陳 斌

(福建省華廈能源設(shè)計研究院有限公司 福建福州 350003)

0 引言

隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，不同規(guī)模的工業(yè)園區(qū)在全國各地落地生根。為解決該類園區(qū)的用地問題，常見圍海造地或是削坡移山平整場地用于園區(qū)的建設(shè)，以致在園區(qū)場地表部常分布有大厚度的填土層。該類填土層強(qiáng)度底，變形大，均勻性差，若直接作為園區(qū)建筑物的天然地基，其強(qiáng)度和變形均難以滿足要求。另外，工業(yè)園區(qū)中的建筑往往以單層輕型鋼構(gòu)廠房、車間為主，具建筑荷載小而占地面積大的特點(diǎn)，若采用樁基礎(chǔ)方案，基礎(chǔ)造價高，經(jīng)濟(jì)合理性欠佳。

本文結(jié)合工程實(shí)例，分析探討了壓密注漿工藝在高填方區(qū)輕型工業(yè)建筑中的應(yīng)用，并通過現(xiàn)場檢測、監(jiān)測驗(yàn)證了其可靠性。實(shí)踐表明，在高填方區(qū)的輕型工業(yè)建筑中采用壓密注漿地基處理方案，技術(shù)上可行，建筑基礎(chǔ)沉降量及不均勻沉降差均可控制在規(guī)范允許范圍內(nèi)，且經(jīng)濟(jì)合理，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益，從中得出的一些結(jié)論供相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)計參考與借鑒。

1 工程實(shí)例

1.1 工程概況

該工程位于南平市某工業(yè)園區(qū)內(nèi)，擬建1幢單層輕型鋼構(gòu)車間，建筑高度8.60m，占地面積165m×66m，正常柱距6.00m～8.25m，單柱荷載201kN～523kN，位于B軸位置最大柱距16.50m，單柱荷載998kN～1061kN。

工程場地屬剝蝕殘山地貌，原為山坡地，因園區(qū)規(guī)劃需要，整個園區(qū)由山包削坡回填到溝谷地帶平整而成。該工程車間建設(shè)位置剛好位于溝谷高填方區(qū)域，分布有素填土層厚度達(dá)25m～31m。素填土層按建設(shè)期計算的回填時間約7年，呈松散狀態(tài)，稍濕～飽和，以溝谷兩側(cè)山坡開挖出來的坡殘積砂質(zhì)黏性土回填為主，混含少量碎石，碎石粒徑一般為10cm～20cm，土層均勻性差。場地典型巖土層分布如圖1所示，各巖土層相關(guān)計算參數(shù)如表1所示。地下水位埋深約在室外地面設(shè)計標(biāo)高下2m，地下水及地基土對建筑材料具微腐蝕性。

圖1 典型工程地質(zhì)剖面圖

1.2 基礎(chǔ)選型

該工程車間為單層輕型鋼架結(jié)構(gòu)，荷載小，大部分單柱荷載僅201kN～523kN，最大單柱荷載的B軸位置僅998kN～1061kN。擬建場地表部的素填土層①厚度達(dá)25m～31m，回填時間僅7年，呈松散狀態(tài)，強(qiáng)度低，且壓縮模量2.2MPa～4.5MPa，承載力特征值60kPa～90kPa，土層性質(zhì)很不均勻，屬工程地質(zhì)性能差的中～高壓縮性土，后期必將存在固結(jié)沉降及不均勻沉降等問題，不能直接作為擬建車間的天然地基。車間若采用樁基礎(chǔ)，以場地下部的風(fēng)化巖層作為樁端持力層，頗有“殺雞用牛刀”之感，基礎(chǔ)造價高，經(jīng)濟(jì)合理性差，而且表部填土層會對樁體產(chǎn)生負(fù)摩擦力，使單樁提供的有效承載力大打折扣。

綜合各類基礎(chǔ)方案的施工經(jīng)驗(yàn)、適用條件和基礎(chǔ)造價等因素，該工程選擇壓密注漿地基處理方案，對場地表部的素填土層①進(jìn)行地基加固處理，調(diào)節(jié)填土層均勻性后作為車間的淺基礎(chǔ)持力層。

