環(huán)保能源項目基礎(chǔ)方案評價探索

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摘要：通過采用工程勘察手段對鄭州某擬建環(huán)保能源工程項目場地的地層巖性、地形地貌、地質(zhì)結(jié)構(gòu)與構(gòu)造、地下水狀況等進行研究，通過土工試驗、現(xiàn)場原位測試得到各土層的物理力學(xué)指標，用于評價地基土的均勻性、人工換填土地基和天然地基的承載力、以及基礎(chǔ)方案的選擇等，為施工設(shè)計提供合理建議。通過進行地基基礎(chǔ)方案的評價與分析，提出更加經(jīng)濟合理的地基基礎(chǔ)方案。

關(guān)鍵詞：工程地質(zhì)勘查；工程地質(zhì)條件；地基；巖土工程評價

1概述

近年來，隨著國民經(jīng)濟的高速發(fā)展，國內(nèi)工業(yè)化速度加快，對工業(yè)建筑的需求迫切，并且建設(shè)的地質(zhì)環(huán)境越來越復(fù)雜。因此，這對工程地質(zhì)勘查的理論和技術(shù)方法的要求也越來越高。基礎(chǔ)工程對建筑結(jié)構(gòu)的安全與工程造價都有著至關(guān)重要影響，基礎(chǔ)方案是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中不可或缺的重要環(huán)節(jié)之一。建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)形式與方案的確定是安全、施工工期、施工技術(shù)難易、工程造價等多因素綜合考慮的結(jié)果，工程中往往存在著單一目標的習(xí)慣性做法和規(guī)定性做法，使得建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)方案既不經(jīng)濟也不科學(xué)合理。隨著工程技術(shù)的不斷發(fā)展，應(yīng)重視和提高工程勘察的質(zhì)量，加強對建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)工程的方案控制，達到最佳技術(shù)經(jīng)濟目標的合理實現(xiàn)。本文借鑒了馬雄光[1]與聶維中[2]對住宅樓的工程地質(zhì)條件的分析，對本場地工程地質(zhì)條件進行分析。通常工業(yè)建筑應(yīng)用樁基礎(chǔ)，尋求合適的樁基礎(chǔ)的設(shè)計形式和設(shè)計方法，使得建筑結(jié)構(gòu)中的樁基礎(chǔ)設(shè)計達到最佳的效果，本文借鑒文獻[3-7]中的基礎(chǔ)設(shè)計方法，通過進行地基基礎(chǔ)方案分析與評價，提出經(jīng)濟合理的地基基礎(chǔ)方案，為類似地質(zhì)條件下的工程提供參考。

2工程概況

2.1工程概況

擬建工程為鄭州（南部）環(huán)保能源工程，工程位于鄭州新鄭市辛店鎮(zhèn)北約3公里賈咀村。本場地地貌單元區(qū)域上屬山前沖洪積平原，場地地形起伏較大，地勢整體南高北低，最大高差約28.5m。鉆孔孔口標高140.6-169.1m。現(xiàn)場地紅線外西側(cè)以及場地內(nèi)北側(cè)存在一沖溝，溝頂?shù)赘卟罴s20m。建筑物與勘探點包括綜合主廠房、綜合主廠房（垃圾池）、綜合主廠房（滲瀝液池）、汽機間（含主變）、主控樓、煙囪、上料坡道、門衛(wèi)、工業(yè)消防水池、冷卻塔及綜合水泵房、管理用房及綜合樓、滲瀝液處理站、地磅及地磅房、凈水站及旁濾車間、初期雨水池、飛灰暫存間、工業(yè)廢水處理站、油庫油泵房、倉庫。

2.2巖土地層及參數(shù)

