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岩土研究院

振冲法加固粘性土砂土互层地基

340 2022-04-22 09:25:57

工程概况

该建筑面积59000m²。主要车间厂房较高,结构形式复杂,对地基的承载力要求在180kPa 以上,对不均匀沉降较为敏感。

厂区上层土为第四纪河流堆积而成,勘察表明,基础荷载影响范围内的十为粘质粉土、粉质粘土、粘土及粉、细砂层,土层分布不均。变化较大。十质较软,承载力为100~120kPa.。对 15m 深度范围内的粉、细砂层及粘质粉土进行判断,不同程度地存在着地震液化的可能性。在这种复杂的地质条件下,经过多种地基处理方案比较,决定对全厂主要生产车间的地基来用振动水冲法进行处理。4.4.2工程地质条件

内蒙古陕坝糖厂位于狼山以南、黄河以北的河套平原,为河流冲积地貌,土质为第四纪冲积而成的粘性土层和粉细砂层,场地地形平坦,地势低洼,地下水位一般位于地表下0.5~1.5m。场地地震烈度为8 度。

场区内的土大致分为两类,上部8m左右为粘性土层,粘质粉士、粉质粘土和粘十呈交互层状分布,厚薄不一,分布无明显规律。下部为粉细砂层。32m. 钻孔仍未钻穿此层。各土层的承就力标准值分别为;粘质粉土层,100~120kPa;粘土、粉质粘土层、120~150kPa;粉砂、细砂层,100~150kPa。勘察范围内的饱和粘质粉土和粉砂、细砂层的液化深度一般在 8~13m 以内,个别地段到 15m。其液化程度多为中等。局部达到严重程度

土层主要物理力学指标见表4-8。

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设计计算

一、主要车间结构概况

动力车间∶钢筋混凝土框架、排架结构。21m钢屋架。厂房基础为十字交叉梁基础和条基,最大单柱荷载为5000kN,钢炉基础、汽轮机基础下为片筏形式。厂房基础基本满布,基础埋深在天然地面下 0.5m,占地面积为 3000m²左右。

制糖车间∶钢结构,单独柱基础,最大单柱荷载为 6000kN,柱网为6.0m×5.4m,厂房中间高两边低,下弦最高处为 28m。基础埋深0.5m,占地面积为3500m2²。

渗出车间;钢筋混凝土单层工业厂房,占地面积2500m2。

烟囱;60m 高砖烟肉。基础理深在天然地面下 2.0m。占地 200m2。各厂房平面位置参见图4-17。

二、地基加固方案

根据初勘资料,提出强夯、桩基和振冲法三个地基处理方案。强夯法由于加固深度不能满足,且对于粉质粘土这种处于流塑状态的土尚无把握,所以在未进行现场试夯之前不能随便使用。桩基是较为稳妥的方法。但具外理费用高。目工期长。也不官采用.

采用振动水冲法加固场地,能满足抗地震液化和提高地基承载力的要求。场址位于空旷平原上,排污容易,且加固深度内无卵石、砾石层等阻碍施工的土层存在,石料采集点离现场较近。有莉于振冲法的施工。 与前两种方法相比,振冲法谐价低、 工期省,能满足工程要求。另外,陕坝糖厂地质条件为上部粘性土、下部砂性土,且各层土厚薄不均、软硬不同,振冲法施工将通过填料的挤密过程和碎石桩柱体的排水性能,提高粘性土地基的承载力,减小建筑物的不均匀沉降,消除加固深度范围内粘质粉土和粉细砂土的液化。根据加固原理分析,采用碎石桩加固地基方案是合适的。

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三、布桩方案

通过试桩区碎石桩和天然地基的载荷试验表明,当碎石桩置换率达 22%时,本场地复合地基的承载力标准值为180kPa 以上,对于大面积加固的厂房区,由于振冲能量相互叠加的影响,厂房地区经加固后的地基承载力必然比试验区还高。通过计算可知,当置换率为 22%时,三角形布桩,桩间距为1.6m;正方形布桩,桩间距为1.5m。

制糖车间为框架柱基,布桩按柱基础型式进行。设计中考虑到基础尺寸不一,基础下布桩在满足置换率的前提下,间距上略有变化。布桩型式多为正方形,少量为梅花形。在各柱基础之间空隙处适当布置一部分碎石桩。

动力车间为十字交叉梁基础和条基,设备基础为片筏基础,厂房基础与设备基础间空隙处较少,碎石桩按满堂布置,选用三角形布桩。对于汽轮发电机基础,碎石桩间距改为1.4m;以减小振动力对地基的影响。

