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石灰巖地區地基基礎處理

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石灰巖地區地基基礎處理 

陽小群 

韶峰水泥集團(原湘鄉水泥廠)一號窯技改工程為新建一條年產80萬噸水泥(2000噸/日熟料) 的干法生產線。包括碎石(礦石)園庫、原料預均化堆場、煤庫、水泥庫、水泥成品庫等29個 主要建筑物,建設場地為石灰巖地區。

1.工程地質特點

本廠場地內基巖除局部地段為砂巖、砂頁巖夾透鏡狀灰巖外,其余全部為棋梓橋組灰巖。覆 蓋土層厚度各地段不一,其巖性:上部以含碎石粉質粘土為主,下部多為粘土組成的二元結 構。如:一號窯的碎石原料庫,砂頁巖聯合儲庫地段覆蓋土較厚,大多數土層厚度大于10m ,最深達17.1m,上部多為粉質粘土或填土,下部以粘土為主,少數基巖面上有軟塑土,巖 溶較其他建筑地段發育,共施工23個鉆孔有7個鉆孔見溶洞,鉆孔見巖溶率為30.43%。

場地地質自上而下描述如下: 

1.1表土及填土層:層位編號①,耕土由含植物根屑,有機質物的粉質粘土組成,灰~褐灰 色,干~稍濕,松散~稍密狀,含植物根屑,砂巖灰巖碎石,本土層一般厚0.25m~0.60m。

1.2含碎石粉質粘土層:層位編號②,黃褐色~紅褐色含碎石粉質粘土,干~稍濕,以堅 硬、硬塑為主,下部局部為可塑狀,本層厚度為2.86m~13.40m,fk=280~240KPa。

1.3粘土層:層位編號③,為紫紅色~棕紅色或棕褐色粘土,稍濕~濕,淺層局部為干~稍 濕,硬塑~可塑,本層厚度為1.45m~15.9m,局部基巖面上有軟塑粘土存在,層位編號③ -1,fk=220~60KPa。

1.4灰巖:層位編號為④,為場地之基巖,由泥盆系中統棋梓橋組灰巖組成,傾向290°~30 0°,傾角25°左右。 

地質柱狀圖如下: 本廠場地在覆蓋層內沒發現土洞,地表也無坍陷,基巖內絕大部分溶洞已被溶洞礫巖或粘性 土充填,地下水不豐富,活動不強烈,巖溶發育趨向于停止。場地內基巖面溶溝、溶槽發育 ,起伏大。如兩鉆孔相隔7.5m,基巖面高達7.0m以上,個別地段還有溶蝕漏斗帶存在,場地 內所有溶溝、溶槽或溶蝕裂隙全部被粘土或粘性土或粘性土夾碎石,或溶沿礫石填充。往深 部巖石逐步完整,溶洞溶蝕裂隙減少。 

如倒錐殼水塔基礎,鉆4個孔:ZK117.50孔深116.81標高ZK2 17.60116.86ZK317.10116.89ZK418.80 116.73, 分別在8.8m、8.8m、8.4m、8.7m見基巖,由于覆蓋層為人工填土和淤泥質土,因此考慮人工 挖孔樁,結果在開挖中7根樁,最大樁長達15.4m,最小樁長達10.2m。 

2.工程勘探 

網點密度及鉆孔深度的探討:鑒于基巖表面溶蝕現象嚴重,在施工圖階段,不但要加密勘探 點密度,而且還應結合工程中基礎要求,補充每個基礎下的工程鉆,如一號窯石膏礦渣、碎 石輸送皮帶通廊,該場地原來是垃圾場,平基工程又將此作為棄土場,下面還有原來的下水 道,排洪溝,因這部分地質鉆探網點密度在30m以上,根據地質條件基礎設計人工挖孔樁, 在施工過程中很被動,由于是排洪溝,人工挖孔樁難以穿越該段,無法排盡樁孔內大量的涌 水,改為機械鉆孔灌注樁又難以穿越排洪溝溝壁障礙物,致使樁歪斜,改大開挖要挖10余米 深,亦不經濟。只得挪動樁位,改變原基礎設計,加大承臺梁,以此來滿足要求,因此在生 產調度中心大樓設計時要求一樁一樁一鉆,以爭取主動。 

重視勘探工作,不能用臨近鉆孔參考。如球形水塔,參考近處建筑鉆孔,層底深度3.5m為粉 質粘土,fk=230KPa;6.5m為粘土,fk=135KPa;6.5m以下為碎石土,fk=300KPa。選 擇碎石土為持力層,基底標高為6.6m,結果基坑開挖后,不見碎石土層,只有粘土層,且越 往下挖土質越糟,不得不基礎返工挪位,經補充勘探,粉質粘土層厚5.94m~9.66m,將基礎 持力層選擇在該層,改為加寬基礎淺埋。 

鉆孔網點距離,按規范在施工圖詳勘階段。 

場地類別Ⅰ類建筑Ⅱ類建筑

〖BHDG1*1/5,FK8,K8ZQ,K8ZQF〗簡單場地3.5~50m50~75m 

中等復雜場地20~35m25~50m 

復雜<20m<25m 

(見工程地質手冊表2-1-3,TJ21-77規范表7) 

