青岛某工程项目软土地基处理方法比较

2021-01-29青岛市瑞源工程集团有限公司山东青岛266000

安徽建筑 2021年1期

（青岛市瑞源工程集团有限公司，山东青岛 266000）

天然软土具有含水量高、孔隙比大、抗剪强度低、压缩系数高、渗透系数小等特性。因此，天然软土地基不能满足建筑物的承载力要求，需要进行地基加固处理来改良地基土的工程特性。目前在我国，处理软土地基的技术方法日趋成熟，方法主要有强夯置换法、真空联合堆载预压法和复合地基法。马东良结合工程案例采用强夯置换法处理软土地基，不仅提高了地基承载力，也降低了工期；邸岩结合电厂案例采用真空联合堆载预压法处理地基，取得了显著的效果，地基承载力大大提高；吕国仁结合数值模拟，采用水泥土搅拌桩复合地基法处理软土地基，缩短了工期，也取得了良好的经济效益。

本文针对青岛市某搬迁项目工程的实际情况，比较分析强夯置换法、真空联合堆载预压法、水泥土搅拌桩复合地基法三种方法，确定出最合适该地区的地基处理方法。

1 工程概况

项目位于青岛市黄岛区（原胶南市）泊里镇董家口产业区，北至204国道泊里信阳段以南，西至小滩村东，东至泊里魏家滩村西南，南至棋子湾。项目详细位置如图1。

图1 工程项目位置图

该项目占地约7.1hm（107亩），主要由主厂房、主轧跨平台、原料二跨地坪、主电室、旋流池、露天栈桥、循环水泵房、泵房吸水井、泵房消防水池、稀土磁盘加药间、稀土磁盘水池、过滤器、加热炉、加热炉烟囱组成，拟建建筑物特征如表1。

2 工程地质和水文地质概况

2.1 工程地质

拟建场区地貌类型为原为海滩，经人工回填后地形较平坦，地面最大高差1.81m，现为城市建筑空地。项目场区土层特征如下：

①素填土颜色为黄褐色，稍湿～饱和，松散，主要以砂状、碎块状花岗岩风化物为主，有少量粘性土，其中碎石粒径普遍在50～100mm，最大粒径约为200mm；

②-1淤泥质粉细砂颜色为灰褐色～灰黑色，松散，饱和，主要成分为石英、长石，磨圆度较好，级配较差，局部混有少量粘性土，含有较多贝壳，淤泥含量为10%～25%；

②-2淤泥质粉质粘土颜色为灰褐色～灰黑色，流塑状态，稍有臭味，主要由淤泥质粉质粘土组成，夹淤泥质粉土薄层，含少量的粉细砂，可见贝壳碎片、腐殖质等；

③粉质粘土颜色为灰黑色～炭黑色，流塑～可塑状态，切面光滑，稍有光泽，切面可见草根等有机质，韧性中等，稍有臭味；

④粉质粘土颜色为灰黄色～黄褐色，可塑～硬塑状态，以硬塑为主，刀切面较粗糙，韧性中等，顶部淤泥浸染呈现灰黑色～灰绿色，局部混中粗砂颗粒；

建（构）筑物一览表表1

⑤粗砾砂颜色为黄褐～灰白色，中密～密实，主要成分为长石、石英，部分钻孔含砾石，砾石粒径2～5cm，级配较好，磨圆度较差；

⑥全风化花岗岩颜色是黄褐～肉红色，中粗粒花岗结构，块状构造。组织结构基本破坏，有残余结构强度，岩芯呈砂土状，岩体完整程度为极破碎，岩石坚硬程度为极软岩，岩体基本质量等级为Ⅴ级；

⑦强风化花岗岩颜色为灰白色～浅肉红色，中粗粒花岗结构，块状构造，结构大部分破坏，矿物成分显著变化，风化裂隙很发育。岩芯呈砂土状、砂状。岩石坚硬程度等级为软岩，岩体完整程度为破碎，岩体基本质量等级为Ⅴ级。

特征地质剖面图如图2。

图2 工程地质剖面图

场地土层详细物理指标如表2。

2.2 水文地质

场地区域地下水为第四系松散堆积层的孔隙水和基岩裂隙水，素填土层和细砂层为潜水含水层，稳定水头埋深0.83～3.90m；稳定水头标高 1.36～3.20m。粗砾砂和强风化花岗岩层为承压含水层，稳定承压水头埋深13.54～16.60m；稳定承压水头标高为-12.60～-10.50m。相对隔水层是粘土层和中风化花岗岩层。大气降水和海水渗透是主要的地下水补给方式，径流排泄和蒸发是主要的地下水排泄方式，地下水头年变幅为1.0～1.5m。

3 地基情况及处理方法比较

3.1 地基情况

地基基底地质条件情况比较复杂，有大面积软弱地基等不良地质现象，地下广泛分布淤泥质粉质粘土层。拟建项目各建筑物基础情况如下表3所示。主厂房、主轧跨平台、原料二跨、主电室、露天栈桥、循环水泵房、泵房吸水井、泵房消防水池、稀土磁盘加药间、稀土磁盘水池、过滤器、加热炉、加热炉烟囱：基底压力 P=150～320kPa，基底标高为 -1.10m～1.90。旋流池：基底压力P=150kPa，基底标高为-15.10m。

