场地地基（精选7篇）
场地地基 篇1
1 岩溶地基特点
岩溶地基是指以碳酸类岩石为地基持力层, 且岩体中存在岩溶现象, 这些可溶性岩石受水的溶解作用和伴随的机械作用形成诸如石芽、溶沟、溶槽、溶洞等地貌的地基。岩溶现象具有三大特点:一是发育的不均匀性;二是形态的复杂性;三是分布的隐蔽性。
贵州某水泥厂的场地就具有上述特点。前期地质勘察报告显示, 钻孔见洞隙率为53%, 属于岩溶强发育场地。一桩一孔超前钻结果也充分证实了该场地岩溶十分发育, 其中生料库钻孔见洞隙率达61%。水泥库等车间的天然地基开挖后, 岩面状如石林, 相邻几米远的高差可达6~7m, 汽轮机房车间开挖后岩层出现悬崖状, 这些都增加了设计施工难度。因此必须充分把握岩溶场地地基工程的特点并采取针对性措施。
2 勘察布孔原则
由于岩溶地基具有起伏不平、相邻岩面高差大的特点, 按一般场地的要求布孔难以查明其岩面埋深状况。该水泥厂石灰石预均化库中心地沟、窑中、汽轮机房等车间的地基开挖就说明了这一点。从地质报告得知, 这些车间的基岩面较浅, 设计地基基础采用天然地基, 持力层为基岩。但地基开挖后, 岩面埋深与地基报告严重不符。石灰石预均化库中心地沟超挖7m, 窑墩超挖5m, 汽轮机房半数基础超挖6m, 给基础施工带来了很大的难度及费用增加, 甚至还要修改设计。造成这种状况的主要原因还是布孔太少, 无法查明复杂的岩溶地貌。因此, 岩溶强发育地基的勘察布孔应区别于一般场地地基布孔, 建议按以下原则:
(1) 钻探孔应沿基础轴线布置, 重大车间一柱至少一孔。
(2) 窑墩、辊磨等较大面积的基础, 建议布置4~5孔。
(3) 筒仓环基等条形基础, 孔距宜控制在6m左右。
(4) 桩基应进行超前钻施工, 一桩至少一孔。当桩径大于1.2m时, 可视岩溶发育复杂程度适当加孔。
(5) 当发现可能存在较大溶洞时, 应在周边补孔, 以查明溶洞的形态特征。
3 天然地基与桩基的选择
当选择岩溶地基作为天然地基持力层时, 应谨慎对待。因为少量的钻探孔提供的基岩埋深难以反映整个车间基岩面全貌, 尤其当基础面积较大时, 这种岩面落差变化更加显著, 给天然地基基础施工带来较大困难。建议必要时增加钻探孔, 以查明岩面的分布特征, 当查明岩面落差较大、埋置偏深时, 应进行天然地基与桩基的方案比较。
4 桩基设计与施工中需注意的问题
4.1 施工前桩长的确定
施工前桩长一般按照超前钻孔的结果确定, 但应特别注意避免“一孔之见”, 要综合相邻钻孔的持力岩层深度, 尽量控制相邻桩底的高差在一倍桩间距范围内。在悬崖处时, 桩端扩散角内应均为连续稳定岩体, 必要时补孔, 以保证桩外有一定厚度的岩体。
值得注意的是, 超前钻布孔方案应随着超前钻施工进程进行调整。当已经完成的超前钻孔结果显示有悬崖、溶洞等情况时, 应在其周围补做超前钻孔, 查明悬崖、溶洞的具体状况。
4.2 短桩的设计措施
岩面高低起伏、落差很大, 岩面至承台底面的距离也就大小不一, 距离小的就形成了短桩。研究表明, 同一承台下, 桩长不同, 受力不同, 差别很大。短桩由于刚度大, 受力更加复杂, 承受更大的剪力等。由于短桩是天然形成的, 很难通过改变岩面来增加桩长, 所以设计中应采取增加桩基配筋的方法来提高短桩的结构附加承载能力。
4.3 施工中桩长的调整
由于桩径远大于超前钻孔直径, 因此超前钻的结果还不能完全反映桩径及周围岩石的情况。当出现桩端遇到裂隙或遇到严重倾斜岩层、溶洞减少或增加等情况, 除需要调整施工方法外, 还要对桩的长度进行调整。
桩长的调整, 不论是加长还是缩短, 都是以桩基施工纪录为新的依据, 所以, 应充分分析超前钻结果及桩基施工纪录, 并作出新的判断。为安全起见, 一般采用保守的原则, 增加桩端入岩深度或其他位置的桩周与岩石有一定长度的嵌岩段, 将桩周与岩石的摩阻力作为安全储备。
4.4 施工中的问题与处理
岩溶地基桩基施工, 对于大直径一般采用冲击钻, 对于小直径宜采用旋转钻。由于岩溶的复杂性, 施工中常会遇到一些问题, 其处理方法及注意事项见表1。
某杂填土场地地基勘探评价 篇2
随着改革开放和现代化建设的不断深入,为充分利用土地资源,往往新的建筑物需在含有大量建筑垃圾、工业废料或城市生活垃圾等的杂填土上形成。
当杂填土均匀性和密实度较好时在采取加强基础及上部结构刚度的措施后可作为一般建筑物的天然地基持力层。因此确定拟建建筑场地杂填土的地基承载力对工程设计及施工期间地基处理技术方案的确定是十分必要的。
拟建某工程为地上3层建筑,东西向轴线长36.95 m,南北向长为16.1 m,建筑高度14.15 m。建筑场地为存厚层杂填土填埋的废弃船坞。由于建筑物较小,拟直接置于杂填土上。
1 专项勘察
在专项勘探前进行了场地访问和调查,了解到拟建工程场地原为苏州河畔船坞所在地,现已被回填,而本工程建筑物完全位于船坞区域范围内。下部回填物多为碎砖石、混凝土块、抛石等杂物,成分复杂,据此,结合工程设计要求,拟采用现场超重型动力触探和载荷试验勘察方案。沿拟建构筑物条基方向按网格状布置18个超重型动力触探孔,孔距仅为5 m～8 m,以控制杂填土回填区分布的复杂性;同时在场地内布置两组天然地基静载荷试验。
1.1 超重型动力触探试验
本次试验采用自动落锤装置,锤重120 kg,落距100 cm。每贯入10 cm记录其相应的锤击数N120。
通过分析综合确定该场地内混凝土地坪下杂填土上部1.0 m深度范围内,由于动探值离散性δ较大,均匀性较差,动探N120平均击数为2.2击;在1.0 m～4.0 m深度范围内土质较均匀,动探N120平均击数为1.5击,一般为1击;4.0 m～5.0 m深度范围内局部存在抛石等硬物,动探值离散性δ较大,均匀性较差。
根据超重型动力触探成果数据,综合判断结论如下:
1)原船坞底板估计埋深在5 m;
2)拟建场地在4 m深度范围杂填土土质较均匀,可作为载荷试验提供压缩模量Es的依据。
1.2 静载荷试验
由于拟建场地在4 m深度范围杂填土土质较均匀,确保了静载荷试验的有效性。
本次静载荷试验采用慢速维持荷载法。载荷板选用面积为0.5 m2的正方形刚性板,根据设计要求,最大加载为100 kN。
本次试验以满足“累计沉降量已大于载荷板宽度的10%”条件而终止加载,其中对试验点2进行了卸载试验。本次试验采用以下两条天然地基极限承载力的确定条件:
1)在Q—s曲线上取第二拐点所对应的荷载;
2)在s—lgt曲线上取曲线尾部明显向下曲折的前一级所对应的荷载。
各试验点静载试验曲线见图1,图2。
根据天然地基静载试验曲线图,依据上海市工程建设规范DGJ 08-37-2002岩土工程勘察规范、DGJ 08-11-1999地基基础设计规范和GB 50007-2002建筑地基基础设计规范的有关规定,结论见表1。
综合确定该场地内同一条件下天然地基极限承载力标准值为120 kPa,地基承载力特征值为60 kPa。
2 地基沉降估算
根据该场地静载试验曲线图,采用荷载30 kN时两个试验点的累积沉降量分别为8.73 mm,9.67 mm,依据GB 50021-2001岩土工程勘察规范(2009年版),计算变形模量E0。
杂填土层载荷试验的变形模量E0(MPa),按下式计算:
E0=I0·(1-μ2)·pd/s。
其中,I0为刚性承压板的形状系数;μ为土的泊松比;d为承压板直径或边长,m;p为Q—s曲线线性段压力,kPa;s为与p对应的沉降量,mm。
注:1)fk=2×fak;2)fak=0.8×fd
压缩模量Es(MPa)可根据Es=E0/[1-2μ2/(1-μ)]计算,结果见表2。
根据表2建议该场地的杂填土层压缩模量Es=4.50 MPa。
3 杂填土层承载力及均匀性评价
1)该场地下部可能存在抛石等硬物,局部均匀性差。 但在本场地基础底面埋置深度附近杂填土土性尚均匀,清除上部碎石等杂物及建筑垃圾,并碾压密实可作为天然地基持力层。2)该场地杂填土天然地基极限承载力标准值为120 kPa,地基承载力特征值为60 kPa,假定基础埋深1.5 m,地基承载力设计值为75 kPa。由于设计要求天然地基承载力特征值为80 kPa,现场地不能满足天然地基设计要求,故需对场地进行地基处理。
注:I0取0.886,d取0.707 m
4 结语
杂填土地基一般需要人工处理才能作为构筑物地基。为了尽可能采用浅基础设计方案,建议本工程对场地采用换填处理或注浆处理,以提高杂填土层的承载力,同时增加基础刚度以协调变形,减少不均匀沉降,可以达到良好的工程效果。
参考文献
[1]戴韶生,刘志明.城市杂填土土工特性的研究及常用地基处理方法[J].探矿工程,2002(5):20-21.
