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沿海地區軟土地基對基礎設計的影響

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  摘要:軟土地基在江蘇里下河平原、濱海平原和長江三角洲廣泛分布,蘇北沿海北部地區地質中也分布有較厚軟土,其對工程建設存在極大的危害性,處理不當,會引起建筑物(構筑物)過大變形或喪失穩定。本文結合工程實踐,對蘇北沿海北部地區存在軟土地基時的基礎形式進行了探討。

  關鍵詞:軟土地基 勘察 基礎設計

  近幾年,經濟的發展帶動了電力建設迅速發展,同時由于國家"西電東送"工程的實施,蘇北沿海地區新建了若干輸變電工程。由于該地區地質分布有含水量大、壓縮性高、承載能力低的軟土薄弱層,對工程基礎設計帶來極為不利的影響,稍微地質勘察不詳細或基礎設計形式不對,都可能引起建筑物(構筑物)的過大沉降、傾斜甚至倒塌。

  1、工程案例及原因分析

  案例一:在蘇北沿海地區新建某35kV變電所,主變容量31.5MVA,變壓器總重17000kg,主變基礎采用長5米,寬3.8米,厚0.6米的獨立基礎,內配Ф[email protected]雙層雙向鋼筋,基礎埋深1.5米,下設100厚C10混凝土墊層。就在主變就位后的第二天發現,主變基礎產生不均勻沉降,最大沉降達50mm,明顯不利于設備安全運行,基礎只得從新澆筑。新主變基礎在獨立基礎下布置了八根12米石灰樁進行地基處理,主變荷載由復合地基承擔;A澆筑養護成功后主變重新就位,安裝結束觀測至今發現沉降很小。

  案例二:同一地區,某在建220kV變電所,配電樓共二層,框架結構,基礎采用12米Ф500(壁厚80)預制管樁,承臺埋深2米,單樁設計承載力400kN.在靜壓樁時發現,樁達到設計標高時,壓力表讀數換算為樁承載力僅為300kN,而且樁最終貫入速度一直很快,這說明樁端未進入持力層,仍然處于軟土薄弱層中。經設計、勘察、監理、施工等單位多方協同論證,反復研究,確定接樁方案,在原來12米樁基礎上加接8米同型號管樁,后來做靜載試驗發現,20米樁能滿足設計要求。

  經分析研究,案例一工程主變基礎沉降過大是由于地質勘察不詳細引起的,勘察報告就沒能詳細反映該主變基礎下的軟土地基分布情況,由于潮汐對地下水位的影響,軟土在含水量高時極易壓縮變形,從而引起主變基礎過大沉降;案例二工程處地基存在9米厚的軟土層,由于設計上沒有高度重視軟土地基對樁基礎承載力的影響,導致樁設計不合格。

  2、軟土地基分布及地質特點

  軟土地基給工程上帶來的事故、缺陷很多,要減少軟土地基的危害,工程技術人員熟悉軟土的特性就顯得非常重要。所謂軟土是在靜水或緩慢的流水環境中沉積,經生物化學作用形成的飽和軟弱粘性土。中國建筑工業出版社出版的《工程地質手冊》稱軟土為"軟土是指天然含水量大、壓縮性高、承載能力低的一種軟塑到流塑狀態的粘性土,如淤泥、淤泥質土以及其他高壓縮性飽和粘性土、粉土等".特征指標也做了如下表述:當天然空隙比e大于1.5時,稱為淤泥;天然空隙比小于1.5而大于1.0時,稱為淤泥質土。

  幾千年來,蘇北地區由于黃河淤積和改道,大陸逐步東移,形成了以粉砂、粉土為主,中間夾以粉質粘土和淤泥質粉質粘土軟土的地貌。根據工程地質勘察報告發現,蘇北沿海地區海拔在1.5~4.5米之間,整個地面從東南向西北緩緩傾斜,軟土厚度從3米至14米,地下水位受大氣和潮汐影響,一般在0.5~1.5米之間。該地區地質分布土質的一些典型物理性質指標見下表。

  以上數據是經統計該地區幾個變電所工程地質勘察報告而來,從表中不難發現,作為軟土層的淤泥質粉質粘土埋深不深,但對不同的場地,該土土層厚度分布不均,這對建筑物和構筑物基礎設計提出了較高的要求。

