大型水泥厂建（构）筑物基础设计及地基处理（2）

　　欲想工程桩达到试验桩所测定的承载力，除了各个环节都要精心施工外，还有一个关健的因素，那就是大面积工程桩施工时的收钻标准。因为嵌岩桩的关健在于嵌岩，而岩层起伏的变化，各勘探工程师对岩石风化层的不同判别，都会对嵌岩的实际效果产生影响。因此，确定一个符合实际又便于操作的收钻标准就显得尤为重要，笔者根据大量的工程实践，对嵌岩钻孔灌注桩提出如下收钻标准：
　　利用工程地质勘察报告进行查对判别。
　　将钻孔反上的岩渣与工勘时所取岩样及试桩收钻时返上的岩渣进行对比，由工勘工程师进行验槽，以确定是否达到试桩收钻时的同一岩层。
　　用实际施工时的钻进时效（以某种速率进尺了多少深度）与试桩收钻进时效进行对比，但此时钻机的型号、能力、钻头的磨损等情况必须与试桩时大致相同（当进入中风化层时，笔者认为应使用牙轮钻头）。
　　与设计图纸的要求进行对比。
1.4 灌注桩桩身质量及承载力的检验
　　如前所述，灌注桩桩身质量较难控制，在施工过程中出现缩颈、断桩、清孔不干净的机率相对较大。因此，在成桩之后对桩的承载力及柱身质量进行检验是必不可少的，这一点是没有疑问的，但对桩承载力的检验是采用静载测试还是采用高应变动测检验，却是值得探讨的。现行规范规定，对单桩竖向承载力＞4000kN的基桩，其单桩承载力的的确定必须用静载的方法来测定。但就京阳工程的具体情况看，直径为1.2m的桩型单桩极限承载力高达20000kN，且施工场地远离城区，若采用静荷堆载测桩法，则需租用20000kN的配重物运至施工场地；另一方面由于地表上层为淤泥质软土，要想保证20000kN的测桩平台的稳定，并控制平台的沉降量，还需专门对软土地基进行必要的处理。这样，单根桩的测试费用将达30万元之多，且耗时很长；若采用静力反锚测试方法，锚桩总的数量不少，由于受平面布置桩的限制，锚桩只能小部分采用工程桩，因而费用与堆载法相差不大，而且由于锚桩上拔量控制的要求很严，经过反复论证和充分比较，决定适当突破规范的规定，采用目前国际上比较通用且测试误差较小由美国引进的PDA桩基高应变动测仪，选定测试技术、资质、信誉好且做过大量动静对比基础工作的单位来进行承载力的测试，但将规范规定的高应变动测数量适当提高。从已测试的情况看，效果很好，测桩费用比采用静载法节省了200多万元。但是，我们应注意一点，PDA高应变动力检测是以垂锤打击桩顶，同时采集距桩顶（1.5~3）D截面处的力（F）与速度（V）的时程曲线，通过CAPWAPC程序求解应力波动和波动方程最终得到桩的极限承载力以及荷载与沉降的Q~S关系曲线。这种检测方法仅当桩身与土体发生一定量的相对位移时（一般一锤沉降达2mm~3mm即可），采集的数据才具准确性。因此，桩顶的锤击能量是一个控制因素，它随桩承载力及桩径的大小变化应取用不同重量的锤头及落锤高度，通常锤头重量应取桩自重的10%~30%或桩极限承载力的1%，落锤控制高度按V=2GH求得。
1.5 事故处理
　　在深基坑开挖过程中，由于适逢雨季，淤泥质软土的地表浅层含水量增大，加之施工方法不当，造成土体滑移，将部分工程桩桩身推断或使得桩顶位移过大。根据现场场的实际情况、工程进度的要求、结构受力的特点，在充分考虑了施工可行性的基础上采取了适量重新加桩及对损坏桩进行修复两项措施，并且将桩承台及承台四周回填要求作一定的调整，获得较好的效果。
2 大面积堆载下的地基处理（深层搅拌）
　　软土地基上的大面积堆载，一般都会发生较大的竖向沉降，并伴随着产生较大的水平推力，对靠近堆附近的桩体产生破坏性的影响。因此，对厂房及取料设备采用桩基础的煤、粘土、石灰石三大均化堆场堆料面积下的软土地基要慎重考虑。