2.2.1區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造根據(jù)鄭州市基巖地質(zhì)圖（1∶100000（河南省地礦局，1988年）、鄭州市地震小區(qū)劃研究報告（河南省地震局，1989年）、鄭州市鄭東新區(qū)地震小區(qū)劃報告（中國地震局地質(zhì)研究所，2003年）和豫北地區(qū)新構(gòu)造活動特征及中長期地震預(yù)報研究（劉堯興等，2001年），近場區(qū)范圍內(nèi)的主要斷層有老鴉陳斷裂、上街斷裂、須水斷裂、花園口斷裂、中牟北斷裂、中牟斷裂、古滎斷裂、郭小寨斷裂和尖崗斷層等，這些斷裂帶及斷層均距本場地較遠，且不屬于活動斷層，均為前第四紀斷裂，可不考慮其對場地穩(wěn)定性的影響。2.2.2地層結(jié)構(gòu)根據(jù)野外靜探、鉆探揭示，場地勘探深度55m范圍內(nèi)，除表層有少量的耕土、素填土及雜填土外，約12.0m以淺為第四紀上更新統(tǒng)沖洪積形成的粉土、粉質(zhì)黏土，其下約12.0m-55.0m為二疊系上統(tǒng)泥巖、砂巖。勘察深度內(nèi)的土層按其不同的成因、時代及物理力學(xué)性質(zhì)差異劃分為8個工程地質(zhì)單元層。對場地現(xiàn)場實施勘察結(jié)果表明，擬建場地地下水水位埋深約10.6~38.6m，屬第四系松散巖類孔隙潛水。地下水的補給主要為大氣降水。本場地環(huán)境類別屬Ⅱ類，根據(jù)地下水水質(zhì)簡分析報告判定擬建場地地下水對混凝土結(jié)構(gòu)具微腐蝕性，對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具微腐蝕性。現(xiàn)場勘察勘過程中未發(fā)現(xiàn)對工程安全有影響的諸如巖溶、滑坡、崩塌、塌陷、采空區(qū)、地面沉降、地裂等不良地質(zhì)作用及古河道、溝浜、防空洞、古墓、孤石等對工程不利的埋藏物。場地西側(cè)、北側(cè)存在一沖溝，沖溝臨場地側(cè)邊坡，呈階梯狀，坡度較大，局部呈陡坎狀，基坑開挖應(yīng)注意其對施工安全的影響。2.2.3地下水條件本場地勘察期間地下水水位埋深約10.6~38.6m（標高約130.5m），屬第四系松散巖類孔隙潛水。地下水的補給主要為大氣降水。據(jù)調(diào)查，本場地地下水位年變幅1.0-2.0m，近3-5年最高地下水位埋深約5.0m（標高約136.00m）。考慮到本場地西側(cè)及北側(cè)為沖溝，預(yù)計溝底水位較高。預(yù)估設(shè)計基準期最高水位埋深0.0m（標高約142.00m），抗浮水位可按埋深0.0m（標高約142.00m）考慮。2.2.4地基土物理力學(xué)性質(zhì)指標為了較準確地獲得各土層的物理、力學(xué)性質(zhì)指標，本次勘察采用鉆探、探井取原狀樣、室內(nèi)土工試驗和標貫、重型動力觸探、靜探、波速等測試方法對場地進行綜合評價。根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)勘探資料，各土層的物理力學(xué)性能指標見表1。

3基礎(chǔ)方案評價分析

3.1地基土均勻性評價分析

根據(jù)設(shè)計方提供的擬建建（構(gòu)）筑物基礎(chǔ)埋深及±0標高，結(jié)合場地地層條件，對擬建建（構(gòu)）筑物地基土均勻性評價，各建（構(gòu)）筑物地基土都不均勻。

3.2人工換填地基強度驗算

由于擬建主控樓、門衛(wèi)、滲瀝液處理站、工業(yè)消防水池、冷卻塔及綜合水泵房、地磅及地磅房、凈水站及旁濾車間、工業(yè)廢水處理站局部懸空，擬建管理用房及綜合樓整體懸空，且基礎(chǔ)底部局部為第（1）層耕土、第（1）-1素填土及第（1）-2層雜填土，需采用灰土或素土進行回（換）填處理至設(shè)計標高。回（換）填土壓實度滿足規(guī)范、設(shè)計要求，回（換）填土地基承載力通過地基檢測確定。根據(jù)擬建建（構(gòu)）筑物的基礎(chǔ)埋深及場地地層條件，使用公式（1）計算進行地基承載力修正。fa=fak+ηbγ（b-3）+ηdγm（d-0.5）（1）式中，fak為承載力特征值，kPa；ηb和ηd為基礎(chǔ)寬度和埋深的地基承載力修正系數(shù)；γ為基礎(chǔ)底面以下土的重度（或浮重度），kN/m3；γm為基底以上土的加權(quán)平均重度（或浮重度），kN/m3；b為基礎(chǔ)底面寬度，m；d為基礎(chǔ)埋置深度，m。對擬建門衛(wèi)、管理用房及綜合樓、地磅及地磅房、凈水站及旁濾車間、飛灰暫存間、工業(yè)廢水處理站、油庫油泵房及倉庫采用人工換填地基獨立基礎(chǔ)進行驗算；對擬建工業(yè)消防水池、冷卻塔及綜合水泵房、滲瀝液處理站采用人工換填地基筏板基礎(chǔ)方案進行驗算。對于回（換）填后土體地基承載力計算按照130kPa進行計算，實際地基承載力以現(xiàn)場靜載荷試驗為準，場地內(nèi)擬建建（構(gòu)）筑物進行人工換填地基評價見表2和表3，下臥層強度和人工換填地基強度均滿足要求。

