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5000T新型干法水泥生產(chǎn)線水泥廠，其主生產(chǎn)線上建（構(gòu)）筑物多為重型結(jié)構(gòu)，受力復(fù)雜-水泥生產(chǎn)線土建。該廠廠址緊靠長江大堤，地表上部覆蓋淤泥質(zhì)軟土，厚度達(dá)30m~35m，基巖埋置深度為40m~50m，其中還有相當(dāng)部分的場地是由河塘新近堆填而城，土質(zhì)情況更差。為了使基礎(chǔ)設(shè)計在既滿足工藝設(shè)備需要、結(jié)構(gòu)又安全可靠的前提下做到經(jīng)濟(jì)合理，我們對于使用要求負(fù)載形式及大小不同的結(jié)構(gòu)，根據(jù)實際情況，采用了不同的基礎(chǔ)設(shè)計方案和地基處理方案，現(xiàn)就不同方案的設(shè)計思想及工程實踐作一介紹。
1 嵌巖鉆孔灌注樁基礎(chǔ)
1.1 樁基類型的選擇
　　根據(jù)京陽廠場地的工程地質(zhì)特點，重負(fù)荷車間必須采用樁基礎(chǔ)，但選用何種樁型更加合理經(jīng)濟(jì)卻是值得探討的。目前常用的有鋼樁、打入式（或靜壓）鋼筋混凝土預(yù)制樁、鋼筋混凝土鉆孔（或沉管）灌注樁等幾種樁型。
　　施工角度看，鋼樁、鋼筋混凝土預(yù)制樁施工工藝較為簡單，加之制樁在地面進(jìn)行，其樁身質(zhì)量容易保證；而鉆孔灌注樁施工工藝相對較為復(fù)雜，清孔要求高，且樁身質(zhì)量不易控制。
但從本工程的結(jié)構(gòu)受力及地質(zhì)情況來看，以采用高承載力的大樁來承受較大的垂直及水平荷載較為理想。鋼樁及鋼筋混凝土預(yù)制樁因受打樁能力的限制，只能進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化巖層一定量，且樁斷面不易過大，故其單樁承載力不高。只有鉆孔灌注樁能取用較大直徑的斷面，并將樁端嵌入完整的中、微風(fēng)化巖層，獲得相當(dāng)高的單樁承載力。另外，從結(jié)構(gòu)設(shè)計的樁平面布置來看，對多數(shù)重載車間只能采用密集型的布樁方式，而打入式預(yù)制樁雖然在樁中心距上做了適當(dāng)?shù)目刂疲�但在大面積范圍內(nèi)布樁施打還是經(jīng)常出現(xiàn)后打樁將先打樁向外側(cè)或向上隆擠，從而將先打樁推斷或拉斷，因此，選用高承載力、少樁布樁方案明顯優(yōu)于低承載力、多樁數(shù)的布樁方案。
從經(jīng)濟(jì)比較來看，就本工程而言，由于打入式鋼樁、打入式鋼筋混凝土預(yù)制樁、沉管灌注樁等幾種樁型的單樁承載力不高，樁數(shù)明顯增多，故材料用量大，單價較高；而鉆孔灌注樁單樁承載力較高，樁數(shù)較少，材料用量相應(yīng)下降，且單價較低。綜上所述，可知鋼樁最貴，鋼筋混凝土預(yù)制樁其次，鉆孔灌注樁最便宜，且鉆孔灌注樁直徑越大越經(jīng)濟(jì)。以熟料、生料及水泥七座筒倉為例，當(dāng)采用大直徑鉆孔灌注樁時，基樁工程造價為1500萬元左右，而當(dāng)采用打入式鋼筋混凝土預(yù)制樁時工程造價則為2400萬元左右，二者相差900萬元。從全廠的樁基工程來看，按保守的方法計算，采用鉆孔灌注樁比采用打入式預(yù)制樁至少能節(jié)省費用2000萬元以上。通過各方面的分析比較，我們認(rèn)為，只要相應(yīng)采取一些技術(shù)及管理措施，克服鉆孔灌注樁施工的不利影響，京陽工程選用以大直徑鉆孔灌注樁為主的樁型是最優(yōu)化的設(shè)計選型。
