浅谈惠州环球公司水泥生产线结构基础的设计

1工程地质概况     
环球水泥厂所处场地地貌类型简单，地形较平坦，位于石炭系隐伏岩分布区，场区岩土结构复杂，自上而下层系分布有：人工填土；耕植土；第四系冲积土(依次分6个亚层：粉质粘土，fak=160 kPa；淤泥质软弱土层，fak：60 kPa；粉土，fak：120 kPa；细砂，。fak：120 kPa；粗砂，fak=140 kPa：砾砂，fak=180 kPa)；粉质粘土，’fak=60 kPa，软塑～流塑，与基岩接触面常有土洞；石灰岩。其中淤泥质软弱土层和粉质粘土层属高压缩土，不能作建筑物地基持力层。场地土洞、溶洞、溶孔不良地质现象发育，分布广泛，钻孔见洞率达34％，个别子项达到60％，且岩面起伏非常大。场地工程地质条件复杂，场地与地基等级均为一级。     
该场地抗震设防烈度为六度，设计基本地震加速度为0．05 g，设计地震分组为第一组，场地划分为软弱场地土，场地类别为Ⅱ类，场地特征周期为0．35 s，场地为对建筑抗震不利地段。     
场地地下水位为赋存于第四系粉细砂、中(粗)砂、砾砂层中的孔隙水及赋存于基岩中的裂隙岩溶水，地下水较为丰富，常年地下水位埋置深度为自然地面下2．O m。 
2基础设计   
根据场地的地质情况、建(构)筑物的结构形式及荷载大小，本工程分别采用了冲孔灌注桩、水泥土搅拌桩、换填垫层、天然基础。 
2．1 7中孔灌注桩   
水泥厂生产线上的主要建(构)筑物由于荷载大、对沉降敏感，因而在设计中采用了冲孔灌注桩。桩端持力层为微风化灰岩，天然湿度单轴抗压强度为24MPa，由于岩面起伏大，将桩端嵌入岩石1 000 rain，单桩竖向承载力特征值按广东省《建筑地基基础设计规范》中公式计算：    
 R=Cl。frpAp+“C2frshr，其中Cl=0．3，G=0．035，根据不同桩径，桩的配筋率取0．3％～0．65％。   
全厂主要车间如窑尾、窑中、窑头、生料磨、水泥磨、包装车间及生料均化库、熟料库、水泥库等均采用了冲孔灌注桩。窑尾基础采用了4①2 000+8中1 500的大直径冲孔灌注桩；2个直径25 m的熟料库基础采用了44根①l 800及16根中1 900的大直径冲孔灌注桩；窑中基础采用了φl 200、φl 400、φ1 600的冲孔灌注桩；其余均为常规桩径。     
由于该场地岩溶发育，设计要求桩在成孔前应进行超前钻探，查明桩端下不小于3 d(d为桩径)或5 m范围内基岩性状，是否有溶洞、溶洞尺寸、顶板厚度，钻探深度以获得不小于3D及5 m连续完整基岩为准。各桩超前钻探的孔数根据《广东省桩基质量检测技术规定》确定：桩径<φ1 200超前钻为一孔；桩径中1 200,-, 
1 600超前钻为二孔；桩径>φ1 600超前钻为三孔。 
2．2水泥土搅拌桩     
由于水泥土搅拌桩适用于处理淤泥质土，通过深层搅拌形成水泥土加固体，可作为复合地基。在该工程设计中，对荷载较小的建筑物中央控制室、中央化验室、总降压站及大型设备(高温风机、废气风机)基础采用了水泥土搅拌桩复合地基。中央控制室、中央化验室地基处理前淤泥质软弱土层的承载力特征值为60’kPa，设计采用了φ550@850×850的水泥搅拌桩，桩布置在独立柱基范围内，桩长平均lO m，水泥用量不小于55KG ／m，设计要求处理后的复合地基承载力应达到160  kPa，单桩竖向承载力特征值不小于120 kN，经现场浅层平板载荷试验检测，处理后的承载力满足设计要求。该水泥搅拌桩费用为55元／m，施工较方便，对处理深度不大的复合地基有较好的经济效果。 
2．3换填法垫层   
换填垫层法适用于处理浅层软弱地基土及不均匀地基土，由于换填材料取材方便、经济而被广泛应用。该工程的机电修车间为跨度18 m的单层厂房，轻钢屋面，5 t轻级工作制吊车，考虑到该车间荷载不大，为了节约造价，采用换填垫层处理地基。地基上覆土层为新近场平填土及耕植土，选用碎石土(碎石占土重的50％)换填，厚度约1．00 m，采用30 t振动碾压机分层碾压，每层虚铺厚度为3 000 rnm，压实系数应≥0．96，处理后的承载力特征值应达到160 kPa。垫层下部土层为粉质粘土，局部为软弱土层时先用大块石抛填，抛一层压一层，共计三到五层，直至无法压人为止。 
2．4天然地基     
部分荷载较小的建筑物如散装车间、成品库等采用天然地基，利用粉质粘土作持力层，对下卧软弱层进行验算，同时采用轻便触探或钎探查明基础下部有无土洞，对发现的土洞进行了开挖，然后填石碾压处理。 