[2]杨定国,吴瑞潜,王秋苹.杂填土地基的评价与利用[J].绍兴文理学院学报,2005,25(8):68-71.
场地地基 篇3
浅层分布的松散饱和砂土和粉土受到地震震源处传来的地震波作用, 使得饱和砂土和粉土中孔隙水压力骤然上升, 而在地震过程的短暂时间内, 骤然上升的孔隙水压力来不及消散, 这就使得原来的砂粒或土颗粒通过其接触点所传递的压力减小。当有效压力完全消失时, 砂土层或粉土层会完全丧失抗剪强度和承载能力, 变成像液体一样的状态, 这就是通常所称的砂土或粉土液化现象。
地震液化最常见的表现是地表出现“喷水冒砂”现象, 从而形成场区地表的不均匀沉降, 造成建筑物沉降或不均匀沉陷、倾斜、倾倒、倒塌, 以及埋置的罐体、管道、空腔埋置结构的上浮破坏等震害。或者由于液化土层上方坡度较大等地形原因, 以及液化土层厚度差异较大分布等, 而引起灾难性的场地破坏———流滑发生。
2 地震液化产生的条件及判定
2.1 地震液化产生的条件
地震液化的内因条件指:砂土或少粘性土 (粉土、轻壤土) , 土的粒径与级配不均匀, 土的密实程度低, 土的上覆压力和侧压力较小, 是产生地震液化的内因条件。反之粘性土、密实的砂土, 埋深 (或地应力) 较大则不易或不产生地震液化。
地震液化的外因条件指:饱和的砂土或粉土、地震的地震波作用。干燥状态受地震的地震波作用会变得更加紧密~趋密, 如果地震烈度小于6度, 也认为不发生地震液化。
所以容易产生地震液化的场区多为河漫滩、河流阶地、沟谷、冲积平原、海滨等含水的砂土层, 且形成地质年代较新、密实度较低的砂土地层。
2.2 地震液化场地判定
岩土工程勘察要求进行地震液化的判别, 当存在饱和砂土和粉土 (不含黄土) 的地基, 除6度设防外, 应进行液化判别。并在《建筑抗震设计规范》中注明可初步判别不液化或可不考虑液化影响的标准。
当初步判别认为需要进一步进行液化判别时, 采用标准贯入试验判别法判别地面以下15 m深度范围内的液化;采用桩基或埋深大于5.0 m的深基础时, 尚应判别15 m~20 m范围内的液化。当饱和土标准贯入锤击数 (未经杆长修正) 小于液化判别标准贯入锤击数临界值时, 应判别为液化土。
对存在液化土层的地基, 应探明各液化土层深度和厚度, 并计算每个钻孔的液化指数, 按照《建筑抗震设计规范》相关要求综合划分地基的液化等级。液化等级依据地面喷水冒砂情况及对建筑的危害程度分为轻微、中等、严重三个等级。
3 抗震液化措施
场地土饱水和地震的发生往往是人力无法改变的。但液化土有两个显著特征:一个是“少粘性”的粉土或“无粘性”的砂土, 另一个是密实度差, 多处于“松散”状态。因此, 治理液化措施也就有了明确的方向。
采用桩基或深基础伸入或置于下伏稳定土层中。
采用加密法进行加固, 常用的有振冲、振动加密、挤密碎石桩、强夯等。
采用非液化土替换全部液化土层。
采用化学的固结方法, 使土层胶结或者变得密实。
采用围堵或覆压的措施, 使土层达到不产生液化的效果。
采用减轻液化影响的基础和上部结构措施。
振冲挤密碎石桩是处理液化地基的常用措施。
1) 通过振冲碎石桩的施工对松散砂土和粉土地基起到了如下作用:a.挤密作用。用过振动成孔, 沉入桩管对周围的土层产生了很大的横向挤压力, 与桩管等体积的土挤向桩管周围, 使得桩管周围土层孔隙比减小, 密实度增加, 干密度和内摩擦角增大, 提高地基承载力, 同时, 抗液化性能得到改善。b.振密作用。沉管挤密碎石桩施工时, 沉管特别是振动能量以波的形式在地基土中传播, 引起桩的四周土体振动, 在挤压和振动作用下, 土的结构逐渐破坏, 孔隙水压力逐渐增大。使土层由较松散的状态变为密实状态。而孔隙水压力进一步增大, 达到大于主应力值时, 土体开始液化成流体状, 遇排水通道 (碎石桩) 水就沿着碎石桩排水, 随着孔隙水压力消散, 土粒重新排列、固结, 形成新的结构。由于孔隙水排出, 土体孔隙比降低、密实度提高。c.抗液化作用。在碎石桩成孔和挤密碎石桩体的过程中, 一方面, 桩周土在水平和垂直振动力作用下产生径向和竖向位移, 使桩周土体密实度增加, 另一方面, 土体在反复振动作用下, 产生液化, 液化后土体颗粒在上覆土压力、重力、填料挤压力作用下, 重新排列组合, 形成更加密实的状态, 从而提高了桩间土的抗剪强度和抗液化能力。d.抗震作用。表现为碎石桩体减振作用和桩间土预振作用。由于碎石桩体强度远大于桩间土强度, 在荷载作用下, 应力集中于桩体, 减小了桩间土的剪应力。由于碎石桩施工过程中往复振动作用下, 地基土局部产生液化, 达到地基土的预振作用。e.排水通道作用。碎石是透水材料, 碎石桩成为良好的排水通道, 可使超孔隙水压力加速消散, 使孔隙水压力的增长和消散同时发生, 降低孔隙水压力上升幅度, 从而提高地基土的抗液化能力。
2) 液化地基处理。液化地基往往也是软土地基, 天然地基具有承载力低的特点。因此, 地基处理在达到消除液化或降低液化等级的同时, 还需要同时达到提高地基承载能力、减小变形的目的。因此, 根据建筑抗震设防类别、建筑物对地基承载力和变形的不同要求, 采取相应的处理措施。如碎石桩、碎石桩+搅拌桩、碎石桩+CFG桩、碎石桩+管桩等不同的处理措施。
4 工程实例
4.1 工程概况
太原市清徐县某住宅小区, 工程场地位于清徐县孔村北面, 西邻914县道, 清徐县位于晋中盆地西北部, 为汾河一级河流阶地地貌单元。规划总建筑面积39.626万m2, 拟建场地内的建筑物有8栋高层住宅楼, 72栋6层住宅楼, 1栋5层办公楼, 1栋3层幼儿园及临街商铺 (1层~3层) 。清徐设防烈度为8度。
1) 工程地质概况。根据勘察报告可知:拟建场地土为中软土, 建筑场地类别为Ⅲ类, 设计特征周期为0.45 s;场地主要地层如表1所示。