　　为了做到既安全又经济，首先分析一下软土地基的承载特性。由于基土的压缩模量低、压缩系数高，当大面积堆载超过地基的允许承载力时，地基产生过大的压缩变形，软土层将形成一剪切滑动面，滑动面以上的土体将沿剪切滑动面向外、向上隆挤，并产生很大的侧向水平推力；但当堆载不超过地基的允许承载力时，软土虽然产生一定的竖向沉降，但并不形成剪切滑动面，也就是说不会发生剪切破坏。此时地基土由于竖向沉降所产生的侧向水平推力是有限的，对邻近的桩基础不会产生大的影响。因此对地面堆载不超过软土基承载力的煤均化堆场，除了在地面做250mm厚的钢筋混凝土板，板底铺设300mm厚载不超过软土地基承载力的煤均化堆场，除了地面做250mm厚的钢筋混凝土板，板底铺设300mm厚碎石层，用以适当调整整个堆载面积内地基土所承受的压力均匀度，防止局部发生剪切破碎，减少沉降总量及不均沉降之外，对淤泥质软土地基就不必做任何处理了，由此而获得的经济效益也是显著的。但是，对于粘土、石灰石均化堆场，由于堆料荷载远远高于地基土允许承载力，其最大料压达250kN/m2，相应的地基沉降量亦高达1535mm，所以必须对大面积堆料部分的软土地基进行处理，以防大面积堆载产生的巨大水平力将厂房及轨道的桩基础推坏。就本工程而言，由于软土地基含水量高，排水不易，且影响深度有限，因而强夯方案是不可取的；若采用换土夯实，则工程量太大、费用太高，亦不可取；而采取堆截预压，结合一定的排水固结措施，虽说较经济，但所需时间太长，工期不充许；只有采用深层搅拌的方案，才是技术、工期都可行且又经济的。
　　深层搅拌是以水泥作为固化剂，利用特制的深层搅拌机械，在地基深处就地将软土和水泥强制拌和，通过水泥与软土之间产生的物理化--化学反应，使混合后的土体硬结成具体整体性、水稳定性和一定强度的地基。搅拌时所形成的水泥桩体是一种介于柔性桩与刚性之间的具有一定压缩性的桩，它与桩间土一起组成复合地基承肥外部荷载，而对该复合地基强度及变形起主要控制作用的有搅拌桩的置换率、桩长度及水泥的掺入量三大因素，其中置换率是由堆载对复合地基承载力的要求所决定的；桩长则主要是由沉降和单桩承载力来控制的；而水泥掺入量则对桩身强度起控制作用。对于软土层位厚，复合地基承载力要求高的区域，三大因素均取偏高值；反之，则取偏低值。对于大面积堆载的均化堆场，由于基本身对沉降并无控制要求，因此，在地基处理时只要控制堆料面积下地基土的沉降对厂房及轨道桩基不产生大的水平推力即可，这样可以大大降低投资。理论研究及实测表明：三角形分布的大面积堆料由于地基沉降所产生的水平推力主要分布在地表以下1/3或1/4堆料底宽的高度范围内，内要将该范围内的地基土压缩变形减少到最低值，即可避免堆料对厂房及轨道桩基础的不良影响。因此，在三大因素的定量设计时，我们主要考虑到最低值，即可避免堆料对厂房及轨道桩基础的不良影响。因此，在三大因素的定量设计时，我们主要考虑以下两个方面：①搅拌桩长度不小于堆载底宽的1/3~1/4。②地基土在堆载作用下不发生剪切破坏。经过反复的计算、分析，将搅拌桩的置换率控制在12.7%~33.8%之间，桩长控制在11m~14m之间、水泥掺入量控制在10%~18%之间，使得淤泥质软土的地基承载力提高了2~3倍，沉降量减少了70%~85%，且剩余沉降绝大部分发生在复合地基的下层（复合地基本身的压缩变形很小，仅为10mm~30mm），有效地降低了软土地基在大面积堆载作用下产生的侧向水平推力，从而在设计上保证了均化堆场厂房结构及取料设备的正常使用。
　　这里要提醒大家注意的是：深层搅拌复合地基成败的关键之一在于施工时水泥浆的注入量及水泥浆与软土搅拦的均匀性，一般来说，水泥浆注入量越大、搅拌次数越多、越均匀其水泥土的强度就越高。因此，在采用定量泵输送水泥浆的情况下，必须严格控制搅拌机钻土下沉时间、喷浆提升速度以及复拌次数。只有这样才能达到设计所要求的效果。
3 天然地基及换土碾压夯实人工地基
　　对于基础反力小于等于软土地基承载力的建（构）筑物，原则上采用天然地基，将基底放置在地层表面1m~2m厚的相对较好的“硬土”层上，但允许承载力应按其下部的淤泥质软土取用，这样对控制建筑物的总沉降及防上不均匀沉降大有好处。以“员工宿舍” 、“招待所”及“办公楼”三楼建筑为例：各栋建筑物传给地基的荷载与淤泥质软土的允许承载力大致相等，设计上将三栋建筑的基础均放置在“硬土”层上，但施工时误将“办公楼”下的“硬土”层挖通，结果“办公楼”的总沉降量及不均匀沉降明显大于另外两栋建筑。
　　对于基础反力略高于软土地基承载力的建（构）筑物以及部分基础反力虽然小于软土地基承载力，但由于施工放坡开挖将“硬土”层挖通的建筑物，结合施工现场回填材料的具体情况，采用局部换填砂石分层碾压的人工地基，将上部荷载扩散传递，满足了地基强度及变形的要求。