膨脹土地基處理管理論文

時間:2022-07-09 10:44:00

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膨脹土地基處理管理論文

摘要:軟弱膨脹土地基是一種比較特殊的地基。當(dāng)利用這種土作為建筑物地基時,必須采取必要的處理措施,以消除土的膨脹潛勢。處理措施一般分深層和淺層處理,本文通過工程實例,分析了不同建(構(gòu))筑物在相同的地質(zhì)條件下的幾種處理方法。

關(guān)鍵詞:膨脹土地基處理灌注樁砂石墊層砂包基礎(chǔ)

1概述

膨脹土系指粘粒成分主要由強親水性礦物組成,具有吸水膨脹和失水收縮特性的粘性土。由于膨脹性土?xí)驗橥林泻康淖兓l(fā)生相應(yīng)的膨脹或收縮變形,特別是在場地膨脹性土層厚度不一,均勻性不一、不同部位處含水量的變化以及建筑物基底壓力不等等原因時,就會導(dǎo)致地基土不均勻的隆起或下陷,使得建筑物產(chǎn)生墻體開裂、地面隆起或下陷等破壞。因此,必須對膨脹性土場地進行處理,以滿足自由膨脹率δef均小于0.4的要求。

2軟弱膨脹土地基處理的一般原則

膨脹土地基的處理應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件、地基的脹縮等級、場地的工程地質(zhì)及水文地質(zhì)情況和建筑物結(jié)構(gòu)類型等。結(jié)合建筑經(jīng)驗和施工條件,因地制宜采取治理措施。如果能夠采用換填非膨脹土或采取化學(xué)等方法,從根本上改變地基土的性質(zhì),則是根治的最好方法。如果用樁基或深埋的辦法,使基礎(chǔ)落到含水量較穩(wěn)定的土層,就能大大減少建筑物的危害;對于上部荷重較輕的小型建(構(gòu))筑物,亦可淺埋基礎(chǔ)但必須避免擾動下部膨脹土。

由此可知,軟弱膨脹土地基的處理應(yīng)根據(jù)場地土脹縮性能、水文地質(zhì)條件,考慮具體建筑物適應(yīng)變形的能力,采取相應(yīng)的處理措施。同時加強結(jié)構(gòu)的整體變形能力,切斷基底下外界滲水條件,以保證地基的穩(wěn)定性。

3工程實例

3.1工程概況

云南個舊電解鋁廠位于云南省個舊市大屯鎮(zhèn),地面絕對標(biāo)高為1293.6~1297.57m,地形平坦。在地貌上場地屬于盆地邊緣平坦地貌。據(jù)地質(zhì)勘察資料,本場地為膨脹性填土場地。各地層由上而下為:

①1層填土(Qm1):褐紅色,稍濕,稍密~中密,主要由灰?guī)r碎石、角礫及粘土等組成,層厚0.5~1米。

①2層耕植土(Qm1):褐紅色,稍濕~濕,松散,含植物根系。層厚0.4~0.5米。

②1層粘土(Qa1+p1):褐紅色,可塑狀態(tài),局部硬塑或軟塑,局部含砂巖圓礫,局部夾薄層圓礫、礫砂,成分主要為砂巖。層厚0.5~2.10米。

②2層卵石(Qa1+p1):褐紅色、褐灰色,稍濕~濕,稍密,砂及粘土充填。層厚1.20~1.30米。

③1層粘土(Qp1+1):黑灰色、灰色、灰黃色,可塑狀態(tài),局部軟塑狀態(tài),局部含砂、礫石,次棱角狀,頂部偶見動物殘骸,夾細砂、中砂。層厚3.2~8.4米。

③2層中砂(Qp1+1):灰色、淺灰色、灰黃色,很濕,松散~稍密,分選性較差,含卵石、圓礫,次棱角狀,含量5~10%,含粘粒。

④1層粘土(Qa1+p1):黃綠色、淺黃色,可塑~硬塑狀態(tài),局部含少量碎石、角礫。層厚0.6~4.80米。

④2層中砂(Qa1+p1):淺灰色、灰色、黃綠色,濕,稍密~中密,分選性一般,含圓礫、卵石,含量3~10%,含粘粒。層厚0.6~2.9米。

④層粘土(Qa1+p1):淺黃色、褐黃色、黃綠色,硬塑狀態(tài),局部可塑或硬塑狀態(tài),含碎石、圓礫,含量約5%左右,局部夾粉質(zhì)粘土。鉆孔未揭穿,層頂埋深6.00~13.40米。

