大面积堆载下的地基处理

大面积堆载下的地基处理
摘要：由于存在大面积堆载，地基一般都会发生较大的竖向沉降，尤其是伴随着产生较大的水平推力，这对靠近料堆附近的堆取料设备轨道基础产生破坏性的影响，同时料场面积较大，因此如何对料场及堆取料设备下的地基进行处理不仅关系到生产的正常运行，而且对项目的投资影响巨大。

本文即详细阐述了两种大面积堆载下的地基处理技术。

关键词：大面积堆载；地基；堆载预压；CFG 桩复合地基
一．大面积堆载下软土地基的承载特性及处理方案选择
为了做到既安全又经济，首先分析一下软土地基的承载特性。

由于基土的压缩模量低、压缩系数高，当大面积堆载超过地基的允许承载力时，地基产生过大的压缩变形，软土层将形成一剪切滑动面，滑动面以上的土体将沿剪切滑动面向外、向上隆挤，并产生很大的侧向水平推力；但当堆载不超过地基的允许承载力时，料场下软土虽然产生一定的竖向沉降，但并不形成剪切滑动面，也就是说不会发生剪切破坏。

此时地基土由于竖向沉降所产生的侧向水平推力是有限的，对邻近的堆取料设备轨道基础不会产生大的影响。

因此对地面堆载不超过软土基承载力的煤、焦炭等料场，可以在地面做250 mm 厚的钢筋混凝土板，板底铺设300 mm 厚碎石层，用以适当调整整个堆载面积内地基土所承受的压力均匀度，防止局部发生剪切破碎，减少沉降总量及不均沉降。

除此之外，对软土地基就不必做任何处理了，由此而获得的经济效益是非常显著的。

但是，对于铁矿石、石灰石等料场，由于堆料荷载远远高于地基土允许承载力，其最大料压达250 kN/m2~350 kN/m2，相应的地基沉降量亦高达1200 mm～1800 mm，所以必须对大面积堆料部分的软土地基进行处理，以防大面积堆载产生的巨大水平力将两侧堆取料设备轨道基础推坏。

这时采用大面积强夯法处理地基是比较经济的。

二、大面积堆载下的地基处理技术
（一）堆载预压处理技术
1、工程概况
某堆料场地由南到北长560m、东西向宽度从39 ～54m，其下分布着近30m 厚的软弱淤泥质黏土，工程地质性能极差，针对此情况决定采用砂桩配合排水板加固软土地基。

其中，砂石桩桩间距为1. 5m，正方形布置，桩径为580mm，长度为19m; 排水板采用 C 型板，插设于砂桩的中心，长度为28m。

选取距料场最南端100m 处的某一监测断面作为典型试验区进行研究，该断面堆载期历经5 个月，总高度为5m，采用两级加荷。

第一级加载高度为4m，换算成荷载值为78kPa；第二级加载高度为1m，总高度为5m，换算成荷载值为97. 5kPa，
采用自然放坡。

2、地基的沉降与固结性状分析
由于固结理论中的假定以及通过室内试验得到的土性参数都跟现场工程存在一定差距，计算结果很难与实际情况相符。

因此，通过实测的沉降值与时间关系可以建立具有实用价值的数学模型公式，以此估算地基的最终沉降量和相关的固结指标。

工程中常用模型有本文所采用的“三点法”以及“Asaoka 法”、“双曲线法”。

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3、砂桩对软基的稳定分析
稳定分析是软土地基处理中另一重点考虑的问题。

对于本工程一旦土体失稳将导致料条两侧的取料机侧翻，造成严重的生产安全事故。

实际工程中，堆载下软土地基的稳定验算主要采用“瑞典条分法”、“Bishop 法”。

本文采用两种计算方法对土体稳定性进行评价，得到的稳定安全系数如下表所示，可知打设砂桩之后软土的稳定性得到一定的改善。

原因一是砂桩置换作用提高了整个复合土体的抗剪承载力；二是砂桩排水作用加速了软土固结，进而增大了土体的抗剪指标c、φ 值。

表稳定安全系数结果
4、结论
( 1) 本次堆载试验设计合理，监测项目设备运行正常，观测成果规律性强，能够较好的反映料场软土地基处理的效果并指导工程实施。

( 2) 区别于一般的排水板联合堆载预压处理软基，本工程结合砂桩的置换效果，首先改善了软土排水边界条件，加速了土体固结，但计算分析表明其排水效果远不如相同置换率的排水板; 其次提高了土体的抗剪强度，使软土稳定性得到保证，一定程度上抑制了土体水平位移的发展。

