嚴家家，呂 梅，趙 東，吳 洋

(1.江蘇茂源勘測規(guī)劃設(shè)計有限公司，江蘇 儀征 211400；2.淮安市水利勘測設(shè)計研究院有限公司，江蘇 淮安 223000)

地基土承載力不足是影響工程建設(shè)的因素之一，針對這一類型地基土，若不采取相應(yīng)的處理措施，直接在其上修建建筑物，則極易出現(xiàn)較大規(guī)模的沉降變形、開裂等問題[1-2]。因此，為了保證工程的安全及使用年限，針對承載力不足的地基土采取相應(yīng)的治理措施是十分必要的。以此提高地基土的承載力，從而控制地基土的沉降變形，保證上部建筑物的安全使用。目前，針對承載力較低的地基土采用的處理方法主要包括：復(fù)合地基、樁基礎(chǔ)、強夯法等[3-5]。各種方法在工程實踐中均取得了較為成功的經(jīng)驗，但是，為了節(jié)約工程投資、保證工程質(zhì)量，針對不同的地質(zhì)情況需要采取不同的地基處理方法。數(shù)值模擬是巖土工程中較為常用的方法，在地基加固效果分析中也取得了較為成功的使用經(jīng)驗，具備建模速度快、計算結(jié)果較為可靠等優(yōu)勢[6-7]。研究主要結(jié)合排上圩泵站工程，對地基加固處理方案進行分析。

1 工程概況

原泵站設(shè)計方案無法滿足現(xiàn)狀排水需求，通過現(xiàn)場調(diào)查，采用異地擴建泵站的方案加以處理。新建泵站位于中山科技園生活配套區(qū)東側(cè)，官塘河右岸，距離官塘河入馬汊河河口450m。距離原泵站250m，緊鄰南京市江北防汛物資儲備基地。主要承擔(dān)園區(qū)的排澇任務(wù)，排水區(qū)面積約1.05km2，排水標(biāo)準按10a一遇設(shè)計暴雨計算。場地內(nèi)土層為：0A層雜填土，結(jié)構(gòu)松散，密實性和均勻性差，工程性質(zhì)差；1A層粉質(zhì)黏土，可塑，中壓縮性，工程性質(zhì)一般；1B層粉質(zhì)黏土，局部為深灰色泥炭質(zhì)土，軟塑，局部流塑，高壓縮性，工程性質(zhì)差；1B1層粉土，稍密，中壓縮性，工程性質(zhì)較差；1C層粉質(zhì)黏土，可塑，局部硬塑，中壓縮性，工程性質(zhì)較好；1D層粉質(zhì)黏土，可塑，中壓縮性，工程性質(zhì)一般。

2 地基處理方案

2.1 地基處理方案比選

擬建泵站根據(jù)其荷載及變形要求，天然地基難以滿足設(shè)計要求，擬考慮采用鉆孔灌注樁或深層攪拌樁處理。

2.1.1復(fù)合地基

根據(jù)野外鉆探揭露：3#孔6.8～7.4m，4#孔7.8～8.0m，5#孔8.7～9.1m，6#孔7.4～8.1m為深灰色泥炭質(zhì)土，夾大量腐植質(zhì)，因此本場地不宜采用深層攪拌樁，建議采用振動擠密碎石樁。

振動擠密碎石樁具有提高地基土的承載力和消除可液化土液化性的特點，缺點是施工時噪音大。

碎石樁樁長應(yīng)滿足處理后的地基變形量不超過建筑物的地基允許值并應(yīng)滿足軟弱下臥層承載力的要求。碎石樁加固深度可控制在10～15m，樁徑為φ500mm，樁距可按1.1～1.2m等邊三角形布置，置換率0.16～0.19，處理后的復(fù)合地基承載力一般可達130kPa以上。

當(dāng)復(fù)合地基不能滿足設(shè)計要求時可采用樁基礎(chǔ)。

2.1.2樁基

樁型、樁徑和樁端持力層。根據(jù)擬建場地工程地質(zhì)條件，結(jié)合建筑物荷重特點及周邊建筑經(jīng)驗，樁型可采用預(yù)制樁或鉆孔灌注樁。預(yù)制樁具有施工工期短、施工質(zhì)量較穩(wěn)定的特點，缺點是樁長不容易控制，會造成截樁。1C、1D層可作為樁端持力層。樁徑可選擇φ400、φ500mm等。進入持力層深度不宜小于2.0d。鉆孔灌注樁具有施工工藝成熟、可以克服地下硬巖土層和地下障礙物、樁徑大、單樁承載力高、樁長可根據(jù)持力層的埋深現(xiàn)場調(diào)節(jié)等優(yōu)點，缺點是施工周期長，孔內(nèi)殘渣不易控制，施工時泥漿易污染周圍環(huán)境。1C、1D層可作為樁端持力層。樁徑可選擇φ600、φ800mm等。進入持力層深度不宜小于2.0m。

2.1.3方案比選

適合本工程的方案較多，且根據(jù)巖土勘察報告，本場地不宜采用深層攪拌樁；預(yù)制樁施工機械較大，進場困難；鉆孔灌注樁方案具有施工過程噪音低、對周圍影響小、施工安全性好等諸多優(yōu)點，且處理效果好、地基沉降控制好、施工占地少，因此鉆孔灌注樁方案較適合本工程。