本場地地下水穩(wěn)定埋深0~1.3米。

上述各土層的物理力學(xué)指標(biāo)見表1,各土層的容許承載力見表2。

表1各主要土層主要物理力學(xué)指標(biāo)表

土層

編號

土層

名稱

天然含水量

(%)

重力密度

r

KN/m3

含水比

aW

孔隙比

e

液性指數(shù)

IL

壓縮系數(shù)

a1-2

MPa-1

壓縮模量

Es1-2

MPa

粘聚力

Ck

kPa

內(nèi)磨擦角

Φk

②1

粘土

34

19

0.76

0.96

0.4

0.4

4.9

45

9.5

③1

粘土

33

18.8

0.66

0.91

0.3

0.45

4.7

35

9.2

③2

中砂

20.8

④1

粘土

25

20.5

0.49

0.67

0.05

0.2

9.0

80

14

④2

細砂

粘土

23

20.4

0.55

0.66

0.06

0.2

9.0

75

13.5

表2各層土的承載力標(biāo)準(zhǔn)值

土層編號

土層名稱

土的狀態(tài)

地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值(KPa)

①1

填土

稍密

70

①2

耕植土

松散

②1

粘土

可塑

135

②2

卵石

稍密

180

③1

粘土

可塑

140

③2

中砂

松散~稍密

150

③3

礫石

中密~密實

250

④1

粘土

可塑~硬塑

240

④2

細砂

稍密~中密

135

粘土

硬塑

240

3.2地基處理方案的選擇

因全廠新建建筑物較多,結(jié)構(gòu)型式多樣,對不均勻脹縮變形的適應(yīng)能力和使用要求均不同。因此慎重研究比較,合理選擇運用地基處理方案,對于保證建筑物安全可靠,節(jié)省投資,加快工程進度都具有十分具有重要的意義。

3.2.1電解車間

3.2.1.1概況

電解車間全長313.0米,柱距6.2米,跨度24.0米,鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu),屋架下弦標(biāo)高16.0米,軌頂標(biāo)高9.15米,車間內(nèi)設(shè)有標(biāo)高為2.4米鋼筋混凝土操作平臺,操作荷載50KN/m2,兩臺電解鋁多功能起重機及一臺20t普通天車,多功能起重機最大輪壓Pmax為410KN。

3.2.1.2地基處理方案的選擇

根據(jù)本工程框架內(nèi)力分析結(jié)果,各柱腳內(nèi)力為N=3940kN,M=2200KN.m,V=141KN。基礎(chǔ)方案選擇如下:

方案一:砂石墊層法。能夠充分利用天然地基強度,減少基底附加應(yīng)力和調(diào)整基礎(chǔ)變形沉降,較深層處理經(jīng)濟,且施工機具簡單,材料來源廣,通常是一種優(yōu)先考慮的地基處理方案。由于本場地地下水位高,且與電解區(qū)域內(nèi)凈化系統(tǒng)除塵煙道較近,煙道開挖較深,如采用本處理方法使得基槽開挖較寬較深,不利于機械碾壓,如果采用人工分層夯實,質(zhì)量不易保證,往往壓實系數(shù)達不到設(shè)計要求,施工工期較長,由于該地區(qū)雨量豐富,工期拖延會給工程地基處理及基礎(chǔ)的施工質(zhì)量造成不利影響,且砂石用量較大。

方案二:沉管灌注樁。該樁單價低,施工快。但根據(jù)地質(zhì)勘探報告,沉管灌注樁端阻力小,所需樁數(shù)多,因而對上部土層的破壞較為嚴(yán)重,且該樁的成樁質(zhì)量人為因素很大,容易產(chǎn)生質(zhì)量缺陷樁。

方案三:人工挖孔護壁灌注樁。該處理方案施工簡單,機具設(shè)備少,進度快,成本低,也能有效地克服膨脹土對建筑物的危害。根據(jù)地質(zhì)勘探報告,人工挖孔護壁灌注樁樁端阻力大,通過擴底等技術(shù)處理,可節(jié)約樁數(shù)量,根據(jù)當(dāng)?shù)厝肆η闆r,可大面積開挖施工,以加快施工進度。

經(jīng)過技術(shù)及經(jīng)濟分析比較,本工程采用人工挖孔護壁灌注樁。由于樁的長度主要取決于地層的結(jié)構(gòu)和上部結(jié)構(gòu)傳下來的荷載,加上機械器具的因素,本工程采用Φ800人工挖孔護壁灌注樁,擴底直徑為1.7m。

