注樁，在施工前進(jìn)行了超前鉆，超前鉆資料顯示：基巖埋深一般為一6．88m～一14．90m，大部分巖石埋置深度在一8．00 m以內(nèi)，．]t7個(gè)超前鉆孔有5個(gè)孔發(fā)現(xiàn)溶洞。而立磨基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)為減小振動(dòng)，滿足設(shè)備廠家提出的配重要求，磨機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)埋深已達(dá)一7．00 m。根據(jù)實(shí)際情況，現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員決定將樁基取消，采用機(jī)械大開挖，對(duì)超挖部分采用C。，毛石混凝土回填至一7．00 m設(shè)計(jì)標(biāo)高。因此如何在地下水位高、工程地質(zhì)為砂層及軟土的情況下進(jìn)行基坑 大開挖成為關(guān)鍵問題。若對(duì)坑壁不進(jìn)行支護(hù)，將存在嚴(yán)重的安全隱患，且施工環(huán)境差，現(xiàn)場(chǎng)污染重，故決定在施工中坑壁采用噴錨護(hù)壁，每開挖1 m隨即用水泥漿噴錨作基坑支護(hù)，集水坑降水的施工方法。該方法的開挖時(shí)間為20 d左右，噴錨護(hù)壁及降水措施費(fèi)為12萬元左右，機(jī)械開挖所需臺(tái)班15個(gè)，費(fèi)用2．40萬元，施工總費(fèi)用約15萬元。如采用樁基方案，原設(shè)計(jì)樁數(shù)為7根，根據(jù)作業(yè)面的情況按1臺(tái)鉆機(jī)考慮，樁基施工約30 d，養(yǎng)護(hù)20 d后進(jìn)行鉆芯檢測(cè)，抽芯加上實(shí)驗(yàn)需要7 d，僅樁基施工就將耗費(fèi)近60 d，其造價(jià)估計(jì)在20萬元左右。 
3．3聯(lián)合預(yù)均化堆棚、原煤聯(lián)合預(yù)均化堆棚基礎(chǔ)    聯(lián)合預(yù)均化堆棚、原煤聯(lián)合預(yù)均化堆棚為跨度35．00 m及32．00 m的大跨度單層廠房。在設(shè)計(jì)初期依據(jù)詳勘報(bào)告，其基礎(chǔ)采用沖孔灌注樁。但現(xiàn)場(chǎng)按照設(shè)計(jì)圖施工13號(hào)沖孔灌注樁時(shí)，在沖孔過程中因巖面傾斜度大，導(dǎo)致錘中心與樁中心偏差，引起樁孔傾斜，為此向孔內(nèi)投入了大量片石，其成孔時(shí)間超出正常的預(yù)計(jì)時(shí)間，尤其嚴(yán)重的是在成孔后，由于存在土洞、溶洞，灌注混凝土?xí)r出現(xiàn)嚴(yán)重的漏漿現(xiàn)象，該樁的理論混凝土用量為4．5 m。，而實(shí)際澆筑32．5“，水下混凝土頂面標(biāo)高仍未達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高，樁基施工作業(yè)失敗。為此總承包項(xiàng)目部立即會(huì)同業(yè)主、地勘、設(shè)計(jì)以及監(jiān)理等相關(guān)單位，認(rèn)真研討了詳勘報(bào)告和沖孔超前鉆資料，分析認(rèn)為，該子項(xiàng)的地質(zhì)情況復(fù)雜，土洞、溶洞和裂隙發(fā)育，分布廣泛，采用樁基施工難度太大。鑒于此情況及地基的不可預(yù)見性，本著控制工期和成本的要求，現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員將原方案改為柱下鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)，以增加基礎(chǔ)的整體剛度。為消除土洞的潛在不良影響，對(duì)超前鉆發(fā)現(xiàn)的淺層土洞實(shí)施開挖后填充壓實(shí)處理，工程進(jìn)度得到大幅度加快，工程質(zhì)量得到保證，實(shí)踐證明該方案達(dá)到了預(yù)期效果。 
4樁基檢測(cè)及處理     
由于該場(chǎng)地地質(zhì)情況復(fù)雜，土洞、溶洞發(fā)育，水下灌注混凝土施工難度較大，為確保樁基工程的質(zhì)量，灌注樁施工完畢后，對(duì)樁基的完整性進(jìn)行了小應(yīng)變檢測(cè)，檢測(cè)數(shù)量為一柱一樁1 00％，其余抽檢數(shù)量為20％，單樁的豎向承載力因受設(shè)備限制無法檢測(cè)，故采用鉆芯法測(cè)定沉渣厚度并鉆取樁端巖石芯樣以檢驗(yàn)樁端持力層，抽檢數(shù)量為總樁數(shù)的10％。經(jīng)抽芯檢測(cè)，僅熟料庫的52號(hào)樁發(fā)現(xiàn)樁底巖石下有溶洞，經(jīng)研究，決定采用壓力注漿處理。在①1900的樁上鉆3個(gè)孑L，采用高壓旋噴水將溶洞清理干凈，并高壓注漿將樁底下的溶洞充填。 
5 結(jié)束語     
結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)應(yīng)針對(duì)不同地區(qū)的巖土工程條件、結(jié)構(gòu)形式、荷載性質(zhì)采取與之相適應(yīng)的基礎(chǔ)形式及地基處理方法，同時(shí)，設(shè)計(jì)應(yīng)與現(xiàn)場(chǎng)施工緊密結(jié)合，充分考慮施工質(zhì)量、施工進(jìn)度及費(fèi)用的因素，綜合效益最優(yōu)的方案。