【摘 要】針對(duì)陜西某生物質(zhì)能發(fā)電廠主廠房濕陷性黃土地基處理為例，對(duì)載體樁方案在此濕陷性黃土地基處理中的應(yīng)用進(jìn)行了引證分析，從工程概況、場地地基土工程地質(zhì)條件、地基處理方案、載體樁樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、載體樁復(fù)合地基處理方案地基試樁報(bào)告及結(jié)果等方面進(jìn)行了論述，提出載體樁方案在此種濕陷性黃土地基處理中應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】濕陷性黃土地基；廠房結(jié)構(gòu)荷載；單樁極限承載力；載體樁

1 工程概況

本工程為陜西某生物質(zhì)能發(fā)電項(xiàng)目工程，依據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（2008年版）GB50011-2001，當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)地震分組屬第一組，抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.15g，場地特征周期為0.45s。根據(jù)《巖土工程勘察報(bào)告》，建筑場地類別為Ⅲ類，擬建場地地面標(biāo)高為525.21～529.62m，平均高程為526.25m，最大高差達(dá)4.41m，地貌單元屬渭北黃土臺(tái)塬。

本工程主廠房為框排架結(jié)構(gòu)，縱向柱距7m，總長85.360m，共14軸，橫向排架跨度24m，框架跨度9m，單柱豎向荷載考慮10000kN。排架部分為主廠房汽機(jī)房，汽機(jī)房內(nèi)零米及零米下有大量中小型設(shè)備基礎(chǔ)以及汽輪發(fā)電機(jī)基礎(chǔ)；框架部分為除氧料倉間，料倉間零米下有較復(fù)雜的地下溝道及電纜隧道。

根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50007-2002表3.0.1規(guī)定，本工程主廠房地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為甲級(jí)。

主廠房場地自然地坪標(biāo)高約為525.8m，基礎(chǔ)承臺(tái)底標(biāo)高初步定為521.3m。

2 場地地基土工程地質(zhì)條件

2.1 地基土

根據(jù)勘察報(bào)告，勘探深度范圍內(nèi)的地基土自上而下分別描述如下：

①-素填土Q4ml，具濕陷性，屬中壓縮性土。本層厚度為0.30～2.90m，層底標(biāo)高為523.71～528.52m，層底深度0.30～2.90m。

②-黃土狀土Q4al+p。堅(jiān)硬～硬塑～可塑（部分土樣為軟塑），具輕微～強(qiáng)烈濕陷性和自重濕陷性，屬高壓縮性土。本層厚度為2.30～5.90m，層底標(biāo)高為520.71～523.73m，層底深度為3.20～6.40m。本層土承載力特征值為fak=160kPa。

③-黃土Q3eol。硬塑～可塑（部分土樣為軟塑），具輕微～強(qiáng)烈濕陷性和自重濕陷性，屬中等偏高壓縮性土。本層厚度為5.00～8.10m，層底標(biāo)高為514.21～517.65m，層底深度為9.50～12.80m。本層土承載力特征值為fak=150kPa。

③-1黃土Q3eol。軟塑～流塑（部分土樣為可塑），屬中壓縮性土。本層厚度為2.20～5.30m，層底標(biāo)高為510.65～514.62m，層底深度為13.70～15.00m。本層土承載力特征值為

fak=135kPa。

④-黃土Q3eol?？伤堋浰埽▊€(gè)別土樣為流塑），屬中壓縮性土。本層部分鉆孔未穿透，揭露厚度為0.30～10.00m，層底標(biāo)高為501.62～512.45m，層底深度為15.00～24.30m。本層土承載力特征值為fak=140kPa。

⑤-黃土Q3eol?？伤堋浰?，屬中壓縮性土。本層部分鉆孔未穿透，揭露厚度為4.40～6.50m，層底標(biāo)高為496.02～499.82m，層底深度為27.90～29.80m。本層土承載力特征值為fak=160kPa。

⑥-古土壤Q3el?？伤埽▊€(gè)別土樣為軟塑），屬中壓縮性土。本層未穿透，最大揭露厚度為0.20～2.10m，相應(yīng)層底標(biāo)高為495.62～499.62m。本層土承載力特征值為fak=180kPa。

2.2 地下水

廠區(qū)地下水屬潛水類型，主要由大氣降水和地下徑流補(bǔ)給。勘察期間屬豐水期，穩(wěn)定水位埋深為13.50～15.50m左右，相應(yīng)標(biāo)高為511.41～514.43m。根據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)資料及現(xiàn)場調(diào)查，地下水年變化幅度約1～2m。

本場地環(huán)境類型為Ⅲ類，場地內(nèi)分布的各層粘性土均為弱透水層。

2.3 地基評(píng)價(jià)

