土工筋带砂砾垫层处理地基不均匀沉降的方法

苏永平

(山西西山晋兴能源有限责任公司，山西太原 030053)

1 工程概况

本工程为斜沟煤矿及选煤厂主厂房工程，施工图由澳大利亚约翰芬蕾公司设计施工总承包，主厂房占地面积:88 m×132 m= 11 616 m2，原设计自然地坪－0.25，基底标高－3.500，无地下水，地质情况较复杂，主厂房位置处在工业广场挖填方区，南侧区1/3处在山区分化泥岩土质，其余北侧区2/3处在场区杂填土质填方区，填土高度10 m左右，过去曾是古河道河滩地，填土以下砂砾层，属于典型的软硬土质不均匀地基。

表现特点:南侧区泥岩地基承载力大，沉降小，压缩性低;北侧回填土区域很难用统一的强度指标、压缩指标、渗透性指标加以描述，主要特点是无规划堆积、成分复杂、性质各异、厚薄不均、规律性差。因而同一场地表现为压缩性和强度的明显差异，极易造成不均匀沉降。沉降量大，而且沉降速度随地面荷载增大，速度加快(1 mm/d～2 mm/d)也反映在沉降的不均匀上，当建筑平面荷载不均匀时，将会使建筑物产生一种较大差异沉降，会给建筑物造成破坏性损害。

斜沟煤矿及选煤厂新项目地处山区，近几年来在煤矿建设的大型工业建筑、超高层公共建筑将层出不穷，由于山区沟谷地质情况较差，所以地基处理难度大、施工困难、地基处理工期长、费用高。

2 主厂房地基处理方案和加固机理

针对本工程设计，主厂房占地10 000多平方米，主要由压滤模块系统、洗选模块系统、高跨浅槽排矸系统组成，基础为混凝土独立柱基础，主体为箱形柱轻型多层钢结构，岩棉防火彩板围护，是煤矿选煤厂的核心建筑。因此，我们组织有关地质勘察单位山西省勘察设计研究院、设计单位澳大利亚约翰芬蕾公司等专家学者多次现场研究论证，结合实际提出如下地基处理方案。

北侧回填土区域若全部挖除土方，这样挖方量太大(10余万立方米)，不经济。由于该场地周围干扰小，故该区域采用强夯固结处理，经现场试夯，分两次强夯处理后，地基承载力标准值可以达到250 kPa。地质勘察资料显示，南侧区域泥岩地基承载力标准值350 kPa，为了消除南北两侧区域地基不均匀沉降，经多位专家学者建议，主厂房基础下做1 400厚砂砾垫层，每边宽出基础3 000，在砂垫层中间设两道土工筋带分别铺设土工筋带为席状300×300编织，土工筋带为TG复合筋带2.5×50 mm，抗拉强度达到120 MPa，断裂延伸率小于1.7%。

砂垫层的强度特性是抗拉能力本身高，抗剪强度也很大。在砂垫层体中放置土工筋带，构成了砂垫层和土工筋带的复合体，当受外力作用时，将会产生体变，引起土工筋带与其周围砂石之间的相对位移趋势，但两种材料之界面上有摩擦阻力，限制了砂石的侧向位移，等于给砂石体施加了一个侧压力增量使砂垫层的强度和承载力进一步得到提高，从而起到对砂垫层的加固作用。经设计部门澳大利亚约翰芬蕾公司设计人员计算，砂垫层处理深度为1 400厚，这样消除或减弱了厂房南北两侧地基不均匀沉降。

在砂卵石垫层中铺设土工筋带，在建筑物荷载作用下土工筋带的高抗拉强度得以充分发挥，增强垫层的整体性和刚度，起到调整应力分布，扩散应力的作用，整体上限制了砂垫层的剪切，侧向挤压，提高了约束能力和地基侧向变形的能力。

3 土工筋带加筋砂砾层地基处理的技术措施及施工工艺

砂卵石质量要求:卵石粒径小于50 mm，并且含泥量小于5%，砂卵石垫层1 400厚分三次铺设，每次虚铺400，压实为300，压实系数大于0.96，每层取样检验不少于1个/100 m2，计28个。

