地基处理方案优化
2014-08-11韩淑英
韩 淑 英
(太原明力达电力设计有限公司，山西 太原 030012)
地基处理方案优化
韩 淑 英
(太原明力达电力设计有限公司，山西 太原 030012)
通过对大村110 kV变电站站址周边区域地质概况、环境情况以及液化土特征、危害的分析，比选了换填法、预制钢筋混凝土桩法、碎石桩加密法等处理液化土的方法，最终经过经济性比较选定了较优方案。
地基，碎石桩，预制桩
0 引言
随着地基处理设计水平的提高、施工工艺的改进和施工设备的更新，我国地基处理技术发展很快，对于各种不良地基，经过地基处理后，一般均能满足建设要求。由于地基处理的适用范围进一步扩大，地基处理项目的增多，用于地基处理的费用在工程建设投资中所占的比重不断增大。因而，地基处理的设计和施工必须认真贯彻执行国家的技术经济政策，做到安全适用、技术先进、经济合理、确保质量、保护环境，除了应满足工程设计要求外，还应该做到因地制宜、就地取材、保护环境和节约资源。
1 工程概况
1.1 站址位置
110 kV大村变电站工程，拟在太原市小店区汾河东岸太茅路以西约160 m，正阳街与太茅西路处交叉口东北角兴建，站址南北长39 m，东西宽26.5 m，高程约在773 m。
1.2 地基土分布及性质
1.3 地下水条件
本次勘探站址场地揭露的地下水类型为第四系松散层孔隙潜水，地下水稳定水位埋深为1.5 m左右，地下水由东向西径流，年变幅约为1.0 m。
1.4 黄土湿陷性评价
本次勘测场地内普遍存在②层黄土状粉土层，厚约1.5 m～2.0 m，水位埋深1.5 m左右，为饱和黄土，根据GB 50025-2004湿陷性黄土地区建筑规范，可不考虑其湿陷性对地基的影响。
1.5 地基液化评价和场地土类型、场地类别及地震动参数
本场地地基土0.0 m～20.0 m范围内以杂填土、粉土及细砂为主，地下水位埋深1.5 m左右,本区地震烈度8度。根据GB 50011-2010建筑抗震设计规范及此次标准贯入试验、室内颗分试验结果：③层细砂地基土为液化土层。经计算，在抗震设防烈度为8度时，该拟建场地属液化场地，地基液化等级为严重，主要液化土层为第③层细砂。
2 液化特征及危害
地基土液化是指饱水的粉细砂或轻亚粘土在地震力的作用下瞬时失掉强度,由固态变成液态的力学过程。砂土液化主要是在静力或动力作用下,砂土中孔隙水压力上升,抗剪强度或剪切刚度降低并趋于消失所引起的。砂土液化(地基土液化)：饱和松散的砂土或粉土(不含黄土)，地震时易发生液化现象，使地基承载力丧失或减弱，甚至喷水冒砂，这种现象一般称为砂土液化或地基土液化。
其产生的机理是：地震时，饱和砂土和粉土颗粒在强烈震动下发生相对位移，颗粒结构趋于压密，颗粒间孔隙水来不及排泄而受到挤压，因而使孔隙水压力急剧增加。当孔隙水压力上升到与土颗粒所受到的总的正压应力接近或相等时，土粒之间因摩擦产生的抗剪能力消失，土颗粒便形同“液体”一样处于悬浮状态，形成所谓液化现象。
3 基础选型分析及地基处理
3.1 基础选型
全站整体建(构)筑物，采用构件标准化、生产工业化、施工机械化的装配式设计方案，结合地质情况和上部结构形式，采用现浇钢筋混凝土独立柱基础。
3.2 地基处理方案
可液化地基的处理，其出发点是改变它的内在条件，增加土体密实度和改善排水条件。
常用的方法有以下几种：
1)桩基或深基础。
采用桩基础时，桩端伸入液化浓度以下稳定土层中的长度，应按计算确定，且对碎石土、砾、粗、中砂、坚硬粘性土和密实粉土不应少于0.5 m，对其他非岩石土不宜少于1.5 m。
2)振冲碎石桩。
