沙区岩土勘察与软土地基处理技术研究

徐鑫磊，孙亮亮，张苗苗

（赤峰昊林工程勘察设计有限公司，内蒙古 赤峰）

1 工程概况

某工业园区项目位于典型的沙土地区，计划建设一个集生产、办公、住宿及仓储为一体的综合性工业园区。该工业园区的设计和建设旨在满足现代工业化的需求，通过优化布局、合理利用地质资源，实现工业园区的经济、安全、高效运营。工业园区占地面积为450 亩，主要建设内容包括生产加工车间、宿舍楼、办公楼和仓库。生产加工车间数量为17 个，仓库为3个，车间的设计和布局将依据不同的生产线需求进行，每个车间都配备了先进的设备和设施，以实现生产的自动化和智能化。工业园区共有5 栋12 层的宿舍楼，总建筑面积约为1.5 万m2，共有3 栋7 层的办公楼，总建筑面积约为1.5 万m2，包括行政管理部门、研发部门、销售部门等。车间和仓库采用扩展基础形式，宿舍楼和办公楼采用桩基础形式。工业园区场地的浅层地质为沙区，下层地质不明，需要经过详细勘察，并得出详细地质数据，为地基处理方案提供准确的数据。

2 沙区岩土勘察

在进行沙区岩土工程的设计与施工之前，必须通过地质勘察获取准确的地质数据和土壤参数。

2.1 钻探法勘察

钻探法是沙区岩土勘察中最常用的一种方法，它可以直观地获取地下土层的岩土样本，为岩土工程提供宝贵的实物依据。依据设定的平面布点图和建筑物结构形式进行钻探。通过勘察获取地质数据，进而鉴定工程场地的岩性和成分，分析施工区的地质构造、地质特征、岩土分层及形态[1]。勘察过程中使用DPP200-5F1 型钻机，钻探采用跟管钻进和泥浆护壁相组合的钻进方式，钻孔直径为160 mm，钻孔结束后提取原状土样，然后进行物性试验、固结试验和剪切试验，进一步分析之后得到详细的地质数据。钻探法勘察时，需要特别注意钻探的速度、深度、方向等参数，以防止在松散的沙质土壤中出现塌孔、漏失等情况。

2.2 原位测试

原位测试是在地下直接进行的一种岩土测试方法，包括波速测试、标准贯入试验、圆锥动力触探试验等[4]。这些测试可以获取土体的强度、密度、刚度、压缩性等参数，并能了解土体的层位、层厚、连续性等情况。

（1） 波速测试

波速测试通过HON-32DF 测试仪完成。波速测试可以为场地划分提供数据支持，进而提供工程设计和施工所需的动力参数。部分波速测试-剪切波列图如图1 所示。

图1 剪切波列图（部分）

（2） 贯入试验

贯入试验采用直径为38 mm 的触探杆，穿心锤的质量为62.8 Kg，落距为760 mm。贯入试验可以对土样进行鉴别，判断沙土和粉土的相对密度及强度参数，进而分析土层的承载力[2]。贯入试验结果见表1。

表1 标准贯入试验结果

2.3 物性试验

物理性试验可以测得土样的含水率、密度、孔隙比、饱和度、液限、塑限、压缩模量、压缩系数等指标参数见表2。

表2 物性试验参数

2.4 工程地质评价

工程地质评价是在完成钻探法勘察、原位测试和物性试验后，对勘察结果进行综合分析和评价的过程，可以评价沙区地基的承载力、稳定性、抗剪性、渗透性等，为地基处理和工程设计提供依据。

素填土比较松散，工程特性差，不能直接用作基础的持力层；粉细砂稍密，承载力不满足工程需求，需进行相应的地基处理；泥炭质土承载力较低，层厚较小，仍需进行相应的地基处理；黄土呈可塑状，中等压缩性，承载力较高，但分布不均匀；强风化砂岩和中等风化砂岩层承载力高，工程特性较好，可直接作为基础的持力层。

