稷山县某湿陷性场地地基处理方案研究

董利军

(山西省地球物理化学勘查院，山西 运城 044004)

1 研究区概况

研究区位于稷山县西社镇某焦化厂区，东西长505 m，南北宽507 m，占地面积4 hm2。该研究区位置处于稷山县北部平原区(Ⅲ区)的洪积平原(Ⅲ1区)，处于山前洪积扇前缘。研究区的区域位置见图1，地貌分区代号说明如表1所示。

表1 地貌分区代号说明表

2 区域地质概况

研究区位于华北断块(Ⅱ级)南部，吕梁—太行断块(Ⅲ级)南西部，吕梁山块隆(Ⅳ级)南部。地处翟庄西断裂西北处大约2 km，龙门山前弧形大断裂以南约3 km。区域内上覆土层主要为第四系上更新统马兰组黄土，覆盖层厚度大约在10 m～70 m。基岩主要出露于该区域的北部山区，种类主要为太古界变质岩，寒武、奥陶系灰岩以及有零星岩浆岩条带出露。该区域距断层距离较远，区域构造影响较小[1-2]。

3 工程地质条件

3.1 地基土的构成

3.2 场地湿陷性

据DBJ 01/T312—2015湿陷性黄土场地勘察及地基处理技术规范第4.4.1条、第4.4.4条以及附录B“黄土工程地质分区图”可知：场地属于④-3区，即汾河流域中下游分区河谷、平原区。

湿陷量计算公式如下：

其中，Δs为湿陷量计算值，mm；δsi为湿陷性系数；hi为第i层土层厚度；β为考虑基底以下地基土收水浸湿的可能性和侧向挤出的修正系数，在缺乏资料时可按以下规定取值：

1)基底下0 m～5 m深度内，取β=1.5；

2)基底下5 m～10 m深度内，取β=1；

3)基底下10 m以下至非湿陷性黄土层顶面，在自重非湿陷性场地，根据工程所在地，取β0值(β0=0.5)。

湿陷量计算见表2，表3。

由表2，表3可知，该场地为自重湿陷性场地，基坑开挖达到4 m时，湿陷性等级可减少到Ⅱ级。

表2 湿陷量统计表

表3 湿陷量评价一览表

3.3 水文地质条件

地下水位埋深24.7 m～25.5 m。地下水类型属潜水；水量较小，赋存于③层粉质黏土层的孔隙中，属孔隙水；主要靠洪积扇上游地下水补给。

4 建筑分布及荷载条件特征

4.1 建筑分布

该生产线为磨机生产线，主要由粉末系统和储存及散装系统构成。粉末系统主要拟建物为立磨、收尘器框架、热风炉以及入磨框架；散装系统的主要拟建物为成品仓。建筑物和勘探点场地分布见图3。

4.2 荷载条件

该磨机生产线的不同拟建物的荷载条件不同。各个拟建物的具体参数见表4。其中，成品仓和立磨的荷载较大，尤其立磨，不仅受到静力作用，而且也受到动力作用的影响。因此，在地基处理时，需要在考虑静力荷载的同时，还需要考虑动荷载的作用。

表4 拟建物建筑参数表

5 地基处理方案分析

5.1 处理方案选用

根据场地地基土构成，地基土湿陷类型和湿陷等级并结合拟建(构)物基础形式、荷载、建筑类型综合分析，该地基土不宜做天然地基。依据GB 50025—2004湿陷性黄土地区建筑规范6.1.1，6.1.3条规定，立磨、成品仓、收粉器基础下应消除地基土的全部湿陷量；热风炉、入磨框架基础下应消除地基土的部分湿陷量；同时，需要考虑到立磨基础的动荷载。故建议依据建筑类别分别选用复合地基处理和钻孔灌注桩桩基。

各个建筑处理方案表5。

表5 建筑地基处理方案选用

5.2 复合地基方案

热风炉架、入磨框架基础埋深2.5 m，假设室外整平标高为自然地坪，湿陷土层厚度约14.0 mm。据GB 50025—2004湿陷性黄土地区建筑规范6.1.4第2条规定，自重湿陷性黄土场地，处理厚度不小于湿陷土层深度2/3，且下部未处理湿陷性黄土层的剩余湿陷量不大于150 mm，由此确定处理厚度不小于11 m，处理土层底界埋深不小于13.5 m。由于热风炉架、入磨框架基础荷载均不大于200 kPa，地基处理方法可选用灰土挤密桩处理。