拟建建筑场地液化土层最大深度14.0 m, 第 (2) 层饱和粉土承载力较低, 仅为80 k Pa; (2) -1层粉质粘土层, 虽不具液化, 由于该层土承载力特征值仅为90 k Pa, 故须考虑其地基震陷的影响; (3) 层粉砂层承载能力为150 k Pa; (4) 层粉土及以下为第四系晚更新统 (Q3) 土层, 无液化且承载力较高。
勘察深度范围内均揭露地下水, 地下水类型为潜水, 勘察时间为2014年7月~11月, 丰水期地下水位埋深为1.2 m~2.9 m, 水位标高介于760.96 m~758.75 m;平水期地下水位埋深为1.5 m~3.5 m, 水位标高介于760.85 m~759.81 m。丰水期、平水期水位的最大变化幅度为1.06 m。
根据勘察报告显示, 该场区分为轻微液化、中等液化、严重液化三个不同的区域, 液化区域分布如图1所示。
2) 地基处理要求见表2。
4.2 方案设计
根据场区条件, 采用挤密碎石桩降低或消除液化, 高层住宅采用碎石桩+CFG桩进行地基处理, 同时提高建筑基底持力层的地基承载力。设计桩径0.4 m~0.5 m, 正三角形布置, 桩距1.05 m~1.1 m, 桩长12.0 m, 碎石桩采用振冲沉管挤密工艺, CFG桩采用长螺旋成孔工艺, 并在场区选择四个区域进行试验。
拟建场区按液化土层厚度确定四个试桩区, 全部消除地基的液化, 则Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ区 (中等液化及严重液化区域) 处理厚度自现地面起算不小于12 m, Ⅳ区 (轻微液化区域) 处理厚度自现地面起算不小于10 m。
k Pa
试桩正三角形布桩, 每个区域分为2组均以1.0 m和1.15 m两种桩间距布设, 桩径为0.4 m和0.5 m, 共分8组进行试桩, 每组试打68根桩。振动沉管工艺, 桩管直径377 mm, 桩体材料可用含泥量不大于5%的碎石、砾砂或石屑等硬质材料, 最大粒径不宜大于50 mm, 砂∶石=3∶7 (体积比) 。桩顶和基础之间宜铺设厚度为300 mm的砂石垫层, 其夯填度不应大于0.9。由于上覆砂石重量不足, 成桩后桩顶1.5 m左右的范围内桩身较松散, 因此, 应注意对褥垫层底部桩顶进行大吨位碾压。
施工时应控制填砂石量、提升高度和速度、挤压次数和时间、电机的工作电流等。施工中应选用能顺利出料和有效挤压桩孔内砂石料的桩尖结构。当采用活瓣桩靴时, 宜选用尖锥形;一次性桩尖可采用混凝土锥形桩尖。砂石桩桩孔内材料填料量, 通过现场试验确定, 桩径0.4 m充盈系数不小于1.05, 桩径0.5 m充盈系数不小于1.65。
4.3 效果分析
成桩14 d后检测结果, 采用振动沉管挤密碎石桩, 当桩径0.4 m、桩距1.0 m时, 处理后地基承载力特征值为107 k Pa;当采用振动沉管挤密碎石桩桩径0.5 m、桩距1.15 m处理后地基承载力特征值为120 k Pa。采用以上方式进行地基处理后地基土液化等级可消除至轻微~中等。
因工程延缓, 于成桩140 d后, 第二次进行了碎石桩复合地基检测, 并只检测了试桩挤密碎石桩桩间距1.00 m, 桩径为0.4 m的试桩区, 检测成果复合地基的承载力特征值达到162 k Pa, 地基土液化基本消除。液化判定结果汇总表见表3。
因此, 采用碎石桩复合地基达到消除液化并提高地基承载力目的, 本次设计要求先将场地回填砂卵石, 而后再施工碎石桩。本设计方案碎石桩满足承载力及沉降变形要求。
4.4 成片施工
一期开工C区12栋楼, 设计均采用桩间距为1.10 m, 桩径为0.4 m, 正三角形布置, 根据计算在严重液化区域有效桩长为12.0 m, 在中等液化区域有效桩长为11.0 m。建筑物地段地基处理范围为每边基础外扩6.5 m。相邻2栋建筑物之间外扩边界会重合搭接。桩顶铺设300 mm厚砂石褥垫层, 复合地基承载力特征值不小于150 k Pa。
桩体材料采用含泥量不大于5%的碎石, 碎石粒径为20 mm~40 mm, 且最大粒径不宜大于50 mm;桩体充盈系数不小于1.4。一期12栋住宅楼, 建筑面积一共44 958.5 m2, 工程共布置沉管碎石桩13 614根, 共计173 080.5 m。
由于现场为低洼地形, 整个场平标高要比现场区高1.0 m~2.5 m不等, 且现有场地表层为原荒废耕地, 为耕植土, 回填土前需要进行全面清表, 清表土厚度0.50 m~1.0 m, 回填土厚度根据现场情况确定。场地大面积填土应在主体结构施工前完成。
振冲碎石桩施工中场地普遍下沉量在0.35 m~0.5 m不等, 平均沉降量为0.35 m。
按规定时间进行竣工质量检验, 均满足设计规范要求。
5 结语
通过本工程, 再次验证沉管碎石桩在处理饱和液化建筑地基的应用是一种比较理想的措施, 它具有施工操作简便, 造价低, 无泥浆污染, 无噪声污染等特点。在降低液化等级或消除液化的同时, 提高地基承载力, 达到地基处理的目的。
振冲碎石桩在大面积施工前应通过试桩验证设计参数的合理性及工艺适宜性, 并根据试桩结果进行方案调整。还需要注意振冲碎石桩在施工中及施工后的沉降量, 以保证设计桩顶标高及建筑物竣工后首层地面标高的正确设定。
摘要：简述了建筑场地地震液化产生的条件及判定方法, 介绍了目前常用的抗震液化措施, 并结合太原市清徐县某住宅小区的工程地质条件, 提出了振冲碎石桩处理液化地基的方案, 经实践证明该方案达到了消除液化并提高地基承载力的目标。
关键词：地震液化,地基处理,振冲碎石桩,承载力
参考文献
[1]龚晓南.地基处理手册[M].第3版.北京:中国建筑工业出版社, 2008.
