软土地基换填法加固技术

铺设胞腔碎石袋换填加筋复合砂卵石垫层、是软土地基加固处理的新技术措施，对工业建筑、公共建筑荷载较大的建筑物施工中遇到地基软土层，土层含水量大、透水系数小、压缩性高、承载力低、易扰动的软土层，采用此方法处理具有费用小、工期短、施工方法简便、效果好，处理后的地基抗剪度高、承载力大的特点。胞腔袋：用无破损的尼龙编织袋，装1/2体积的天然级配砂卵石。复合筋带：为TG土工筋带，具有强度高（抗拉强度应达到120Mpa）、低伸缩率（断裂延伸率＜1.7%）低蠕变、耐腐蚀。规格为2.5×50mm。二、工程概况：本工程为xx伊金霍洛旗乌兰集团热电厂主厂房工程，施工图由山西电力设计院设计，由我单位包头市第一建筑工程股份有限公司承建。主厂房占地面积：45米×48米＝2160平方米，原设计自然地坪-0.25，基底标高-3.500，有地下水（无压）-3.500，地质情况较复杂，伊旗地区地质情况较复杂，过去呈是古河道是湿凹地，自然地坪-2.5-3.5米以下，有集水层，土质为粉土层，是典型的软土地基。表现特点：天然含水量大，大于液限（WL）7%，天然孔隙比大＞1-2，压缩性高，承载力低（30-55Kpa）抗剪强度小于（0.03Kpa），地基土一经扰动或破坏即转变为稀释流动状态，由于土的天然孔隙比大、压缩性高，沉降量大，而且沉降速度随地面荷载增大，速度加快（1-2mm/d）也反映在沉降的不均匀性，当建筑平面荷载不均匀时，将会使建筑物产生一种较大差异沉降，会给建筑物造成破坏性损害，由于粉土的低透水性，因此软土的排水固结需要相当长的时间，在施工中由于粉土层的低透水性，所以不易采用大口径，井点降水施工方法。近年来在伊旗建设的大型工业建筑、公共建筑由于地质情况较差，所以地基处理难度大、施工困难、地基处理工期长、费用高。针对本工程设计：主厂房占地45×48米＝2160m2，由汽轮发电机间、除氧煤间，锅炉间组成，汽轮机间有三台发电机，单层排架结构，除氧煤间框架结构6层总高34米，锅炉间三台35T锅炉排架结构三台锅炉机座设计为伐板带肋基础6米×12米。原设计基础底标高-2.5米，下有C10垫层100厚，砂卵石垫层900。（-3.5－-6.5米）为软土地基，原设计地基加固采用φ300的钢筋混凝土灌注桩及挤密碎石桩进行地基处理，设计2509根钢筋砼桩，2020根挤密碎石桩，桩深为4米，采用此方法进行地基处理，工作量大，施工周期长，费用高，不能满足总工期的要求。经建设单位、设计单位、施工单位三方审定图纸提出地基处理的变更方案，经设计院核定，采用铺设胞腔碎石袋，换填加筋复合砂卵石垫层处理地基。基础开挖深度为设计-3.5米，基坑开挖宽度及长度为基础底每边外扩3米，在基底-2.9米-3.2米处分别铺设土工筋带为席状300×300编织，土工筋带为TG复合筋带2.5×50mm，抗拉强度达到120mpa，断裂延伸率小于1.7%。三、软土地基处理的技术措施及施工方法：⑴、基础挖土：由于进行换填地基处理，基础采用反铲挖土机械大开挖，开挖深度设计为-3.5米,自然地坪-0.4米,实际挖土深度3.1米,由于-3.5米处为地下水位高度,土层在-3.50米处不能扰动及破坏,否则变为稀释流动状态不能进行后续工程施工,施工中采用机械与人工配合一次挖够深度,机械挖至-3.2－-3.3米,人工用平锹修于-3.5米处,配合机械挖斗清出。⑵、平铺胞腔碎石袋：胞腔碎石袋，用无破损尼龙编织袋500×1200，装天然及配砂卵石1/2体积要求含泥量小于5%，粒径小于50，基坑开挖后每隔15米，设置一个排水坑，坑开口1米左右，深度水位以下1.2米，挖坑后即用卵石（不含砂充填）基坑四周设排水沟及集水坑（集水坑挖开后用卵石回填），基坑挖排水坑设置完成，人工机械配合铺设胞腔袋，人工按“丁顺”摆放，袋之间压茬长向不小于1/2，短小不小于1/3。胞腔碎石袋铺设完成后，采用25吨振动压道机碾压，碾压进行二次。第一次碾压3个轮回，每个轮回碾压2遍，每个轮回间隔2个小时，每碾压一遍若地基发生不均匀下陷，即时用胞腔袋补填铺平，严禁地基出现冒砂现象。第一次碾压完成后24小时，再进行第二次碾压，第二次碾压一个轮回2-3遍止。每次碾压有大量的地下水从设置的排水坑排出，工地设置8台水泵将水排出坑外。第二次碾压完成24小时后，地基强度有很大的提高，20吨载重汽车行走不沉陷。技术措施：⑴采用胞腔袋作法，增加机械接触面，增加承压强度，防止土粒流失及冒砂现象。⑵设置排水坑，在碾压中使地下水从排水坑中排出。⑶通过大吨位机械碾压，地下水排出，软土得到压缩，沉降提前进行，由于机械碾压软土中大量的水排出，使土粒的固结在较短时间内完成，软土的抗剪、抗压强度很快提高。