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        濱海人工吹填區(qū)地基處理方法探討

        2021-05-26 03:37:00馮安民
        科技經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊 2021年11期
        關(guān)鍵詞:施工

        馮安民

        (錦州玉帛鐵道勘察設(shè)計(jì)服務(wù)有限公司,遼寧 錦州 121017)

        1.工程概況

        該項(xiàng)目地位于盤錦市遼濱經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū),場(chǎng)地所處地貌單元屬遼東灣沿海區(qū),后經(jīng)吹填形成的場(chǎng)地,地形較平坦。根據(jù)鉆探揭示,場(chǎng)地勘察深度范圍內(nèi)的地層結(jié)構(gòu)由第四系全新統(tǒng)人工填筑層(Q4ml)、第四系全新統(tǒng)海陸交互相沉積地層(Q4mc)組成。地層多為飽和松散的粉細(xì)砂、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、軟塑~流塑的黏土等,壓縮性高,承載力低,工程性質(zhì)較差。按其時(shí)代、成因及工程地質(zhì)性質(zhì),劃分為如下工程地質(zhì)層:

        1.1 第四系全新統(tǒng)人工堆積層(Q4ml)

        ①1素填土(吹填土):灰褐色,主要由粉砂、細(xì)砂、淤泥質(zhì)土吹填形成,結(jié)構(gòu)松散,均勻性差。據(jù)調(diào)查,素填土(吹填土)沉積年限約4~5 年。層厚1.6~11.8m,層底高程-7.71~2.65m。

        ①2素填土:碎石由花崗巖破碎形成,可見最大塊徑120mm,碎石間隙內(nèi)充填黏性土及砂土。結(jié)構(gòu)松散。層厚0.6~3.2m,層底高程0.87~3.61m。

        1.2 第四系全新統(tǒng)海陸交互相沉積地層(Q4mc)

        ②淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土:黑灰色,流塑,稍有光澤,無(wú)搖振反應(yīng),干強(qiáng)度中等,韌性中等,含粉土及粉砂薄夾層,且局部夾層較多,近互層。層厚:0.6~5.3m,層底高程:-6.44~0.25m。

        ③粉質(zhì)黏土:灰褐色,灰黑色,含較多有機(jī)質(zhì)及貝殼碎片,有腥臭味,刀切面無(wú)光澤,干強(qiáng)度低,韌性低,無(wú)搖振反應(yīng),呈軟塑狀態(tài),含粉土及粉砂薄夾層,且局部夾層較多,近互層。為新進(jìn)沉積土。層厚:0.3~19.7m,層底高程:-21.38~-2.66m。

        ④粉砂:灰褐色,石英、長(zhǎng)石質(zhì),顆粒較均勻,磨圓度較好,充填較多黏性土、有機(jī)質(zhì)及貝殼碎片,多與黏性土互層分布。該層為新進(jìn)沉積土,飽和,松散-稍密狀態(tài)。該層分布不連續(xù),層厚:0.3~7.8 m,層底高程:-16.45~-3.68m。

        ⑤粉砂:灰褐色,石英、長(zhǎng)石質(zhì),顆粒較均勻,磨圓度較好,充填較多黏性土、有機(jī)質(zhì)及貝殼碎片,多與黏性土互層分布。該層為新進(jìn)沉積土,飽和,稍密狀態(tài)。該層分布不連續(xù),層厚:0.5~7.8 m,層底高程:-17.14~-11.56 m。

        ⑥粉砂:灰褐色,石英、長(zhǎng)石質(zhì),顆粒較均勻,磨圓度較好,充填少量黏性土,飽和,中密。該層分布連續(xù),層厚:0.4~5.7m,層底高程:-27.25~-14.67m。

        ⑦細(xì)砂:灰褐色,石英、長(zhǎng)石質(zhì),顆粒較均勻,磨圓度較好,充填少量黏性土,飽和,密實(shí)。該層分布連續(xù),層厚:0.5~12.7m,層底高程:-29.02~-18.80m。