石灰窑乳化等车间厂房为条基,条基下按梅花型布桩,并尽量把桩布置在墙转角处和构造柱下,设备基础下按基础型式以正方形和梅花型布桩。

为满足抗地震液化,在部分基础下最外侧桩一半露出在基础外侧,起支承和排水双重作用。考虑到建筑物的重要程度,在基础外侧设置了一至两排保护桩,以期有效地发挥桩的作用。

按照建设单位意见,对主要车间如动力、制糖车间加固深度为基底下 10.0m,对其余车间,加固深度为基底下8.0m。

四、设计参数

(一)水压

成孔水压为 200~300kPa,成桩时将水压适当臧少,如遇障碍,可将成孔水压调至 500 ~600kPa。

(二)密实电流

据国内经验,使用 ZCQ-30型振冲器,密实电流的计算式为;

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相同的土层中,密实电流值大,成桩直径就大,密实电流值小,成桩直径就小。因此,设计提出在施工电流正常的情况下,成桩的密实电流值规定如下∶

1.桩底部密实电流值要求达到 55A 以上;

2.基础底面下 5m 范围内的密实电流值要达到60A 以上;3.上述两条中间部分成桩的密实电流达 50A 以上即可。

(三)回填料的选择

从制作振冲碎石桩抗液化的能力分析,要求填料具有良好的透水性,以保证地震荷载作用下土层中产生的超孔隙水压力能及时消散。设计规定∶填料选用 20~60mm 天然级配的卵石、碎石,含泥砂量不超过10%,且不得含有粘土块。

4.4.4 施工方法

一、施工顺序及工艺

振冲制桩的方法采用"排孔法",即从一端开始逐步制桩到另一端结束。动力车间由两台 ZCO—30 振冲器由南北两端同时向中间制桩。制糖车间按车间长方向安排打桩路线。以减少机具移位次数。

采用的碎石桩成桩工艺流程为∶定位→成孔-*清污→填料、振密→成桩→移位。经过现场载荷试验,采用这种施工工艺可以满足工程的要求。

二、质量控制措施

(一)水的控制

施工中通常将水压控制在 300kPa 左右,当遇到 七层较硬时,应适当加大水压使稠泥浆随水带出。

(二)电流的控制

电压要求控制在 380V,当现场工作电压低于 380V时,工作电流相应增加,电压越低,电流值越激增,以至会发生停机。电压值不同。达到同样电流值的桩填料量相差甚多,因此,解决的办法是提高变压器电压值,保证振冲器的控制台电压值达到要求。

(三)质量控制参数

振冲法成桩质量控制主要掌握的两个参数为∶成桩时振冲器的密实申流值和桩的石料灌入量。施工现场为可朔~教塑状杰的粘性十。目十层分布无规律。所以。试验时桩段的

碎石灌入量无明显规律,各桩灌料量相差较多,当域料量达规定值时的电流往往还很低。因此,当工作电压达到 380V时,以密实电流值作为施工质量控制标准。

4.4.5 质量检验

现场静载荷试验因其载荷板面积较小,仅能反映浅层地基土的变形特性,为了解碎石桩整个加固深度范围内土性变化情况,采用静力触探试验进行加固效果检验。

本场地有两层土系粘质粉土,在 8度地震力作用下有不同程度液化的可能,经过碎石桩加固后、这两层土均得到不同程度的挤密,平均贯入阻力在不同车间提高 90%~140%,其中动力车间为三角形布桩,桩距1.6m。三角形中心处挤密较为均匀,加固后比加固前提高 104%~140%;而制糖车间采用正方形布桩,桩距 1.5m,二者虽然置换率相近,但后者四桩间中心点处挤密稍差,平均贯人阻力提高 96%~125%。

动力车间、制糖车间静力触探试验结果整理见表 4-9。由表中数据可见,场地经过碎石桩加固后,桩间土得到挤密,承载力得到提高。

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技术经济效果

采用振冲法,仅用三个多月就将全厂主要车间地基加固工程全部完成,经检验结果完全达到设计加固要求。按打人式400mm×400mn 钢筋混凝土桩计算,打人深度 20m,综合单价 350元/m³;振冲碎石桩加固费用为160元/m³。用整个工程比较,总加固固积为9200m²时,振冲法与桩基方案相比,可节省地基处理费用59万元,间时还缩短了工期。

实践证明,采用振冲碎石桩加固粘质粉土和松散粉细砂土,既可提高地基承载力,又可消除地基液化的可能性,所以本工程地基加固方案在技术上是可行的,经济上是合理的,取得了良好的经济效果,今后可在类似土质条件下推广应用。


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