浅谈深厚淤泥和淤泥质土层基础地基处理设计方案比选

1、浅谈深厚淤泥和淤泥质土层基础地基处理设计方案比选第33卷第2期2007年6月江西水利科技jiangxihydrauucscience&technologyvo1.33no.2jun.2007浅谈深厚淤泥和淤泥质土层基础地基处理设计方案比选黄高峰,陈合爱(南昌大学建筑工程学院,江西南昌330031)摘要:针对深厚淤泥和淤泥质土层的地质特性及几种适应的地基处理方法,通过技术和经济两方面的比选,提出优化的处理方案.关键词:地基处理;淤泥质土层;方案比选中图分类号:tu473文献标识码:b文章编号:10044701(2007)02009904在工程设计,施工过程中,面临各种复杂的工程地质情况.

2、若地基的承载力足够,则只需优化基础和建筑物的设计即可;若地基的承载力不足,就可以判定为软弱地基,必须采取措施对软弱地基进行处理.软弱地基系指主要由淤泥,淤泥质土,冲填土,杂填土或其他高压缩性土层构成的地基.常用的地基处理方法有换填垫层法,强夯法,砂石桩法,振冲法,水泥土搅拌法,高压喷射注浆法等.本文结合广州市南沙开发区南围涌至西涌外江堤防综合整治工程中面临的软弱地基情况,及已建部分水闸地基处理效果,谈谈深厚淤泥和淤泥质土层地基处理设计方案的比选.1工程地质情况概述广州市南沙开发区南围涌至西涌外江堤防综合整治工程主要整治内容为新建南围涌泵闸,塞水涌泵闸和南涌泵闸及其两侧连接堤段.工程区基岩之上的

3、地基土层以淤泥和淤泥质土层为主,属软弱场地土,场地基岩埋深一般在1550m范围.工程区处于江河岸边,存在地震震陷问题,属于抗震不利地段.工程区地下水位埋深平均1.7m,经取样,地下水和河水对混凝土均无腐蚀性;在干湿交替条件下河水对钢结构和钢筋混凝土中的钢筋有中等腐蚀性.工程场地地基土为饱和土,对混凝土无腐蚀性.其中泵闸底板座落在厚1534.7m的淤泥层上,该土层地基承载力和抗剪强度低,抗冲刷能力差,工程特收稿日期:20070329作者简介:黄高峰(1979一),男,硕士研究生,助理工程师性很差,存在抗滑稳定,抗冲稳定,软土震陷以及地基承载力不足和沉降变形问题.南围涌,塞水涌,南涌泵闸天然地基淤

4、泥的承载力特征值分别为35kpa,35kpa,40kpa,因此不宜采用天然地基,须进行地基处理.2地基处理设计方案技术性比选软土地基常用的处理方法比较多,针对本工程淤泥层深厚软弱的特点,并结合淤泥层中的地下水和河水对结构的特性,主要考虑以下几种方法进行技术方案比较和分析.(1)垫层法.挖除浅部软弱土层,填以抗剪强度高,压缩性低的天然或者人工材料形成垫层,以提高地基承载力,减小沉降量,适用于厚度不大的软土地基,垫层厚度以不超过3m为宜,对于超过3m的软土地基,处理效果不理想圜.以本工程来看,工程中大多为较厚的软弱淤泥地基,分布最浅的水闸基础以下淤泥厚度仍有15m,若仅按垫层法处理,开挖和置换的工

5、程量都会比较大,而且由于淤泥地基强度较低,基坑开挖较困难,支护工程量较大,同时处理后仍有相当大的沉降量,因此不宜采用.(2)沉井基础.在建筑物设计基础底面高程上先进行分节浇筑,然后挖去井内的土方,使井体依靠自重克服井壁摩阻力下沉.因此,沉井浇筑高度一般应根据地基土质条件和要求控制的下沉速度等因素确定嘲.沉井基础除与桩基础作用相同外,对防止地基渗透变形有l00江西水利科技2007年6月利,但施工时受地下水影响较大.从本工程的地质条件来看,施工难度较大,工程量也较大,工程投资相对较大,而且工期较长,故对于地下水较多,埋深较浅的地质条件,此方法不具有优势.(3)水泥搅拌法.该法用于加固饱和软土地基的

6、一种新方法.它是利用水泥,石灰等材料作为固化剂的主剂,通过特制的搅拌机械,在地基深处将软土和固化剂(浆液或粉体)强制搅拌,利用固化剂和软土之间所产生的一系列物理一化学反应,使软土硬结成具有整体性,水稳定性和一定强度的优质复合地基阁.采用该法加固地基可提高地基允许承载力,减少地基沉降量,并能提高抗振动液化能力.该法具有施工进度快,振动小,无噪音和基本无污染等优点,但选用这种地基加固方法时,应根据不同地基土质情况,精心设计,精心组织试验和施工.因此,在保证施工质量前提下,水泥搅拌法是比较经济,可靠,快速施工的地基加固方法.(4)高压喷射注浆法.利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻进至预定土层位置后,用高压

7、设备使浆液或水以压力为20mpa左右的高压流从喷嘴中喷出,破坏周围土体,同时钻杆以一定速度渐渐向上提升,将浆液与土粒强制搅拌混合,浆液凝固后,在土体中形成固结体.近年来,高压喷射注浆法加固技术发展比较快,理论加固深度可达3060m,但因受施工机械性能限制,目前该法加固深度一般不超过20m,同时在施工工艺等方面要求较高,质量控制严格阁.(5)桩基础.该法适用于较深厚的松软地基,尤其适用于上部为松软土层,下部为硬土层的地基,可以增加地基承载力,减少沉降量,提高抗滑稳定性阁.桩基础是一种成熟的地基处理方法,实践经验较多,加固效果较好.本工程主体建筑物的下卧淤泥层厚度达到1534.7m,比较适合采用桩

