某工程防渗区域地面地基处理方案比较

徐 建

（中国瑞林工程技术股份有限公司，江西南昌 330038）

目前，软弱地基处理[1]一般情况下以满足承载力的要求为主要控制指标。对地基的差异沉降，只要不影响使用，在前期投资成本有限的情况下，可以允许其出现并在后期进行处理。而具有防渗要求的厂房，则必须严格控制承载力和差异沉降两个指标。这就要求在地基处理方案的选择上，结合防渗对地基差异沉降的要求进行统一考虑。如果能结合工程所在地的实际情况做好软弱地基防渗区域的地基处理，将有利的提高该区域的工业建筑工程建设水平，本文结合工程实例进行探讨。

1 工程概况

建设工程为危险固体废物仓库，位于长江口，距离长江仅200 多米，按照环保要求需做防渗处理。该建筑为地上1 层，车间尺寸为33 m×285 m，设置两台10 t 吊车，檐口标高为12.700 m，地面堆载按8 t/㎡考虑。

2 前期地基处理方案及处理情况

根据工勘报告，本工程水文地质情况见表1。在保证结构安全和工程质量的前提下，为了节约投资，采取了厂房柱桩基与厂房室内地坪地基处理分开处理的方案，并提出了3 种室内地坪地基处理方案。1）水泥搅拌桩（CFG）[2]：桩距1 500 mm，桩径600 mm，桩长15 000 mm，估算处理后的沉降量260 mm。 由于地下水位较高，成桩效果差，耗时长，造价高，没有继续采用。 2）碎石搅拌桩：桩距1 500 mm，桩径600 mm，桩长15 000 mm，采用正三角形布桩，估算处理后的沉降量300 mm。 由于施工场地受限（桩机高达15 m 以上，严重影响土建及钢结构施工）、造价高（约2 500 万元）、工期长（采用4 台桩机施工，约需32 d），不建议采用。3）换填法（见图1）：该法系由业主工程部相关专业人员针对地区地质、建材、习惯做法提出，即厂房采用换填方式，换填使用60%左右粉质砂土与40%左右碎砖子分层压实（压路机碾压）。 采用该方案，不仅降低造价，而且可以解决交叉施工问题，保障施工进度。经检测单位检测，该方案处理后的承载力能满足12 t/㎡的载荷要求。但采用砖渣和素土换填1～1.5 m 的地基处理方案，不可取且不可靠。因为第②1层淤泥质粉质粘土为流塑状态土质，工程特性差，受地下水位波动影响大，如出现局部超载现象，将会出现坍塌式局部沉降，从而对地坪及防渗膜造成破坏。且砖渣匀质性差，质量可控性差。 故此方案不可行。

表1 本工程水文地质情况

图1 换填法剖面

图2 劲性体+高强土工格栅地基处理作法

3 “劲性体+高强土工格栅”[3]方案

通过上述分析并结合工程所在地实际情况，提出了管桩作为刚性桩复合地基中竖向增强体（简称“劲性体”）+高强土工格栅的方案。依据《建筑地基处理技术规范》（JGJ 79-2012）、《预应力混凝土管桩技术标准》（JGJ/T 406-2017），本项目拟采用直径400 mm、壁厚60 mm、桩长12 m、桩间距1.8 m 的管桩劲性体+高强土工格栅进行地基处理。具体做法如图2 所示，劲性体如图3 所示。

图3 劲性体

4 与前期方案比较

4.1 指标比较

指标比较见表2。

4.2 成桩质量

劲性体为工厂现代化制作，桩身强度高，混凝土强度等级大于C60， 管桩出厂前经过多道程序的严格检测，施工过程中不易出现桩头损坏、烂桩等现象发生，避免了桩成本及工期的增加。碎石桩属于复合地基处理的一种，它是现场灌注桩，桩身强度只能达到C30，并且成桩质量没有管桩直观、稳定，易出现断桩、缩径。

表2 指标比较

4.3 工期

1）劲性体。（1）工厂生产周期短[4]，从下料至成品为24 h；（2）管桩单位承载力高，同一直径管桩单位承载力高于碎石桩2～3 倍，因此布桩数量减少，相对而言工期可缩短一半时间；（3）现场可以大量储存管桩成品， 不受气候影响， 单台施工设备每天可以施工800～1 000 m。