根據(jù)勘測報(bào)告，場地濕陷類型為自重濕陷性黃土場地，地基的濕陷等級(jí)為Ⅱ（中等）級(jí)。

綜上，場地地質(zhì)特點(diǎn)如下：

（1）濕陷性場地，其中②、③層為Ⅱ級(jí)自重濕陷，深度為8.5m-11.5m。

（2）土層的液性指數(shù)較高，其中③-1為軟塑～流塑；④、⑤層均為可塑～軟塑。

（3）地下水位較高。

很顯然，現(xiàn)有地質(zhì)條件在不做地基處理的情況下天然地基是不能滿足主廠房地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為甲級(jí)的要求，首先，地基基礎(chǔ)下②、③層為Ⅱ級(jí)自重濕陷；其次，根據(jù)《巖土工程勘察報(bào)告》可知，現(xiàn)有天然地基的承載力特征值不能滿足上部結(jié)構(gòu)荷載的要求，所以需要進(jìn)行必要的地基處理。

3 地基處理方案

針對(duì)火力發(fā)電廠主廠房這種框排架結(jié)構(gòu)類型，且地下設(shè)施較為復(fù)雜需要做大面積地基處理的特點(diǎn)，同時(shí)單柱豎向荷載考慮10000kN，又對(duì)地基變形、地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為甲級(jí)有相應(yīng)要求，結(jié)合地形、土層結(jié)構(gòu)、地質(zhì)條件、地下水特征、施工機(jī)械以及施工工期等因素進(jìn)行綜合分析。

因此主廠房地基處理方案，首先要考慮消除濕陷土層全部濕陷量，使處理后的地基變?yōu)榉菨裣蔹S土地基，或采用樁基礎(chǔ)穿透全部濕陷黃土層，使上部荷載通過樁基礎(chǔ)傳遞至壓縮性低或較低的非濕陷性黃土層上；其次考慮地基基礎(chǔ)下②、③層為輕微～強(qiáng)烈濕陷性和自重濕陷性土層，③-1層為軟塑～流塑，④、⑤層均為可塑～軟塑，如考慮樁基濕陷性土層不僅不能提供有效樁側(cè)阻力反到產(chǎn)生負(fù)摩阻力；再次地基處理時(shí)必需考慮到較高的地下水位，針對(duì)以上幾點(diǎn)考慮，地基處理方案分析如下。

3.1 換墊層法

換墊層法主要適用于淺層軟弱地基及不均勻地基的處理，結(jié)合現(xiàn)場地質(zhì)條件及上部荷載要求，不適合做為本次主廠房地基處理方案。

3.2 灌注樁

灌注樁持力層放在⑥-古土壤層（⑥-古土壤層之下初步勘察報(bào)告未作勘察），樁徑考慮800mm，樁長30m，根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》JGJ94-2008，單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值按照下式計(jì)算：

Quk=Qsk+Qpk=u∑qsikli+qpkAp

其中：

Quk——單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值；

Qsk、Qpk——分別為單樁總極限阻力和總極限端阻力；

u——樁身周長

qsik——樁側(cè)第i層土的極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值，可按《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》表5.2.8-1取值；

li——樁穿越第i層土的厚度；

qpk——極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值，可按《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》表5.2.8-2取值；

Ap——樁端面積。

當(dāng)樁穿越自重濕陷性黃土層時(shí)，樁周土可能引起樁側(cè)負(fù)摩阻力及其引起的下拉荷載。單樁負(fù)摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值可按下式計(jì)算：

qsia——樁側(cè)第i層土的側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值，可按《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》表5.2.8-1取值；

li——樁穿越第i層土的厚度；

qpa——經(jīng)深度修正后的載體樁持力層地基承載力特征值；

Ae——載體等效計(jì)算面積，在沒有當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)值時(shí)其值可按《載體樁設(shè)計(jì)規(guī)程》JGJ/135-2007表4.3.2選用。

qpa=fa+ηd（D-0.5）γ0=160+1.4×（25.5-0.5）×10.0=510kPa

取三擊貫入度10cm，查《載體樁設(shè)計(jì)規(guī)程》JGJ/135-2007表4.3.2，Ae=2.3m2

側(cè)摩阻力估算：（5×52+5×28+8×40）

×0.5×3.14÷2=565.2kN

單樁豎向承載力特征值：

Ra=up∑qsiali+qpa?Ae=565.2+510×2.3=1738.2 kN

設(shè)計(jì)取值單樁承載力特征值為1500kN。

3.4.3 樁身強(qiáng)度驗(yàn)算

根據(jù)《載體樁設(shè)計(jì)規(guī)程》JGJ/135-2007式4.3.3，樁身強(qiáng)度C35

N≤ψCfCAp=0.75×16.7×0.785×500/2＝2458.03kN≥1738.2kN

因此樁身強(qiáng)度滿足承載力的要求。

綜上，通過理論計(jì)算，考慮單柱承臺(tái)4.5m×4.7m時(shí)，載體樁布置見“單柱承臺(tái)載體樁平面布置圖”，可知單承臺(tái)承載力可達(dá)到8×1500=12000kN≥10000kn，可滿足上部建筑結(jié)構(gòu)荷載的承載力要求。

