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岩土研究院

变截面振冲碎石桩加固淤泥砂土交互层厂房地基

331 2022-05-24 10:07:41

(一)工程地质概况

福州经济技术开发区交通路工业区建筑群由6座通用厂房组成,建设面积为3.8×10'm²,厂房为4~5层钢筋混凝土框架结构,有 24m 和18m 两种进深,厂房最长达132m。


本工程地处马尾地区近代淤积地带的7 度地震设防区。地质复杂,软弱。根据地质物探资料,场地自上而下土层分别为∶


(1)淤泥与细砂交互层。厚15m左右;表层为2.0m左右的饱和粘土,再下为淤泥,厚2~4m,再下又为饱和中细砂和中细砂夹淤泥∶淤泥天然含水量 v为56.22%。十字板不排水抗剪强度 S、为17.36~31.6kPa;细砂夹层饱和松散,Ne∶.;为6~19,静力触探g。为3.21 ~4.1MPa,在7度区地震力效应下为液化层,本场地未经处理不能作为建筑物的浅基持力层,场地表层土地基承载标准值 50~60kPa;


(2)淤泥层。厚达 22~45m,天然含水量达57.45%,此层土的先期固结压力见表7-51。


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(3)粘土层。土层相对较好,厚2.5~6.9m。


(4)风化的花岗岩层


由于场地土承载力比厂房设计对场地要求的95kPa的承载力小得多,且地表下15m范围内的饱和砂土在7度区地震力效应下又有很大的液化潜势,因而地基必须进行加固处理。


(二)地基处理方案

根据对多种地基处理方案的综合比较,认为堆载预压方案填土量大,除近期吹填中细砂外,还需大面积填土,因而除了土方来源受限制、运输需花费大量钱财外,预压周期也过长,不宜采用;预制桩方案则由于桩持力层太深,桩长需达45~50m左右,造价过高、工期也长,也不宜采用。最后决定采用振冲碎石桩方案,利用砂土交互层,通过振冲挤密和置换及提高上部结构刚度等综合治理措施,使传到下卧淤泥层的附加应力控制在下卧层土的先期固结压力范围内,同时消除地表下15m范围内土层的液化问题、提高场地土地基承载力并减小不均匀沉降。通过碎石桩的加固处理,要求达到如下效果∶


(1)地基承载力由50~60kPa提高到95kPa以上;


(2)增加加固层的整体刚度,使基底应力趋向均匀,减少沉降量和沉降差,控制总沉降量不超过300mm,沉降差在3‰以内;


(3)通过桩体的挤密和振冲器的预振作用,改变砂土的密实度,以解决场地土在地震力作用下的液化问题。


根据以上要求和地表下15m范围内砂、淤泥交互层的情况,考虑采用在垂直方向使用不同置换率的变截面桩,即保持桩距不变的情况下在不同强度的土层中采用不同的置换率以达到统一的加固要求。因此,本工程碎石桩桩距为1.64~1.7m,按等腰三角形交错排列,砂层内桩径0.8m,淤泥层内桩径为1.0m,置换率分别为20%和32%。加固深度以液化土层埋深而定,要求穿透砂、淤泥交互层,因而主加固桩长定为13.3m,保护桩为10m。实际施打碎石桩4983根(其中桩长13.3m,4203根,桩长10m,780根),加固面积13000m²。


为了解决1.7~2.5m高填土引起的附加沉降,设计上采用薄壁高粱整体架空大刚度基础,并考虑了上部结构与地基的共同工作,有效地调节建筑物长度大所引起的弯曲沉降。


(三)地基处理效果

为了检测地基加固效果和施工质量,在碎石桩施工前后,对桩间土作了标贯,静力触探、十字板剪切试验、2组3桩静载试验、22根碎石单桩静载试验和深层沉降双测试等。


1.复合地基试验

碎石桩施打结束后,分别在2号和4号厂房的场地上做了三桩复合地基静载试验。试验表明,经如固后,2号厂房处复合地基承载力基本值达133kPa,4号厂房处复合地基承载力基本值达96. 6kPa,均满足了地基加固的承载力设计要求。


2.单桩承载力

碎石桩承载力静载试验采用荷截板直径为 0.8m 的小型载荷板。试验表明。一般单桩承载力都能达到150kN 的单桩承载力设计值,最大单桩承载力标准值达 255kN,但部分由于施工密实度达不到要求,特别距桩顶2~3m∶处,密实度差,最低承载力只达到 66kN。造成部分桩体承载力较低的原因是该部分桩侧土体过软、约束桩的能力较差,在同样密实电流和留振时间下,形成的桩体密实度较差,承载力也就较低。对荷载试验达不到要求的桩体,在加垫层后再用 25t 振夯式碾压机碾压多次,以满足设计要求。


3.桩间土加固前后的抗液化性能

振冲加固后砂土层的标准贯入击数由加固前的6~19 击增加到11~24击,平均增加了1.33~1.92倍;静力触探比贯入阻力提高了1.45~1.88倍,满足了地震区抗液化的要求。剪切波速(图7-57)表明,土层抗震弱点区得到了明显的改善。


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4.淤泥夹层的十字板剪切试验

现场十字板剪切试验表明,在振冲碎石桩加固一个月后,由于碎石桩的排水作用。淤泥得到了较明显的固结,十字板剪切强度指标 S.由加固前的 24.69kPa增长到 45.32kPa。增长率达 80%左右,土体强度和压缩性都得到了明显地改善,复合地基的后期强度也将逐步得到提高。


(四)沉降观测


1.深层视降观测


在 2号、3号、6号楼埋设4个电磁式分层沉降标,理设深度为14m、18m、42m、44m 等,从施工基础开始就定期观测设在各十层的金属环沉降量。深层沉降观测表明,70%~80%的沉降量主要在 15m左右的加固层内,只有 20%~30%的沉降量反映在软弱下卧层,所以加固层的加固效果对整体沉降起关键性作用,沉降影响深度,大约在加固层宽度的1~1.1倍左右。


2.建筑物的沉降

厂房建成后,经 458天的76个观测点的沉降观测,单座厂房的平均最大沉降量185.69mm,沉降差小于 3%,均远远小于设计的控制指标。


原位试验和沉降观测结果表明,利用砂、淤泥交互层不同的强度和性质,进行变截面不同置换率的加固,可使不同压缩性的土层得到均匀的加固,使被加固层的刚度得到匀化,应力趋于均匀,从而达到减少沉降量和沉降差减小,承载力得以提高,见图 7-58。


本工程采用振冲碎石桩方案较预制混凝土桩方案节省投资120余万元,且大大缩短了地基加固周期,为甲方缩短了投资周期。