3.3天然地基強度驗算

根據(jù)擬建建（構(gòu)）筑物的基礎(chǔ)埋深及場地地層條件，使用公式（1）進行地基承載力修正。對擬建綜合主廠房（垃圾池）、綜合主廠房（滲瀝液池）以及初期雨水池采用天然地基筏板基礎(chǔ)方案進行驗算，場地內(nèi)擬建建（構(gòu)）筑物進行天然地基評價見表4，下臥層強度和人工換填地基強度均滿足要求。擬建綜合主廠房（垃圾池）、綜合主廠房（滲瀝液池）、初期雨水池可采用采用天然地基筏板基礎(chǔ)方案。

3.4后注漿鉆孔灌注樁基礎(chǔ)評價

3.4.1樁端持力層的選擇根據(jù)擬建綜合主廠房、汽機間（含主變）、主控樓荷載特征及場地地層條件，可采用樁端后注漿鉆孔灌注樁獨立基礎(chǔ)方案，第（5）層及其以下地層均可作為樁端持力層，樁徑可取600mm~800mm。3.4.2樁基參數(shù)根據(jù)場地各層土的物理、力學(xué)參數(shù)，結(jié)合地區(qū)經(jīng)驗，依據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》[8]確定鉆孔灌注樁的樁側(cè)土的極限側(cè)阻力標準值qsik和樁端土的極限端阻力標準值qpk，如表5和表6所示。采用基礎(chǔ)承臺下布樁，樁徑取800mm，采用樁端后注漿方式，按不同樁間距、不同的布樁形式進行估算。具體設(shè)計時可根據(jù)上部實際荷載，據(jù)所提樁基參數(shù)，選用合適的樁長、樁徑、布樁方法。若采用后注漿鉆孔灌注樁獨立基礎(chǔ)方案，應(yīng)在施工前進行試樁，單樁承載力均應(yīng)以靜載荷試驗結(jié)果為準。樁基施工應(yīng)嚴格按有關(guān)規(guī)范進行，并做好施工監(jiān)測和質(zhì)量檢驗工作。3.4.4變形驗算按《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》[8]式5.5.7沉降計算方法，估算各建（構(gòu)）筑物沉降量見表7。

4結(jié)論

針對本項目的重難點，本次勘察工作取得的成果主要包括以下幾個方面：①針對不同功能區(qū)塊、不同的工藝流程、荷載組合，建議了具有工程針對性、適宜性的地基基礎(chǔ)方案，包括天然地基、人工換填地基、樁基礎(chǔ)等。既保證了工程建設(shè)安全進行，又最大限度的降低了工程造價。②注意調(diào)整泥漿比重，以保證泥皮厚度及樁底沉渣滿足規(guī)范要求。灌注樁施工過程中產(chǎn)生的泥漿，可能會對環(huán)境造成污染，要做好泥漿外運工作。③本場地第（7）、（7）-1層泥巖及第（8）、（8）-1層砂巖層頂起伏較大，若采用嵌巖樁，施工須安排合適采取適宜的施工工藝、合理安排施工工序，確保樁端進入設(shè)計巖層。④從場地的地層結(jié)構(gòu)來看，對成樁影響較大的為鈣質(zhì)結(jié)核層，第（6）層及以下土層鈣質(zhì)結(jié)核含量較多，且局部富集成層；本場地存在第（7）、（7）-1層泥巖、第（8）、（8）-1層砂巖，均對鉆孔灌注樁施工影響較大。施工時應(yīng)注意采取適當?shù)你@進方法，保證達到設(shè)計樁長。應(yīng)注意樁底沉渣過多的問題，應(yīng)增加比重計、沉渣儀的監(jiān)測次數(shù)，并應(yīng)及時清理。

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作者：軒吉善 單位：中化地質(zhì)河南局集團有限公司