3基础方案的修改 
3．1水泥储库基础     
水泥储库为6个φ15 m、高46．0 m的储库，由于荷载大，基础设计采用了冲孔灌注桩，持力层为微风化灰岩。在设计初期尚未确定桩基施工单位，不了解桩基施工单位的技术及设备能力，设计完全按理想情况进行，未考虑施工进度的要求，因而，在桩基直径选择时，考虑一般的桩基施工队伍均具备的施工能力，采用了φ1 000常规直径的桩基总计144根。现场在施工前，需要对进度进行优化。因为在正常施工情况下，平均4 d方钷工一根桩(24 h连续作业)，现场按6台钻机考虑，将花费96 d，严重影响施工总工期。为此，现场设计人员根据桩基施工单位的设备能力，将桩径改为32根①1 800及20根①1 300，共计52根桩，极大地缩短了施工时间，进度得到了显著优化，而混凝土用量与原设计基本相同。在造价上，小直径的桩基费用为1100元／m。，而大直径桩基费用为1 050元／M2 和980元/M2 ，同时，由于桩数量减少，使超前钻的数量也相应减少，基础成本有一定程度的降低。    、 
3．2水泥立磨基础     
由于该子项的位置在设计时进行了调整，又未进行补钻，设计参考附近钻孔资料，采用了6φ1000+1φ800的冲孔灌注桩，在施工前进行了超前钻，超前钻资料显示：基岩埋深一般为一6．88m～一14．90m，大部分岩石埋置深度在一8．00 m以内，．]t7个超前钻孔有5个孔发现溶洞。而立磨基础设计时为减小振动，满足设备厂家提出的配重要求，磨机基础设计埋深已达一7．00 m。根据实际情况，现场技术人员决定将桩基取消，采用机械大开挖，对超挖部分采用C。，毛石混凝土回填至一7．00 m设计标高。因此如何在地下水位高、工程地质为砂层及软土的情况下进行基坑 大开挖成为关键问题。若对坑壁不进行支护，将存在严重的安全隐患，且施工环境差，现场污染重，故决定在施工中坑壁采用喷锚护壁，每开挖1 m随即用水泥浆喷锚作基坑支护，集水坑降水的施工方法。该方法的开挖时间为20 d左右，喷锚护壁及降水措施费为12万元左右，机械开挖所需台班15个，费用2．40万元，施工总费用约15万元。如采用桩基方案，原设计桩数为7根，根据作业面的情况按1台钻机考虑，桩基施工约30 d，养护20 d后进行钻芯检测，抽芯加上实验需要7 d，仅桩基施工就将耗费近60 d，其造价估计在20万元左右。 
3．3联合预均化堆棚、原煤联合预均化堆棚基础    联合预均化堆棚、原煤联合预均化堆棚为跨度35．00 m及32．00 m的大跨度单层厂房。在设计初期依据详勘报告，其基础采用冲孔灌注桩。但现场按照设计图施工13号冲孔灌注桩时，在冲孔过程中因岩面倾斜度大，导致锤中心与桩中心偏差，引起桩孔倾斜，为此向孔内投入了大量片石，其成孔时间超出正常的预计时间，尤其严重的是在成孔后，由于存在土洞、溶洞，灌注混凝土时出现严重的漏浆现象，该桩的理论混凝土用量为4．5 m。，而实际浇筑32．5“，水下混凝土顶面标高仍未达到设计标高，桩基施工作业失败。为此总承包项目部立即会同业主、地勘、设计以及监理等相关单位，认真研讨了详勘报告和冲孔超前钻资料，分析认为，该子项的地质情况复杂，土洞、溶洞和裂隙发育，分布广泛，采用桩基施工难度太大。鉴于此情况及地基的不可预见性，本着控制工期和成本的要求，现场技术人员将原方案改为柱下钢筋混凝土条形基础，以增加基础的整体刚度。为消除土洞的潜在不良影响，对超前钻发现的浅层土洞实施开挖后填充压实处理，工程进度得到大幅度加快，工程质量得到保证，实践证明该方案达到了预期效果。 
4桩基检测及处理     
由于该场地地质情况复杂，土洞、溶洞发育，水下灌注混凝土施工难度较大，为确保桩基工程的质量，灌注桩施工完毕后，对桩基的完整性进行了小应变检测，检测数量为一柱一桩1 00％，其余抽检数量为20％，单桩的竖向承载力因受设备限制无法检测，故采用钻芯法测定沉渣厚度并钻取桩端岩石芯样以检验桩端持力层，抽检数量为总桩数的10％。经抽芯检测，仅熟料库的52号桩发现桩底岩石下有溶洞，经研究，决定采用压力注浆处理。在①1900的桩上钻3个孑L，采用高压旋喷水将溶洞清理干净，并高压注浆将桩底下的溶洞充填。 
5 结束语     
结构基础设计应针对不同地区的岩土工程条件、结构形式、荷载性质采取与之相适应的基础形式及地基处理方法，同时，设计应与现场施工紧密结合，充分考虑施工质量、施工进度及费用的因素，综合效益最优的方案。