3 软土地基处理

由于软土的物理性质特殊，比如高含水量、低抗剪强度、高压缩性等特性，使得其承载能力弱，若在软土地基上直接进行工程建设，可能会出现不均匀沉降、结构变形，甚至产生液化现象，严重威胁工程安全。因此，对软土地基进行有效处理至关重要。

3.1 换填地基

仓库采用扩展基础形式，采用换填的方式进行处理。仓库基础埋深较浅，将施工场地的不良土体移除，再用工程填料进行填充，达到改善地基承载能力的目的。所用的填充材料通常为高质量的砂石，碎石或其他工程填料。施工场地的沙土层厚度较小，换填地基法非常适用，可以对土层进行大规模的改造，提高整个地基的承载能力[3]。换填法施工过程简单，容易控制，效果明显。

施工过程中，需要注意的是，必须准确地进行软弱土层的开挖，以尽量减少对下层稳定土体的破坏。对于填充材料的选择需要符合设计要求，填充的过程中要严格控制其均匀性和紧实性，以确保最终地基的承载性能。车间和仓库施工的基础，换填深度为4.5 m，垫层使用灰土、粉煤灰和炉渣等，采用振动压实的方式，分层铺设并夯实，每层的虚铺厚度为300 mm。施工结束后，经检测地基压实系数达到95.7%，承载力达到142.6 kPa。

3.2 振冲碎石桩

生产加工车间采用扩展基础形式，车间为单层结构，承受载荷不大，采用振冲碎石桩的方式进行处理[4]。振冲碎石桩通过振动冲击器将碎石或砾石打入地基土中，形成直径为0.6～1.2 m，深度为8 m的圆柱桩，如图2 所示，改善软土地基承载力，减小地基沉降。碎石材料是自然产生的，无需额外的化学处理，振冲碎石桩对环境影响小，施工过程中产生的噪音和震动也较小。施工效率高，施工周期短。施工结束后，经检测地基承载力达到186 kPa，满足工程要求。

图2 振冲碎石桩施工

3.3 钢筋混凝土灌注桩

宿舍楼和办公楼采用钢筋混凝土灌注桩形式，钻孔灌注桩的直径为600 mm，桩身长度为32 m，桩顶埋深为-7.85 m，采用C35 混凝土灌注。灌注桩成孔采用机械旋挖法，按照定位、钻孔、放置钢筋骨架、浇筑混凝土的工艺进行，如图3 所示。由于包含钢筋，钢筋混凝土灌注桩结构强度高，能承受很大的拉压力，具有很高的结构强度[8]。

图3 钢筋混凝土钻孔灌注桩工艺

通过基桩低应变动力检测，确定桩身完整，桩身波传播平均速度为3 837 m/s 左右，检测桩均为Ⅰ类桩，低应变检测实测分析曲线如图4 所示。进一步通过基桩高应变动力检测表明，单桩竖向极限承载力为5 776 kN，符合技术规范要求。

图4 低应变检测曲线

4 结论

结合实际的工程项目，对沙区岩土勘察技术和软土地基处理技术展开研究，得到以下结论：

（1） 通过钻探法获取地下土层的岩土样本，钻探采用跟管钻进和泥浆护壁相组合的钻进方式，提取土样后进行物性试验、原位测试等，获取土体的强度、密度、刚度、压缩性、含水率、密度、孔隙比、饱和度、液限、塑限、压缩模量、指标参数，得出工程地质评价：素填土、粉细砂、泥炭质土层承载力较低，不可直接作为持力层，需进行地基处理；强风化砂岩和中等风化砂岩砂岩承载力高，工程特性好，可作为基础的持力层。

（2） 仓库地基采用换填的方式进行处理，生产加工车间采用振冲碎石桩的方式进行处理，宿舍楼和办公楼采用钢筋混凝土灌注桩形式地基，并给出了有关的工艺参数和技术要点。相关检测表明，经处理过的地基，达到工程规范要求，满足工程承载力需求，验证了有关方案的有效性。