曹 杨

(中昊(大连)化工研究设计院有限公司，辽宁大连 116023)

经 验 交 流

南方某年产40万吨联碱项目基础设计探讨

曹 杨

(中昊(大连)化工研究设计院有限公司，辽宁大连 116023)

针对工程设计中遇到的软土地基，探讨了几种地基处理方法。并对施工细节做了具体要求。

联碱项目；基础设计；软土地基；地基处理；CFG

本公司承担了南方某碱厂年产40万t联碱项目的设计任务，该项目地处沿海回填地区，地质复杂，一般在此类条件下进行工程建设需要付出较多的成本。现以其中一大跨度库房(3跨×24 m，共72 m)为例，分析在基础方案选型上，如何从设计可靠和经济合理两方面取得平衡。

1 工程概况

拟建场地位于沿海滩涂。本项目围墙内占地面积为753 912 m2(1 132亩)，场地原为耕种荒地，地势相对平缓，现已人工填土整平。拟建场地岩土层由人工填土、冲淤积物和基岩风化带组成。该场地属于软土地基且地下水位高，覆盖层厚度大，为抗震不利地段，需要引起足够重视。

2 方案论证

根据详勘报告，地质情况描述：岩土层由人工填土、冲淤积物和基岩风化带组成，场地岩土层按其成因、力学强度不同可分为8个工程地质层，①-1素填土，①-2填粗砂，②粉质粘土，③淤泥质土，④粉质粘土，⑤凝灰岩残积粘性土，⑥全风化凝灰岩，⑦-1强风化凝灰岩(砂土状)，⑦-2强风化凝灰岩(碎块状)，⑧中风化凝灰岩。各地层分布很不均匀，起伏变化大。

场地上部地下水主要为赋存于①-2填粗砂层中孔隙潜水，水位一般位于地面下1 m左右，补给来源主要为大气降水，水位变幅受气候影响较大，年变幅约0.4～1.0 m；下部地下水主要为赋存于⑥全风化凝灰岩～⑧中风化凝灰岩层内孔隙裂隙承压水，水位变幅受气候影响不大。

地下水在长期浸水状态下对钢筋混凝土结构中的混凝土结构具有弱腐蚀性、对钢筋混凝土结构中的钢筋有微腐蚀性；场地土对钢筋混凝土结构中的混凝土结构具有弱腐蚀性、对钢筋有强腐蚀性。

①-2填粗砂层为液化土层，液化等级为中等液化，③淤泥质土层，厚度0.30～10.90 m, 顶面埋深0.50～5.80 m，标高为-2.72～3.35 m。

在制定结构设计初步方案时，预估该库房的单柱荷载在890 kN左右。结合浅层土层分布，认为会出现地基的抗剪强度不足以抵抗上部结构的恒载及活载产生的剪应力，且有可能产生不均匀的沉降，不适合作为直接的持力层使用。因此，我们认为应当进行地基加固或是直接采用深基础。其中，深基础指用各种形式的桩，将结构的上部荷载直接传递到深层良好的吃力层上，如采用本项目中其他高层厂房采用的PHC桩，具有承载力高，沉降小且施工速度快的优势，但相对的，也存在一定的不足，主要体现在成本高，只能处理柱下但不能处理库房内堆载等问题，因本库房的建筑面积达到了12 000 m2，选择基础方案显然也要考虑到经济性。因此，我们开始考虑地基处理的可能性。

一般来说，常用于软土地基的处理方法有强夯法、强夯置换法、换填法、预压法砂石桩法、水泥土搅拌法、高压旋喷桩法等。这些方法的共同特点是利用了天然土层的承载力，通过各种形式将原先软弱的地基置换挤密，形成复合土层，适当提高承载力及减小沉降。初步认为此类方式适合我们的处理要求，适应处理面积，同时因利用了天然土层，应当具有更好的经济效应。以下简要分析一下这几种方式，以便最终选型。

强夯法指的是为提高软弱地基的承载力，用重锤自一定高度下落夯击土层使地基迅速固结的方法。强夯对用于砂性土、非饱和粘性土与杂填土地基效果显著，但对本工程存在淤泥质土则效果欠佳。强夯置换法与强夯法类似，不适合采用。换填垫层法是挖除软弱地基土，采用砂石、粉质粘土、灰土、粉煤灰、矿渣等材料进行换填作为垫层的一种地基处理方法，通过换填软弱地基土的变形变成垫层地基的变形，因此能够减少地基的沉降。但本场地面积大，软弱土层厚，开挖及回填产生的土方量会非常大，从经济效益上看不合适。水泥土搅拌法即CFG桩，是一种可以用于大范围地基处理的方法。CFG桩由碎石、石屑、砂、粉煤灰掺水泥加水拌和，用各种成桩机械制成的可变强度桩。通过调整水泥掺量及配比，其强度等级在C15-C25之间变化，是介于刚性桩与柔性桩之间的一种桩型。CFG桩和桩间土一起，通过褥垫层形成CFG桩复合地基共同工作。CFG桩一般不用配筋，不用考虑地下水对钢筋的中等腐蚀作用并且还可利用工业废料粉煤灰和石屑作掺和料，也有很好的经济效益。综合了上部结构类型、荷载大小及使用要求、地层结构、地下水特性、环境情况等多方面因素，我们选用CFG桩作为本库房的地基处理方案。

