某工程破碎带等复杂地基处理

文章介绍了某工程破碎带、影响带等不良地质现象的水平分布、竖向变化及特点，分析了其地基处理难点，根据地基处理、基础和上部结构措施协同采用的原则，综合各种因素，最终采用了“超挖换填+筏板+桩基”综合治理方案，成功处理了这一不良地基，对其他类似工程地基处理具有重要参考价值。

破碎带; 影响带; 地基处理

TU472B

[定稿日期]2021-06-03

[作者简介]陈正彬（1981～），男，本科，高级工程师，主要从事土建结构设计、项目管理工作。

1 汽机基座地基概况

某工程详勘报告揭示，土层从地面往下依次为①层填土—③1层卵（砾）石层—④层强风化泥岩—④层中风化泥岩。由于汽机基座对地基承载力和地基变形要求较高，而卵石层整体性较差、受施工扰动后承载力及压缩模量降低较大，强风化泥岩在基坑开挖后受地下水浸泡和施工扰动承载力急剧下降，因此设计采用筏板基础，以中风化泥岩作为地基持力层，将基底以下的其他土层清除后采用毛石混凝土换填至基底标高，超挖换填深度2.8～3.8 m，见图 1。

基坑开挖后，发现邻近B排的数米宽度范围内基底主要为破碎带和煤层，已超挖至基底下6 m左右，仍未见中风化基岩。开挖揭露的破碎带和煤层产状较陡，倾角在80 °左右，若继续超挖仍有极大可能无法揭露中风化基岩，因此，需进一步查明破碎带和煤层空间分布和力学性质变化情况，然后再根据实际情况决定采用超挖换填或其他合理的地基处理方案。

2 破碎带、影响带分布

2.1 水平向分布

汽机基座区域中部发育3～6 m宽的破碎带，破碎带两侧分布宽约3 m的影响带，影响带外为中风化泥岩，其中西侧中风化泥岩条带宽约6 m，再向西变为中风化泥质粉砂岩。破碎带加上影响带总宽度为10～13 m，基本平行于基础纵轴线展布，汽机基座东侧几乎全部位于该带之中，如图2所示。

破碎带及影响带岩体呈陡倾角产出，因此其竖向上的空间扩展也与地表的软硬相间相对应。对钻孔揭露的所有地层情况进行分析，竖向上煤层占20.6 %，挤压破碎的泥岩占31.8 %，泥岩或粉砂质泥岩“骨架”占47.6 %。

场地破碎带和影响带进行的N120超重型动力触探试验统计结果显示，由于破碎带和影响带容易受到开挖扰动、风化和地下水的影响，浅层力学性质相对较差，随着深度的增加，影响带的力学性质有逐渐变好的趋势，而破碎带在16 m深度范围内则表现出软硬相间的特性，离散性较大。

3 地基处理难点

破碎带及其影响带水平向分布、产状及竖向力学性质变化特点，呈现出以下处理难点：

（1）不可完全超挖，难以形成“楔”效应：破碎带及其影响带总宽度达10 m以上，且为高陡倾角，向深部不会变窄，通过超挖换填难以形成混凝土塞的“楔”效应;

（2）桩基不可穿越：高陡倾角的破碎带及其影响带采用桩基可穿越表层力学性质较差部分，但桩端难以置于中风化岩石上;

（3）地基条件严重不均匀：汽机基座下分布有力学性质相对较好的中风化泥质粉砂岩和泥岩，也有力学性质很差的煤层、破碎带及其影响带;

（4）相邻的除氧间B排柱桩基限制了地基处理的空间范围。

4 地基处理方案分析与采用

4.1 超挖换填方案

在原设计方案基础上，根据破碎带、影响带和中风化基岩的平面分布位置，考虑各层在竖向上力学性质的变化后，经计算确定各层应超挖的深度和各分区褥垫层厚度，同时加大基础刚度以协调地基变形。该方案优点是施工速度快，但存在如下问题：

（1）设计计算问题：计算时需考虑岩（土）层的空间分布、上部动静荷载等，所以设计计算难度很大;

（2）基坑降水、基坑支护和地基岩体保护问题：基坑位于地下水位以下且邻近河流，需加强抽排水能力;该区域分布的破碎带、影响带及中风化基岩均属软化岩，受水影响后力学性质下降较快，须采用预留保护层人工开挖等措施;目前基本无放坡条件，须采取支护措施以保护B排桩和凝结水泵坑基础。

4.2 桩筏方案

该方案以破碎带及其影响带两侧力学性质较好的中风化泥岩为支撑点，采用筏板跨越破碎带及其影响带，破碎带及其影响带范围内布置疏桩以提高该区域地基承载力及抗变形能力。该方案优点是可靠性高、地基岩体受施工扰动小、基坑降水和基坑边坡支护等问题容易解决，但也存在如下问题：

（1）该方案东侧支撑在B排基础附近，B排基础是否需要改变基础型式，需要根据计算确定;

（2）桩基施工工期较长。

4.3 综合治理方案

综上分析，最终采用“超挖换填+筏板+桩基”综合治理方案，方案如图3～图5所示。其设计要点如下：

（1）靠A排一侧筏板置于已揭露的中风化基岩上;

（2）汽机底板与B排基础联合，形成大筏板;

（3）超挖部分采用级配碎石填实至基底;

（4）在破碎带、影响带范围布桩，以提高该区域地基承载力;

（5）影響带边桩外一定范围与中风化基岩间软土采用毛石混凝土换填至基底;

（6）B排柱基础范围桩基为摩擦端承桩，桩基承载力由桩端持力层和总桩长控制;

（7）破碎带、影响带范围桩按桩长控制，桩长根据计算确定;

（8）加大筏板刚度，以协调地基变形;

（9）加大基础质量，以减小汽轮发电机组振动对B排柱的影响。

5 结束语

该工程破碎带、影响带地基处理按地基处理、基础和上部结构措施协同采用的原则，综合各种因素，最终采用了“超挖换填+筏板+桩基”综合治理方案，该方案安全可靠、易于实施。目前该工程已顺利完成汽机基座土建施和设备安装调试。

破碎带、影响带等不良地质条件地基处理，首先应加强施工勘测，查明各建构物下方以上不良地质现象水平向、垂直向分布及各土层分布及力学变化情况，再综合考虑建构筑重要性、基础形式、上部结构特点、安全可靠性、经济性、施工方便性、工程进度，采用针对性的地基处理方案和基础方案。本工程地基处理的成功实施对其他类似工程地基处理具有重要参考价值。

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