软弱土地基处理方案比选论证的分析研究★

陆进保 冯 勇

(1.新疆农业大学水利与土木工程学院，新疆乌鲁木齐 830052;2.乌鲁木齐职业大学应用工程学院，新疆乌鲁木齐 830002)

随着社会经济的不断发展与进步，尤其是国家实施全国对口支援新疆以来，新疆地区的建筑业出现了蓬勃发展的局面，在城市市郊地区，一些地质条件不好的冲填土、杂填土、采空区等地段，现在已经被开发商用来修建建筑物。在这类软土地基上进行的工程建设越来越多，其地基处理技术也日益多样化，许多新型实用的技术也被越来越多地应用到工程实践中，如换填垫层法、预压法、强夯法、注浆法、振冲法、挤密桩法、搅拌桩法、灌注桩、打入桩等方法。

本文结合实际工程，针对拟建场地的地质特性，经过技术经济分析研究，提出了适合于本工程软弱土地基处理的方法，从而使本工程地基处理的造价、工期等达到最优。

1 工程概况

拟建合盛硅业石河子2×330 MW热电厂工程，位于石河子开发区化工园区，紧邻合盛硅业硅厂。拟建工程包括主厂房、空冷塔、烟囱等重要建(构)筑物和配变电设施、附属建(构)筑物等。结构形式主要为钢筋混凝土结构。

2 拟建场地土地质条件

根据场地地层结构基本条件的分析，可以发现本厂区地质条件最主要的特点是:在建(构)筑物的主要压缩层深度范围内，普遍分布有②-1粉砂，②-2细砂，③圆砾，③-1粉砂，③-2细砂及④粉土几大层。④粉土的力学性质较差(Es=7 MPa，Fak=140 kPa)，应视为软弱夹层，③圆砾层中夹粉砂、细砂透镜体;透镜体分布较广，且力学性质差异较大(Eo=7 MPa～15 MPa，Fak=120 kPa～180 kPa)，其中饱和砂土普遍存在中等液化。地下水位较高，其中各层中的饱和砂土层普遍存在液化特性，液化等级判别为轻微～中等。因拟建工程场地属7度高烈度地震地区，动峰值加速度为0.188g，反应谱特征周期值为0.55 s，场地土类型为中软场地土，建筑场地类别为Ⅲ类，存在液化土层，液化属中等～严重液化，且地下水位高，综上所述，针对本工程地质条件，本工程地基不满足330 MW等级电厂的设计要求，需进行地基处理。而地基处理方案主要是解决软弱下卧层、地基不均匀性以及饱和砂土的液化共三个方面的问题。

3 地基处理的方法

常用的地基处理方式有:换填垫层法、强夯法、注浆法、振冲法、挤密桩法、搅拌桩法、灌注桩等方法。针对拟建场地的地质特性，根据本工程具体的情况，经过研究提出以下两种地基处理方案:灌注桩、换填法，下面就这两种方案进行技术比选，两种方案的工作原理、制作工艺等见表1。

表1 两种方案技术比较表

3.1 拟选桩基技术性分析

根据初勘提供的桩侧力及端阻力初步估计计算，可得出以下几点结论:以④号土为桩基持力层，桩长30 m，进入持力层粉土1.0 m时φ800钻孔灌注桩的单桩竖向抗压极限承载力标准值Quk在3 441 kN以上。φ800钻孔灌注桩能满足主厂房对单桩竖向承载力的要求(主厂房单桩标准组合下最大轴力Nmax=13 000 kN，按每个承台下9桩计算，每个桩的轴力为最终桩基中心点的沉降量为37.77 mm，沉降量满足规范的要求，主厂房各构件钻孔灌注桩分析见表2。

表2 主厂房各构件钻孔灌注桩分析

3.2 换填法选择及技术性分析

换土垫层系采用天然或人工材料，在基础地面下铺设一定面积和厚度的垫层，置换原来不能满足建筑物要求的土层，常用的垫层材料有素土、灰土、砂或砾砂、碎石(卵石)、粉煤灰等。由于距厂区9.7 km处有一依靠玛河河床的天然砂石料厂，因此考虑采用砂石作为垫层。在换土垫层中，垫层的设计主要是确定以下四个参数:垫层的厚度、垫层的宽度、承载力和沉降。

垫层的厚度z应根据需置换软弱土的深度或下卧层的承载力确定，并应符合下式:

垫层地面处的附加压力值pz可分别按下式计算:pz=，条形基础。，矩形基础。

垫层的承载力宜通过现场载荷试验确定，并应进行下卧层的承载力计算。

通过对初勘剖面的仔细研究发现(见图1)，③号圆砾分布较稳定，砂夹层较主厂房原有位置的夹层少很多，整个煤场区域液化点较少，在炉后分布有两个中等液化的探孔，但这两个点都在5 m以内，如果作深基础，则液化土层被开挖，最终可以消除液化。③号圆砾的地基承载力为260 kPa，基本能满足主厂房对承载力的要求，③号圆砾下面为④号粉土，承载力为140 kPa，压缩模量为12 MPa，粉土相对于圆砾来说就是软弱下卧层，因此验算软弱下卧层及沉降成为能否采用天然地基的关键因素。

图1 场地剖面布置图

计算地基沉降的方法主要有分层总和法和规范法，结合实际工程，主厂房及空冷区域的沉降及沉降差计算，最终选择规范法进行计算，计算过程通过Excel表格列公式进行，计算的参数和结果见表3，表4。

表3 主厂房计算结果

表4 空冷区域计算结果

表5 桩基与换填两种地基处理方案投资估算

DL 5022-93火力发电厂土建结构设计技术规定规定:主厂房最大允许沉降量为200 mm，横向沉降差最大0.002L，即18 mm，现主厂房最大沉降量C47为92.679 mm＜200 mm，满足。C45与C47间沉降差为200 mm，满足。C45与C47间沉降差为41.396 mm，距离为120 m，允许沉降差为240 mm，41.396 mm＜240 mm，沉降差也满足。

《火力发电厂土建结构设计技术规定》(报批稿)规定直接空冷器支架采用天然地基时容许沉降量为200 mm，纵横向沉降差为0.001L，空冷区域的最大沉降量为89.525 mm＜200 mm，满足。C33与C34间沉降差为7.782 mm，距离为60 m，允许沉降差为60 mm，7.782 mm＜60 mm，沉降差也满足。

4 桩基与换填两种地基处理投资估算

桩基与换填两种地基处理投资估算见表5。

5 结语

在不考虑降水费用增加的情况下，采用天然地基比采用桩基可节约造价6 544.6-867.3=5 677.3万元，同时节省工期3个月(打桩时间)。通过对全厂主要建筑物的分析，并结合各建筑地段的地层构造，吸取已建电厂地基处理的经验，我们初步规划了各类建筑物的地基处理方案即换填垫层。采用换填方案，需清楚地了解③圆砾层的分布情况，掌握其三维分布情况，以便确定各个部位开挖深度和换填厚度，这对于勘测单位和设计单位也是一个较新的挑战。施工图阶段我们将结合垫层(砂砾石)现场载荷试验确定的参数和结果对各建筑物的基础形式、基础埋深及换填厚度进行进一步优化，对降低工程造价具有积极的意义。

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