沿海地區(qū)軟土地基對基礎(chǔ)設(shè)計的影響
更新時間：2009-10-19 15:27:29
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近幾年，經(jīng)濟的發(fā)展帶動了電力建設(shè)迅速發(fā)展，同時由于國家“西電東送”工程的實施，蘇北沿海地區(qū)新建了若干輸變電工程。由于該地區(qū)地質(zhì)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(chǔ)設(shè)計帶來極為不利的影響，稍微地質(zhì)勘察不詳細(xì)或基礎(chǔ)設(shè)計形式不對，都可能引起建筑物（構(gòu)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(qū)新建某35kV變電所，主變?nèi)萘?1.5MVA，變壓器總重17000kg，主變基礎(chǔ)采用長5米，寬3.8米，厚0.6米的獨立基礎(chǔ)，內(nèi)配Ф12@150雙層雙向鋼筋，基礎(chǔ)埋深1.5米，下設(shè)100厚C10混凝土墊層。就在主變就位后的第二天發(fā)現(xiàn)，主變基礎(chǔ)產(chǎn)生不均勻沉降，最大沉降達50mm，明顯不利于設(shè)備安全運行，基礎(chǔ)只得從新澆筑。新主變基礎(chǔ)在獨立基礎(chǔ)下布置了八根12米石灰樁進行地基處理，主變荷載由復(fù)合地基承擔(dān)?；A(chǔ)澆筑養(yǎng)護成功后主變重新就位，安裝結(jié)束觀測至今發(fā)現(xiàn)沉降很小。
案例二：同一地區(qū)，某在建220kV變電所，配電樓共二層，框架結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)采用12米Ф500(壁厚80)預(yù)制管樁，承臺埋深2米，單樁設(shè)計承載力400kN。在靜壓樁時發(fā)現(xiàn)，樁達到設(shè)計標(biāo)高時，壓力表讀數(shù)換算為樁承載力僅為300 kN，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(jīng)設(shè)計、勘察、監(jiān)理、施工等單位多方協(xié)同論證，反復(fù)研究，確定接樁方案，在原來12米樁基礎(chǔ)上加接8米同型號管樁，后來做靜載試驗發(fā)現(xiàn)，20米樁能滿足設(shè)計要求。
經(jīng)分析研究，案例一工程主變基礎(chǔ)沉降過大是由于地質(zhì)勘察不詳細(xì)引起的，勘察報告就沒能詳細(xì)反映該主變基礎(chǔ)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(chǔ)過大沉降；案例二工程處地基存在9米厚的軟土層，由于設(shè)計上沒有高度重視軟土地基對樁基礎(chǔ)承載力的影響，導(dǎo)致樁設(shè)計不合格。
2 軟土地基分布及地質(zhì)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(shù)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(huán)境中沉積，經(jīng)生物化學(xué)作用形成的飽和軟弱粘性土。中國建筑工業(yè)出版社出版的《工程地質(zhì)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(tài)的粘性土，如淤泥、淤泥質(zhì)土以及其他高壓縮性飽和粘性土、粉土等”。特征指標(biāo)也做了如下表述：當(dāng)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(zhì)土。
幾千年來，蘇北地區(qū)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(zhì)粘土和淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土軟土的地貌。根據(jù)工程地質(zhì)勘察報告發(fā)現(xiàn)，蘇北沿海地區(qū)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(qū)地質(zhì)分布土質(zhì)的一些典型物理性質(zhì)指標(biāo)見下表。
表一：土體物理性質(zhì)指標(biāo)
|
土層 |
厚度(m) |
天然含水量ω(%) |
天然孔隙比 e |
壓縮模量Es(MPa) |
塑性指數(shù)IP(%) |
液性指數(shù) IL |
承載力fk(Kpa) |
|
耕土 |
0.5～1 |
|
|
|
|
|
|
|
粉土 |
2.5 |
32 |
0.724 |
8.21 |
8.21 |
9.7 |
100 |
|
粉質(zhì)粘土 |
1.5 |
33 |
0.928 |
4.34 |
4.34 |
13.8 |
90 |
|
淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土 |
3～14 |
40～55 |
0.899～1.348 |
2.57～4.12 |
9～14.5 |
1.22～2.49 |
60 |
|
粉土 |
4～9 |
27.3 |
0.767 |
6.23 |
11.0 |
0.6 |
140 |
|
粉土夾粉砂 |
未鉆透 |
24 |
0.598 |
15.98 |
|
|
170 |