1.2 樁基設(shè)計及承載力的確定
　　根據(jù)全廠建（構(gòu)）筑物的不同，我們分別采用了直徑為1.2m、1.0m、0.8m、0.6m的鉆孔灌注樁，其中大部分為φ1.2m的樁型。一般來說，單樁承力使用得越高，其經(jīng)濟(jì)效益就越好，而采用嵌巖灌注樁，通過嵌巖段的側(cè)阻力和樁端阻力來獲取較高的單樁承載力是良好的方法。但是，鉆孔灌注樁的主要缺點之一就是孔底沉渣清理困難，并且這一缺陷又直接導(dǎo)致樁端阻力的急驟下降，對這個問題怎么認(rèn)識，又何解決這一問題？讓我們先來分析一下嵌巖灌注樁的承載情況：嵌巖樁的垂直承載力由土的總側(cè)阻力、嵌巖段總側(cè)阻力及樁端阻力三部分組成，其荷載傳遞主要與樁的長徑比及嵌巖深度有關(guān)。對于粗短的嵌巖樁，在外荷載的作用下樁端阻力較樁側(cè)阻力先期發(fā)揮出來，且樁端阻力占承載力的主要部分，這是典型的端承樁；但對于京陽工程這種樁長徑比大于35的情況而言，在外荷載的作用下則是樁側(cè)阻力先于樁端阻力發(fā)揮出來，且以樁側(cè)阻力（包括樁側(cè)土層及嵌巖段的側(cè)阻力）占承載力的絕大部分，與摩擦型樁類似，而且當(dāng)嵌巖深度大于樁徑5倍時，其樁端阻力幾乎接近于零。因此，對于這種長徑比較大的嵌巖樁，除了設(shè)計上嚴(yán)格控制沉渣厚度、施工上采用較為較高的清渣工藝外，利用其嵌巖段側(cè)阻力大、端阻力小的特點設(shè)計上嚴(yán)格控制沉渣厚度、施工上采用較為較高的清渣工藝外，利用其嵌巖段側(cè)阻力大、端阻力小的特性，將嵌巖深度控制在一定范圍內(nèi)，則可以認(rèn)為孔底沉渣對承載力的影響是很小的，為此，對樁長徑比大于3.5、φ1.2m的樁型，我們將嵌入中等風(fēng)化巖的最大深度為5.2m(4.33D)，根據(jù)規(guī)范提供的估算公式，求得單樁垂直極限承載力為Quk=20692kN，其中樁側(cè)土層的側(cè)阻力占29.3%，嵌巖段側(cè)阻力占66.3%，而樁端阻力僅占4.4%。為了對估算的單樁承載力進(jìn)行驗證，以獲得真實的承載力，我們亦進(jìn)行了試樁，試樁結(jié)果見下表。
　樁 樁徑m 　樁長m 樁長 樁端嵌入中風(fēng) 單樁豎向極限 相應(yīng)沉降量mm
　號 　　　　　　　徑比　　化巖層厚度m 　承載力/kN
　S4 　1.2 　47.2 　39.3　 4.26 　　　　18278 　　29.4
　S5 　1.2 　44.2 　36.8 　5.25 　　　　20023 　　29.7
　　從表1可以看出，當(dāng)嵌巖深度小于5D時，這種長徑比大的樁，其承載力是隨嵌巖深度增加而增加的，也就是說靠嵌巖段側(cè)阻力的增加來提高承載力，而端阻力對承載力的影響卻很小，這種特性與我們的理論分析是一致的。