2）碎石桩。（1）混凝土有28 d 的养护龄期[5]；（2）布桩数量增加，增加工期；（3）会受气候的影响，原材供应影响工期；（4）单台施工设备每天施工500 m 左右。

4.4 桩基比较

桩基比较，见表3。

表3 桩基比较

4.5 方案综合比较

方案综合比较，见表4。

表4 方案综合比较

5 焊接聚酯高强土工格栅技术分析

5.1 材料特点

1）抗拉能力强。土工格栅以聚酯纤维为材料，使得产品具有相当强的抗拉能力和较大抗拉力范围。根据工程特点和要求不同，可以提供极限抗拉强度从200 kN/m 到1 250 kN/m 的产品。

2）蠕变影响小。聚脂的蠕变性远低于聚丙烯和聚乙烯。其蠕变越小，越有利于对变形的控制。

5.2 焊接聚酯高强土工格栅特点

1）宽幅大，施工简单。产品每卷宽幅为4.5 m，一次铺设面积大，能够有效加快施工进度，减少人工成本，且产品为柔性条带，易于施工，施工中也不易产生记忆效果。

2）抗环境影响、抗腐蚀性能好。由于有惰性材料PE 作为防护外套，能够很好地起到防护作用，使其具有很好的抗腐蚀、抗生物等环境因素影响的特点。有关资料可以参考BBA 认证报告。

3）摩擦性能好，增加与土壤间的摩擦特性。加筋材料在表层护套上设置了很多凹凸不平的小“点”，用于人工增加摩擦系数，增强格栅与土之间的摩擦。

4）折减系数小，设计强度大。折减系数综合了蠕变、施工损伤、环境损伤等因素，由于PARALINK 产品受蠕变影响小，且作了特殊的防护处理（PE 护套）避免加筋筋材直接与自然界接触，使得PARALINK综合折减系数相对较低，加上其极限抗拉强度大，使得产品设计强度高，为国内普通产品的几倍，特别适用于地基处理及高支挡结构工程中。

5.3 一层双向格栅与两层单向土工格栅对比

通常认为采用一层双向土工格栅比两层交叉的单向格栅更经济，其主要原因是交叉铺设需多铺一层土工格栅。但是，采用一层双向土工格栅会存在很多隐蔽的费用。对于土体加筋，通常要求筋材具有很高的抗拉强度，且两个方向受力不同（例如桩承式加筋路堤、空洞或软土上的路堤等等）。任何情况下，各方向的设计抗拉强度均应满足要求，不同幅筋材之间通过搭接来实现，搭接长度由筋材之间的被动摩擦和粘结强度来确定。搭接处的连接强度由上覆荷载和筋土间摩擦系数算得。筋材实际发挥的强度，取决于筋材间连接强度与筋材实际强度的最小值。因此，筋材搭接长度或者说连接强度应大于筋材的实际强度或者说所需要的强度。 格栅的搭接长度通过下式进行计算：

式中：Td为筋材设计强度；γ 为路堤填土重度；h为筋带以上路堤填土的平均高度；a1为筋材一面与tanφ1对应的筋土相互作用系数；a2为筋材另一面与tanφ2对应的筋土相互作用系数；φ1为路堤填料在有效应力条件下筋带一面的内摩擦角；φ2为路堤填料在有效应力条件下筋带另一面的内摩擦角。

在桩网复合结构中横向筋材受力要比纵向筋材受力大得多，通过计算得到的搭接长度也比较长，更重要的一点是格栅的宽度一般在4～5 m 之间。 若采用双向格栅，为保证在纵向和横向受力的连续性，横向搭接宽度至少需要达到3 m，按宽度5 m 计算，损耗率达到60%，非常的不经济。 因此，在桩网结构中一般采用两层格栅纵、横向交错布置。

6 结论

1）劲性体结合高强格栅的处理方案，相较于碎石桩复合地基方案造价降低52%。

2）劲性体结合高强格栅的处理方案对于控制变形较碎石桩复合地基更为严格（对于防渗要求特别重要，减少不均匀沉降），施工质量容易控制，工期相对于碎石桩复合地基可减少50%以上。

3）焊接聚酯土工格栅具有高强度，低蠕变，高抗化学、生物腐蚀性能。同时，桩承堤沿路基纵、横向受力大小不一致，考虑纵向搭接引起的施工损耗，采用两层单向土工格栅相比一层双向土工格栅具有更好的经济优势。