基坑开挖至设计标高后，首先检查清理垫层底，然后铺设一层石料(对于高灵敏土可铺一层砂石袋，袋与袋之间的缝隙采用毛砂灌缝)，分层碾压砂石垫层，并分别铺设土工筋带。铺设砂卵石垫层时，应将其卵石界面上的棱角明显的颗粒剔除，并以毛砂平整均匀。当用机械卸料、摊铺时，土工筋带上要覆盖不小于200 mm的土层，严禁施工机械在未覆盖填料的土工筋带上行驶。

砂卵石垫层铺设完毕，应用8 t压路机反复碾压密实，采用大容重法进行分层检测。最大容重不小于20.5 kN/m3～21.0 kN/m3。压实系数应达到0.96。土工筋带避免被树根、坚硬物损伤，存放时，避免在阳光下长时间曝晒，受紫外线照射时间不应超过1 d。土工筋带铺设时应有一定的松紧度，平顺、拉紧且铺设不得扭曲、褶皱、重叠，筋带铺设完毕及时定位或压重，端头处理应严格按设计图纸要求执行，端部回折不小于3.5 m，并用碎石袋压牢。搭接处、筋带端头回折重叠部分不小于1 m，纵、横筋带交接处均以钉接法连接。面层砂石铺设完毕，用12 t压路机反复碾压密实直到基底标高，并测定其复合垫层的密实度，压实系数要符合设计要求，砂石垫层的压实系数为0.96。

4 地基处理后测试的技术指标

1)土工筋带砂垫层地基承载力检测，我单位委托山西省勘察设计研究院对土工筋带砂垫层进行承载力检测。该勘察院应用动力触探法，根据现行规范标准动力触探分别取三个点检测，动探深度3.5 m～－6.5 m，锤重63.5 kg。勘察院根据平均锤击次数(每30 cm锤击次数)换算地基承载力达到250 kPa，完全满足设计要求，同意下一步基础施工。2)建筑物不均匀沉降观测。针对本工程荷载特点，选煤厂主厂房内模块洗选系统、压滤系统荷载量最大，外围框架荷载较小。我们从土建基础施工完成后设置了沉降观测点，从钢结构外围主体安装开始逐步加荷，到设备安装，我们针对荷载特点设置6个主要沉降观测点，以及目前选煤厂主厂房设备运转，不同阶段对数据进行分析。

根据基础砂垫层压实系数λc≥0.96。经计算，地基承载力可达到250 kPa，计算最终沉降量S=83.0 mm;柱距L=6 m，基础倾斜、沉降差均控制在0.003L范围内。

沉降观测结果表明:钢结构主体设备安装完成时，沉降71.3 mm与计算最终沉降比为0.859;运行150 d后沉降速率为0.02 mm/d，小于规范要求的稳定标准0.04 mm/d。这时实测沉降与计算最终沉降之比为0.9，最大沉降差1号～6号两点为8 mm，倾斜远小于规范要求的0.003。说明加筋垫层技术方案是成功的，取得了效果，预期的效果见表1。

表1 主厂房沉降观测数据

5 地基处理在本地区的适用性及推广性

1)根据国家征地政策为了少占农田，斜沟矿区工业广场所处位置是利用山体挖填地段建立的场地，属于典型的不均匀沉降地基。随着矿区煤炭产量增大，经济发展、需要大规模的工业建筑及公共建筑建设，在施工中我们有采用桩基进行地基加固处理的，但经测算地基处理费用大、工期长。通过采用土工筋带砂垫层处理主厂房不均匀的方法，起到了成本费用低、工期短、施工方便的作用。因此在斜沟矿区建设处理山区软硬不均匀地基具有很好的适用性及可推广性。2)通过现场试验与工程实践证实，土工筋带加筋垫层具有降低垫层底部压力，加大地基的整体刚度，调整沉降的不均匀性;整体上增加地基的稳定性等作用。土工加筋砂石垫层工作性状良好，值得推广应用。

［1］ 工程地质手册编选委员会.工程地质手册［M］.第3版.北京:中国建筑工业出版社，1992.

［2］ 欧阳仲春.现代土工加筋技术第四章加筋地基［M］.北京:交通出版社，1991.

［3］ 张道宽，周 镜.土工织物加强软土路基的研究［D］.博士学位论文，1987.

［4］ 李 昂.建筑物地基处理技术手册［M］.北京:中国建筑出版社，1990.