　　由于本場地土屬7度抗震設(shè)防區(qū)，且處于長江巖邊空曠地帶，其水平地震力或風(fēng)荷載產(chǎn)生的水平力都是不小的，而地基上部覆蓋層卻為很厚的淤泥質(zhì)軟土，相應(yīng)的地基土水平彈性抗力小，因此，采用大直徑的樁基來承受水平荷載，不但是必須的，且是經(jīng)濟(jì)的，相應(yīng)的地基土水平彈性抗力小，因此，采用大徑的樁基來承受水平荷載，不但是必須的，且是經(jīng)濟(jì)的，這也是我們考慮確定采用大直徑鉆孔樁的重要原因之一。單樁水平承載力估算則是根據(jù)樁與承臺及地基土共同工作的原理，利用樁本身的剛度和地基土的水平彈性抗力來求得的；水平承載力試樁時采用的是臨界荷載及樁頂水平變位的雙探標(biāo)準(zhǔn)，其結(jié)果與理論計算基本吻合。
1.3 嵌巖鉆孔灌注樁的施工工藝及收鉆標(biāo)準(zhǔn)的確定
　　根據(jù)不同的地質(zhì)情況確定合理的鉆進(jìn)工藝是鉆孔灌注樁施工的關(guān)鍵之一，目前有正循環(huán)及反循環(huán)兩大鉆進(jìn)工藝。采用正循環(huán)工藝施工時，護(hù)壁泥漿是由鉆孔中心的導(dǎo)管通過一定的壓力注入至孔底的，孔底泥漿在壓力作用下將沉渣向四周排擠并一同沿孔周壁不斷上返，因而對孔道壁產(chǎn)生一定的正壓力，對防止孔壁坍塌起到了積極的作用，但其對沉渣清理的效果不是太好。而反循環(huán)鉆進(jìn)工藝是利用泥漿池與孔口的高度落差，使護(hù)壁泥漿沿鉆孔四周流入孔道，再由孔中心的吸力泵通過導(dǎo)管將泥漿及沉渣一起抽出，形成循環(huán)�？妆谒闹艿哪酀{是由上而下流動，因而對孔壁產(chǎn)生一定的負(fù)壓力，特別是當(dāng)泥漿補(bǔ)給跟不上吸力泵的抽漿速度時，孔道內(nèi)泥漿面標(biāo)高急驟下降，孔道內(nèi)的部分高度形成了“空孔” ，孔壁上的負(fù)壓力值急率亦相對較小，而本工程的地質(zhì)特點昌：游泥質(zhì)軟土護(hù)壁困難，收鉆前樁端沉渣不易清理，但鉆進(jìn)時切削下的土、巖渣粒徑卻不大，無需提心二次破碎的問題。筆者經(jīng)過慎重的考慮，并與建設(shè)單位協(xié)商討論，確定了本工程采用以正循環(huán)工藝鉆進(jìn)，收鉆時以反循環(huán)吸力泵清理樁端沉渣的綜合施工工藝，并以是否具備按此工藝施工的能力作為招、投標(biāo)時的重要依據(jù)，從而保證了能夠較好解決孔壁坍塌、樁端沉渣清理困難的問題，為單樁高承載力的獲得奠定了基礎(chǔ)。

欲想工程樁達(dá)到試驗樁所測定的承載力，除了各個環(huán)節(jié)都要精心施工外，還有一個關(guān)健的因素，那就是大面積工程樁施工時的收鉆標(biāo)準(zhǔn)。因為嵌巖樁的關(guān)健在于嵌巖，而巖層起伏的變化，各勘探工程師對巖石風(fēng)化層的不同判別，都會對嵌巖的實際效果產(chǎn)生影響。因此，確定一個符合實際又便于操作的收鉆標(biāo)準(zhǔn)就顯得尤為重要，筆者根據(jù)大量的工程實踐，對嵌巖鉆孔灌注樁提出如下收鉆標(biāo)準(zhǔn)：
　　利用工程地質(zhì)勘察報告進(jìn)行查對判別。
　　將鉆孔反上的巖渣與工勘時所取巖樣及試樁收鉆時返上的巖渣進(jìn)行對比，由工勘工程師進(jìn)行驗槽，以確定是否達(dá)到試樁收鉆時的同一巖層。