為進(jìn)一步確定載體樁在此地基條件下應(yīng)用的合理性及載體樁單樁承載力特征值，還需要進(jìn)行試樁，做試驗(yàn)檢測。

3.5 地基處理方案

通過以上論述及計(jì)算，我們可知采用素土擠密樁可以消除上部土層的濕陷性；采用載體樁可以滿足上部結(jié)構(gòu)荷載要求。所以，初步?jīng)Q定地基處理方案為：先在基坑開挖范圍內(nèi)采用DDC素土擠密樁法通片處理，消除基坑上部土層濕陷性，并為主廠房內(nèi)部中小型設(shè)備基礎(chǔ)提供持力層；在柱承臺(tái)范圍內(nèi)再做載體樁為柱承臺(tái)提供承載力。

為確定方案的合理性，選擇場地內(nèi)有代表性場地做復(fù)合地基試樁試驗(yàn)。

4 地基試樁報(bào)告

為進(jìn)一步論證素土孔內(nèi)強(qiáng)夯工藝（DDC樁）消除地層上部濕陷土層的濕陷性，再采用鋼筋混凝土載體樁做承臺(tái)基礎(chǔ)此種地基處理方案的可行性及可靠性，在擬建場地選擇主廠房軸線1、A軸線外有代表性的區(qū)域進(jìn)行了試樁試驗(yàn)。

4.1 試樁設(shè)計(jì)

（1）素土擠密樁，樁徑550mm，樁長6m，樁間距900mm，等邊三角形布置，處理后消除地基濕陷性，地基承載力特征值不小于200kPa。

（2）載體樁，樁徑500mm，樁長18米并樁端進(jìn)入持力層⑤層黃土層，混凝土強(qiáng)度等級(jí)C35，載體樁單樁極限承載力為3000kN。

4.2 試樁結(jié)果

4.2.1 復(fù)合地基靜載試驗(yàn)

根據(jù)2處單樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)繪制的P-S（荷載-沉降）、s-lgt（沉降-時(shí)間）曲線圖，分析結(jié)果如下：

⑴.試樁S1、S2在最終壓力400kPa內(nèi)，最終沉降量分別為14.373mm，31.896mm和30.383mm，由3根樁的Q～S曲線看，均為緩變型，沒有明顯的陡降段，s~lgt曲線尾部沒有明顯向下彎曲。根據(jù)《建筑樁基檢測技術(shù)規(guī)范》JGJ106-2003第4.4.2和4.4.4規(guī)定，3根樁試樁的豎向抗壓極限承載力均不小于3000kN，綜合考慮該廠區(qū)建筑物沉降變形要求和本場地地質(zhì)情況載體樁在樁身質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求的前提下，單樁豎向承載力極限值可取3000kN，承載力特征值可取1500kN。

4.2.4 低應(yīng)變試驗(yàn)結(jié)果

在單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)前對(duì)3根樁進(jìn)行了低應(yīng)變試驗(yàn)，由低應(yīng)變結(jié)果可知：⑴樁身混凝土波速介于4147m/s～4380m/s之間，平均值4299m/s；⑵共檢測3根樁，均為完整樁。

4.3 試驗(yàn)結(jié)論及注意事項(xiàng)

通過對(duì)素土擠密樁和載體樁單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)及樁身應(yīng)力測試，低應(yīng)變法試驗(yàn)，得知采用素土擠密樁消除上部土層的濕陷性、采用載體樁提高地基承載力的地基處理方案與理論計(jì)算相符合，滿足設(shè)計(jì)要求，可以應(yīng)用于具體工程。

但是需要注意的是，載體樁在具體施工時(shí)載體部分的填充料填充多少需根據(jù)現(xiàn)場情況定，此參數(shù)直接影響載體樁最終單樁承載力特征值，需要現(xiàn)場施工時(shí)有專業(yè)監(jiān)管人員

監(jiān)管，以防偷工減料情況的發(fā)生；其次載體樁載體部分和樁身接頭處容易出現(xiàn)跑偏現(xiàn)象，這需要具體施工時(shí)邊施工邊觀察，發(fā)現(xiàn)后立即修正。

5 結(jié)語

素土擠密樁消除上部濕陷性黃土層的濕陷性的同時(shí)提高了復(fù)合地基的承載力，也符合了主廠房地下設(shè)施復(fù)雜需要大面積做地基處理并提高承載力的要求；載體樁因樁長較灌注樁短，也為工程總造價(jià)節(jié)約了不少成本。

綜上，本場地采用素土擠密樁消除上部濕陷土層的濕陷性，再采用鋼筋混凝土載體樁做承臺(tái)基礎(chǔ)此種復(fù)合地基處理方案是可行、可靠的并且經(jīng)濟(jì)實(shí)用。經(jīng)處理后素土擠密樁范圍內(nèi)自重濕陷性及濕陷性已經(jīng)玩完消除，載體樁承臺(tái)基礎(chǔ)承載力也能滿足上部結(jié)構(gòu)荷載的要求。

參考文獻(xiàn)

[1]《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（2008年版）

GB50011-2001