3.2.1.3試樁及分析

為了驗證人工挖孔擴底樁在本工程的適宜程度,在本場地做了兩組挖孔樁的試樁。

分析以上兩組P—S曲線可得出單樁極限承載力可取為3200kN,滿足設(shè)計要求。由此可見,采用人工挖孔擴底樁對本工程是適宜的。

3.2.250米磚煙囪

3.2.2.1地基處理方案的選擇

根據(jù)當(dāng)?shù)靥幚砼蛎浲恋慕?jīng)驗,工程采用樁基較為穩(wěn)妥。但根據(jù)現(xiàn)場具體情況,該煙囪位于電解區(qū)域內(nèi),周邊建(構(gòu))筑物已基本完工,如采用樁基,施工周期要加長,且工程造價也要提高。如果將基礎(chǔ)深埋,即把基礎(chǔ)直接座在第④層土上。這種方法雖然施工簡單,但基礎(chǔ)高度需加高3米,不僅增加了基礎(chǔ)的造價,且對周邊建(構(gòu))筑物也有一定影響,同時,對下部膨脹土層擾動過大。經(jīng)過分析比較,決定采用換填級配良好的砂石墊層。

3.2.2.2砂石墊層的設(shè)計參數(shù)

3.2.2.2.1配合比設(shè)計

根據(jù)當(dāng)?shù)匾酝笆瘔|層級配的配比經(jīng)驗,決定選用表3所示的重量比砂石級配,并進行了室內(nèi)壓縮試驗。試驗表明,該級配的砂石,室內(nèi)壓實下取得了較好的密實度。

表3

顆粒組成(%)

干重度γd

(kN/m3)

壓縮系數(shù)a1-2

(kPa-1)

壓縮模量Es(1-2)

(kPa)

粒徑(mm)

50~20

20~5

松散狀態(tài)

45.0

30.0

25.0

19

壓縮狀態(tài)

42.1

32.0

25.9

26.3

4×10-5

33.4×104

3.2.2.2.2墊層厚度的確定

根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》(GBJ7-89)及《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》(JGJ79-91)的規(guī)定,經(jīng)計算本工程墊層厚度取1.2m,寬度寬出基礎(chǔ)邊緣1.0米。

3.2.2.3砂石墊層的施工

在砂石墊層施工前,作為持力層的膨脹土層應(yīng)避免人為擾動。級配填料在摻加總重4.5%的水后,以攪拌機攪拌均勻,并以0.3~0.5米的厚度分層鋪墊。然后采用120kN的振動碾壓機振碾,碾壓時采取分條疊合搭接,每次重疊1/2的碾輪,縱橫交錯,重疊振壓各四遍。

墊層碾壓結(jié)束后,對墊層進行了現(xiàn)場檢驗,經(jīng)測定,砂石墊層的壓實系數(shù)λc>0.95.滿足規(guī)范要求,可以做為本構(gòu)筑物的地基。

3.2.3單層附屬建筑

對于場地內(nèi)單層附屬建筑,由于其上部結(jié)構(gòu)荷載較小,設(shè)計采用了砂包基礎(chǔ)的處理形式。由于砂包基礎(chǔ)能釋放地裂應(yīng)力,在膨脹土發(fā)育地區(qū),中等脹縮性土地基,采用砂包基礎(chǔ)、地基梁、梁下油氈滑動層以及加寬散水坡四者相結(jié)合的處理措施,能夠取得良好效果。砂采用中砂或當(dāng)?shù)刈匀患壟渫良邮A(chǔ)下處理厚度不小于300mm,每邊寬出基礎(chǔ)寬度不小于250mm。通過對已建成建筑物的沉降觀測,平均沉降量為50~70mm,相對傾斜僅為0.01%~0.32%,完全滿足功能使用要求。

4結(jié)論

基礎(chǔ)的型式很多,設(shè)計中應(yīng)根據(jù)上部結(jié)構(gòu)特性、工程地質(zhì)、施工條件、環(huán)境條件、施工工期、經(jīng)濟條件和材料市場價格等方面的因素進行綜合評價,選擇既適應(yīng)上部結(jié)構(gòu)使用要求,又經(jīng)濟可行的地基處理方案。

地基處理的方法很多,但不管采用何種方法,處理后的建筑場地必須滿足強度、變形、動力穩(wěn)定、透水性及特殊土地基穩(wěn)定性的要求。