　　用實際施工時的鉆進(jìn)時效（以某種速率進(jìn)尺了多少深度）與試樁收鉆進(jìn)時效進(jìn)行對比，但此時鉆機(jī)的型號、能力、鉆頭的磨損等情況必須與試樁時大致相同（當(dāng)進(jìn)入中風(fēng)化層時，筆者認(rèn)為應(yīng)使用牙輪鉆頭）。
　　與設(shè)計圖紙的要求進(jìn)行對比。
1.4 灌注樁樁身質(zhì)量及承載力的檢驗
　　如前所述，灌注樁樁身質(zhì)量較難控制，在施工過程中出現(xiàn)縮頸、斷樁、清孔不干凈的機(jī)率相對較大。因此，在成樁之后對樁的承載力及柱身質(zhì)量進(jìn)行檢驗是必不可少的，這一點是沒有疑問的，但對樁承載力的檢驗是采用靜載測試還是采用高應(yīng)變動測檢驗，卻是值得探討的�，F(xiàn)行規(guī)范規(guī)定，對單樁豎向承載力＞4000kN的基樁，其單樁承載力的的確定必須用靜載的方法來測定。但就京陽工程的具體情況看，直徑為1.2m的樁型單樁極限承載力高達(dá)20000kN，且施工場地遠(yuǎn)離城區(qū)，若采用靜荷堆載測樁法，則需租用20000kN的配重物運至施工場地；另一方面由于地表上層為淤泥質(zhì)軟土，要想保證20000kN的測樁平臺的穩(wěn)定，并控制平臺的沉降量，還需專門對軟土地基進(jìn)行必要的處理。這樣，單根樁的測試費用將達(dá)30萬元之多，且耗時很長；若采用靜力反錨測試方法，錨樁總的數(shù)量不少，由于受平面布置樁的限制，錨樁只能小部分采用工程樁，因而費用與堆載法相差不大，而且由于錨樁上拔量控制的要求很嚴(yán)，經(jīng)過反復(fù)論證和充分比較，決定適當(dāng)突破規(guī)范的規(guī)定，采用目前國際上比較通用且測試誤差較小由美國引進(jìn)的PDA樁基高應(yīng)變動測儀，選定測試技術(shù)、資質(zhì)、信譽(yù)好且做過大量動靜對比基礎(chǔ)工作的單位來進(jìn)行承載力的測試，但將規(guī)范規(guī)定的高應(yīng)變動測數(shù)量適當(dāng)提高。從已測試的情況看，效果很好，測樁費用比采用靜載法節(jié)省了200多萬元。但是，我們應(yīng)注意一點，PDA高應(yīng)變動力檢測是以垂錘打擊樁頂，同時采集距樁頂（1.5~3）D截面處的力（F）與速度（V）的時程曲線，通過CAPWAPC程序求解應(yīng)力波動和波動方程最終得到樁的極限承載力以及荷載與沉降的Q~S關(guān)系曲線。這種檢測方法僅當(dāng)樁身與土體發(fā)生一定量的相對位移時（一般一錘沉降達(dá)2mm~3mm即可），采集的數(shù)據(jù)才具準(zhǔn)確性。因此，樁頂?shù)腻N擊能量是一個控制因素，它隨樁承載力及樁徑的大小變化應(yīng)取用不同重量的錘頭及落錘高度，通常錘頭重量應(yīng)取樁自重的10%~30%或樁極限承載力的1%，落錘控制高度按V=2GH求得。
1.5 事故處理
　　在深基坑開挖過程中，由于適逢雨季，淤泥質(zhì)軟土的地表淺層含水量增大，加之施工方法不當(dāng)，造成土體滑移，將部分工程樁樁身推斷或使得樁頂位移過大。根據(jù)現(xiàn)場場的實際情況、工程進(jìn)度的要求、結(jié)構(gòu)受力的特點，在充分考慮了施工可行性的基礎(chǔ)上采取了適量重新加樁及對損壞樁進(jìn)行修復(fù)兩項措施，并且將樁承臺及承臺四周回填要求作一定的調(diào)整，獲得較好的效果。