( 3) 砂桩—排水板联合堆载预压处理地基在国内研究成果不多，经此次软基处理工程实践对该法的理论和工程设计有了新的认识，并为今后类似工程提供参考。

（二）CFG 桩复合地基处理技术
1、工程概况
某公司薄板坯连铸连轧工程单层两跨钢卷库厂房，厂房内设计地面堆载为250kPa，上部结构设计单位提供的地基处理设计方案如下:
（1）钢卷库厂房柱基础，地基采用CFG 桩复合地基方案，CFG桩长为8.1m，桩径420mm。

桩顶和基础之间设置褥垫层，褥垫层厚度区300mm。

（2）钢卷库厂房柱基础护桩桩长为11.3m，桩径420mm。

桩顶设置钢筋笼，钢筋笼长度 2.8m(含0.3m 的锚固长度)，桩顶设置钢筋混凝土拉梁。

由于厂房地面堆载250kPa 超过地基承载力特征值130kPa，另外考虑到大面积堆载对钢卷库厂房柱基础的不利影响，因此有必要对该工程的地基处理设计方案进行校核。

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2、柱基复合地基承载力校核
（1）厂房柱基础CFG 桩竖向承载力特征值
设计CFG 桩有效桩长为8. 1 m，桩径420 m，桩端进入第⑥层细砂。

CFG 桩单桩竖向承载力特征值Ra 计算结果为320kN。

（2）厂房柱基础复合地基承载力特征值
柱基础尺寸5m×5.8m, 设计桩数16 根，第③层粉砂地基承载力特征值为150kPa。

根据《建筑地基处理技术规范》(JGJ79- 2002)，复合地基承载力特征值计算结果为250kpa。

3、护桩竖向承载力校核
大面积堆载对邻近桩基的影响是一个复杂的桩土共同作用的课题，主要表现在下述两个方面: ①地面堆载引起地基土侧向变形而挤压桩基，使桩挠曲、水平移动，甚至断裂; ②地面堆载引起桩周地基土的固结沉降变形，土将相对桩向下移动,在桩身产生向下的摩擦力———负摩擦力，其结果是增加桩的轴向荷载并产生附加沉降，往往造成不均匀沉降，这对上部结构不利。

根据《建筑桩基设计规范》(JGJ94- 94)第 5.2.15 条验算护桩承载力。

摩擦型基桩取桩身计算中性点以上侧阻力为零，因此需先确定中性点深度ln。

根据地质勘察报告，护桩桩端进入第⑥层细砂(中密)1.45m，根据规范表 5.2.16- 2 确定中性点深度ln 为7.88m。

考虑大面积地面堆载负摩擦力影响，护桩单桩竖向承载力特征值为320kN。

根据以上计算，护桩单桩竖向承载力不满足上部结构设计要求。

4、结论及建议
根据上部结构设计单位提供的设计参数，通过计算分析,尽管柱基复合地基承载力满足设计要求，但是柱基复合地基变形和护桩竖向承载力不能满足国家现行规范要求。

本文的工程地基处理设计不再是按承载力控制而是由变形控制。

经过重新设计计算，提出新的地基处理设计方案，具体意见如下:
（1）建议增加厂房柱基础下CFG 桩的桩长，CFG 桩有效桩长为20 m，桩端持力层为⑧层细砂，以控制复合地基的最大沉降量在规范允许的范围内。

（2）建议增加厂房内护桩长度，护桩有效桩长14 m，同时建议增加护桩的配筋长度，以抵抗地基土剪切破坏的侧向挤出，防止柱基倾斜。

根据计算建议配筋长度增加到9 m，钢筋其它设计参数同原设计。

护桩桩顶以上应覆盖0. 5m 以上的土层，以防止堆载时的动荷载破坏桩头。

（3）厂房柱下基础边缘外，应设置明显的钢筋混凝土挡料墙，以控制堆载范围，保证不在柱基承台范围内堆载。

参考文献
[1]田睿.浅析CFG桩复合地基[J].科技风，2008(01)
[2]张晓斌.大面积堆载作用下不均匀沉降的处理方法[J].天津建设科技，2009(06)。