某吹填场地地基处理监测技术应用 篇4
为保证、控制软基处理在施工期的整体安全和稳定, 以及评价软基处理效果, 需要在施工期进行沉降、空隙水压力、侧向变形等监测和原位测试等检测工作, 进行长时间、连续的定性与定量现场技术监测和分析工作, 从而指导现场施工和优化设计, 反馈和验证设计参数取值, 提供质量检测和隐蔽验收数据, 保证施工进程和质量, 为制定、执行有关施工专项方案和调整设计提供详实的数据和技术支持, 同时配合和支持工程竣工验收、工程投资后评价等工作。
2 软基处理施工监测、检测技术
2.1 地表沉降观测
通过对土体垂直变形的测试分析, 可确保工程施工安全, 根据沉降时间曲线关系, 可推算固结度, 确定卸载时间。
2.2 深层沉降观测
通过对预压区钻孔埋设分层沉降标, 然后用沉降仪来量测土层深部沉降。可得到不同深度的土层在加固过程中的沉降量, 从中了解各土层的压缩情况。
2.3 孔隙水压力观测
通过对孔隙水压力进行监测, 掌握施工过程中孔隙水压力的增长与消散规律, 可控制加载速度和超孔隙水压力消散时间, 并为分析加固效果提供依据。
2.4 侧向变形观测
通过钻孔埋设测斜管, 监测土层深部水平位移, 可以了解预压期间土体侧向移动量的大小, 判断侧向位移对土体垂直变形的影响。
3 工程实例
3.1 工程概况
某沿海市政道路软基处理场地, 选取面积为10500 ㎡场地作为试验区, 采用塑料排水板+堆载预压+管井降水+强夯的联合方法进行软基处理, 技术要求为工后沉降小于0.3m、1.0m×1.0m载荷板试验地基承载力特征值不小于120KPa、处理后粉细砂和吹填砂层液化指数不大于8。
场地为新近吹填土层, 处理深度内 (1) 层为厚度约9m的吹填砂夹淤泥, (2) 层为厚度约4.9m的淤泥、淤泥质土, (3) 层为厚度约5.8m为中粗砂、细砂, 厚度约2.9m的淤泥质土。场区地下水主要为上部孔隙水及下部承压水, 地下水位埋设1.36~1.85m, 平均1.65m。
4 监测、检测
4.1 地表沉降观测
沉降板由面积1m×1m, 厚度为15mm的铁板做成, 监测频率为每天一次, 直到施工结束后20 天。监测点平均沉降量为0.517m, 分层沉降法计算总沉降量为0.607m, 工后沉降量为0.09m, 固结度达到85.2%, 表层沉降板随着时间增加, 沉降量逐渐增大, 根据沉降观测数据, 当发现地表沉降曲线较缓时, 及时增加静荷载 (堆载) 、动荷载 (强夯) 使得沉降继续保持一定速率, 使得沉降速率在可控范围内, 既不会因速率过慢影响地基处理工期, 又不会因加载过大导致速率过快, 进而造成排水板弯折、场地外土体隆起, 产生质量、安全隐患。
4.2 分层沉降观测
4.2.1 仪器设备:由PVC沉降管、CJY-80 型电磁式沉降仪、CJH-88.1 型沉降环及其它配套设备构成。
4.2.2 技术要求:孔点位置应准确, 成孔要垂直, 避免坍塌。沉降管道连接成数段系列, 逐节在孔口连接。每埋好一个沉降环, 都要用中粗砂和适量粘性土回填。沉降环埋好后, 应立即用沉降仪测量一次, 对环的位置、数量进行校对, 并对孔口高程进行测量。每孔从淤泥面往下按2m、5m、9m、15m深度布置4 个分层沉降环, 从埋设之后开始观测, 每天一次, 直到满夯结束后10 天。
4.2.3 监测数据分析
共设置6 个监测点位, 累计压缩量平均为178mm, 其中淤泥层压缩量较大平均为105mm, 砂层压缩量为73mm, 表明淤泥层由于加载及排水作用, 产生排水固结效果, 淤泥层产生压缩。
4.3 孔隙水压力观测
4.3.1 仪器设备:KYJ-30 型系列钢弦式孔隙水压力计及配套的ZXY-2 型振弦频率读数仪和导线等。其中钢弦式孔隙水压力计量程为200k Pa。
4.3.2 技术要求:
(1) 测头上的透水石事先要在水中煮沸40min, 以便排出透水石中的气泡。
(2) 经水煮沸过的透水石冷却后要一直放在该水中, 并且要在水中 (注意不要与空气接触) 装到测头上, 此后在进入钻孔前也一直放在水中, 并再次量测测头的初值。
(3) 埋设位置在平面上应是垂直排水通道间距的几何形心上, 在深度上应与垂直排水通道中真空度测头的埋设深度相对应, 这样便于比较所测得的各种数据。
(4) 埋设方法采用先成孔, 待钻孔钻到设计埋深高程之上50cm处, 再用压入的方式通过钻杆将测头压到设计高程, 先向孔底填入适量干净砂, 将测头放入孔内, 上面回填粘性土封口, 然后继续填砂至上面测头标高。
(5) 所有导线应该作好标记, 接头处作好防水处理, 并用钢管保护导线。
(6) 绘制测量孔点处孔隙水压力随深度的变化曲线。
(7) 根据孔隙水压力的变化规律, 判断真空-填土堆载联合加压以及动静高超载联合加压的预压加固时效性。
按每10000 ㎡设一个孔压观测孔, 每孔从 (3) 层淤泥顶面往下按2m、 5m、9m、15m深度布置4 个孔压计, 从真空预压施工前两天开始观测, 每天一次, 直到满夯结束后10 天。
数据表明加载期间孔隙水压力上升, 但由于降排水的影响, 孔隙水压力上升一段时间后逐渐降低, 在进行加载, 孔隙水压力又会逐渐上升。
4.4 侧向变形观测
4.4.1 仪器设备:由Φ70PVC型测斜管和伺服式加速设计测斜仪两部分组成, 测斜仪由测斜传感器、读数仪和连接电缆组成。
4.4.2 技术要求:
(1) 采用Φ108直径钻具成孔, 钻孔应垂直, 上部砂层部分下套管护孔。
(2) 钻进深度比安装深度深1m。
(3) 钻孔应有原始记录, 包括地层分层、深度和土的性质描述。
(4) 测斜管安装埋设采用逐根连接法:最下节管底套上配套, 底盖固定密封, 放入孔内;将上一节按槽口方向插入下一节接头内, 必须注意一定要插到管子端平面相接后再固定, 安装过程中遇管子上浮, 可在管内注清水。
(5) 测斜管安装到位, 注意将管内壁上两对凹槽的任何一对调整垂直于量测方向, 套上配套顶盖。
(6) 管外与钻孔间隙用砂填实, 测斜管内不得混入杂物, 埋设完成后宜用模拟测头探模, 以检查导槽是否通畅。
(7) 测斜管与土体固结5~7 天后, 可进行初始值观测。
侧向变形观测点处理四区设于四区南侧、东侧、西侧, 处理五区设于五区北侧、东侧、西侧。按距密封墙外边界5m布设, 桩长分别进入 (3) 层淤泥内25~26m, 自真空预压稳压7 天后开始观测, 每2 天一次, 直到满夯后10 天。
侧向变形监测主要用途为监测土体侧向位移情况, 判断地基处理工艺对下卧土体的影响深度, 防止土体侧向变形过大影响施工安全。
5 结论
吹填场地地基处理采用表层沉降、深层沉降、孔隙水压力及侧向变形观测监测技术是可行的, 能够满足地基处理对土体竖向、横向变形的监测要求, 结合孔隙水压力消散数据确定加载时间, 对加载速率及加载量进行合理化控制, 确保吹填场地地基处理质量可控、信息化施工。
摘要：软土地基处理施工中通过监测技术, 了解土体全过程变化情况, 及时验证、优化设计方案、参数, 控制施工质量。结合某沿海城市吹填场地软基处理工程, 对相关监测技术进行应用研究。