2 大面積堆載下的地基處理（深層攪拌）
　　軟土地基上的大面積堆載，一般都會發(fā)生較大的豎向沉降，并伴隨著產(chǎn)生較大的水平推力，對靠近堆附近的樁體產(chǎn)生破壞性的影響。因此，對廠房及取料設(shè)備采用樁基礎(chǔ)的煤、粘土、石灰石三大均化堆場堆料面積下的軟土地基要慎重考慮。
　　為了做到既安全又經(jīng)濟(jì)，首先分析一下軟土地基的承載特性。由于基土的壓縮模量低、壓縮系數(shù)高，當(dāng)大面積堆載超過地基的允許承載力時，地基產(chǎn)生過大的壓縮變形，軟土層將形成一剪切滑動面，滑動面以上的土體將沿剪切滑動面向外、向上隆擠，并產(chǎn)生很大的側(cè)向水平推力；但當(dāng)堆載不超過地基的允許承載力時，軟土雖然產(chǎn)生一定的豎向沉降，但并不形成剪切滑動面，也就是說不會發(fā)生剪切破壞。此時地基土由于豎向沉降所產(chǎn)生的側(cè)向水平推力是有限的，對鄰近的樁基礎(chǔ)不會產(chǎn)生大的影響。因此對地面堆載不超過軟土基承載力的煤均化堆場，除了在地面做250mm厚的鋼筋混凝土板，板底鋪設(shè)300mm厚載不超過軟土地基承載力的煤均化堆場，除了地面做250mm厚的鋼筋混凝土板，板底鋪設(shè)300mm厚碎石層，用以適當(dāng)調(diào)整整個堆載面積內(nèi)地基土所承受的壓力均勻度，防止局部發(fā)生剪切破碎，減少沉降總量及不均沉降之外，對淤泥質(zhì)軟土地基就不必做任何處理了，由此而獲得的經(jīng)濟(jì)效益也是顯著的。但是，對于粘土、石灰石均化堆場，由于堆料荷載遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于地基土允許承載力，其最大料壓達(dá)250kN/m2，相應(yīng)的地基沉降量亦高達(dá)1535mm，所以必須對大面積堆料部分的軟土地基進(jìn)行處理，以防大面積堆載產(chǎn)生的巨大水平力將廠房及軌道的樁基礎(chǔ)推壞。就本工程而言，由于軟土地基含水量高，排水不易，且影響深度有限，因而強(qiáng)夯方案是不可取的；若采用換土夯實，則工程量太大、費用太高，亦不可��；而采取堆截預(yù)壓，結(jié)合一定的排水固結(jié)措施，雖說較經(jīng)濟(jì)，但所需時間太長，工期不充許；只有采用深層攪拌的方案，才是技術(shù)、工期都可行且又經(jīng)濟(jì)的。
　　深層攪拌是以水泥作為固化劑，利用特制的深層攪拌機(jī)械，在地基深處就地將軟土和水泥強(qiáng)制拌和，通過水泥與軟土之間產(chǎn)生的物理化--化學(xué)反應(yīng)，使混合后的土體硬結(jié)成具體整體性、水穩(wěn)定性和一定強(qiáng)度的地基。攪拌時所形成的水泥樁體是一種介于柔性樁與剛性之間的具有一定壓縮性的樁，它與樁間土一起組成復(fù)合地基承肥外部荷載，而對該復(fù)合地基強(qiáng)度及變形起主要控制作用的有攪拌樁的置換率、樁長度及水泥的摻入量三大因素，其中置換率是由堆載對復(fù)合地基承載力的要求所決定的；樁長則主要是由沉降和單樁承載力來控制的；而水泥摻入量則對樁身強(qiáng)度起控制作用。