某设备基础沉降原因分析及处理方法

第17卷第4期 土 工 基 础 Vol.17 No.4 2003年12月 Soil Eng. and Foundation Dec. 2003

收稿日期：2003-04-03

作者简介：王子辉，男，1967年生，1995年毕业于哈尔滨建筑大学结构工程专业，现为硕士，主要研究方向为地基处理和基坑工程。

某设备基础沉降原因分析及处理方法

王子辉， 时向东， 邢纪波

(烟台大学土木系， 山东 烟台 264005)

摘 要： 对一设备基础沉降事故的原因进行分析，认为导致沉降的直接原因在于回填质量不符合设计要求，不能满足压实填土地基的要求。根据现场地质情况，采用深层搅拌桩进行地基加固，形成复合地基，从而满足设备荷载对地基承载力的要求，达到加固、稳定的目的。

关键词： 压实填土地基， 回填土， 压实系数， 深层搅拌桩

中图分类号： TU 471 文献标识码： B 文章编号： 1004-3152(2003)04-0041-03　

当原始地面标高较低时，因建筑物地面标高的要求，常常先在原有场地上作一层回填土，再作基础和上部结构。对于建筑物内的设备基础，当基底压力较小且无震动荷载时，一般以经过压实的回填土作为地基，回填土材料及压实系数由设计者提出要求，施工时应严格按设计要求进行分层夯填，但监理单位及施工单位认为设备荷载不大，未能按设计要求进行施工质量控制，结果往往产生重大损失。本文通过介绍烟台开发区某污水处理站设备基础沉降原因的分析及处理措施，说明回填质量不容忽视。

1 工程概况

烟台开发区某污水处理站设备基础在上部钢

制罐体安装完毕后，采用水加载试运行，当水荷载接近设计最大荷载1200 kN 时，突然发生较大整体均匀沉降，试验人员随即排水，降低基础负荷，但 基础已出现较大沉降，沉降量达75 mm 。该污水处理站所在天然场地平坦但地势较低，因室内标高要求在场地内均匀铺设后又夯实填土，填土厚度为 5 m ，设备基础就直接放置在回填土上，天然土层情况见表1。

表1 土层情况

土层编号

土层名称 土层厚度

/ m 压缩模量 / MPa 承载力标准值/ kPa

1 耕植土 0.4～0.7

2 粉质粘土及粉土

1～2

5.0 110 3 粉质粘土及粉土 1.30～3.90

10 100 4 粉质粘土 0.40～3.20 80 5 粉质粘土 1.0～4.5 5.5 95 6

中细砂

0.6～2.9

20

270

设计要求采用粘性土夯填，压实系数不小于0.95，设备基础为钢筋混凝土及双层双向配筋等厚平板，厚度为300 mm ，见图1。

图1 工程平面及场地剖面图(单位：mm)

土 工 基 础 2003

42 2 沉降原因分析

2.1 现场勘察

基础整体均匀下沉，周围地面无隆起迹象。设备基础完好，无因变形较大产生的裂缝。由于回填早已完成，又无回填质量检测记录，现场初步对回填质量进行检验。在室内地面下1.0 m 深度处的不同位置取6个土样，并在实验室作干容重、压缩模量实验。

回填土干容重为14.8、15.2、15.9、16.3、16.6和16.7 kN/m 3，土质不均匀，回填材料物理指标离散性较大。 2.2 计算分析

2.2.1 天然土层沉降量计算

设备基础的基底压力按最大荷载F = 1200 kN 计算，得

P =212000.325555

F G A ++××==×55.5 kN/m 2

式中：G 为基础重量，计算天然土层在填土重量及基底压力P 作用下的压缩量，按文[1]第5.3.5条天然土层压缩量为

0s 111s ()n i i i i i i p

s z a z a E ψ−−==−∑

z i ，1i z −应从原始地平算起；012p p p =+，1p 为单位面积回填土的重量标准值，2p 为设备基础的基底压力按角点法在原始地面上的附加压力标准值。

根据地质报告资料，经计算，s = 22 mm ，该数值远小于实际发生的沉降75 mm ，因此，可以说基础的实际沉降主要不是因天然土层的压缩引起的。 2.2.2 天然土层承载力验算

对设备基础地基来说，天然土层是下卧土层，若下卧土层承载力很低，可产生整体剪切破坏。以表1第2层(粉质粘土及粉土)作为下卧层进行承载力验算(因耕植土在回填前已用推土机基本排除)，第2层土的平均厚度为2 m ，承载力标准值为k f = 110 kPa ，按文[1]公式5.2.7验算，z cz p p +≤z f

a d m (0.5)110z k f f r d η=+−=+

1.018(50.5)××−=191 kPa

文[1]中p z 是按应力扩散理论计算的，但在本工程中，因回填材料不均匀，回填土的压缩模量无法测定，所以，p z 按角点法计算，

p z + p cz = 18×5+4×0.084×55.5

= 108.6 kPa ＜f z = 191 kPa 因此，下卧层承载力满足要求。 2.3 综合分析

通过对回填土的现场勘察以及计算分析，引起设备基础发生较大沉降的直接原因，可以排除天然土层的承载力不足和压缩变形较大的原因。故问题可能出在回填材料压实未达到设计要求，由文[2] 表3.2.3可知，回填土承载力标准值可达到130 kPa ，符合设计要求的回填土，在本工程仅55.5 kPa 基底压力作用下，其压缩量也很小，基础的最终沉降量也很小，基础的最终沉降量显然不会达到75 mm 。因此，可以判定设备基础发生较大沉降的直接原因是回填土质量没达到设计要求，使得压实填土地基承载力不能满足上部荷载要求。

3 地基处理措施

根据工程实际情况，采用深层搅拌桩对设备基础下的地基土进行加固，深层搅拌桩穿过上部5个土层，以第6层中砂层为持力层，桩长12 m 。深层搅拌直径D =1000 mm ，水泥掺量15%，水灰比0.55。

单桩竖向承载力标准值经计算，取单桩承载力标准值d k R = 558 kN 。

根据复合地基承载力标准值公式，有

sp,k f =d p

(1)k

R m m A β+−s,k f ，取sp,k f =100 kPa

式中：β为桩间天然地基土承载折减系数，取0.4；s,k f 为桩间天然地基土承载力标准值，按回填土取50 kPa(估计值)。将已知数据代入上式，得面积置换

率m = 0.116，桩的数量p

3.85mA

n A ==，取n = 4。

为提高地基加固效果，除在基础中心布置4根直径1000 mm 深层搅拌桩外，在基础外侧均匀布置16根直径500 mm 的深层搅拌桩，桩长12 m ，桩头标高至原基础底标高，平面布置见图2。

深层搅拌桩施工完毕后，又在原钢筋混凝土基础板上叠浇一层100 mm 厚C20混凝土，内配钢筋φ14 mm 双向钢筋网，间距200 mm ×200 mm 。

处理完毕28天后，重新往罐体加水，分级加载至1200 kN ，观测到的最大沉降为12 mm ，处理效果很好。