关键词：软土地基处理,监测,技术应用
参考文献
[1]龚晓南.地基处理手册.第三版.中国建筑出版社, 2008.6
[2]刘玉卓.公路工程软基处理.人民交通出版社, 2002.3.1
场地地基 篇5
地震使房屋建筑、交通运输、水利工程、重要设施遭受严重破坏,危及人民生命财产的安全,在现阶段无法准确预报地震的情况下,加强建筑物及各种设施的抗震设防工作是防灾减灾的有效途径。《建筑抗震设计规范》总则中明确规定,抗震设防烈度为6度及以上地区的建筑必须进行抗震设计[1]。采用有效的措施做好地震区场地勘察,掌握地震活动情况、工程地质和地震地质的有关资料,对抗震有利、不利和危险地段作出综合评价,准确的获取工程场地的地震动参数,这些工作对于地震区建筑场地的安全性评价和结构抗震设计具有重要的作用和意义。
舟山地区位于地震7度设防区,沿海区域软土地层分布广泛且厚度较大,随着近年来高层建筑的大量兴建,做好高层建筑场地地基的勘察尤为重要,因此掌握高层建筑地基地震安全性评价的勘察方法和技术手段是十分必要的。目前场地地震安全性评价的目的主要有两个:1)判别场地覆盖层厚度,进行场地类别划分,通常采用剪切波速检层法测试,通过检测各土层的剪切波速来实现;2)获取进行场地地震反应分析所需的土动力参数,如动剪切模量和阻尼比,进行场地液化判别,通常采用室内试验方法,如土动三轴试验、共振柱试验等,场地液化判别也可采用静力触探方法来评价。这些测试要求在《高层建筑岩土工程勘察规程》中有详细的说明[2]。本文主要介绍近年在舟山地区开展的一些场地勘察工作对场地剪切波速测试和土动三轴试验方法的实施和应用。
1 现场剪切波速检层测试与工程应用
现场剪切波速测试是采用人工激发地震波的方式,通过分析地震波穿越土层时所携带的信息,获取土层特征参数的一种方法。通常有钻孔法和表面波法两类,其中钻孔法又分为下孔法和跨孔法。表面波法无需钻孔,传感器放置于地表进行测试,测试技术简单易行,试验信号受环境干扰和地下水位等因素的影响较小[3]。但表面波法所测结果为表面波波速,需通过转换后才能获得剪切波速,而且其测试深度受到限制。跨孔法测试是将振源和地震检波器放在不同的钻孔中的同一高程,根据孔水平间距和波传播历时可以计算出相应波速,测试原理简单,测试结果可靠,但在测试时需要两个距离适中的钻孔。下孔法与跨孔法相比,试验更加灵活,只需一只钻孔即可施测,激振在地面进行,方法简便,测试可靠,可以利用地质钻孔进行测试,是应用最广的一种现场剪切波测试方法。
1.1 下孔法剪切波速检层测试的基本方法和原理
下孔法是用木锤或适宜的铁锤分别水平敲击水平放置于孔口的木板两端,地表产生的剪切波经地层传播,由孔内三分量检波器的水平向检波器接收SH波信号,然后读取正、反两方向的实测波形,找出初至剪切波的波形交叉点,读取初至波传播时间,进而计算出各测点(层)剪切波速及其他相关参数。依据测试结果计算出各层的剪切波速后,进而可以计算出计算深度内的等效剪切波速,并按照《建筑抗震设计规范》中的有关规定推断出场地的覆盖层厚度,然后可依据等效剪切波速和场地覆盖层厚度,确定出场地类别。
1.2 检测成果示例
采用上述方法开展了数个工程的场地剪切波速检测工作,检测设备采用RSM-24FDN场地振动测试仪,表1给出了一个场地的剪切波测试结果分析。
测孔在计算深度范围内等效剪切波速为:Vse=133 m/s;场地覆盖层厚度为45 m,为软弱场地土,依据《建筑抗震设计规范》规定,可判定该建筑场地类别属于Ⅲ类。
2 动三轴试验与工程应用
2.1 动三轴试验地震液化判别原理
土动三轴试验是研究土的动力特性的重要试验手段,是抗震分析的重要依据,也是场地地震安全性评价中不可或缺的内容。土动三轴试验液化实验是对土样施加一定幅值的动荷载,保持荷载不变下记录土样的应力、应变和孔压的发展情况,用以液化判别。由于地震作用为一随机信号,模拟地震作用只能通过简化的等效作用进行。模拟对象为地震的波形、方向、频谱和持续时间,Seed等[4]将随机地震用等效的简谐波代替,简谐波的剪应力幅值取0.65倍往返地震剪应力最大幅值,简谐波的往返次数按模拟的地震震级确定,如震级为6.5级,7级,7.5级和8级时,分别取8次,12次,20次和30次,加载频率为1 Hz～2 Hz,地震作用方向按水平剪切波考虑。考虑到地震作用的短暂性,一般设地震作用时土处于不排水状态,因此动三轴试验在固结不排水条件下进行。按照抗液化地震力和地震剪应力判别地基土是否存在液化可能。
2.2 工程实例
某场地钻探深度范围内所揭示的土层按其成因类型及土的性状,自上而下分为如下各层:①层:褐灰、灰色重粉质粘土,地表含植物根茎,为人工堆土。场地普遍分布,层厚4.2 m～5.1 m。部分位于地下水位以上,处于不饱和状态,土质不均,弱～微透水。力学强度低。②层:黄灰、灰色重粉质砂性土、粉砂,夹粉质粘土薄层,具水平层理。场地普遍分布,层厚1.4 m～2.4 m。饱和,松散,中压缩性,弱透水,力学强度低。③层:黄灰、灰褐色淤泥质粉质粘土,含少量有机质。场地普遍分布,层厚12 m～19 m。饱和,流塑状态,高压缩性,微透水,力学强度低。④上层:灰色粉质粘土含粉砂薄层,呈互层状,见水平层理。场地普遍分布,层厚5.5 m～7.6 m。饱和,软塑状态,中压缩性,弱透水性,力学强度较低。⑤下层:青灰、灰色粉砂、重粉质粘土,含云母片。场地普遍分布,厚度为8.8 m。饱和,中密,局部稍密、密实,中压缩性,中等透水,力学强度中等。⑥层:黄灰色粘土、粉质粘土,质软,局部夹砂壤土薄层。揭示厚度为1.3 m。饱和,软塑状态,高压缩性,极微透水,力学强度较低。
分析上述钻孔资料,②层依据其性质可判定为粉细砂层,天然容重γ=19.7 kN/m3,相对密度Dr=0.35,地下水位距地表为2 m,存在液化可能性,采用Letry微机控制电液伺服土动三轴试验机,开展动三轴试验,获得动剪切模量和动阻尼比,并进行液化判别如下。舟山地区属于7度设防,等效均匀循环剪应力作用次数取N=12次,取地表以下6.5 m处的一点进行分析判断,相应的抗液化剪应力比τd/σ0=0.173。
抗液化剪应力:
其中,Cr=0.55～0.59,可取Cr=0.55;
σ′=∑γh=19.5×2+(19.5-10)×2.5+(19.7-10)×2=97.4 kPa(即相当于试验室动三轴试验围压100 kPa)。
经计算得:τL=6.49 kPa。
地震剪应力:
其中,Cϕ=0.924;amax为水平地震影响系数,按抗震设计规范中的规定取值,舟山地区属7度区,按多遇地震考虑,经查得amax=0.08g。
经计算得:τav=6.12 kPa。
3 结语
通过对舟山地区的高层建筑地基动力勘察的研究,阐述了高层建筑地基地震安全性评价的重要性,介绍了两种场地地震安全性评价的方法,工程实例表明采用合理的方法对场地的地震动特性进行评价是可行的,加强高层建筑地基地震安全性评价十分必要。
参考文献
[1]GB 50011-2001,建筑结构抗震设计规范[S].
[2]JGJ 72-2004,高层建筑岩土工程勘察规程[S].