表1 巖土層設(shè)計參數(shù)

1.3 地基加固設(shè)計

場地表部的素填土層①的性質(zhì)很不均勻，不同地段的承載力特征值及壓縮模量差異很大。因此，該工程地基加固設(shè)計的主要目的是補(bǔ)強(qiáng)地基薄弱環(huán)節(jié)，調(diào)節(jié)地基均勻性，減少基礎(chǔ)不均勻沉降，控制柱基沉降量以及相鄰柱基的沉降差。

地基基礎(chǔ)設(shè)計時，對注漿加固處理后的素填土層①綜合取承載力特征值80kPa、壓縮模量4.0MPa，依此進(jìn)行車間基礎(chǔ)的布置與驗(yàn)算。車間采用鋼筋混凝土獨(dú)立基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋深取1.50m。

根據(jù)地基變形初步計算，該工程地基最終變形沉降量80%以上基本位于基礎(chǔ)底面以下約5m的深度范圍內(nèi)，5m深度之下的地基土層變形很小且承載力也能滿足要求，故該工程地基注漿加固深度確定為基底以下5m。同時，結(jié)合巖土層滲透性及有關(guān)要求，該工程注漿孔采用正方形布置，每注漿孔點(diǎn)間距取1.0m，每注漿孔點(diǎn)加固面積為1.0m2，最外側(cè)注漿孔位超出基礎(chǔ)底面邊緣0.5m。

另外，依據(jù)現(xiàn)場配比試驗(yàn)及地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，確定注漿材料配合比為水0.6∶水泥1.0∶粉煤灰0.8∶擴(kuò)散劑0.05∶凝固劑0.002，注漿水泥摻量為80.0kg/m，注漿壓力按0.2MPa～0.5MPa控制，采用二次注漿施工。

地基加固及基礎(chǔ)布置如圖2～圖3所示。

圖2 基礎(chǔ)下壓密注漿孔布置示意圖

圖3 基礎(chǔ)平面布置圖

1.4 地基驗(yàn)算

本文以柱下獨(dú)立基礎(chǔ)J-4為例，進(jìn)行地基承載力、基礎(chǔ)變形等方面的驗(yàn)算，J-4基礎(chǔ)的底面寬度b=4.40m(X方向)，長度l=4.60m(Y方向)。根據(jù)規(guī)范[1]，注漿加固處理后的地基土修正后的地基承載力特征值fa=97kPa。

1.4.1承載力驗(yàn)算

由結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件計算，相應(yīng)于作用的標(biāo)準(zhǔn)組合時，J-4基礎(chǔ)位置上部結(jié)構(gòu)傳至基礎(chǔ)頂面的豎向力Fk=1061kN，基礎(chǔ)自重和基礎(chǔ)上的土重Gk=614.7kN，作用于基礎(chǔ)底面的力矩值Mkx=189.6kN·m，Mky=127.2kN·m。

(1)軸心荷載作用下

(2)偏心荷載作用下

(3)雙向偏心荷載作用下

按以上方法對其它各獨(dú)立基礎(chǔ)進(jìn)行承載力驗(yàn)算，均滿足規(guī)范[1]要求。驗(yàn)算過程中，若局部承載力不能滿足要求，也可通過調(diào)整基底面積(尺寸)來調(diào)節(jié)基底壓力和抵抗矩，從而控制基底壓力值達(dá)到要求。

1.4.2基礎(chǔ)沉降變形驗(yàn)算

表2 沉降量計算過程表

按以上方法計算其它各獨(dú)立基礎(chǔ)位置地基最終變形量S的范圍值為45.6mm～57.0mm，滿足單層排架結(jié)構(gòu)柱基沉降量不大于120mm的要求。另外，車間柱距6.00m～16.50m，基礎(chǔ)沉降差57.0-45.6=11.4mm<0.002l=0.002×6000～0.002×16 500=12.0mm～33.0mm，相鄰柱基的沉降差也滿足要求。驗(yàn)算過程中，若局部沉降不能滿足要求，也可通過調(diào)整基底面積(尺寸)來調(diào)節(jié)基底附加壓力，從而減少地基沉降變形量，最終達(dá)到控制沉降及不均勻沉降的目的。