        ⑧粉質(zhì)黏土:灰褐色,軟可塑~硬可塑,稍有光澤,無(wú)搖振反應(yīng),干強(qiáng)度中等,韌性中等。該層分布不連續(xù),層厚:0.2~4.3 m,層底高程:-32.16~-21.88m。

        ⑨細(xì)砂:灰褐色,石英、長(zhǎng)石質(zhì),顆粒較均勻,磨圓度較好,充填少量黏性土,飽和,密實(shí)。本次鉆探未鉆穿該層,最大揭露層厚52.8m。

        上述②淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、③粉質(zhì)黏土層以海相沉積為主,其它地層以海陸交互相為主。

        場(chǎng)地內(nèi)地下水位較高,且與海水連通,水力聯(lián)系密切,主要以海水滲透為主,其水位主要受海水潮汐控制。地下水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)具有中腐蝕性;對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋在干濕交替時(shí)有中腐蝕性;在長(zhǎng)期浸水作用時(shí)有微腐蝕性。場(chǎng)地抗震設(shè)防烈度為7 度,設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.15g,設(shè)計(jì)地震分組為第二組。建筑場(chǎng)地類別為Ⅲ類,設(shè)計(jì)特征周期為0.55s。

        2.地基處理方案

        2.1 場(chǎng)區(qū)處理分類

        場(chǎng)區(qū)待處理區(qū)域按功能主要分為三類:第一類場(chǎng)地包括室外地坪、綠化帶等不均勻沉降要求不嚴(yán)格及不需要消除液化沉陷的場(chǎng)地;第二類場(chǎng)地包括廠區(qū)道路、停車場(chǎng)、管溝帶、室內(nèi)地坪等需適當(dāng)控制沉降及部分消除液化沉陷的場(chǎng)地;第三類場(chǎng)地為荷載較大且沉降要求受控的鋁粉倉(cāng)庫(kù)、炭塊倉(cāng)庫(kù)、室內(nèi)中小型動(dòng)力設(shè)備等室內(nèi)地坪場(chǎng)地。

        2.2 場(chǎng)地地基處理原則

        Ⅰ類場(chǎng)地:地基處理后,改善地表以下2m 地基土的不均勻性,地基承載力特征值均不小于70kPa。

        Ⅱ類場(chǎng)地:地基處理后,部分消除吹填土的液化沉陷,液化等級(jí)由現(xiàn)在的嚴(yán)重提高至中等。改善地表以下4m 以內(nèi)的吹填土地基土的不均勻性,有效加固深度內(nèi)的吹填土地基承載力特征值均不小于100kPa,變形模量不小于6MPa。建立淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土豎向排水通道,加快排水固結(jié)進(jìn)程,適當(dāng)減小工后沉降。

        Ⅲ類場(chǎng)地:地基處理后,全部消除吹填土的液化沉陷,液化等級(jí)由現(xiàn)在的嚴(yán)重提高至輕微,可靠提高吹填土及地基土的均勻性。吹填土地基承載力特征值均不小于130kPa,變形模量不小于8MPa。建立淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土及粉質(zhì)黏土豎向排水通道,加快排水固結(jié)進(jìn)程,提高復(fù)合地基壓縮模量,滿足工后沉降要求。

        3.樁基設(shè)計(jì)參數(shù)的確定

        振沖碎石樁樁間距:根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》(JGJ79-2012)7.2.2 條第4 款1)規(guī)定,樁間距應(yīng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定,并應(yīng)符合下面規(guī)定:因處理深度較大,選用75KW 振沖器,布樁間距可采用1.5m~3.0m??紤]到場(chǎng)地處理深度地基土為素填土(吹填土)、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土壓縮模量小,地基處理后壓縮模量提高較大,應(yīng)采用較大的置換率才能滿足設(shè)計(jì)院關(guān)于沉降的要求。因處理范圍大,為節(jié)省工程造價(jià),為優(yōu)化地基處理設(shè)計(jì)提供依據(jù),采用較低置換率(較大的樁間距),本次振沖碎石樁的樁間距取1.6m、1.8m、2.0m。

