蘇永平

(山西西山晉興能源有限責任公司，山西太原 030053)

1 工程概況

本工程為斜溝煤礦及選煤廠主廠房工程，施工圖由澳大利亞約翰芬蕾公司設(shè)計施工總承包，主廠房占地面積:88 m×132 m= 11 616 m2，原設(shè)計自然地坪－0.25，基底標高－3.500，無地下水，地質(zhì)情況較復(fù)雜，主廠房位置處在工業(yè)廣場挖填方區(qū)，南側(cè)區(qū)1/3處在山區(qū)分化泥巖土質(zhì)，其余北側(cè)區(qū)2/3處在場區(qū)雜填土質(zhì)填方區(qū)，填土高度10 m左右，過去曾是古河道河灘地，填土以下砂礫層，屬于典型的軟硬土質(zhì)不均勻地基。

表現(xiàn)特點:南側(cè)區(qū)泥巖地基承載力大，沉降小，壓縮性低;北側(cè)回填土區(qū)域很難用統(tǒng)一的強度指標、壓縮指標、滲透性指標加以描述，主要特點是無規(guī)劃堆積、成分復(fù)雜、性質(zhì)各異、厚薄不均、規(guī)律性差。因而同一場地表現(xiàn)為壓縮性和強度的明顯差異，極易造成不均勻沉降。沉降量大，而且沉降速度隨地面荷載增大，速度加快(1 mm/d～2 mm/d)也反映在沉降的不均勻上，當建筑平面荷載不均勻時，將會使建筑物產(chǎn)生一種較大差異沉降，會給建筑物造成破壞性損害。

斜溝煤礦及選煤廠新項目地處山區(qū)，近幾年來在煤礦建設(shè)的大型工業(yè)建筑、超高層公共建筑將層出不窮，由于山區(qū)溝谷地質(zhì)情況較差，所以地基處理難度大、施工困難、地基處理工期長、費用高。

2 主廠房地基處理方案和加固機理

針對本工程設(shè)計，主廠房占地10 000多平方米，主要由壓濾模塊系統(tǒng)、洗選模塊系統(tǒng)、高跨淺槽排矸系統(tǒng)組成，基礎(chǔ)為混凝土獨立柱基礎(chǔ)，主體為箱形柱輕型多層鋼結(jié)構(gòu)，巖棉防火彩板圍護，是煤礦選煤廠的核心建筑。因此，我們組織有關(guān)地質(zhì)勘察單位山西省勘察設(shè)計研究院、設(shè)計單位澳大利亞約翰芬蕾公司等專家學者多次現(xiàn)場研究論證，結(jié)合實際提出如下地基處理方案。

北側(cè)回填土區(qū)域若全部挖除土方，這樣挖方量太大(10余萬立方米)，不經(jīng)濟。由于該場地周圍干擾小，故該區(qū)域采用強夯固結(jié)處理，經(jīng)現(xiàn)場試夯，分兩次強夯處理后，地基承載力標準值可以達到250 kPa。地質(zhì)勘察資料顯示，南側(cè)區(qū)域泥巖地基承載力標準值350 kPa，為了消除南北兩側(cè)區(qū)域地基不均勻沉降，經(jīng)多位專家學者建議，主廠房基礎(chǔ)下做1 400厚砂礫墊層，每邊寬出基礎(chǔ)3 000，在砂墊層中間設(shè)兩道土工筋帶分別鋪設(shè)土工筋帶為席狀300×300編織，土工筋帶為TG復(fù)合筋帶2.5×50 mm，抗拉強度達到120 MPa，斷裂延伸率小于1.7%。

砂墊層的強度特性是抗拉能力本身高，抗剪強度也很大。在砂墊層體中放置土工筋帶，構(gòu)成了砂墊層和土工筋帶的復(fù)合體，當受外力作用時，將會產(chǎn)生體變，引起土工筋帶與其周圍砂石之間的相對位移趨勢，但兩種材料之界面上有摩擦阻力，限制了砂石的側(cè)向位移，等于給砂石體施加了一個側(cè)壓力增量使砂墊層的強度和承載力進一步得到提高，從而起到對砂墊層的加固作用。經(jīng)設(shè)計部門澳大利亞約翰芬蕾公司設(shè)計人員計算，砂墊層處理深度為1 400厚，這樣消除或減弱了廠房南北兩側(cè)地基不均勻沉降。

在砂卵石墊層中鋪設(shè)土工筋帶，在建筑物荷載作用下土工筋帶的高抗拉強度得以充分發(fā)揮，增強墊層的整體性和剛度，起到調(diào)整應(yīng)力分布，擴散應(yīng)力的作用，整體上限制了砂墊層的剪切，側(cè)向擠壓，提高了約束能力和地基側(cè)向變形的能力。

3 土工筋帶加筋砂礫層地基處理的技術(shù)措施及施工工藝

砂卵石質(zhì)量要求:卵石粒徑小于50 mm，并且含泥量小于5%，砂卵石墊層1 400厚分三次鋪設(shè)，每次虛鋪400，壓實為300，壓實系數(shù)大于0.96，每層取樣檢驗不少于1個/100 m2，計28個。