8、基处理方法.以上各处理方法的的优缺点及适用范围的比较见表1.根据各处理方法优缺点以及工程区地质特性,筛选出水泥搅拌法和桩基础两种处理方法作为深厚淤泥和淤泥质土层地基处理的备选方案.表1几种淤泥地基加固处理的方法比较表根据水闸设计规范(sl2652001)的要求,天然土质地基上水闸地基最大沉降量不宜超过15cm,沉降差不宜超过5cm3l.根据有关的资料,水泥搅拌桩处理深度在15m以内时,施工质量较易保证;大于15m时处理效果不理想.建筑地基处理技术规范(jgj792002)也建议处理深度不宜大于1520m.以南沙区黄阁镇地区已完建的四倾涌,鬼横涌及塞水涌等3座水闸的基础沉降计算结果为例(计算成果

9、见表2t).计算结果表明若采用搅拌桩深度为15m,而泵闸基底淤泥厚度大于20m时,上层水泥搅拌桩部分的沉降量占总沉降量的比例约1/4,大部分沉降发生在搅拌深度以下的未处理范围内.本工程闸址处淤泥厚度为1534.7m,故单纯采用水泥搅拌法处理在控制沉降方面不合适.第33卷第2期黄高峰等浅谈深厚淤泥和淤泥质土层基础地基处理设计方案比选101表2部分水闸沉降量计算成果注:沉降量由桩尖以上复合土层的沉降及桩尖以下未处理土层的沉降两部分组成;淤泥层厚度包括其下的软塑粘土.而对于桩基础处理方法,一般桩长不予以限制,可打穿软土层,直至持力层,对提高地基承载力效果明显,可有效控制地基沉降,对软土层厚度超过15

10、m的地基处理效果较好.但软弱土层特别是以淤泥和淤泥质土层作为持力层,在进行地基处理时,应采取避免施工时对淤泥和淤泥质土扰动的措施.而在单纯进行桩基础处理施工过中,打桩容易产生位移倾斜,灌注桩容易塌孔,严重影响处理效果,达不到设计要求.因此,可结合各自的优点,考虑采用预应力混凝土管桩+水泥搅拌桩方案,同时也考虑采用全套管灌注桩方案,以此两种方案进行比选(见表3).从表3中可见,两种桩型技术上各有利弊,均可作为深厚淤泥和淤泥质土层地基处理的比选方案.3地基处理设计方案经济性比选在设计方案的比较与选择过程中,应遵循安全,经济,合理的原则.对于以上两种桩基处理方案,进行进一步的技术经济比较.现在以小南

11、沙地区的槽船涌,东井涌以及黄阁镇地区的塞水涌水闸为代表进行比较,见表4.表3两种桩基处理方案优缺点比较表表4两种桩基处理方案的技术经济比较注:表中费用为直接费.从表4可以看出,单位面积经济指标灌注桩方案比预应力混凝土管桩+水泥搅拌桩方案高出2倍左右.102江西水利科技2007年6月4方案选定对于深厚淤泥和淤泥质土层的地基处理,根据各种方案优缺点,通过上述比选,处理方式:对于厚度在15m内的较厚的淤泥和淤泥质土层的地基处理,建议直接采水泥搅拌桩方案进行处理,充分发挥水泥搅拌法的施工优点,同时可以保证地基处理质量;对于厚度超过15m的深厚淤泥和淤泥质土层,建议采用预应力混凝土管桩+水泥搅拌桩方案处

12、理,形成一种复合地基处理方案,采用水泥搅拌桩处理35m表层淤泥层形成硬壳层,避免施打预制桩时的偏位,倾斜现象,同时利用预制桩直至持力层,有效控制地基沉降.参考文献:1上海勘测设计研究院,治金工业部华东勘察基础工程总公司.广州市南沙开发区西涌水闸至公堡涌水闸环岛外江堤防综合整治工程地质勘察报告r.2004+4.2地基处理手册编写委员会.地基处理手册(第二版)m.北京:中国建筑工业出版社,2000.8.discussion0ifthedesignschemesofthefoundationstratumondeepsilthuanggao-feng,chenheai(nanchangunivers

13、ity,jiangxinanchang330031,china)abstract:basedonthegeologicalcharacteristicofdeepsiltandseveralrelevantfoundationstratummethods,theoptimumtreatmentplanisproposedbythecomparisonoftechnologyandeconomic.keywords:foundationstratum:silt:plancomparisonandelection编辑:许瑛(上接第98页)参考文献:1张启岳,等.土石坝观测技术m.北京:水利电力出版

14、社,19932熊国文,王东生,周干武.大坳面板堆石坝内部变形观测资料分析口.长江科学院院报,2001(6):4445.installationoftheprototypeobservationsystemofgaodiandomeddamandanalysisoftheobservationdatabeforewaterstoragewangdong-shen,guoshi-zhou(1.jiangxiprovincialwuyiyuangwaterpowerdevelopmentlimitedcorporation,shangrao334000,china;2.jiangxiprovincialwanancountyluyuanreservoiradministration,wanan343800,china)abstract:thelayout,electionandembedmentconstructionoftheobservationinstrumentofthedomeddamofgaodianreservoirarestated.theobservationdatabeforewaterstorageisanalyzed.