[3]吴世明,唐有职,陈龙珠.岩土工程波动勘测技术[M].北京:水利电力出版社,1992.
场地地基 篇6
武广铁路客运专线新咸宁站位于湖北省咸宁市咸安区,境内交通便利。新咸宁站由站房、站台、地下通道三部分组成,三者基础埋深依次为-2.0 m,-2.0 m,-8.5 m,站房、站台分别采用框架、框排架结构,拟采用独立基础或桩基础。按勘察技术要求[1,2],拟建建筑物重要性等级为二级,场地等级为二级,地基等级为二级,故勘察等级为乙级。
2 场地岩土工程条件
2.1 场地地理位置及地形、地貌
拟建场地位于垅岗区,原始地貌呈浑圆丘坡状,现站台部分路基已完成开挖平整工作;站房场地为挖方区,现已完成场平工作,目前场地较平整。场地地面标高在30.59 m～33.50 m之间,相对最大高差为2.91 m。
2.2 场地地层结构与特征
①杂填土层(Qml):杂色,稍密状,主要由碎石、混凝土、黏土等组成,其中ZKB28号孔主要为碎石。该层仅在ZKB8,ZKB9,ZKB14,ZKB28孔地段分布,层厚5.3 m～5.8 m。②-1粉质黏土(Q
3 地下水
3.1 地下水类型及地下水位
拟建场地地下水为松散岩类孔隙水和岩溶裂隙水,根据钻探揭露的地层构造结合场区地貌环境分析,本场地地下水富水条件较差,勘察期间在部分钻孔中测得稳定地下水位埋深为1.65 m～2.80 m。
3.2 地下水的腐蚀性
根据对场地周边环境的调查结合场地地层类型、构造及地下水埋藏情况,按规范[1]综合判定,本场地环境类型为Ⅱ类。本次勘察在ZKB20,ZKA18,ZKA14 3个钻孔中采取3组地下水样进行了水质分析试验。 根据水质检验报告,按GB 50021-2001岩土工程勘察规范判定,本场地地下水对混凝土及混凝土构件中的钢筋不具腐蚀性,对钢结构具弱腐蚀性。
4 场地地震效应分析
依据《建筑抗震设计规范》[3]之规定,咸宁市抗震设防烈度为6度,设计基本地震加速度为0.05g,设计地震分组为第一组。本场地拟建(构)筑物应按6度进行抗震设防。根据波速测试报告,本场地地表下20.0 m以内的土层等效剪切波速值为224.8 m/s,按GB 50011-2001建筑抗震设计规范的相关规定,本场地土类型属中软场地土,钻探揭露场区覆盖层厚度在3 m～50 m之间,根据GB 50011-2001建筑抗震设计规范相关规定,本场地建筑场地类别为Ⅱ类,属可进行建设的一般场地。根据波速测试报告,本场地卓越周期为0.28 s,结构设计的自振周期应避开此值。本场地抗震设防烈度为6度,故无需进行液化判定。
5 场地岩土工程分析与评价
5.1 场地稳定性评价
根据钻探揭露和地质调查,本场地内无全新活动断层等不良地质现象分布,在揭露基岩的深度范围内,局部地段分布有溶洞,对场地稳定性有潜在影响,对其进行治理后可修建拟建工程项目。
5.2 地基土(岩)工程特性分析与评价
根据场地各土层的分布特征结合原位测试、土工试验等指标综合来看,本场地分布的土层中①层杂填土、②-1层粉质黏土、③层碎石土、④层强风化粉砂岩及⑥层中风化粉砂岩均只局部地段分布,属不均匀土层;②-2层分布稳定连续,但厚度差异性较大,属较均匀土层;⑤层强度高,分布稳定连续,但层面埋深变化较大,属较均匀土层。
综上所述,基础设计时应注意所选作为地基持力层的层面埋深变化的不利影响。
本场地不良地质现象主要为岩溶(溶洞)。本次勘察在ZKB1,ZKB2,ZKA5孔中发现溶洞,溶洞高度0.3 m～3.95 m,埋藏浅的以黏土夹碎石半充填,埋藏深的基本无充填。从分布规模及埋藏情况看,对本场地的稳定性有潜在影响,应对其进行根治。
6 地基基础形式分析
6.1 拟建(构)筑物基础形式分析
根据拟建(构)筑物的结构特点及荷载情况,结合场地各地层的分布特征,拟建站房适宜桩基础方案;站台适宜采用天然地基或墩基础方案,建议优先采用墩基础。
6.2 桩型及桩基持力层的选择
根据本场地地基土层分布条件以及现场施工条件,拟建站房采用人工挖孔灌注桩或钻(冲)孔灌注桩均可,以⑤层作为桩基础持力层,对于ZKB1,ZKB2,ZKA5孔地段,桩端应穿过溶洞底板。站台可采用人工挖孔墩基础,以②-2层作为墩基础持力层。桩基础设计参数建议值见表1。
kPa
表2数值系根据表1中的设计参数估算。各桩型单桩竖向承载力特征值的准确数值应按规范通过单桩垂直静载荷试验确定。试桩数量应在同一条件下不少于总桩数的1%,且不少于3根[2]。
7 结论与建议
1)通过钻探、标准贯入试验、室内试验等手段,揭露岩土水的类型、空间分布特征,并且给出了场地地基岩土层相应的物理力学参数的建议值。2)拟建场地地下水为松散岩类孔隙水和岩溶裂隙水,富水条件较差,场地环境类型为Ⅱ类,地下水对混凝土及混凝土构件中的钢筋不具腐蚀性,对钢结构具弱腐蚀性。3)拟建场地拟建建筑物按6度进行抗震设防。本场地土类型为中软场地土,建筑场地类别为Ⅱ类。拟建场地属可进行建设的一般场地。本场地无液化土层分布,可不考虑液化影响。4)根据钻探、标准贯入试验、室内试验及咸宁地区经验综合分析,给出了本场地地基土层的承载力特征值及压缩模量的建议值,并且对场地地基土层进行了适宜性评价。5)根据本次勘查结果,拟建站房采用人工挖孔灌注桩或钻(冲)孔灌注桩均可,以(5)层作为桩基础持力层,对于ZKB1,ZKB2,ZKA5孔地段,桩端应穿过溶洞底板。站台可采用人工挖孔墩基础,以(2)-2层作为墩基础持力层,并且给出了桩基设计所需桩端阻力、侧阻力特征值,为基础与上部结构设计奠定了基础。
参考文献
[1]GB 50021-2001,岩土工程勘察规范[S].
[2]GB 50007-2002,建筑地基基础设计规范[S].