基坑開挖至設(shè)計標高后，首先檢查清理墊層底，然后鋪設(shè)一層石料(對于高靈敏土可鋪一層砂石袋，袋與袋之間的縫隙采用毛砂灌縫)，分層碾壓砂石墊層，并分別鋪設(shè)土工筋帶。鋪設(shè)砂卵石墊層時，應(yīng)將其卵石界面上的棱角明顯的顆粒剔除，并以毛砂平整均勻。當用機械卸料、攤鋪時，土工筋帶上要覆蓋不小于200 mm的土層，嚴禁施工機械在未覆蓋填料的土工筋帶上行駛。

砂卵石墊層鋪設(shè)完畢，應(yīng)用8 t壓路機反復(fù)碾壓密實，采用大容重法進行分層檢測。最大容重不小于20.5 kN/m3～21.0 kN/m3。壓實系數(shù)應(yīng)達到0.96。土工筋帶避免被樹根、堅硬物損傷，存放時，避免在陽光下長時間曝曬，受紫外線照射時間不應(yīng)超過1 d。土工筋帶鋪設(shè)時應(yīng)有一定的松緊度，平順、拉緊且鋪設(shè)不得扭曲、褶皺、重疊，筋帶鋪設(shè)完畢及時定位或壓重，端頭處理應(yīng)嚴格按設(shè)計圖紙要求執(zhí)行，端部回折不小于3.5 m，并用碎石袋壓牢。搭接處、筋帶端頭回折重疊部分不小于1 m，縱、橫筋帶交接處均以釘接法連接。面層砂石鋪設(shè)完畢，用12 t壓路機反復(fù)碾壓密實直到基底標高，并測定其復(fù)合墊層的密實度，壓實系數(shù)要符合設(shè)計要求，砂石墊層的壓實系數(shù)為0.96。

4 地基處理后測試的技術(shù)指標

1)土工筋帶砂墊層地基承載力檢測，我單位委托山西省勘察設(shè)計研究院對土工筋帶砂墊層進行承載力檢測。該勘察院應(yīng)用動力觸探法，根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范標準動力觸探分別取三個點檢測，動探深度3.5 m～－6.5 m，錘重63.5 kg?？辈煸焊鶕?jù)平均錘擊次數(shù)(每30 cm錘擊次數(shù))換算地基承載力達到250 kPa，完全滿足設(shè)計要求，同意下一步基礎(chǔ)施工。2)建筑物不均勻沉降觀測。針對本工程荷載特點，選煤廠主廠房內(nèi)模塊洗選系統(tǒng)、壓濾系統(tǒng)荷載量最大，外圍框架荷載較小。我們從土建基礎(chǔ)施工完成后設(shè)置了沉降觀測點，從鋼結(jié)構(gòu)外圍主體安裝開始逐步加荷，到設(shè)備安裝，我們針對荷載特點設(shè)置6個主要沉降觀測點，以及目前選煤廠主廠房設(shè)備運轉(zhuǎn)，不同階段對數(shù)據(jù)進行分析。

根據(jù)基礎(chǔ)砂墊層壓實系數(shù)λc≥0.96。經(jīng)計算，地基承載力可達到250 kPa，計算最終沉降量S=83.0 mm;柱距L=6 m，基礎(chǔ)傾斜、沉降差均控制在0.003L范圍內(nèi)。

沉降觀測結(jié)果表明:鋼結(jié)構(gòu)主體設(shè)備安裝完成時，沉降71.3 mm與計算最終沉降比為0.859;運行150 d后沉降速率為0.02 mm/d，小于規(guī)范要求的穩(wěn)定標準0.04 mm/d。這時實測沉降與計算最終沉降之比為0.9，最大沉降差1號～6號兩點為8 mm，傾斜遠小于規(guī)范要求的0.003。說明加筋墊層技術(shù)方案是成功的，取得了效果，預(yù)期的效果見表1。

表1 主廠房沉降觀測數(shù)據(jù)

5 地基處理在本地區(qū)的適用性及推廣性

1)根據(jù)國家征地政策為了少占農(nóng)田，斜溝礦區(qū)工業(yè)廣場所處位置是利用山體挖填地段建立的場地，屬于典型的不均勻沉降地基。隨著礦區(qū)煤炭產(chǎn)量增大，經(jīng)濟發(fā)展、需要大規(guī)模的工業(yè)建筑及公共建筑建設(shè)，在施工中我們有采用樁基進行地基加固處理的，但經(jīng)測算地基處理費用大、工期長。通過采用土工筋帶砂墊層處理主廠房不均勻的方法，起到了成本費用低、工期短、施工方便的作用。因此在斜溝礦區(qū)建設(shè)處理山區(qū)軟硬不均勻地基具有很好的適用性及可推廣性。2)通過現(xiàn)場試驗與工程實踐證實，土工筋帶加筋墊層具有降低墊層底部壓力，加大地基的整體剛度，調(diào)整沉降的不均勻性;整體上增加地基的穩(wěn)定性等作用。土工加筋砂石墊層工作性狀良好，值得推廣應(yīng)用。

［1］ 工程地質(zhì)手冊編選委員會.工程地質(zhì)手冊［M］.第3版.北京:中國建筑工業(yè)出版社，1992.

［2］ 歐陽仲春.現(xiàn)代土工加筋技術(shù)第四章加筋地基［M］.北京:交通出版社，1991.

［3］ 張道寬，周 鏡.土工織物加強軟土路基的研究［D］.博士學位論文，1987.

［4］ 李 昂.建筑物地基處理技術(shù)手冊［M］.北京:中國建筑出版社，1990.