朱佩寧

軟土在我國分布十分廣泛,軟土是指在濱海、湖沼、谷地、河灘等區(qū)域近代沉積的天然含水量高、孔隙比大、壓縮性高、抗剪強(qiáng)度低的細(xì)粒土。軟土由于其低抗剪強(qiáng)度、高壓縮性和弱透水性,工程力學(xué)性質(zhì)很差,直接影響結(jié)構(gòu)工程的穩(wěn)定性和耐久性。軟基處理不當(dāng),會嚴(yán)重影響工程質(zhì)量和使用功能,甚至造成工程事故,損失慘重,教訓(xùn)很多。軟土地區(qū)地基基礎(chǔ)方案的選擇是一個復(fù)雜的問題,應(yīng)該在安全—工期—經(jīng)濟(jì)的思想指導(dǎo)下考慮軟土地區(qū)地基基礎(chǔ)方案。常用的地基基礎(chǔ)方案有:1)直接采用原土地基——結(jié)構(gòu)物基礎(chǔ)采用淺基礎(chǔ)。2)加固原土地基——結(jié)構(gòu)物基礎(chǔ)利用加固的地基做持力層。3)結(jié)構(gòu)物基礎(chǔ)采用樁基礎(chǔ)。

1 工程概況

1)地理概況。某開發(fā)區(qū)位于廣州東南部珠江出?？?擬建建筑物10層。場地地質(zhì)上處于珠江河口三角洲與剝蝕殘丘交界。

2)場地工程地質(zhì)概況。根據(jù)該開發(fā)區(qū)規(guī)劃勘察時,對其工程地質(zhì)分區(qū),屬于工程地質(zhì)條件差,地基條件復(fù)雜一級場地。場地廣泛分布著第四系Q4和Q3兩層淤泥和淤泥質(zhì)軟土層,軟土層厚度為15 m～43.9 m,總平均厚度達(dá)30 m。特別是頂部新近沉積的5 m～8 m淤泥,為第四系全新世海陸交替相約2500年前新沉積的淤泥層,含水率高,孔隙比大,強(qiáng)度低,欠固結(jié),壓縮性高,高靈敏度,易觸變。當(dāng)?shù)刭|(zhì)環(huán)境改變時,可能受到強(qiáng)烈的破壞,屬不良地質(zhì)現(xiàn)象發(fā)育階段。從垂直與水平固結(jié)和滲透試驗(yàn)結(jié)果分析,具有明顯的各向異性。

2 地基基礎(chǔ)方案的討論

2.1 淺基礎(chǔ)

該地區(qū)軟土層較厚,工程地質(zhì)條件差,因此采用淺基礎(chǔ)無法滿足地基承載力和變形的要求,從工程的安全角度考慮,不采用淺基礎(chǔ)。

2.2 加固地基或采用復(fù)合地基

2.2.1 真空—堆載預(yù)壓法

結(jié)合本場地的情況,淤泥層較厚,含水率高,孔隙比大,壓縮性高,強(qiáng)度低,無側(cè)限抗壓強(qiáng)度 qu＜30 kPa,欠固結(jié),可用真空—堆載預(yù)壓法處理。

采用真空—堆載預(yù)壓法處理軟土地基,必須考慮軟土次固結(jié)沉降。軟土地基在荷載的作用下發(fā)生的沉降主要由三部分組成,即瞬時沉降sd,主固結(jié)沉降sc和次固結(jié)沉降ss。加荷的瞬間主要按彈性模式發(fā)生沉降,然后按主固結(jié)沉降發(fā)展,最后主要按次固結(jié)沉降模式(土骨架的蠕動變形等形成的沉降)。次固結(jié)沉降是一個時間很長的過程,往往被一些工程技術(shù)人員忽略。經(jīng)驗(yàn)表明,珠江三角洲地區(qū)的軟土次固結(jié)沉降占最終沉降的10%左右[1]。

通過對工程實(shí)踐研究表明,次固結(jié)系數(shù)有以下特點(diǎn):

1)軟土的次固結(jié)系數(shù)隨時間的增加有較大減小。2)次固結(jié)系數(shù)與壓縮指數(shù)之比基本是一個常數(shù)。3)超載預(yù)壓可減小軟土的次固結(jié)系數(shù),減小程度與超固結(jié)比有關(guān)。

通過加大堆載和加長堆載的持荷時間,可降低次固結(jié)系數(shù)并加快次固結(jié)沉降的發(fā)生,且通過超載預(yù)壓可減少使用荷載下的次固結(jié)沉降[3]。真空—堆載預(yù)壓這一方案時間較長,若工期允許的話可采用此方案。