        沉管砂石樁樁間距:根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》(JGJ79-2012)7.2.2 條第4 款2)規(guī)定,沉管砂石樁樁間距不宜大于砂石樁直徑的4.5 倍(4.5×0.4=1.8m),對(duì)松散的地基土,應(yīng)根據(jù)擠密后要求達(dá)到的孔隙比確定。根據(jù)場(chǎng)地填土原位測(cè)試成果判定,結(jié)合以往吹填土區(qū)域地基處理工程經(jīng)驗(yàn),當(dāng)要求沉管砂石樁振密消除或部分消除地基土液化時(shí),應(yīng)采用較小的樁間距,保證處理效果。故確定沉管砂石樁的樁間距取1.2m、1.3m、1.4m。

        4.施工情況

        4.1 施工設(shè)備投入

        本次地基處理施工共計(jì)組織施工設(shè)備4 臺(tái),包括強(qiáng)夯設(shè)備1 臺(tái),沉管砂石樁設(shè)備2 臺(tái),振沖碎石樁設(shè)備1 臺(tái),現(xiàn)場(chǎng)施工采用自發(fā)電。檢測(cè)設(shè)備包括載荷試驗(yàn)設(shè)備、土基回彈模量設(shè)備、標(biāo)貫(重型動(dòng)力觸探)試驗(yàn)采用機(jī)械提升自動(dòng)落錘標(biāo)貫(重型動(dòng)力觸探)設(shè)備及檢測(cè)試驗(yàn)成孔鉆探設(shè)備。

        4.2 強(qiáng)夯施工情況

        根據(jù)地基處理方案,本次強(qiáng)夯施工,夯擊能為1000kNm、1500kNm、2000kNm、2500kNm、3000kN,共計(jì)5 種。夯錘重量采用13t、22t,夯錘采用圓形,直徑2.4m。現(xiàn)場(chǎng)施工按強(qiáng)夯試驗(yàn)方案技術(shù)要求完成。強(qiáng)夯施工區(qū)塊平面布置圖,如下:

        根據(jù)強(qiáng)夯施工現(xiàn)場(chǎng)沉降測(cè)量統(tǒng)計(jì),夯擊能1000kNm 的平均夯沉量為0.75m;夯擊能1500kNm 的平均夯沉量為0.65m;夯擊能2000kNm 的平均夯沉量為0.85m;夯擊能2500kNm 的平均夯沉量為1.07m;夯擊能3000kNm 的平均夯沉量為1.00m。

        根據(jù)夯沉量統(tǒng)計(jì)sy7 區(qū)夯沉量較大,根據(jù)施工記錄,sy7 區(qū)施工時(shí)周圍地面發(fā)生隆起,經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)平均隆起高度400mm,統(tǒng)計(jì)夯沉量時(shí)第二遍點(diǎn)夯夯沉量較大,經(jīng)分析sy7 區(qū)第二遍點(diǎn)夯前降雨,受降雨影響,回填區(qū)受雨水浸泡,吹填層含水量增加,造成第二遍點(diǎn)夯夯沉量較大。

        4.3 沉管砂石樁施工情況

        根據(jù)地基處理試驗(yàn)方案,本次沉管砂石樁施工,沉管砂石樁的樁間距1.2m,1.3m,1.4m。樁徑為400mm,樁長(zhǎng)為8.8m,11.0m,13.8m?,F(xiàn)場(chǎng)施工按沉管砂石樁試驗(yàn)方案技術(shù)要求完成。沉管砂石樁施工區(qū)塊平面布置圖,如下:

        受回填區(qū)材料及強(qiáng)夯影響,沉管砂石樁施工時(shí)先將表層回填山皮石清除1 米,然后正常施工,終孔投料、砂石料振密、樁套管拔出等施工工序嚴(yán)格按照沉管砂石樁試驗(yàn)參數(shù),控制施工。正式施工前,在試樁時(shí),樁管提升過(guò)程中,樁尖自動(dòng)打開受到地層裹包影響,導(dǎo)致樁管內(nèi)的砂石流入孔內(nèi)受阻,經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)解決,施工時(shí)在樁尖上部安裝圓形套筒。有效解決投料問(wèn)題。沉管砂石樁施工結(jié)束后統(tǒng)一采用振動(dòng)碾碾壓2 遍處理。

        4.4 振沖碎石樁施工情況

        根據(jù)地基處理試驗(yàn)方案,本次振沖碎石樁施工,沉管砂石樁的樁間距1.6m,1.8m,2.0m。樁徑為800mm,樁長(zhǎng)為17.3m,23.0m?,F(xiàn)場(chǎng)施工按振沖碎石樁試驗(yàn)方案技術(shù)要求完成。施工情況如下:

        實(shí)際施工時(shí)經(jīng)過(guò)試樁,并參照地質(zhì)勘察鉆孔資料,設(shè)備的功效及我公司以往類似工程經(jīng)驗(yàn),最終施工樁長(zhǎng)為23.0m。本次振沖器采用75kW 振沖器,施工過(guò)程中成孔水壓按200-600kPa 控制,造孔速度平均1m/min。振沖器密實(shí)電流按75A-80A 控制。

        5.地基處理結(jié)論

        5.1 強(qiáng)夯地基處理

        綜合考慮造價(jià)、工期、施工工藝適用情況,強(qiáng)夯夯擊能在1000kNm~1500kNm 范圍時(shí),地表以下2m 地基土可得到改善,強(qiáng)夯處理后地基承載力特征值可滿足70Kpa 設(shè)計(jì)要求。可用于室外地坪、綠化帶等不均勻沉降要求不嚴(yán)格及不需要消除液化沉陷的場(chǎng)地。

        強(qiáng)夯夯擊能在2000kNm~3000kNm 范圍時(shí),地表以下4m地基土可得到改善,強(qiáng)夯處理后地基承載力特征值≥100Kpa,變形模量≥6MPa,土基回彈模量35.2~47.2MPa,平均值41.9MPa,可用于廠區(qū)道路、停車場(chǎng)、管溝帶、室內(nèi)地坪等需適當(dāng)控制沉降及部分消除液化沉陷的場(chǎng)地。局部根據(jù)設(shè)計(jì)具體要求,可選擇性使用沉管砂石樁。

        5.2 沉管砂石樁地基處理

        沉管砂石樁施工樁徑400mm,樁間距1.2m、1.3m、1.4m。樁長(zhǎng)8.8m、11.0m、13.8m。綜合考慮造價(jià)、工期、施工工藝適用情況,建議采用樁徑400mm,樁間距1.3m、1.4m。樁身材料的用量約為理論樁體的1.35。根據(jù)施工情況,沉管砂石樁施工前先鋪填一層山皮石作為施工作業(yè)面,回填厚度不小于1000mm。待沉管砂石樁施工完成后,在進(jìn)行表層碾壓或夯實(shí)處理。

        在廠區(qū)道路、停車場(chǎng)、管溝帶、室內(nèi)地坪等需適當(dāng)控制沉降及部分消除液化沉陷的場(chǎng)地適當(dāng)選取沉管砂石樁+強(qiáng)夯的地基處理方案。

        5.3 振沖碎石樁地基處理

        振沖碎石樁施工樁徑800mm,樁間距1.6m、1.8m、2.0m。樁長(zhǎng)17.3m、23.0m。綜合考慮造價(jià)、工期、施工工藝適用情況,采用樁徑800mm,樁間距1.8m、2.0m。樁身材料的用量約為理論樁體的1.34。

        在荷載較大且沉降要求受控的鋁粉倉(cāng)庫(kù)、炭塊倉(cāng)庫(kù)、室內(nèi)中小型動(dòng)力設(shè)備等室內(nèi)地坪場(chǎng)地采用振沖碎石樁+強(qiáng)夯的地基處理方案。

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