對于軟土層位厚，復(fù)合地基承載力要求高的區(qū)域，三大因素均取偏高值；反之，則取偏低值。對于大面積堆載的均化堆場，由于基本身對沉降并無控制要求，因此，在地基處理時只要控制堆料面積下地基土的沉降對廠房及軌道樁基不產(chǎn)生大的水平推力即可，這樣可以大大降低投資。理論研究及實測表明：三角形分布的大面積堆料由于地基沉降所產(chǎn)生的水平推力主要分布在地表以下1/3或1/4堆料底寬的高度范圍內(nèi)，內(nèi)要將該范圍內(nèi)的地基土壓縮變形減少到最低值，即可避免堆料對廠房及軌道樁基礎(chǔ)的不良影響。因此，在三大因素的定量設(shè)計時，我們主要考慮到最低值，即可避免堆料對廠房及軌道樁基礎(chǔ)的不良影響。因此，在三大因素的定量設(shè)計時，我們主要考慮以下兩個方面：①攪拌樁長度不小于堆載底寬的1/3~1/4。②地基土在堆載作用下不發(fā)生剪切破壞。經(jīng)過反復(fù)的計算、分析，將攪拌樁的置換率控制在12.7%~33.8%之間，樁長控制在11m~14m之間、水泥摻入量控制在10%~18%之間，使得淤泥質(zhì)軟土的地基承載力提高了2~3倍，沉降量減少了70%~85%，且剩余沉降絕大部分發(fā)生在復(fù)合地基的下層（復(fù)合地基本身的壓縮變形很小，僅為10mm~30mm），有效地降低了軟土地基在大面積堆載作用下產(chǎn)生的側(cè)向水平推力，從而在設(shè)計上保證了均化堆場廠房結(jié)構(gòu)及取料設(shè)備的正常使用。
　　這里要提醒大家注意的是：深層攪拌復(fù)合地基成敗的關(guān)鍵之一在于施工時水泥漿的注入量及水泥漿與軟土攪攔的均勻性，一般來說，水泥漿注入量越大、攪拌次數(shù)越多、越均勻其水泥土的強(qiáng)度就越高。因此，在采用定量泵輸送水泥漿的情況下，必須嚴(yán)格控制攪拌機(jī)鉆土下沉?xí)r間、噴漿提升速度以及復(fù)拌次數(shù)。只有這樣才能達(dá)到設(shè)計所要求的效果。
3 天然地基及換土碾壓夯實人工地基
　　對于基礎(chǔ)反力小于等于軟土地基承載力的建（構(gòu)）筑物，原則上采用天然地基，將基底放置在地層表面1m~2m厚的相對較好的“硬土”層上，但允許承載力應(yīng)按其下部的淤泥質(zhì)軟土取用，這樣對控制建筑物的總沉降及防上不均勻沉降大有好處。以“員工宿舍” 、“招待所”及“辦公樓”三樓建筑為例：各棟建筑物傳給地基的荷載與淤泥質(zhì)軟土的允許承載力大致相等，設(shè)計上將三棟建筑的基礎(chǔ)均放置在“硬土”層上，但施工時誤將“辦公樓”下的“硬土”層挖通，結(jié)果“辦公樓”的總沉降量及不均勻沉降明顯大于另外兩棟建筑。
　　對于基礎(chǔ)反力略高于軟土地基承載力的建（構(gòu)）筑物以及部分基礎(chǔ)反力雖然小于軟土地基承載力，但由于施工放坡開挖將“硬土”層挖通的建筑物，結(jié)合施工現(xiàn)場回填材料的具體情況，采用局部換填砂石分層碾壓的人工地基，將上部荷載擴(kuò)散傳遞，滿足了地基強(qiáng)度及變形的要求。

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