砂土、粉土、粉质粘土、素填土和杂填土等地基，对于处理不排水抗剪强度不小于20 kPa的粘性土和饱和黄土地基，应在施工前通过现场试验确定其适用性，桩长不宜小于4 m，可达20 m。通过置换或挤密使土体的空隙减少，强度增大，碎石桩与桩间土形成复合地基，从而提高地基的承载力，减少沉降量。
3)换填法。
用非液化土替换全部液化土层。液化地基土的处理范围，在基础外缘以外的处理宽度，应超过基础底面下处理深度的1/2且不小于基础宽度的1/5。
3.3 地基处理方案技术比较
1)桩基或深基础。
优点：桩基在地震作用下的变形小、稳定性好，是解决地震区软弱地基和地震液化的地基抗震问题的一种有效措施。在唐山大地震中采用桩基的建筑一般受害轻微。
缺点：施工工艺复杂，施工过程容易受地层变化复杂的影响，出现断桩。桩数量多时受施工机械影响。
2)振冲碎石桩。
优点：挤密效果非常好；无土体流失，砂石用量少。
缺点：对附近建、构筑物有一定的震动感和挤压影响，建筑密集区不适合使用。
3)换填法。
优点：承载力高，刚度大，变形小。
缺点：不适用于深厚软弱地基。
3.4 地基处理方案选择
GB 50011-2010建筑抗震设计规范4.3.7全部消除地基液化沉陷的措施，应符合下列要求：
1)采用桩基时，桩端伸入液化深度以下稳定土层中的长度(不包括桩尖部分)应按计算确定，且对碎石土、砾、粗、中砂，坚硬粘性土和密实粉土尚不应小于0.8 m，对其他非岩石土尚不宜小于1.5 m。
2)采用深基础时，基础地面应埋入液化深度以下的稳定土层中，其深度不应小于0.5 m。
3)采用加密法(如振冲、振动加密、挤密碎石桩、强夯等)加固时，应处理至液化深度下界；振冲或挤密碎石桩加固后，桩间土的标准贯入锤击数不宜小于12击。
4)用非液化土替换全部液化土层，或增加上覆非液化土层的厚度。
5)采用加密法或换土法处理时，在基础边缘以外的处理宽度，应超过基础底面下处理深度的1/2且不小于基础宽度的1/5。
3.4.1 换填法
结合110 kV变电站的地质情况，液化土层埋深为11 m，地下水位为地面下1.5 m～12 m，如果采用换填法时开挖深度太大，产生的费用较高，不适合本工程实际。
3.4.2 挤密碎石桩
由于110 kV大村变电站位于庄稼地，150 m范围内没有建筑物，所以具备施工条件。
根据GB 50011-2010建筑抗震设计规范4.3.7要求，结合地质勘察报告，碎石桩布置图如图1所示。桩距1 000 mm，桩径400 mm，桩长9 m。共需布桩1 876根。碎石桩上铺设300 mm褥垫层。
设计条件：第③层细砂承载力特征值fak=130 kPa。
桩土应力比：取n=2，m=d2/de2=0.42/1.05×1=0.15。
复合地基承载力特征值:
fsak=[1+m×(n-1)]×fsk=[1+0.15×(2-1)]×130=150 kPa。
3.4.3 预制钢筋混凝土桩
本方案拟采用0.4 m×0.4 m钢筋混凝土预制桩，桩长9 m。预制桩钢筋伸入独立柱基础100 mm。
JGJ 94-2008建筑桩基技术规范5.3.5规定：单桩极限承载力标准值计算如下：
Quk=Qsk+Qpk=u∑qsikli+qpkAp=
0.4×4(25×8+50×1)+2 200×0.4×0.4=752 kPa。
其中，qsik为桩侧第i层土的极限侧阻力标准值；qpk为极限端阻力标准值。
单桩竖向承载力特征值：
Qu=752/2=376 kPa。
预制钢筋混凝土桩布置图见图2。
3.5 地基基础荷载分析
地基基础荷载分析见表1。
表1 地基基础荷载分析表 kN
3.6 地基处理方案经济比较
1009-6825(2014)33-0047-03
2014-09-11
韩淑英(1972- )，女，工程师
TU472
：A