处理时，桩位按正三角形布置，孔径500 mm，按DBJ 04/T312—2015湿陷性黄土场地勘察及地基处理技术规范中式6.4.3初步估算，并结合当地经验，初步确定孔距为1.0 m～1.1 m之间。

孔中填料为3∶7灰土，土中有机质的质量分数不得超过5%，且不含其他杂物，含水量适当，分层夯实，压实度不小于0.97。

地基处理完成后，应进行人工地基检测工作。地基承载力特征值应通过现场静载荷试验，以消除部分湿陷性为目的而最终确定。

5.3 钻孔灌注桩方案

依据场地地基土构成，地基土湿陷类型和等级结合拟建物类型及荷重。依据GB 50025—2004湿陷性黄土地区建筑规范6.1.1规定，拟建(构)物立磨、成品仓、收粉器等建筑物基础应消除地基土的全部湿陷量以及减少动荷载影响，故应选用桩基础。根据地基土可挖性及施工设备，建议选用钢筋混凝土灌注桩，旋挖钻机成孔。

根据场地地基土构成及物理力学特征，桩端持力层可选③号土层，该层为粉质黏土，呈密实状；有效桩长可选用30 m～33 m(桩长依据拟建物基础埋深具体确定)。

基础埋深5 m计。各个土层桩周土的厚度、侧阻力以及端阻力取值见表6。

表6 钢筋混凝土灌注桩各土层的侧阻力特征值、端阻力特征值

估算单桩承载力特征值：

R=Qsk+Qpk=u∑qsikli+qpkAp。

其中，R为桩承载力特征值(单桩承载力特征值)，kN；qsik为桩侧第i层土的侧阻力特征值，kPa；qpk为端阻力特征值,kPa。

桩长选用32 m，桩径选500 mm和600 mm，分别计算钻孔灌注桩的单桩承载力特征值，见表7。

表7 钢筋混凝土钻孔灌注桩单桩承载力特征值估算一览表

钢筋混凝土钻孔灌注桩目前普遍采用旋挖成孔设备，该设备具备成孔能力强，噪声小，并满足各种不同桩径桩体施工，桩长一般能满足设计要求，孔底沉渣易少，桩体质量易于控制，易于施工[3-4]。若要进一步提高单桩承载力，可采用后注浆技术，桩周土为粉土、粉质黏土时，单桩承载力可提高1.4倍以上[5-9]。后注浆灌注桩极限承载力应通过载荷试验确定。

钻孔灌注桩需在施工前进行试处理，在处理完成并经计算检测合格后，方可使用[10-11]。

6 结论

1)研究区场地属于山前冲洪积平原地貌单元，属于山前洪积扇前缘。2)研究区位于华北断块(Ⅱ级)南部，吕梁—太行断块(Ⅲ级)南西部，吕梁山块隆(Ⅳ级)南部，距断裂带较远，受构造运动影响较小。3)研究区磨机生产线主要由粉末系统和成品储存散装体统构成；其中，立磨和成品仓荷载较大。同时，立磨也受动力荷载的影响。4)在磨机生产线的拟建物中，立磨、收粉器和成品仓的荷载较大，因此，采用灰土挤密桩完全消除湿陷，并采用钻孔灌注桩将桩端选在③号层。其他建筑由于荷载不大于200 kPa，采用灰土挤密桩部分消除湿陷性即可满足承载力要求。5)在进行复合地基灰土挤密桩处理时，需按正三角形布置，孔径和孔距分别为500 mm和1.1 m～1.2 m，孔中填料质量比为3∶7的灰土，土中有机质的质量分数不得超过5%，且不含其他杂物，含水量适当，分层夯实，压实度不小于0.97。处理完成的复合地基需在检测合格后，方可使用。6)钢筋混凝土钻孔灌注桩初步定为有效桩长32 m，桩径可在500 mm和600 mm选其一。同时，施工工艺采用旋挖成孔，若需进一步提高承载力，可采用后注浆技术。在钻孔灌注桩施工前，需进行试处理，在经计算检测合格后，方可使用。