上數(shù)據(jù)是經(jīng)統(tǒng)計該地區(qū)幾個變電所工程地質(zhì)勘察報告而來，從表中不難發(fā)現(xiàn)，作為軟土層的淤泥質(zhì)粉質(zhì)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(gòu)筑物基礎(chǔ)設(shè)計提出了較高的要求。
3 處理措施及設(shè)計對策
3.1 細(xì)心勘察，查清場地水文地質(zhì)情況。
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(zhì)資料，對建筑場地沒有進行認(rèn)真勘察評價，提出的地質(zhì)勘察報告不能真實反映場地條件，勘察資料不準(zhǔn)確，結(jié)論不正確、建議不合理，就會給結(jié)構(gòu)設(shè)計人員造成誤導(dǎo)。如淤泥質(zhì)土、暗塘等沒有被發(fā)現(xiàn)，會使新建的建筑物和構(gòu)筑物發(fā)生嚴(yán)重下陷、傾斜或開裂。
沿海地區(qū)工程現(xiàn)場的地質(zhì)、水文勘察調(diào)查宜包括下列內(nèi)容：了解工程區(qū)的地形地貌特征、微地貌類型，地層成因類型、巖土性質(zhì)、產(chǎn)狀與分布概況，不良地質(zhì)現(xiàn)象概況，地下水類型和分布概況，區(qū)域穩(wěn)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(xiàn)代海水和古代殘留海水）與淡水的分界面及其變化規(guī)律；潮汐對地下水動態(tài)的影響。只有認(rèn)真研究地質(zhì)資料，以數(shù)據(jù)說話，才能設(shè)計出切實可行的基礎(chǔ)方案。
3.2認(rèn)真研究、多方論證，確定最佳地基處理和基礎(chǔ)設(shè)計方案。
蘇北沿海地區(qū)地質(zhì)是由于黃河淤積和黃海沖積而成，地貌屬于淤泥質(zhì)海岸，為我國淤泥質(zhì)海岸分布最廣、最典型的地區(qū)之一。淤泥質(zhì)軟土的存在對工程基礎(chǔ)設(shè)計提出了更高的要求。淤泥質(zhì)軟土地基承載力低，壓縮性大的特點，不易滿足建筑物和構(gòu)筑物地基設(shè)計要求，需進行地基處理。根據(jù)軟土地基處理的原理和作用，根據(jù)多年一些輸變電工程建設(shè)實踐，可以采取以下簡單易行、經(jīng)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(dāng)淤泥土層厚度在４ｍ以內(nèi)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(jié)省工期。
(2)． 地基加固處理及樁基法
當(dāng)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(dāng)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(dāng)淤土層厚度在５～７ｍ時，宜打預(yù)制管樁至硬土層，設(shè)承載樁臺；當(dāng)淤土層厚度在７～１０ｍ時，宜打灌注樁至硬土層，設(shè)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(yōu)化基礎(chǔ)法
①擴大條基底面積，增設(shè)鋼筋混凝土基礎(chǔ)梁?？蓪l形基礎(chǔ)淺埋，把基礎(chǔ)設(shè)置在地基表層的密實土層上，從而避開淤土層，適當(dāng)設(shè)置鋼筋混凝土基礎(chǔ)梁，增大基礎(chǔ)的剛度，提高基礎(chǔ)的穩(wěn)定性和抗變形的能力。
②采用筏板基礎(chǔ)或箱形基礎(chǔ)。對小型建筑物可采用擴大基礎(chǔ)底板的方法，如設(shè)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(yīng)軟土地基要求。
③采用合理的樁基礎(chǔ)。鉆孔灌注樁應(yīng)用十分廣泛，但因?qū)匐[蔽工程，成樁后質(zhì)量檢查比較困難，且由于軟土的特殊性質(zhì)，經(jīng)常會出現(xiàn)一些縮徑、斷樁、樁身孔洞和“爛樁頭”等質(zhì)量問題。在潮汐地區(qū)，沒有采取措施來穩(wěn)定孔內(nèi)水位，灌注砼時樁孔易坍孔，在該地區(qū)基礎(chǔ)設(shè)計時應(yīng)少使用；預(yù)制樁的承載力由樁端承力和樁側(cè)摩擦力組成，由于軟土不易固化，降低了樁的側(cè)摩擦力，使樁在工程使用中不安全，因此該地區(qū)基礎(chǔ)設(shè)計時也應(yīng)少使用。根據(jù)施工實例統(tǒng)計，沉管灌注樁基礎(chǔ)是沿海軟土地區(qū)好的基礎(chǔ)設(shè)計形式，樁設(shè)計承載力和施工成樁質(zhì)量均好控制，對于沉管樁較能保證質(zhì)量的樁長范圍為Φ400mm在16m以內(nèi)，Φ500mm在18m以內(nèi)較合適，樁距最好在4d左右。
4 結(jié)語
沒有牢靠的基礎(chǔ)，建筑物和構(gòu)筑物的安全使用就無從談起。軟土地基的存在影響著基礎(chǔ)設(shè)計的形式，具體采用何種地基處理方案和基礎(chǔ)形式又與軟土埋深、層厚有關(guān)，只有對存在軟土地基的沿海場地地質(zhì)詳細(xì)勘察，查清場地地形、地貌以及水文地質(zhì)情況，精心設(shè)計，反復(fù)研究，認(rèn)真進行沉降和穩(wěn)定驗算，根據(jù)不同的工程性質(zhì)和地質(zhì)特征，比對方案，采取最佳處置辦法，才能設(shè)計出安全、合理、經(jīng)濟的建筑物和構(gòu)筑物基礎(chǔ)。
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