3 受力分析

当CFG桩复合地基承受竖向荷载作用时，桩和桩间土变形小，由于基础下设置了一定厚度的垫层，桩体可以向上切入，伴随这一变化过程，垫层材料不断调整补充到桩间土上，以保证在任一荷载下桩和桩间土始终参与工作。桩和桩间土复合地基在上部竖向荷载作用下，桩间土受压后产生一定变形压缩，在一定程度提高了桩间土对桩体的约束力和抵抗力，从而提高了桩身的的侧摩阻力和侧向支撑，荷载呈现逐渐由桩承担的特点，随上部荷载继续增加，桩受的荷载同样增大，同时，桩间土的沉降也对桩体产生了负摩擦力。当两种荷载超过一定值时，桩体所承担的荷载达到其极限承载力，荷载向桩间土分流，桩土应力比趋于稳定，实现复合受力状态。实际上这也是采用CFG桩普遍经济效益较理想的主要原因——可实现桩土协同工作，充分利用原有软弱土的承载力。

4 施工中的注意事项

本工程采用桩径400 mm的CFG桩，桩间距大多在1.4～1.8 m，相应的置换率在0.038～0.065之间，要求的复合地基承载力特征值是=200 kPa(用于柱下)；=160 kPa(用于库房内地面堆载)。桩端持力层均为⑦-1 层强风化凝灰岩(砂土状)或 ⑦-2层强风化凝灰岩(碎石状)，桩端进入持力层1倍桩径。结合现场试桩结果，采用长螺旋管内泵压施工工艺，每盘料的搅拌时间不应小于60秒。混合料的塌落度控制在160～200 mm。为了减少钻杆摇动，钻进成孔应先慢后快，当钻杆芯管充满混合料后开始拔管，不得先拔管后泵送混合料，拔管速度控制在2～3 m/min。成桩过程需连续进行，应避免因后续供料慢而导致停机待料。在精确度方面，我们要求钻机桩位对中偏差不得大于30 mm。

图1 CFG桩位平面

图2 CFG桩及褥垫大样

5 检测及结果

软土地基处理后很重要的一项工作就是检测。通过一定的技术手段，先测确定桩自身的完整性，随后实测出局部的承载力，看能否达到设计要求。这里，我们采用了低应变检测，检测数量为总桩数的10%。

我们参与了库房堆载区了6根单桩低应变检测，3根单桩竖向抗压静载试验及3组单桩复合地基抗压承载力试验，试验成果如表1。

表1 单桩复合地基抗压承载力试验

表2 低应变试验

单桩复合地基承载力试验可知：

5#桩试验时每一级荷载按40 kPa加载，荷载加至400 kPa时，桩顶沉降量达到54.91 mm，承压板周围出现明显的隆起，桩土体系破坏，停止加载；经分析p-s曲线及s-lgt曲线可知，取360 kPa为极限荷载值。

6#桩试验时每一级荷载按40 kPa加载，荷载加至360 kPa时，桩顶沉降量达到52.45 mm，桩土体系破坏，停止加载；经分析p-s曲线及s-lgt曲线可知，取320 kPa为极限荷载值。

9#桩试验时每一级荷载按40 kPa加载，荷载加至400 kPa时，桩顶沉降量达到44.06 mm，承压板周围出现明显的隆起，桩土体系破坏，停止加载；经分析p-s曲线及s-lgt曲线可知，取360 kPa为极限荷载值。

综合分析得出该场地此桩型单桩复合地基承载力特征值不低于160 kPa。由于场地地质情况复杂，存在较大差异，我们在设计上部结构是对此桩型在本场地内竖向承载力特征值取低值，即160 kPa。

6 总 结

由上可见，本次设计对特定的建筑物(库房)采用了合适的地基处理方法。针对其荷载不大，建筑面积巨大的特点，采用CFG桩处理软弱地基，即满足设计要求，又取得了良好的经济效益。值得注意的是，本方法仍然具有一定的局限性，例如在受力分析上还处于半理论半经验的状态，这就要求我们充分重视试桩工作，合理留出安全余量。现该项目已投产运营数年，证明了我们设计的可靠、合理。

[1] JGJ79-2012 建筑地基处理技术规范[S]

[2] GB50202-2016 建筑地基基础工程施工质量验收规范[S]

[3] GB50007-2011 建筑地基基础设计规范 [S]

[4] 住房和城乡建设部工程质量安全监管司.全国民用建筑工程设计技术措施[M].北京：中国建筑标准设计研究院，2009

TU276.5

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1005-8370(2017)04-34-03

2017-05-31

曹杨(1986—)，男，汉族，浙江萧山人，本科学历。现任中昊(大连)化工研究设计院土建室主任。从事工业厂房及装置的结构设计。