大型水泥廠建（構）筑物基礎設計及地基處理（2）

　　欲想工程樁達到試驗樁所測定的承載力，除了各個環(huán)節(jié)都要精心施工外，還有一個關健的因素，那就是大面積工程樁施工時的收鉆標準。因為嵌巖樁的關健在于嵌巖，而巖層起伏的變化，各勘探工程師對巖石風化層的不同判別，都會對嵌巖的實際效果產生影響。因此，確定一個符合實際又便于操作的收鉆標準就顯得尤為重要，筆者根據大量的工程實踐，對嵌巖鉆孔灌注樁提出如下收鉆標準：
　　利用工程地質勘察報告進行查對判別。
　　將鉆孔反上的巖渣與工勘時所取巖樣及試樁收鉆時返上的巖渣進行對比，由工勘工程師進行驗槽，以確定是否達到試樁收鉆時的同一巖層。
　　用實際施工時的鉆進時效（以某種速率進尺了多少深度）與試樁收鉆進時效進行對比，但此時鉆機的型號、能力、鉆頭的磨損等情況必須與試樁時大致相同（當進入中風化層時，筆者認為應使用牙輪鉆頭）。
　　與設計圖紙的要求進行對比。
1.4 灌注樁樁身質量及承載力的檢驗
　　如前所述，灌注樁樁身質量較難控制，在施工過程中出現(xiàn)縮頸、斷樁、清孔不干凈的機率相對較大。因此，在成樁之后對樁的承載力及柱身質量進行檢驗是必不可少的，這一點是沒有疑問的，但對樁承載力的檢驗是采用靜載測試還是采用高應變動測檢驗，卻是值得探討的?，F(xiàn)行規(guī)范規(guī)定，對單樁豎向承載力＞4000kN的基樁，其單樁承載力的的確定必須用靜載的方法來測定。但就京陽工程的具體情況看，直徑為1.2m的樁型單樁極限承載力高達20000kN，且施工場地遠離城區(qū)，若采用靜荷堆載測樁法，則需租用20000kN的配重物運至施工場地；另一方面由于地表上層為淤泥質軟土，要想保證20000kN的測樁平臺的穩(wěn)定，并控制平臺的沉降量，還需專門對軟土地基進行必要的處理。這樣，單根樁的測試費用將達30萬元之多，且耗時很長；若采用靜力反錨測試方法，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，經過反復論證和充分比較，決定適當突破規(guī)范的規(guī)定，采用目前國際上比較通用且測試誤差較小由美國引進的PDA樁基高應變動測儀，選定測試技術、資質、信譽好且做過大量動靜對比基礎工作的單位來進行承載力的測試，但將規(guī)范規(guī)定的高應變動測數(shù)量適當提高。從已測試的情況看，效果很好，測樁費用比采用靜載法節(jié)省了200多萬元。但是，我們應注意一點，PDA高應變動力檢測是以垂錘打擊樁頂，同時采集距樁頂（1.5~3）D截面處的力（F）與速度（V）的時程曲線，通過CAPWAPC程序求解應力波動和波動方程最終得到樁的極限承載力以及荷載與沉降的Q~S關系曲線。這種檢測方法僅當樁身與土體發(fā)生一定量的相對位移時（一般一錘沉降達2mm~3mm即可），采集的數(shù)據才具準確性。因此，樁頂?shù)腻N擊能量是一個控制因素，它隨樁承載力及樁徑的大小變化應取用不同重量的錘頭及落錘高度，通常錘頭重量應取樁自重的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
　　在深基坑開挖過程中，由于適逢雨季，淤泥質軟土的地表淺層含水量增大，加之施工方法不當，造成土體滑移，將部分工程樁樁身推斷或使得樁頂位移過大。根據現(xiàn)場場的實際情況、工程進度的要求、結構受力的特點，在充分考慮了施工可行性的基礎上采取了適量重新加樁及對損壞樁進行修復兩項措施，并且將樁承臺及承臺四周回填要求作一定的調整，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，一般都會發(fā)生較大的豎向沉降，并伴隨著產生較大的水平推力，對靠近堆附近的樁體產生破壞性的影響。因此，對廠房及取料設備采用樁基礎的煤、粘土、石灰石三大均化堆場堆料面積下的軟土地基要慎重考慮。