當采用基巖作持力層時,對我廠的情況而言,上述網點距離滿足不了設計和施工要求,如碎 石庫區砂頁巖聯合儲庫,網點距離<30m,為28.75m,29.97m,按地質剖面圖來看,設計標 高以下7m見基巖,結果在施工過程中,墩式基礎挖至17m~18m方見基巖,致使基礎工程浪費 很大,在該項工程中,±0.00以上工程費用為600萬元,±0.00以下部分工程費用超過600萬 元。 

規范(TJ21—77)對巖溶地區鉆孔深度有規定,對基底面土層>壓縮層厚且無形成土洞條件時 ,一般性孔及控制性孔可按表6 

建筑類別一般性孔控制性孔 

〖BHDG1*1/5,FK8,K8ZQ,K8ZQF〗 

Ⅰ類10~15m15~30m

Ⅱ類6~12m12~20m 

對以基巖為持力層者,鉆孔應進入完整基巖3~5m或穿透溶洞底板下3~5m,當為樁時取>3d ,對特殊地段的鉆孔應繼續加深才能判斷:如一號窯生料均化庫ZK102~ZK105,完整基巖面 上巖性與周圍鉆孔巖性明顯不同,灰巖面上有一層深灰色砂而巖碎塊或黑色粘土存在,且厚 度較大,ZK105自4.65m開始就見深灰色砂頁巖和灰巖碎塊,直至21.39m才見十分破碎的灰巖 ,到29.74m灰巖還不太完整,據推測,可能原是灰巖溶洞,由于上覆巖層的重力作用,使其 坍塌、堆積而成。因此在諸如此類特殊地段的鉆孔必須加深,才能做出正確判斷,以便基礎 處理時,做出最佳決擇。 

3.基礎處理 

3.1理論基礎:建筑物的建造使地基中原有的應力狀態發生變化。這就必須運用力學方法來 研究荷載作用下地基土的變形和強度問題。地基基礎必須滿足兩個基本條件:要求作用于地 基的荷載不超過地基的承載能力,保證地基在防止整體破壞方面有足夠的安全儲備;控制基 礎沉降使之不超過地基的容許變形值,保證建筑不因地基變形而損壞或者影響其正常使用。 

巖石地基常具有強度高和壓縮性低的特點,常見的石灰巖,如構造裂隙發育,則受力時容易 破裂,并有遇水后易受侵蝕的特點,當作為建筑的地基時,其中較大的裂隙宜用水泥砂漿填 實。下臥基巖表面坡度較大的地基,可調整基礎深度,寬度或采用樁基和深基礎等處理措施 。如:可將條形基礎沿基巖的傾斜方向分段、加深、作成階梯形基底。 

根據建筑地基基礎設計規范GBJ7—89,對于石芽密布并有出露的地基,如石芽間距小于2m, 其間為硬塑或堅硬狀態的紅粘土,當房屋為六層和六層以下的砌體承重結構、三層和三層以 下的框架結構或具有15t和15t以下吊車的單層排架結構,其基底壓

力小于200KPa時,可不作 地基處理。 

3.2在巖溶地區,當基礎底面以下的土層厚度大于3倍獨立基礎底寬,或大于6倍條形基礎底 寬, 且在使用期間不具備形成土洞的條件時,不考慮巖溶對地基穩定性的影響。基礎位于微風化 硬質巖石表面時,對于寬度小于1m的豎向溶蝕裂隙和落水洞近旁地段,可不考慮其對基穩定 性的影響。如地質條件符合下列情況之一時,可不考慮溶洞對地期穩定性的影響:①溶洞被 密實的沉積物填滿,其承載力超過150KPa,且無被水沖蝕的可能性。②洞體較小,基礎尺寸 大小于洞的平面尺寸,并有足夠的支承長度。③微風化的硬質巖石中,洞體頂板厚度接近或 大于洞跨。 

在滿足地基穩定和變形要求前提下,基礎應盡量淺埋,當上層地基的承載力大于下層土時, 宜利用上層土作持力層。 

3.3對地基穩定性有影響的巖溶洞隙,應根據其位置、大小、埋深、圍巖穩定性和水文地質 條件綜合分析,因地制宜采取處理措施:①對洞口較小的洞隙,宜采用鑲補,嵌塞與跨蓋等 方法處理;②對于圍巖不穩定、風化裂隙破碎的巖體,可采用灌漿加固和清爆填塞等措施。 樁基工程是否能實現其預定功能,并做到先進、經濟合理,完全取決于設計與施工質量。設 計中應綜合考慮的因素主要有:地質條件、上部結構類型、荷載特征、施工技術、施工環境 、檢測條件等。如一號窯墩是個箱形結構,箱頂支承大窯筒體,箱內為加油泵房,設計8根 1500mm鉆孔樁,成樁后,經省建四公司樁基檢測中心應用低變法中動參數法檢測柱身有缺 陷,單樁承載力不能滿足設計要求,固其檢測中心出具檢測報告是有效的,我們無法否認, 故只能進行加樁處理,因此,樁基以人工挖孔樁為宜。 

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