  3、處理措施及設計對策

  3.1細心勘察,查清場地水文地質情況。

  擬建場地勘察評價很重要,如若勘測點布置過少,或只借鑒相鄰建筑物的地質資料,對建筑場地沒有進行認真勘察評價,提出的地質勘察報告不能真實反映場地條件,勘察資料不準確,結論不正確、建議不合理,就會給結構設計人員造成誤導。如淤泥質土、暗塘等沒有被發現,會使新建的建筑物和構筑物發生嚴重下陷、傾斜或開裂。

  沿海地區工程現場的地質、水文勘察調查宜包括下列內容:了解工程區的地形地貌特征、微地貌類型,地層成因類型、巖土性質、產狀與分布概況,不良地質現象概況,地下水類型和分布概況,區域穩定性和歷史地震背景和震情。查明海水的侵入范圍、咸水(包括現代海水和古代殘留海水)與淡水的分界面及其變化規律;潮汐對地下水動態的影響。只有認真研究地質資料,以數據說話,才能設計出切實可行的基礎方案。

  3.2認真研究、多方論證,確定最佳地基處理和基礎設計方案。

  蘇北沿海地區地質是由于黃河淤積和黃海沖積而成,地貌屬于淤泥質海岸,為我國淤泥質海岸分布最廣、最典型的地區之一。淤泥質軟土的存在對工程基礎設計提出了更高的要求。淤泥質軟土地基承載力低,壓縮性大的特點,不易滿足建筑物和構筑物地基設計要求,需進行地基處理。根據軟土地基處理的原理和作用,根據多年一些輸變電工程建設實踐,可以采取以下簡單易行、經濟效益較高的軟土處理方法。

 。1)、換土法

  此方法適用于淺層軟弱地基及不均勻地基的處理。當淤泥土層厚度在4m以內時,可采用挖除淤土層,換填砂土、灰土、粗砂、礫石、片石、卵石等辦法進行地基處理,換填淤泥土層,提高軟土地基強度,一般換填的厚度為30~100cm.換填土相對來說造價高,但可以節省工期。

 。2)、地基加固處理及樁基法

  當淤土層較厚,難以大面積進行深處理時,可采用打樁的辦法進行加固處理。當淤土層厚度小于5m時,宜打砂樁或石灰樁,通過吸水和排水來擠密淤土,使其孔隙比小于1,以達到一般地基要求;當淤土層厚度在5~7m時,宜打預制管樁至硬土層,設承載樁臺;當淤土層厚度在7~10m時,宜打灌注樁至硬土層,設承載樁臺;淤土層厚度在10m以上時,宜采用打懸浮樁的辦法,擠密淤土層并靠摩擦承載。

 。3)、優化基礎法

 、贁U大條基底面積,增設鋼筋混凝土基礎梁?蓪l形基礎淺埋,把基礎設置在地基表層的密實土層上,從而避開淤土層,適當設置鋼筋混凝土基礎梁,增大基礎的剛度,提高基礎的穩定性和抗變形的能力。

 、诓捎梅ぐ寤A或箱形基礎。對小型建筑物可采用擴大基礎底板的方法,如設計較薄的鋼筋混凝土底板。對大中型工程,可采用空箱底板,即在不增加建筑物造價的情況下,用加大底板高度、減輕底板自重的辦法來適應軟土地基要求。

 、鄄捎煤侠淼臉痘A。鉆孔灌注樁應用十分廣泛,但因屬隱蔽工程,成樁后質量檢查比較困難,且由于軟土的特殊性質,經常會出現一些縮徑、斷樁、樁身孔洞和"爛樁頭"等質量問題。在潮汐地區,沒有采取措施來穩定孔內水位,灌注砼時樁孔易坍孔,在該地區基礎設計時應少使用;預制樁的承載力由樁端承力和樁側摩擦力組成,由于軟土不易固化,降低了樁的側摩擦力,使樁在工程使用中不安全,因此該地區基礎設計時也應少使用。根據施工實例統計,沉管灌注樁基礎是沿海軟土地區好的基礎設計形式,樁設計承載力和施工成樁質量均好控制,對于沉管樁較能保證質量的樁長范圍為Φ400mm在16m以內,Φ500mm在18m以內較合適,樁距最好在4d左右。

  4、結語

  沒有牢靠的基礎,建筑物和構筑物的安全使用就無從談起。軟土地基的存在影響著基礎設計的形式,具體采用何種地基處理方案和基礎形式又與軟土埋深、層厚有關,只有對存在軟土地基的沿海場地地質詳細勘察,查清場地地形、地貌以及水文地質情況,精心設計,反復研究,認真進行沉降和穩定驗算,根據不同的工程性質和地質特征,比對方案,采取最佳處置辦法,才能設計出安全、合理、經濟的建筑物和構筑物基礎。

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