　　為了做到既安全又經濟，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，當大面積堆載超過地基的允許承載力時，地基產生過大的壓縮變形，軟土層將形成一剪切滑動面，滑動面以上的土體將沿剪切滑動面向外、向上隆擠，并產生很大的側向水平推力；但當堆載不超過地基的允許承載力時，軟土雖然產生一定的豎向沉降，但并不形成剪切滑動面，也就是說不會發(fā)生剪切破壞。此時地基土由于豎向沉降所產生的側向水平推力是有限的，對鄰近的樁基礎不會產生大的影響。因此對地面堆載不超過軟土基承載力的煤均化堆場，除了在地面做250mm厚的鋼筋混凝土板，板底鋪設300mm厚載不超過軟土地基承載力的煤均化堆場，除了地面做250mm厚的鋼筋混凝土板，板底鋪設300mm厚碎石層，用以適當調整整個堆載面積內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，對淤泥質軟土地基就不必做任何處理了，由此而獲得的經濟效益也是顯著的。但是，對于粘土、石灰石均化堆場，由于堆料荷載遠遠高于地基土允許承載力，其最大料壓達250kN/m2，相應的地基沉降量亦高達1535mm，所以必須對大面積堆料部分的軟土地基進行處理，以防大面積堆載產生的巨大水平力將廠房及軌道的樁基礎推壞。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，因而強夯方案是不可取的；若采用換土夯實，則工程量太大、費用太高，亦不可??；而采取堆截預壓，結合一定的排水固結措施，雖說較經濟，但所需時間太長，工期不充許；只有采用深層攪拌的方案，才是技術、工期都可行且又經濟的。
　　深層攪拌是以水泥作為固化劑，利用特制的深層攪拌機械，在地基深處就地將軟土和水泥強制拌和，通過水泥與軟土之間產生的物理化--化學反應，使混合后的土體硬結成具體整體性、水穩(wěn)定性和一定強度的地基。攪拌時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合地基承肥外部荷載，而對該復合地基強度及變形起主要控制作用的有攪拌樁的置換率、樁長度及水泥的摻入量三大因素，其中置換率是由堆載對復合地基承載力的要求所決定的；樁長則主要是由沉降和單樁承載力來控制的；而水泥摻入量則對樁身強度起控制作用。對于軟土層位厚，復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。對于大面積堆載的均化堆場，由于基本身對沉降并無控制要求，因此，在地基處理時只要控制堆料面積下地基土的沉降對廠房及軌道樁基不產生大的水平推力即可，這樣可以大大降低投資。理論研究及實測表明：三角形分布的大面積堆料由于地基沉降所產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，內要將該范圍內的地基土壓縮變形減少到最低值，即可避免堆料對廠房及軌道樁基礎的不良影響。因此，在三大因素的定量設計時，我們主要考慮到最低值，即可避免堆料對廠房及軌道樁基礎的不良影響。因此，在三大因素的定量設計時，我們主要考慮以下兩個方面：①攪拌樁長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。經過反復的計算、分析，將攪拌樁的置換率控制在12.7%~33.8%之間，樁長控制在11m~14m之間、水泥摻入量控制在10%~18%之間，使得淤泥質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)生在復合地基的下層（復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生的側向水平推力，從而在設計上保證了均化堆場廠房結構及取料設備的正常使用。
　　這里要提醒大家注意的是：深層攪拌復合地基成敗的關鍵之一在于施工時水泥漿的注入量及水泥漿與軟土攪攔的均勻性，一般來說，水泥漿注入量越大、攪拌次數(shù)越多、越均勻其水泥土的強度就越高。因此，在采用定量泵輸送水泥漿的情況下，必須嚴格控制攪拌機鉆土下沉時間、噴漿提升速度以及復拌次數(shù)。只有這樣才能達到設計所要求的效果。
3 天然地基及換土碾壓夯實人工地基
　　對于基礎反力小于等于軟土地基承載力的建（構）筑物，原則上采用天然地基，將基底放置在地層表面1m~2m厚的相對較好的“硬土”層上，但允許承載力應按其下部的淤泥質軟土取用，這樣對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軟土的允許承載力大致相等，設計上將三棟建筑的基礎均放置在“硬土”層上，但施工時誤將“辦公樓”下的“硬土”層挖通，結果“辦公樓”的總沉降量及不均勻沉降明顯大于另外兩棟建筑。
　　對于基礎反力略高于軟土地基承載力的建（構）筑物以及部分基礎反力雖然小于軟土地基承載力，但由于施工放坡開挖將“硬土”層挖通的建筑物，結合施工現(xiàn)場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，將上部荷載擴散傳遞，滿足了地基強度及變形的要求。