四、加筋复合砂卵石垫层铺设及碾压：砂卵石质量要求:卵石粒径小于50mm，并且含泥量小于5%，砂卵石垫层900厚分三次铺设，每次虚铺400，压实为300，压实细数大于0.96，每层取样检验不少于1个/100m2计28个。胞腔袋铺设第二次碾压24小时后进行第一层砂卵石铺填，平整后采用25吨振动压路机振压5-6遍，取样检验压实系数达到0.96后，铺设一层土工筋带。土工筋带按300×300网格席状编织径纬交叉点用铁钉钉牢，端部回折长度不小于2.5米，分别在-2.9米、-3.2米处铺设土工筋带。技术措施：在砂卵石垫层中铺设土工筋带，在建筑物荷重作用下土工筋带的高抗拉强度得以充分发挥，增强垫层的整体性和刚度，起到调整应力分布，扩散应力的作用，整体上限制了地基土的剪切，侧向挤出及隆起，提高了约束下卧，软弱土地基侧向变形的能力。五、地基处理后测试的技术指标：⑴、下卧层承载力检测，地基加固从3月1日开始—3月12日完成，施工工期为12天。3月12日—3月13日委托xx104地堪院进行动力触探，动力触探分别取三个点0.1、0.2、0.3。动探深度-3.5—-6.5米，锤重63.5kg。平均锤击次数（每30cm锤击次数）-3.5—-4.5范围60—50次，-4.5—-6.5范围45—38次。地堪院根据锤击次数，换算下卧层承载力为180kpa—150kpa，未加固以前下卧层承载力为30—55kpa，加固后提高120kpa。山西电力设计院对地堪处理后的结论认为强度明显提高，完全满足设计要求，同意下一步施工进行。⑵、不均匀沉降观察：由于软土地基的特点：孔隙比大、压缩性高，沉降量大，根据地堪报告，下卧层沉降量为15—20cm，如不进行地基加固处理，会对设备管道、建筑物造成破坏。针对本工程荷载特点；主厂房锅炉间锅炉机座承受荷载量最大。三台锅炉机座独立设置为伐板带肋基座，砼锅炉基座＋6米高，锅炉本体＋6米—＋23米，17米高，从安装开始逐步加荷，我们针对荷载特点对三台锅炉机座设置12个沉降观察点，对数据分四个阶段进行分析：⑴锅炉主体安装前；⑵主体安装完成；⑶锅炉注水后；⑷炉体保温隔热完成后，达到锅炉运行条件。根据荷载的数据统计：⑴安装前基础数据；⑵主体安装完成，每台锅炉荷载300吨，三台锅炉平均沉降量3mm；⑶锅炉注水后：每台锅炉荷载360吨，三台锅炉平均沉降量4mm；⑷耐火隔热，保温完成达到运行条件，每台锅炉生产荷载460吨，三台锅炉平均沉降量5mm，三台锅炉的相对沉降量2mm，通过沉降观察反映整体沉降量小，满足设计要求。相对沉降量很小，反映地基的整体抗剪承载力满足要求。六、经济方案及综合经济效益对比：原图设计：-3.5—-6.5下卧软土地基加固采用钢筋砼灌注桩及挤密碎石桩进行地基处理。设计钢筋砼桩2509根，挤密碎石桩2020根，直径300米，桩深4米，-3.5—-2.6为900厚砂卵石垫层。经济造价：2509根钢筋砼桩0.283m×678.74元/m3×2509＝48.19万元；2020挤密碎石桩：0.283×180.95元/m3×2020＝10.33万元；卵石垫层：2548×0.9＝2293m3×49.70元/m3＝11.3969万元；直接费合计：69.917万元。工期每天80根：4529÷80＝57天卵石垫层2293m3工期三天。合计工期66天。变更方案：采用平铺胞腔碎石袋，换填加筋复合砂卵石垫层处理地基。造价：编织袋：22932个，每个1元/个＝22932元；砂卵石：0.3×2548＝764.4m3×49.70元/m3＝37991元；人工装袋及铺设人工费：764.4×30元/m3＝22932元；机械碾压费用：2548M2×1.5元/m2＝3822元；加筋卵石垫层：2293m3×49.70元/m3＝113969元；TG土工筋带：20196m×6元/m＝121176元；合计费用：32.2822万元。工期：胞腔碎石袋工期15天、卵石垫层3天。有效施工工期18天。二种方案对比：桩基处理地基：费用69.917万元，工期60天；胞腔袋处理地基：费用32.2822万元工期18天；费用减少37.63万元，53.83%，工期缩短42天。七、胞腔袋软土地基处理在本地区的适用性及推广性：⑴内蒙古xx伊金霍洛旗地堪报告显示过去为湿凹地，自然地坪-2.5米以下-6.5为无压集水层，土质均为粉土、粉砂，细砂层，属典型的软土层，软土层厚度-3.5米。近年随着经济发展、城区扩大，工业建筑及公共建筑大量建设，在施工中多采用桩基进行地基加固处理，但地基处理费用大、工期长。还有的施工中采用大开挖地基换填加固处理。但因伊旗地区软土层为粉土，透水系数小