2.2.2 攪拌樁

通過攪拌機(jī)械將膠結(jié)材料與地基的軟土攪拌成樁柱體,這種樁柱體稱為水泥攪拌樁,石灰黏土樁或某些膠結(jié)物黏土樁,它具有一定的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。由攪拌樁體與四周軟土組成復(fù)合地基,可以提高地基承載力,減小地基沉降,阻止水體流動,增強(qiáng)地基的穩(wěn)定性,阻止地下水的滲透。

本地區(qū)花斑狀粉質(zhì)黏土層,其頂面埋深一般小于18 m,最大不超過20 m,其標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析如表1所示。

表1 標(biāo)貫試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)分析表

考慮到花斑狀粉質(zhì)黏土層樁端阻力建議值為950 kPa,而且本場地軟土層較厚,可以采用水泥深層攪拌樁復(fù)合地基基礎(chǔ)方案,但應(yīng)查明水、土的酸堿度可能對水泥強(qiáng)度造成的影響。

2.3 樁基礎(chǔ)

樁基礎(chǔ)在軟土地基上是常用的基礎(chǔ)形式。就端承樁和摩擦樁作比較,端承樁尖落在基巖上,沉降可忽略不計(jì),但長度(約55 m)和承受的負(fù)摩阻力均比摩擦樁大。

當(dāng)采用預(yù)應(yīng)力管樁(PHC)基礎(chǔ)方案時,以全、強(qiáng)、中風(fēng)化花崗巖或密實(shí)粗砂、礫砂層作為樁端持力層,從將來建筑物沉降變形講,無疑比較小,安全度大。有以下問題必須注意。

樁基的沉降(考慮負(fù)摩阻力)由四部分組成:1)樁尖以下土層在地面荷載作用下的沉降;2)樁在樁頂荷載作用下的沉降;3)樁在負(fù)摩阻力作用下的沉降;4)樁身的壓縮變形。

由于場地還需要排水固結(jié),完全可能出現(xiàn)樁周土的沉降超過樁基沉降,設(shè)計(jì)時應(yīng)考慮樁側(cè)的負(fù)摩阻力作為附加荷載進(jìn)行樁的承載力和變形設(shè)計(jì)。

負(fù)摩阻力在丹麥等國的設(shè)計(jì)規(guī)范里面已經(jīng)具體規(guī)定,單樁負(fù)摩阻力有下列算法:

1)根據(jù)土的豎向有效應(yīng)力:

其中,β為負(fù)摩擦力系數(shù),飽和軟土為0.15～0.25,黏土為0.2～ 0.25,粉土為 0.25～ 0.35,砂土為 0.35～ 0.50;σ′v為地基中的有效垂直應(yīng)力;fn為負(fù)摩阻力。

2)可由無側(cè)限抗壓強(qiáng)度計(jì)算[5]:

其中,qu為無側(cè)限抗壓強(qiáng)度;fn為負(fù)摩阻力。

求得負(fù)摩擦力標(biāo)準(zhǔn)值后,由下式就可以求出作用于樁身的下拉荷載Fn:

其中,fn為中性點(diǎn)以上n層土側(cè)負(fù)摩阻力強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值,kPa;U為樁的周長,m;ln為地面至中性點(diǎn)n層土厚度。

由 qu=13.7 kPa,軟土層厚30 m左右,可得中性點(diǎn)深度 ln=18 m,管樁直徑500 mm左右,可以計(jì)算出:Fn=194 kN。

由此可以看出,本區(qū)軟土對樁的負(fù)摩阻力不可忽視,設(shè)計(jì)時必須作為附加下拉荷載考慮。

3 結(jié)語

通過以上分析討論,以點(diǎn)帶面,對珠江三角洲深層軟土地區(qū)基礎(chǔ)方案的選擇有以下幾點(diǎn)體會:1)控制地基基礎(chǔ)的沉降和不均勻沉降是設(shè)計(jì)的主要問題。2)對于第四紀(jì)軟土層較厚的軟土地基,采用復(fù)合地基或樁基礎(chǔ)是比較經(jīng)濟(jì)、安全的基礎(chǔ)方案。3)軟土地區(qū)必須考慮次固結(jié)沉降的影響,次固結(jié)沉降一般占總沉降10%左右。4)對軟土厚度大的建筑物場地,樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時要考慮樁的負(fù)摩擦力,作為附加下拉荷載進(jìn)行樁的承載力和變形設(shè)計(jì)。

[1]劉開元,王 洋.路堤荷載作用下次固結(jié)沉降分析[J].巖土工程技術(shù),2004(4):192-194.

[2]張曉青.淺談幾種軟土地基處理的方法[J].山西建筑,2009,35(6):153-154.

[3]《地基處理手冊》編委會.地基處理手冊[M].第2版.北京:中國建筑工業(yè)出版社,2000:59-60.

[4]江蘇滬寧高速公路股份有限公司,河海大學(xué).交通土建軟土地基工程手冊[M].北京:人民交通出版社,2001:44.

[5]史佩棟.樁基工程手冊[M].北京:人民交通出版社,2008:179-180.