场地地基 篇7
关键词：湿陷性黄土,陇东黄土塬,地基处理
0前言
庆阳市地处陇东黄土塬区, 1998年之前, 庆阳市的建设工程程序中, 对设计前的勘察重视不够, 勘察力量十分薄弱, 缺乏对黄土塬区工程地质资料的积累分析和深入认识。
近年来, 庆阳地区工程建设以每年数百万平米的速度飞快发展。在参加了设计勘察资料的施工图审查工作以及庆阳地区工程地基基础方案的论证过程中, 通过对该地区勘察报告和地基基础设计情况的分析, 发现了一些存在的问题, 主要集中在对庆阳地区黄土湿陷性的认识、地基处理方法与基础选型以及场地抗震评价等方面。典型的工程实例如庆阳石化搬迁项目, 由于对深部离石黄土湿陷性的认识差异, 采用超大能量的强夯试图进行深部老黄土加固处理;又如有些高层建筑, 由于缺乏地基处理前期试验检测工作, 对人工处理地基承载力与变形性质认识不深入, 不得不降低建筑物高度。同时对黄土塬场地抗震类别的评价, 同一类地层条件波速测试后经常出现Ⅱ类或Ⅲ类的不同评价结果。
现根据工程实例与在审图过程中, 对几个工程勘察设计资料的深入分析, 就黄土塬勘察设计中存在的问题和审图中的问题进行分析, 供勘察设计专业的同行们讨论, 以便提高黄土塬地区建筑工程的地基基础设计的科学合理性。
1陇东黄土塬的工程地质条件
1.1黄土塬地层与时代划分
陇东黄土塬属于大厚度黄土分布地区, 地形北高南低, 西峰区东西最宽50km, 南北最长110 km, 面积910km2, 地面标高1412～1352m。塬区基底为巨厚的中生代沉积岩层, 岩性单一, 岩相稳定。白恶系末期受到剥蚀, 第三纪中新世以前的地层普遍缺失。第四纪早更新世 (Q1) 开始, 沉积了200～300m原生黄土, 晚更新世 (Q3) 以来, 受喜马拉雅运动影响产生间歇性上升, 黄土塬边缘地带遭受现代侵蚀作用, 切割形成了典型的黄土沟壑地貌。
根据1985年王永焱等《中国黄土研究新进展》, 通过古地磁测试确定, 西峰董志塬黄土时代划分结果见表1。
古土壤是黄土塬地层时代划分的标志层, 应该引起勘察工作的重视。一般将第一层古土壤划分为Q3马兰黄土底部, 其下部即为Q2第一层离石黄土。
1.2黄土的物理力学性质
中国石油天然气华东勘察设计研究院在庆阳石化搬迁项目勘察时, 对黄土塬各层黄土作了更加深入的工作, 取得了更为详尽的土工试验与原位测试资料, 庆阳石化炼油搬迁工程地基土物理力学性质见表2。
根据以上资料, 黄土塬场地50m以内深度范围内地基土的物理力学性质随深度变化具有以下规律:
(1) 受人类活动 (灌溉历史或建筑密度等) 影响, 陇东黄土塬建筑场地黄土含水量普遍较高, 马兰黄土饱和度一般30%～80%之间, 离石黄土饱和度一般60%～85%之间。马兰黄土的含水量一般小于20%, 在古土壤4以下大于24%, 基本达到饱和状态;
(2) 马兰黄土的孔隙比一般大于0.85 (1.05～0.85) , 离石黄土一般小于0.85 (0.65～0.85) , 且随深度增大而减小。由于结构较为致密, 粘粒含量较高, 局部含水量较大的马兰黄土, 钻探成孔或桩孔施工方法不当时可能形成缩孔, 饱和度高的离石黄土, 则一般不应出现缩孔现象。
(3) 马兰黄土和离石黄土3段以上液性指数一般小于0.1, 呈硬塑～可塑状态, 古土壤4及离石黄土4段以下大于0.5, 呈可塑—软塑状态。陇东黄土塬深部的饱和黄土, 与陇西黄土地区黄土状粉土由于地表水入渗或地下水位上升形成的高压缩性饱和黄土相比, 具有比较良好的工程性质。
(4) 马兰黄土抗剪强度小于古土壤3及离石黄土3段以上的离石黄土, 马兰黄土压缩模量10～15MPa, 一般呈中等压缩性, 古土壤3及离石黄土3段以上压缩模量15～20MPa, 一般呈低压缩性, 古土壤4及离石黄土4段及其以下, 压缩模量小于10MPa, 一般呈中等压缩性。因此, 50m深度范围内, 离石黄土2～4段具有良好的工程性质。各层黄土的主要物理力学指标范围值见表3。
(5) 大量勘察资料显示, 在10～15m深度马兰黄土和离石黄土的分层界线上, 土工试验指标之间具有明显的差异性。黄土的孔隙比、压缩性和湿陷性指标随深度变化散点图见图。
1.3湿陷性黄土的分布特征
目前, 工程勘察人员对黄土塬湿陷性类型和等级评价的认识在逐步深入并取得一致意见。典型工程湿陷性评价结果见表4:
大量勘察资料说明, 大部分工程建设场地属于Ⅱ级自重湿陷性, 个别评价为Ⅰ～Ⅲ级湿陷性, 宏观分析湿陷性下限深度多为8～12m, 湿陷性样品分布深度一般在8～12m以上的黄土状土和马兰黄土层内, 因此, 陇东黄土塬区不属于大厚度湿陷性黄土分布区。。在新老黄土界面上, 湿陷性有明显降低, 湿陷系数随深度增大而减小规律性明显, 典型的散点图见图2。
分析个别工程进行的湿陷起始压力试验结果, 6m以上湿陷起始压力大于自重压力时, 自重湿陷系数小于0.015;6～12m饱和自重压力大于湿陷性起始压力时, 表现出明显的自重湿陷性;12m以下湿陷起始压力小于土的饱和自重压力, 一般不再具湿陷性, 湿陷起始压力与饱和自重压力随深度变化情况见图。
目前勘察存在的问题是, 个别工程对湿陷性土层下限深度评价偏深。有的工程15～30m可见断续、零星分布有0.030>δS>0.015的弱湿陷性样品, 勘察即以最深湿陷性样品深度评价为湿陷性下限深度。
湿陷性土层下限深度是设计人员确定地基处理方法和处理深度的主要出发点, 勘察报告在分析湿陷性土层下限深度时, 应该从宏观角度出发进行深入分析, 可以忽略深部断续、偶尔出现的弱湿陷性样品, 不应把零星样品作为湿陷性土层底界深度, 以免误导设计, 盲目加大处理深度。因为在整片处理了地面下一定厚度后, 即便地面积水渗漏, 浸水侧渗达到处理深度以下引起深部湿陷变形的几率很小。
1.4大厚度黄土地基的触探指标特征
静力触探是兼具勘探与测试双重性能的勘察手段, 不仅可用以划分地层, 还是评估地基承载力和变形指标的有效手段, 近年来在黄土塬工程场地得到广泛的使用。根据庆阳石化测试资料, 以静力触探端阻力和侧摩阻力划分马兰黄土与离石黄土界线和低压缩性离石黄土与中压缩性离石黄土界线, 有明显而直观的效果。各层黄土测试结果见表5。
大厚度黄土场地, 土性试验指标和静力触探阻力随深度增加而增大的特征很明显。触探阻力是黄土孔隙比、干密度、湿陷系数、含水量及桩土阻力等力学指标随深度变化的综合反映。与兰州地区大厚度湿陷性黄土场地相比, 黄土塬静力触探具有不同的曲线特征见图4、图5、图6。
1.5地下水埋藏条件
在确定消除湿陷性处理深度时, 应该考虑到城区黄土塬没有地表水, 塬区局部35m左右可见上层滞水, 可不考虑其对地基的影响。
2地基基础设计参数评价
2.1天然地基浅基础设计参数
由于缺乏载荷试验测试资料, 大部分工程各层黄土的承载力评价随意性较大, 勘察报告建议值偏低, 一般建议马兰黄土为100～150kPa;离石黄土为180kPa。根据庆阳石化厂马兰黄土6组天然与浸水载荷试验资料 (表6) , 天然状态承载力特征值144～192kPa, 变形模量3.1～10.5MPa, 浸水后36～120kPa, 变形模量3.9～4.8MPa。可见具有湿陷性的马兰黄土不能作为天然地基持力层, 天然状态承载力与变形指标没有工程应用意义, 必须进行消除湿陷性的地基处理后重新评价。
