浅谈原料场地基处理

王漳

摘 要：本文以某大型机械化原料场的地基处理为背景，阐述了大面积堆载下地基处理的重要性及针对不同地质特点地基处理的技术和方法。合理的地基处理方案将会大幅度的降低工程造价。

关键词：原料场；大面积堆载；地基处理；工程造价

中图分类号：TU47 文献标识码：A

在工业建筑中，经常遇到大面积堆载情况。如冶金行业供应高炉原料的大型料场、各生产车间的坯料厂房和成品库等。大面积堆载由于其产生的荷载效应往往大于地基承载力，通常会引起地基不均匀沉降乃至土体剪切破坏，同时伴随着产生较大的水平推力，导致事故发生。故设计中应引起足够重视。必须进行有效的地基处理。下面结合某大型机械化原料场，对大面积堆载下地基处理方案的选择进行分析探讨。

1 工程概况

某大型机械化原料场长×宽×高=535m×248m×45m，两跨，分别为矿石料场及混匀料场，矿石料场纵向4个料条，两侧是设备轨道，料场最大堆高15m，地面最大堆载350kN/m2；混匀料场纵向2个料条，内有设备轨道，料场最大堆高12m，最大堆载300kN/m2。

2 工程地质概况

拟建场地表层为人工填土（Qml），向下分别为第四系全新统冲洪积成因（Q4a l+pl）的粉质粘土，第四系上更新统冲洪积成因（Q3a l+pl）的粉土、砂土，第四系中下更新统冰水沉积成因（Q1f g1）的胶结砾岩，底部为第三系半成岩状态的粘土岩（N）。地基承载力特征值fa=110kPa，压缩模量ES=4.0MPa，φ=10°，Ck=22kPa。

抗震设防烈度7度，基本地震加速度值0.15，第一组，场地类别II类。场地地基比较稳定，属中软场地土，无不良地质现象。

3 地基处理方案的比较和选择

软土地基的特点是承载力低，压缩模量小，沉降大，抗剪强度比较差。承受上部荷载时，沉降随荷载的增大而增加，当超过极限荷载时，即形成连续滑动面，土从堆载四周挤出隆起伴随着产生较大的水平推力，发生整体剪切破坏。

根据以上土体受力机理的分析可以看出，对于大面积堆载下大型机械化原料场来说，一定要控制地基竖向沉降和土体剪切破坏所产生的巨大水平推力，以防靠近堆载附近的厂房及设备轨道桩基扭曲变形，影响结构安全及生产的正常运行。为了使地基处理在既满足工艺设备需要和工期要求又结构安全可靠的前提下经济合理，应根据不同地质特点及实际情况采用不同的地基处理方案。常采用的方法有预压法、换土法、水泥土搅拌桩复合地基、强夯法等。

（1）预压法：虽较经济，但工期太长，不可行。

（2）换土法：就本工程而言，建筑面积13万余m2，地基处理单价稍有偏高，则工程造价会大幅度上涨。若采取大面积换填，土方量太大，费用太高，不可取。

（3）水泥土搅拌桩复合地基：以水泥为固化剂，将软土和水泥强制拌和，形成水泥桩体与桩间土一起组成复合地基承受外部荷载。此法施工时无振动、无噪音、无地面隆起，施工工艺相对简单，处理含水量较高的淤泥质软土地基效果很好。但就本工程而言，因无淤泥等不良地质现象，此法造价相对较高，工期相对较长，且质量不容易得到很好的保证，故不适合采用。

（4）强夯法：通过重锤从高处自由落下，对地基土施加很大的冲击能，从而提高地基土的强度，降低土的压缩性。同时夯击能还可以提高土层的均匀程度，减小将来可能出现的差异沉降。强夯法所使用的设备简单，不需要加固材料，具有造价低廉，施工速度快，加固效果好等优点。此法尤其对承载力小的低饱和度的粉土与粘性土、杂填土等地基处理特别有效。不需再对地基添加加固材料。由此而获得的经济效益也是显著的。经分析比较，最终确定用强夯法来加固该原料场地基。

对于大面积堆载下的原料场，由于其本身对沉降并无控制要求，因此在地基处理时只要控制堆料面积下地基沉降对厂房及轨道桩基不产生大的水平推力即可，这样可以大大降低工程造价。据以往经验：大面积堆料由于地基沉降所产生的水平推力主要分布在地表以下1/3或1/4堆料底宽的高度范围内，只要将该范围内的地基土压缩变形减小到最低值，既可避免堆料对厂房及轨道桩基础的不良影响。因此在设计时主要考虑以下两个方面：一是强夯处理有效深度不小于堆载底宽的1/3～1/4；二是地基土在堆载作用下基本不发生剪切破坏。据本堆场受荷情况结合以往经验，若强夯处理的有效加固深度≥6m，夯实后的抗剪强度指标C≥30kPa，φ≥20°，地基承载力特征值fak≥220kPa，压缩模量ES≥12MPa即可满足使用要求。施工时可通过试夯选取夯击能，分层厚度和夯点间距等施工参数，达到设计要求后方可进行大面积施工。值得注意的是，强夯施工除了严格按照施工步骤进行外，应由专人负责对施工过程中的有关数据进行检测，包括夯点放线、锤重落距、夯击次数和每击夯沉量记录等，确保施工质量。经竣工验证，加固后的地基各项参数均可达标，压缩模量ES值超过12MPa，加固影响深度达7m，满足设计要求。经加固使得地基承载力提高了2～3倍，压缩性降低了3～5倍，且剩余沉降大部分发生在处理深度的下层，有效的降低了软土地基在大面积堆载作用下产生的侧向水平推力，从而在设计上保证了原料厂房结构安全和堆取料设备的正常使用。

4 设计和施工中应注意的问题

为了消除对厂房及设备轨道基桩的水平推力的影响可采用抗侧力高的基桩如PHC管桩；限制堆载的距离，距堆载越近，地基的稳定安全度越低，桩所承受的侧压力就越大。最好不直接壓在基桩的承台上，必要时可在柱基旁设挡墙；避免一次突然堆载到设计值；注意施工顺序，应先完成料场内的地基处理再施工桩基，避免施工所造成的对桩基的侧压力。

结语

对于大面积堆载下的地基处理，是一个因地制宜综合性很强的课题。本工程在工期紧，造价控制严格，沉降要求较高的情况下，强夯法是最优的选择。据以往经验估算，能比采用其它地基处理降低工程造价50%左右，整个工程造价节省超1000万元。该工程已投产使用多年，效果良好。

参考文献

[1] JGJ 79-2012，建筑地基处理技术规范[S].

[2] GB 50007-2011，建筑地基基础设计规范[S].