场地土层物理力学指标表2

项目各建筑物基础情况表3

场地各土层地基承载力特征值表表4

按土层物理指标、强度指标，结合标准贯入试验击数N及青岛地区工程经验综合确定，场地各土层地基承载力特征值如表4。

根据勘察结果，标高-1.10m～1.90m以下地层为①素填土层、②-1含淤泥粉细砂层、②-2淤泥质粉质粘土层。①素填土结构杂乱，未经压实，为欠固结土；②-1含淤泥粉细砂标贯击数n=4.8击，属欠固结高压缩性土，均匀性差，灵敏度高；②-2淤泥质粉质粘土标贯击数n=3.1击，孔隙比e=1.142，含水量w=39.1%，属欠固结高压缩性土，均匀性差，渗透性差，灵敏度高。3种土层地基承载力特征值均小于基底压力，不满足拟建项目对地基承载力及沉降的要求。旋流池基底标高为-15.10m，地基以下地层为强风化花岗岩层，标贯击数n=90.9击，地基承载力特征值为700kPa，大于基底压力150kPa，满足要求。

3.2 地基处理方法及对比分析

3.2.1 三种地基处理方法

①真空联合堆载预压法

真空联合堆载预压法是先铺设砂垫层，在砂垫层中布置真空滤管和真空主管作为排水通道。再将软土地层用3层密封薄膜包裹与外界隔绝。在真空抽气装置的作用下，可以形成真空负压，同时在软土地层上分级施加荷载。在真空负压力和堆载正压力的作用下，孔隙水通过竖向排水通道逐渐排出，土体慢慢压实、沉降、固结。

真空联合堆载预压法更适合于需要大荷载大面积加固的软土地基处理工程。

②强夯置换法

强夯置换法是一种经济适用，简单灵活的地基处理工艺。在国内最早出现在1985年山西大学化学实验楼饱和粉黏土地基的处理，现如今广泛应用于处理软土地基。

强夯置换法加固机理是它利用重锤高落差产生高冲击能将碎石、片石、矿渣等性能较好的材料强力挤入地基中，在地基中形成一个一个的粒料墩，墩与墩间土形成复合地基，以提高地基承载力，减小沉降。在强夯置换过程中，土体结构破坏，地基土体产生超孔隙水压力，但随着时间的增加，土体结构强度会得到恢复。粒料墩一般都有较好的透水性，利于土体中超孔隙水压力消散并使固结。土体抗剪强度不断提高，造成对墩体的约束不断增强，从而不断提高复合地基的承载力。

③水泥土搅拌桩复合地基法

水泥土构成包含三个部分，分别是水泥、土料和水，其强度决定因素包含多个方面，与单一材料的地基差别较大。

水泥土搅拌桩复合地基法通过螺旋钻向周围原位土体喷出水泥浆，利用水泥作为固化剂，并通过具有一定直径和搅动范围的叶片对水泥浆和原位土体进行均匀搅拌，固化剂和软土之间所产生的一系列物理化学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的优质地基。从而达到加固地基，提高地基承载力的效果。

地基处理方法综合分析表表5

3.2.2 对比分析

结合技术原理和施工方法综合分析结果，如表5所示。级配良好的块石、碎石、建筑垃圾等坚硬的粗颗粒材料可以作为强夯置换法中置换墩体材料，但粒径为300mm的颗粒不宜超过30%。本场地①层素填土主要为砂状、碎块状花岗岩风化物，可以做强夯置换后场地的回填材料，降低经济成本。而另外两种方法在该场地不具备此优势。强夯置换法的单击夯击能、夯点的夯击次数需要根据现场试验确定，地基处理方案的确定还需进行现场试夯。根据不同土质条件，进行一周至数周的试夯，试夯结束后与原始数据进行对比，检测强夯效果，最后确定工程采用的各种强夯参数。真空预压联合堆载法要进行预压试验，进行多个项目的监测，如地基竖向变形、侧向位移、孔隙水压力、地下水位等。根据预压的效果，推算固结系数和最终变形量，从而调整整个设计方案。水泥土搅拌桩法在设计前，需要根据现场地基土层的性质，进行室内配比试验，从而选择合适的固化剂、外掺剂及其掺量。并且还要对工艺试桩的质量进行检验，确定施工参数。

比较得出强夯置换法的施工方法最简便，就工期而言，时间最短，真空联合堆载预压法其次，水泥土搅拌桩复合地基法时间最长。处理后地基承载力提高方面，三种软土地基处理方法均可以有效提高地基承载力，真空联合堆载预压法和水泥土搅拌桩复合地基法提高的地基承载力更多，但均可以满足工程需要。三种方法处理后，地基均有变形，但强夯置换后的变形最小，沉降最小，满足工程上对沉降变形的要求。目前在国内，三种地基处理方法的工艺已经很成熟，对环境也不会有较大的不利影响。

综上所述，强夯置换法地基处理最优。不仅可以有效地降低地表沉降，提高地基承载力，满足工程要求，同时经济性好，工期短。