2 現(xiàn)場檢測

2.1 重型圓錐動力觸探試驗(yàn)

根據(jù)規(guī)范[2]，在地基注漿加固施工完成28d后，該工程采用重型圓錐動力觸探試驗(yàn)方法進(jìn)行加固地層的均勻性檢測，并進(jìn)行注漿前后對比。

該工程檢驗(yàn)點(diǎn)數(shù)量按不少于總注漿孔數(shù)3%控制，共隨機(jī)均勻抽選了108個注漿孔位測試點(diǎn)，同時在場地內(nèi)注漿孔以外選取了54個未注漿的天然地基測試點(diǎn)，分別進(jìn)行重型圓錐動力觸探試驗(yàn)(簡稱“動探”)檢測，檢測深度范圍均為1.5m～6.5m，每貫入10cm計一次擊數(shù)。

注漿前后的土層動探試驗(yàn)數(shù)據(jù)對比如表3所示。由表3可知，注漿后的動探擊數(shù)有一定程度增大，尤其最小擊數(shù)增大的幅度較大，且擊數(shù)的極差、變異系數(shù)縮小，說明地基土強(qiáng)度得到提高，薄弱地段得到補(bǔ)強(qiáng)，地基土均勻性得到較好改善。

表3 注漿前后的土層動探試驗(yàn)對比表

2.2 淺層平板載荷試驗(yàn)

在地基注漿加固施工完成28d后，采用淺層平板載荷試驗(yàn)檢驗(yàn)注漿加固處理后的地基承載力和變形參數(shù)。在現(xiàn)場內(nèi)隨機(jī)均勻抽選了5處注漿加固后的地基進(jìn)行淺層平板載荷試驗(yàn)，方形承壓板面積1.0m2，按設(shè)計要求最大試驗(yàn)荷載160kPa，p-s曲線均位于直線變形階段，試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

表4 載荷試驗(yàn)結(jié)果

由此可見，該工程壓密注漿加固后的地基土承載力特征值不小于80kPa，且根據(jù)變形模量與壓縮模量的關(guān)系[3]計算土的壓縮模量Es=4.7～6.2MPa>4.0MPa，滿足設(shè)計要求。

2.3 沉降觀測

該工程在車間角點(diǎn)及沿周邊每隔6m～12m，以及柱距大于 15m的內(nèi)部柱上共設(shè)置46點(diǎn)沉降觀測點(diǎn)。根據(jù)施工期及竣工后不間斷的連續(xù)觀測，目前各觀測點(diǎn)的總沉降量范圍值38.6mm～49.8mm，與設(shè)計計算值基本吻合，各柱基沉降量及相鄰柱基的沉降差均滿足規(guī)范[1]要求，截止目前車間運(yùn)行良好。

3 結(jié)論與建議

在高填方區(qū)，采用壓密注漿工藝對建筑場地表部的填土層進(jìn)行地基加固處理，地基強(qiáng)度會得到提高，尤其地基薄弱地段得到補(bǔ)強(qiáng)，能在很大程度上改善地基均勻性，滿足建筑物對地基承載力和變形要求。

填土地基處理是一項(xiàng)技術(shù)性很強(qiáng)的工作，只有在精心設(shè)計、精心施工的條件下，才能獲得高質(zhì)量的填土地基。大面積施工前，應(yīng)在場地代表性區(qū)域進(jìn)行相應(yīng)的現(xiàn)場試驗(yàn)或試驗(yàn)性施工，檢驗(yàn)設(shè)計參數(shù)和處理效果。施工時，必須進(jìn)行施工全過程的施工質(zhì)量監(jiān)測和質(zhì)量檢驗(yàn)。注漿檢驗(yàn)應(yīng)在注漿結(jié)束28d后進(jìn)行，沉降觀測應(yīng)觀測到建筑物沉降穩(wěn)定為止。

參考文獻(xiàn)

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