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沿海地區軟土地基對基礎設計的影響

更新時間:2009-10-19 15:27:29 來源:|0 瀏覽0收藏0

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  近幾年,經濟的發展帶動了電力建設迅速發展,同時由于國家“西電東送”工程的實施,蘇北沿海地區新建了若干輸變電工程。由于該地區地質分布有含水量大、壓縮性高、承載能力低的軟土薄弱層,對工程基礎設計帶來極為不利的影響,稍微地質勘察不詳細或基礎設計形式不對,都可能引起建筑物(構筑物)的過大沉降、傾斜甚至倒塌。

  1 工程案例及原因分析

  案例一:在蘇北沿海地區新建某35kV變電所,主變容量31.5MVA,變壓器總重17000kg,主變基礎采用長5米,寬3.8米,厚0.6米的獨立基礎,內配Ф12@150雙層雙向鋼筋,基礎埋深1.5米,下設100厚C10混凝土墊層。就在主變就位后的第二天發現,主變基礎產生不均勻沉降,最大沉降達50mm,明顯不利于設備安全運行,基礎只得從新澆筑。新主變基礎在獨立基礎下布置了八根12米石灰樁進行地基處理,主變荷載由復合地基承擔。基礎澆筑養護成功后主變重新就位,安裝結束觀測至今發現沉降很小。

  案例二:同一地區,某在建220kV變電所,配電樓共二層,框架結構,基礎采用12米Ф500(壁厚80)預制管樁,承臺埋深2米,單樁設計承載力400kN。在靜壓樁時發現,樁達到設計標高時,壓力表讀數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。經設計、勘察、監理、施工等單位多方協同論證,反復研究,確定接樁方案,在原來12米樁基礎上加接8米同型號管樁,后來做靜載試驗發現,20米樁能滿足設計要求。

  經分析研究,案例一工程主變基礎沉降過大是由于地質勘察不詳細引起的,勘察報告就沒能詳細反映該主變基礎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,從而引起主變基礎過大沉降;案例二工程處地基存在9米厚的軟土層,由于設計上沒有高度重視軟土地基對樁基礎承載力的影響,導致樁設計不合格。

  2 軟土地基分布及地質特點

  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境中沉積,經生物化學作用形成的飽和軟弱粘性土。中國建筑工業出版社出版的《工程地質手冊》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的粘性土,如淤泥、淤泥質土以及其他高壓縮性飽和粘性土、粉土等”。特征指標也做了如下表述:當天然空隙比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,稱為淤泥質土。

  幾千年來,蘇北地區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,中間夾以粉質粘土和淤泥質粉質粘土軟土的地貌。根據工程地質勘察報告發現,蘇北沿海地區海拔在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。該地區地質分布土質的一些典型物理性質指標見下表。

  表一:土體物理性質指標

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IP(%)

液性指數  IL

承載力fk(Kpa)

耕土

0.51

 

 

 

 

 

 

粉土

2.5

32

0.724

8.21

8.21

9.7

100

粉質粘土

1.5

33

0.928

4.34

4.34

13.8

90

淤泥質粉質粘土

314

4055

0.8991.348

2.574.12

914.5

1.222.49

60

粉土

49

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

  上數據是經統計該地區幾個變電所工程地質勘察報告而來,從表中不難發現,作為軟土層的淤泥質粉質粘土埋深不深,但對不同的場地,該土土層厚度分布不均,這對建筑物和構筑物基礎設計提出了較高的要求。 

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  3 處理措施及設計對策

  3.1 細心勘察,查清場地水文地質情況。

  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資料,對建筑場地沒有進行認真勘察評價,提出的地質勘察報告不能真實反映場地條件,勘察資料不準確,結論不正確、建議不合理,就會給結構設計人員造成誤導。如淤泥質土、暗塘等沒有被發現,會使新建的建筑物和構筑物發生嚴重下陷、傾斜或開裂。

  沿海地區工程現場的地質、水文勘察調查宜包括下列內容:了解工程區的地形地貌特征、微地貌類型,地層成因類型、巖土性質、產狀與分布概況,不良地質現象概況,地下水類型和分布概況,區域穩定性和歷史地震背景和震情。查明海水的侵入范圍、咸水(包括現代海水和古代殘留海水)與淡水的分界面及其變化規律;潮汐對地下水動態的影響。只有認真研究地質資料,以數據說話,才能設計出切實可行的基礎方案。

  3.2認真研究、多方論證,確定最佳地基處理和基礎設計方案。

  蘇北沿海地區地質是由于黃河淤積和黃海沖積而成,地貌屬于淤泥質海岸,為我國淤泥質海岸分布最廣、最典型的地區之一。淤泥質軟土的存在對工程基礎設計提出了更高的要求。淤泥質軟土地基承載力低,壓縮性大的特點,不易滿足建筑物和構筑物地基設計要求,需進行地基處理。根據軟土地基處理的原理和作用,根據多年一些輸變電工程建設實踐,可以采取以下簡單易行、經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。當淤泥土層厚度在4m以內時,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,但可以節省工期。

  (2). 地基加固處理及樁基法

  當淤土層較厚,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;當淤土層厚度在5~7m時,宜打預制管樁至硬土層,設承載樁臺;當淤土層厚度在7~10m時,宜打灌注樁至硬土層,設承載樁臺;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).優化基礎法

  ①擴大條基底面積,增設鋼筋混凝土基礎梁。可將條形基礎淺埋,把基礎設置在地基表層的密實土層上,從而避開淤土層,適當設置鋼筋混凝土基礎梁,增大基礎的剛度,提高基礎的穩定性和抗變形的能力。

  ②采用筏板基礎或箱形基礎。對小型建筑物可采用擴大基礎底板的方法,如設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軟土地基要求。

  ③采用合理的樁基礎。鉆孔灌注樁應用十分廣泛,但因屬隱蔽工程,成樁后質量檢查比較困難,且由于軟土的特殊性質,經常會出現一些縮徑、斷樁、樁身孔洞和“爛樁頭”等質量問題。在潮汐地區,沒有采取措施來穩定孔內水位,灌注砼時樁孔易坍孔,在該地區基礎設計時應少使用;預制樁的承載力由樁端承力和樁側摩擦力組成,由于軟土不易固化,降低了樁的側摩擦力,使樁在工程使用中不安全,因此該地區基礎設計時也應少使用。根據施工實例統計,沉管灌注樁基礎是沿海軟土地區好的基礎設計形式,樁設計承載力和施工成樁質量均好控制,對于沉管樁較能保證質量的樁長范圍為Φ400mm在16m以內,Φ500mm在18m以內較合適,樁距最好在4d左右。

  4 結語

  沒有牢靠的基礎,建筑物和構筑物的安全使用就無從談起。軟土地基的存在影響著基礎設計的形式,具體采用何種地基處理方案和基礎形式又與軟土埋深、層厚有關,只有對存在軟土地基的沿海場地地質詳細勘察,查清場地地形、地貌以及水文地質情況,精心設計,反復研究,認真進行沉降和穩定驗算,根據不同的工程性質和地質特征,比對方案,采取最佳處置辦法,才能設計出安全、合理、經濟的建筑物和構筑物基礎。

分享到: 編輯:環球網校

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