太平铁矿大荷载厚弱地质的地基处理方法

龚平玲 毛宏宇 江一峰

(1.中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司，安徽马鞍山243000;2.金属矿山安全与健康国家重点实验室，安徽马鞍山243000;3.华唯金属矿产资源高效循环利用国家工程研究中心有限公司，安徽马鞍山243000)

1 工程概况

芜湖太平矿业有限责任公司拟在原选矿厂内建设芜湖太平矿业选矿厂技改项目。该项目场地位于芜湖市鸠江区裕溪口，裕溪河西岸，场地±0.000标高相当于绝对标高5.000 m(黄海高程)。为了迎合矿山节能环保的大趋势，本工程对选矿厂进行技改项目，要求提高运行效率，降低经济成本。各单体土建选择设计方案要安全，合理，经济，可行，节省造价。其中主要单体为新建一个直径24 m的浓缩池，且特点为大荷载厚弱地质，地基处理方案的合理选择对于工程安全，满足承载力，沉降及降低造价至关重要。该工程浓缩池上部为钢结构，通过66根支柱传递到基础上去，其中每根支柱载荷为550 kN。支柱载荷点布置见图1。

图1 支柱载荷点布置Fig.1 Pillar load layout

2 工程地质条件

拟建场地上部为松散耕地，地表相对高程为4.41～5.31 m，总体上平整，场地地貌属长江中下游冲击平原，为厚弱地质。地层岩性以杂填土，素填土，粉质黏土，淤泥质粉土，粉土夹粉砂，中细砂为主。其各土层主要工程地质特征力学性能指标见表1。

表1 地基土层的主要力学性能指标Table1 Themain mechanical properties of soil foundation

3 基础方案比较

根据场地地基土层的性能指标，浓缩池支柱分布及载荷情况。基础设计主要考虑以下4种方案。

(1)筏板基础方案。根据工勘报告，第②层粉质黏土标高为4.35～3.00 m，承载力fak=120 kPa。本工程采用筏板基础方案，基础落在第②层粉质黏土上。第③层淤泥质粉土fak=65 kPa，为软弱下卧层。筏板基础面积应由第③层淤泥质粉土控制。根据《地基基础设计规范》第5.2.7条［1］，地基承载力及基础沉降(s)按下式计算:

确定筏板基础直径为36 m，每边挑出6 m，由于挑出过大，沉降计算中间大周边小，最大沉降量达到500 mm左右。经比较不符合规范要求，故该方案不合理。

(2)混凝土搅拌桩方案。第③层淤泥质粉土标高为3.00～－6.35 m，厚约9 m，承载力fak=65 kPa。采用深层搅拌桩法对第③层淤泥质粉土进行处理。搅拌桩径取500 mm，桩间距为1 500 mm，梅花桩布置，处理深度为9～10 m。使水泥土桩与周边桩间土完全共同工作，形成一个承载力相对较高的硬壳层［2-3］，处理后的承载力fak=150 kPa。搅拌桩为有黏结强度增强体复合地基，其承载力fspk按下式计算:

由于第④层粉土夹粉砂土，承载力fak=100 kPa，相对于处理后的硬壳层为软弱下卧层，由公式(6)计算第④层软弱下卧层不满足要求，故该方案不可行。

(3)换填垫层方案。换填垫层适用于浅层软弱土层或不均匀土层的地基处理，换填厚度为0.5～3.0 m［2］。根据工勘报告，第③层淤泥质粉土标高为地面以下－3.00～－9.35 m，不属于浅层软弱土层。故换填垫层方案不可行。

(4)预应力混凝土管桩方案。本工程采用预应力混凝土薄壁管桩，基础持力层选用第⑤层中细砂。各土层桩基参数值见表2。

表2 土层桩基参数值Table2 Parameter values of soil pile foundation

根据《建筑桩基技术规范》第5.3.5条［4］

预应力混凝土薄壁管桩桩径D=500 mm，有效桩长L=37 m，且桩端进入持力层深度大于1 m。每根支柱下1根桩，每桩设1个承台，承台之间连系梁截面为250 mm×400 mm。预制桩基础布置见图2。

由于本工程桩属于桩中心距大于6倍桩径的疏桩基础，其沉降按下式计算:

图2 预制桩基础布置Fig.2 Basic layout plan of precast piles

4 预应力混凝土管桩方案的优点

(1)大幅度提高承载力。预应力混凝土薄壁管桩有效桩长L=37 m，基础持力层选用第⑤层中细砂。经计算单桩承载力特征值达到800 kN，相对于其他方案，可以大幅度提高承载力，满足设计要求。

(2)有效减少基础的沉降。桩基础持力层为第⑤层中细砂，承载力特征值为180 kPa，承载力高，压缩性小。比起其他几种方案，基础沉降量大大减少了。

(3)节省工程造价。每根支柱下一根管桩，共计66根，比起混凝土搅拌桩的数量大为减少。支柱间的连系梁截面为250 mm×400 mm，仅按构造配筋。钢筋混凝土用量少，工程造价较低。

5 方案选择及施工技术措施

(1)经过对上述四种地基处理方案的分析对比，从地基承载力，基础沉降量，工程造价等几个方面，可以知预应力混凝土管桩为最优方案。本工程选用预应力混凝土管桩为地基处理方案。

(2)场地第③层淤泥质粉土普遍存在，厚度达6 m左右。预制管桩较密集，管桩沉桩过程中，挤土效应明显。为了避免和减少沉桩的挤土效应和对浓缩池地下管道的影响，采用下列技术措施:①打桩顺序，自中间向2个方向或四周对称施打，且隔桩跳打;②设置塑料排水板、袋装砂井以消除超孔隙水压，减少挤土效应;③在施工过程中设置观测点，定时监测。沉桩结束后实施一次复打。

(3)基桩检测。应采用静载试验检测单桩竖向抗压承载力，数量不少于总桩数的1%，且不少于3根。采用低应变检测基桩桩身完整性，抽检数量为每个承台1根［2］。

6 工程效果

本工程采用预应力混凝土管桩的地基处理方案后，各指标达到了设计要求，取得了显著的经济效应。由于桩基础持力层为第⑤层中细砂，经桩基静载试验检测单桩竖向抗压承载力达到1 000多kN满足设计要求，显著地降低了基础的沉降量。基础混凝土用量仅为79.5 m3，远少于前面几种方案，可节省工程造价30%左右。

7 结语

太平铁矿选矿厂技改项目要求浓缩池基础处理方案安全，合理，经济可行，节省造价。由于本工程浓缩池具有大载荷厚弱地质的特点，本研究提出了4种基础处理方案:筏板基础方案，混凝土搅拌桩方案，换填垫层方案，预应力混凝土管桩方案。通过对地基承载力，基础沉降量，工程造价等指标进行综合分析比较，最终选择了预应力混凝土管桩方案为本工程的地基处理方案。为了避免和减少沉桩的挤土效应和对浓缩池地下管道的影响，对施工过程提出了具体的技术措施。本方案使用后，基础承载力满足设计要求，降低了沉降量，节省了工程造价，取得了显著的经济效应。本文对于其他相似的大载荷厚弱地质工程的地基处理，提供了可借鉴的经验。

［1］ 中华人民共和国建设部.GB 50007—2011 建筑地基基础设计规范［S］.北京:中国建筑工业出版社，2011.

Construction of the People＇s Republic of China.GB 50007—2011 Building Foundation Design Code［S］.Beijing:China Building Industry Press，2011.

［2］ 编委会.地基处理手册［M］.北京:中国建筑工业出版社，2008.

Editorial Committee.Foundation TreatmentManual［M］.Beijing:China Building Industry Press，2008.

［3］ 中华人民共和国建设部.JGJ 79—2012 建筑地基处理技术规范［S］.北京:中国建筑工业出版社，2012.

Construction of the People＇s Republic of China.JGJ 79—2012 Building Foundation Treatment Technology Specification［S］.Beijing:China Building Industry Press，2012.

［4］ 中华人民共和国建设部.JGJ 94—2008 建筑桩基技术规范［S］.北京:中国建筑工业出版社，2008.

Construction of the People＇s Republic of China.JGJ 94—2008 Building Pile Foundation Technical Specification［S］.Beijing:China Building Industry Press，2008.