根據(jù)建筑物位置處土層分布及構(gòu)筑物地基承載要求，采用直徑0.6m的鉆孔灌注樁對泵(閘)室、扶壁擋墻2及閘門井進行處理，樁長12m。

2.2 地基計算

2.2.1單樁垂直極限承載力計算

Quk=U∑qstkli+qpkAp

(1)

(2)

Nk≤R

(3)

Nk≤1.2R

(4)

式中，Quk—單樁垂直極限承載力標(biāo)準值，kN；U—樁身截面周長，m；Qsik—單樁第i層土的極限側(cè)摩阻力標(biāo)準值，kPa；Li—樁身穿過第i層土的長度，m；Ap—樁身截面面積，m2；Qpk—單樁極限端阻力標(biāo)準值，kPa；K—安全系數(shù)，取為2；R、Ra—樁基豎向承載力特征值，kPa；Nk—荷載標(biāo)準組合軸心豎向作用力下，kPa，樁基的平均豎向力，kN。

2.2.2樁長確定

根據(jù)垂直極限承載力確定，按γ0Q≤Quk(γ0取1.0)計算。

2.2.3計算成果

計算成果見表1。

表1 主要建筑物樁基豎向承載力計算成果

從表1計算結(jié)果可知，樁基處理后均滿足規(guī)范要求。

3 加固效果分析

3.1 數(shù)值模擬模型建立

根據(jù)排上圩新建泵站地質(zhì)勘察成果資料可以得知，擬建泵站處的土層為：0A層雜填土、1A層粉質(zhì)黏土、1B層粉質(zhì)黏土、1B1層粉土、1C層粉質(zhì)黏土、1D層粉質(zhì)黏土。根據(jù)地質(zhì)鉆孔資料成果，以及計算樁長、樁間距、泵站規(guī)模及荷載等基本參數(shù)，建議數(shù)值模擬計算模型。分析采用鉆孔灌注樁加固后在上部泵站施工建設(shè)期間以及施工完成后的運行期間，地基的沉降變形情況以及應(yīng)力分布情況。計算模型如圖1所示，計算參數(shù)見表2。

圖1 FLAC數(shù)值模擬模型

表2 各土層力學(xué)參數(shù)

3.2 數(shù)值模擬計算結(jié)果分析

3.2.1沉降變形分析

鉆孔灌注樁和樁間土隨著施工過程和施工完成后的變形量如圖2所示。

圖2 沉降變形監(jiān)測結(jié)果

從圖2中可知，鉆孔灌注樁和樁間土沉降量均隨著上部泵站的施工而不斷增大，在泵站施工完成時達到最大值，在施工早期，沉降變形速率較大，當(dāng)上部泵站施工完成后，沉降變形量逐漸趨于穩(wěn)定。樁土之間的沉降差值在施工初期處于一個較小的水平，隨著不斷施工，樁土沉降差值不斷增大，在泵站施工完成時達到最大值，之后樁土沉降差值不斷縮小，主要原因是：施工初期荷載較小，樁土共同承擔(dān)上部荷載，之后荷載增大超過樁間土承載力時，樁間土的沉降變形量不斷增大，當(dāng)施工完成后，上部荷載趨于穩(wěn)定，樁間土固結(jié)沉降，承載力有所提升，樁土沉降差值不斷縮小。

3.2.2樁土應(yīng)力比分析

樁土應(yīng)力比是樁土承擔(dān)荷載差值的反應(yīng)。樁土應(yīng)力比隨施工過程的變化如圖3所示。

圖3 樁土應(yīng)力比

從圖3中可知，施工初期樁土應(yīng)力比較小，在整個施工期間，隨著上部荷載增大，樁土應(yīng)力比也不斷增大，在施工完成時達到最大值，之后樁土應(yīng)力比出現(xiàn)減小現(xiàn)象。施工過程中，上部泵站的荷載不斷增大，當(dāng)超過樁間土的承載力時，鉆孔灌注樁將承擔(dān)主要荷載，隨著上部荷載不斷施工，在施工完成時，樁土應(yīng)力比達到最大值。之后，隨著上部荷載的穩(wěn)定，樁間土的固結(jié)沉降和承載力提升，樁土應(yīng)力比出現(xiàn)減小趨勢。

4 結(jié)論

(1)排上圩泵站土層厚度大，承載力較低，無法承擔(dān)上部荷載。通過對比復(fù)合地基、預(yù)應(yīng)力管樁、鉆孔灌注樁等方案，采取鉆孔灌注樁具有施工簡便、適應(yīng)性強等優(yōu)勢。

(2)通過數(shù)值模擬分析，加固后的地基沉降量不大于40mm，上部荷載整體沉降量較小，滿足相關(guān)要求。

(3)樁土應(yīng)力比、樁土沉降差隨著上部泵站施工呈現(xiàn)動態(tài)變化，隨著施工進度，樁土應(yīng)力比、沉降差不斷增大，施工完成時達到最大值，之后出現(xiàn)減小趨勢。