经过挤密法或强夯法处理后的马兰黄土, 承载力及变形指标目前缺乏检测资料的汇总分析。根据庆阳石化工程强夯前后载荷试验资料见表6, 处理后承载力约提高1.8～2.0倍, 达到250kPa以上, 变形模量达到30～40MPa。
备注:天然状态承载力取s/b=0.02, 夯后承载力取s/b=0.01。
离石黄土承载力载荷试验未见资料, 作为建筑物地基持力层时, 勘察报告提供给设计的偏低 (150～180kPa) , 参照黄土规范一般湿陷性黄土容许承载力表, 按含水量、液隙比估算, 可达200～300kPa。根据地基规范, 按180kPa进行深度修正, 则基础深度每增加1m, 承载力增加24kPa, 基础埋深10m时, 深度修正后承载力特征值可达415kPa。按《工程地质手册》 (第三版) 表5-1-18推荐, Q2黄土承载力标准值随深度增加而递增, 自第一层古土壤算起1～60m深度范围内为380～1260kPa, 第一层古土壤下离石黄土表层可取380kPa (不再作深度修正) 。
根据庆阳石化搬迁项目静力触探原位测试成果, 可采用《铁路工程地质原位测试规程》推荐的黄土地区经验公式评定黄土地基承载力和压缩模量, 其结果见表7:
备注:《规程》说明中, 新黄土经验公式根据载荷试验对比资料, 来源于西北带Q4、Q3黄土, 适用于PS=500～5000kPa。σ0=0.05 PS+35 (表10.5.16-1) 离石黄土2层持力层σ0=0.05*4800+35=275Pu=0.1 PS+70 (表10.5.16-2) 离石黄土2层持力层Pu=0.1*4800+70=275ES=3.58 PS-1.54 (表10.5.18-1) E0=5.95 PS+1.41 (表10.5.18-2)
今后, 应加强黄土塬不同时代黄土的载荷试验与原位测试对比研究, 逐步建立本地区评价方法和标准。
2.2桩基设计参数
目前大厚度黄土场地采用桩基础尚缺乏设计经验。在地基处理设计时计算复合地基增强桩体单桩承载力特征值, 或采用灌注桩基础设计桩长时, 可根据现行桩基规范推荐的测试手段, 采用静力触探测试初步判定设计参数, 同时加强复合地基和桩基施工前的承载力检测与设计参数复核工作, 逐步积累桩基选型与设计经验。
在未作地基处理的湿陷性黄土场地桩基础设计时, 应重视计入自重湿陷性黄土的负摩阻力。进行地基处理消除湿陷性后, 采用端承摩擦桩形式时, 应该深入认识处理后桩周土层侧摩阻力的提高和深部老黄土的侧摩阻力, 充分利用侧摩阻力在荷载承担作用的发挥。
由于尚未进行过桩基载荷试验, 各层黄土端阻力和侧壁摩阻力可参考《铁路工程地质原位测试规程》中静力触探测试指标修正取值;根据测试结果, 经过修正后确定的钻孔灌注桩设计参数见表8。
备注:静力触探指标换算桩基设计参数可参照《铁路工程地质原位测试规程》10.5.21条。
根据以上测试成果判断, 天然状态或地基处理后马兰黄土极限侧摩阻力可取60kpa, 离石黄土可取70kpa, 随深度增加, 侧阻力随之增高, 30m以下极限侧摩阻力可取80kpa。桩端持力层为离石黄土时, 极限端阻力取1000kpa是安全可靠的。
由于桩长较大时, 端阻力所占比例很小, 侧摩阻力取值是桩基设计科学性与经济合理性的关键, 应该通过实测桩基侧阻力与静力触探对比, 逐步积累资料和地区经验。
3黄土塬场地抗震评价
庆阳市黄土塬大地构造属于鄂尔多斯地台区, 总体来讲, 构造运动不明显, 属于低烈度区。
目前工程勘察对黄土塬场地抗震评价结果差异性比较大, 大部分工程评价为Ⅲ类场地, 少量则评价为Ⅱ类。收集几个工程测试评价结果见表9, 波速测试曲线见图7。
以上出现场地类别评价不一致的原因, 一是波速测试钻孔深度不足, 对覆盖层厚度认识不一致;二是剪切波速判释精度不准确, 导致等效剪切波速在250m/s上下波动, 影响了测试成果的可靠性;三是场地黄土结构与含水量的变化, 造成场地类别评价的差异。
今后, 陇东黄土塬场地需要继续进行足够深度的波速测试, 并注意改进测试与判释的方法和精度, 争取早日得到统一的结论。
4黄土塬高层建筑的地基处理
4.1黄土塬高层建筑采用天然地基或复合地基的可行性
陇东黄土塬大厚度黄土属于场地与地基条件比较简单的均匀地基。对于20层以上、设置2层地下室的高层建筑, 基础埋深10m左右, 基础底板接近或置于非湿陷性、低压缩性的离石黄土上, 根据静力触探指标或根据物理力学指标估算, 天然地基承载力评价可达250kPa以上, 通过深度修正, 地基承载力可达450kPa以上。目前由于缺乏可靠的试验检测和深入的研究, 对采用天然地基可行性的担心, 主要在于离石黄土承载力评价是否可靠, 通过修正后的承载力是否可用。
实际上, 高层建筑承载力问题和均匀地基的沉降变形并不是设计的主要问题, 主要问题在于不同荷载作用下的差异沉降变形量能不能满足设计要求。
《高层建筑岩土工程勘察规程》 (JGJ72-2004) 表3.0.1将高层建筑划分为甲类和乙类。30层以下、高低层相连层数相差10层以内、场地与地基条件不复杂的高层建筑, 应该属于乙类高层。根据《规程》8.4.1条, 应该考虑采用刚性或半刚性桩复合地基, 地基处理的主要目的是挤密地基, 可以提供较高的承载力和抗不均匀变形能力。如果设埋深10m左右的二层地下室, 基础底板接近或置于非湿陷性、低压缩性的离石黄土上, 天然地基承载力可达250kPa以上, 通过深度修正, 采用刚性或半刚性桩复合地基, 地基处理则以置换作用为主, 可以提供更高的承载力和差异变形协调能力。
在分析地基承载力能否满足设计荷载要求和高层建筑采用复合地基的可行性时, 要注意相关地基规范对承载力特征值应该进行修正的规定。《地基处理技术规范》基本规定3.0.4条明确规定, 处理后的地基不做宽度修正, 深度修正系数应取1.0。根据庆阳地区工程经验, 灰土挤密复合地基载荷试验承载力特征值一般可达250kPa左右, 一层地下室通过深度修正后可达330kPa左右, 2层地下室通过深度修正后可达450kPa左右;如果采用水泥粉煤灰碎石桩或水泥土桩复合地基, 承载力特征值取300～350kPa时, 通过深度修正后可达460～510kPa。如果修正后的承载力能够满足基础底面边缘最大压力值的规范规定条件, 高层建筑采用复合地基既能保证建筑物安全, 又能满足经济技术合理性要求, 应该是可行的地基基础方案。
4.2地基处理方法选择与地基处理设计
《高层建筑岩土工程勘察规程》8.4.3条明确当复合地基承载力或变形不能满足高层建筑荷载要求时, 宜优先考虑采用刚性或半刚性桩。对主楼与裙楼采用整体相连不设沉降缝、整体相连的基础, 《规程》8.5.7条还提出了可以设后浇带调整差异沉降等结构措施。
在进行地基处理方案设计时, 复合地基承载力与变形模量可遵照《建筑地基处理技术规范》9.2.5条、9.2.6条估算:
复合地基承载力特征值fspk=m*Ra/Ap+β (1-m) fsk
单桩竖向承载力特征值Ra=upΣqsili+qp Ap
式中:m=d2/d02-置换率, Ap-桩截面积, up-桩周长
fsk-桩间土承载力特征值, li-土层厚度, 其余计算参数可按下表10取值
复合地基设计后, 应提出前期试验要求, 通过复合地基检测, 对所取设计参数进行复核, 逐步积累设计经验。
4.3复合地基的沉降验算
黄土塬地层分布均匀, 通过地基置换或挤密处理, 进一步提高了地基的均匀性, 降低了处理深度范围内复合地基的压缩性, 减少了高层建筑的总沉降变形量。