李安安 藕洋 胡甄中 郭拥军 张云雷
江苏中圣高科技产业有限公司 江苏南京 210009
摘要：液化软土地基作为一种特殊不良地质现象，其上建构筑物的基础选型设计应做到准确、恰当。桩基础可全部消除液化，满足承载力和沉降变形要求；而水泥搅拌桩可抗液化，能够有效提高单桩承载力。实践证明，本工程单桩承载力提高了约88%，基桩数量减少了约40%。故而桩基础和水泥搅拌桩的综合应用可作为液化软土地基的一种有效处理手段。
关键词：液化，软土地基，基础选型设计，桩基础，水泥搅拌桩
引言
软土地基具有压缩性高、含水量高、稳定性差、承载力低、工程性能差等特点，在这类地基上建造工程可能发生建构筑物变形、沉降、地基破坏等诸多问题[1] [2] [6]。液化土是土体由固体转化成液体的一种现象，其危害有喷水冒砂、上浮、下沉与地基失效与流滑等[3][4]。在此类地基上建构筑一旦基础选型不当，将对建构筑物的使用产生极大影响，严重的带来生命财产损失。因此，液化软土地基上建构筑物的基础选型应引起设计人员的足够重视。
工程概况
某工业厂房位于汕头潮南纺织印染环保综合处理中心，建筑面积为1572.51㎡，为四层钢筋混凝土框架结构，长49.55m，宽10.6m，高18.3m。
所处场地原始地貌为滨海前沿浅滩，后进人工挖高填低，形成开阔平坦地形。覆盖层为第四系海积层，第四系海陆交互沉积层，第四系花岗岩残积层，燕山期花岗岩。抗震设防类别为丙类，抗震设防烈度为7度（0.15g），场地类别为Ⅲ类，属对建筑抗震不利地段。各层地基土的物理力学指标详见表1。
根据勘察报告，场地埋深20m范围内的第①②③层为饱和砂类土，属严重液化。地下水丰富、水位较高，水位受季节影响较大，设计施工应予以足够重视。
表1.场地各土层主要物理力学性质指标与桩基设计参数
基础选型与分析
根据GB50011-2010，对于抗震设防类别为丙类，液化等级为严重的抗液化措施有两种：一种为部分消除液化且对基础和上部结构处理；另一种为全部消除液化。
部分消除液化且对基础和上部结构处理
挤密碎石桩有效处理深度一般小于18～20m，处理后桩间土标准贯入度N可提高至20～30[4]。本工程液化土深达18m，液化判别标准贯入度临界值Ncr为20.48，故可采用挤密碎石桩，但其所产生的泥浆、噪声和振动等污染问题是工程现场不能接受的。
此外，基础需采用筏板基础或交叉条形基础，以加强基础的整体性和刚度；上部结构需减轻荷载，以增强上部结构的整体刚度和均匀性，工业厂房难以实现这一要求。再者，地基处理是不确定的，上部结构重心和基底形心的偏心距过大会产生的附加弯矩[7]，从而可能引起的不均匀沉降和倾斜变形对工业设施的正常运行带来诸多不利影响。因此部分消除液化这一方法不建议用于本工程。
全部消除液化
（1）深基础和换填垫层。根据GB50011不宜将未经处理的液化土层作为天然地基持力层[3]，而场地液化土最大深度达18m，若采用天然地基，则应选择深基础，且基础底面应埋入液化深度以下的稳定土层中[3]。若采用深基础和换填垫层基础方案，其施工难度和风险性可想而知，施工质量难以保证，经济性也不高。故而以上两种均不可考虑。
（2）桩基。桩基础具有整体性好、承载力高和沉降量小、结构布置灵活等优点[5]，同时桩基可伸入液化深度以下稳定土层中[3]，从而达到全部消除液化沉陷的目的，因此本工程采用桩基础方案。
桩基设计
场区处于花岗岩地带，砂质粘性土遇水易产生崩解现象，全、强风化花岗岩遇水易产生软化、崩解现象，地下水对泥浆会有稀释作用，不利孔壁稳定，沉渣和孔壁泥皮也不易清除，对灌注桩桩承载力发挥有较大影响。另外，灌注桩工期长、费用高，水下浇筑砼质量不高，排污、噪声对环境有影响。静压式预制桩造价低、施工简单、速度快、噪声较小，对环境影响较小，桩身质量有保证。综合选用静压桩。
基岩层存在孤石，静压桩穿透能力较差，对施工不利；①～⑥层土有负摩阻力，故以上均不宜作持力层。场区⑦层中粗砂呈密实状，强度高，工程力学性能好，无不良下卧层，选该层作桩端持力层。桩型选择直径500mm 的预应力钢筋混凝土空心管桩，设计桩长32m。
因液化土层和桩侧负摩阻力影响，单桩承载力特征值仅850kN，单柱需5根，见图1（a），其经济性大大降低。围封法即利用刚性结构形成封闭空间，围住液化土，限制其透水与剪应变，因而不可能液化，如果完全不容许土体产生剪应变，则土体不会液化[4]。呈格栅式布置的水泥土桩在国内外均有用于抗液化成功的实例[4]，本工程采用水泥搅拌桩，直径500mm，设计桩长12m，咬合100布置，格栅式布置，深入液化土层下稳定土层中不少于3.5m，见图2。由于水泥搅拌桩的围封作用和对土体的改良作用，单桩承载力特征值可达1600kN，单桩承载力提高了约88%，每根柱需3根，见图1（b），基桩数量减少了约40%。
图1.基桩数量
图2.格栅式布置水泥搅拌桩
水泥搅拌桩可将软土固化为具有足够强度、变形模量和稳定性的水泥土，并与桩间土共同承担上部荷载。从而提高软土地基强度，保证稳定性；降低地基的压缩性，减少基础的沉降和不均匀沉降[6][8]。综上水泥搅拌桩既改善了预制桩周边土体的性质，使地基趋于稳定，提高了预制桩承载力；又降低了地基的压缩性，有效解决地面沉降问题 [2][9]，从而有效减小地坪与柱基的沉降差，地坪裂缝等诸多问题[9]；再者，设备基础可不再做其他地基处理。
结语
软土地基是工程建设者不容忽视的不良地质现象，其可能造成一系列的工程质量问题，而地基液化这一现象亦是工程建设者不得不直面的棘手问题，因此设计人员应慎重对待这类工程的基础选型设计。就本工程而言，桩基础全部消除了液化影响，解决了软土地基承载力不足、沉降变形等问题；而格栅状布置的水泥搅拌桩可起到抗液化的效果，对单桩承载力的提高有显著作用，单桩承载力提高了约88%，基桩数量减少了约40%，经济效益可见一般。桩基础和水泥搅拌桩的综合应用较好的解决了本工程的液化软土地基，保证了工程建设安全，工期也有保障，不失为一种有效的处理手段。
参考文献：
[1]建筑地基基础设计规范GB50007-2011[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2011.
[2]建筑地基处理技术规范JGJ79-2012[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2012.
[3]建筑抗震设计规范GB50011-2010[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2010.
[4]龚思礼主编.建筑抗震设计手册（第二版）[M].中国建筑工业出版社，2002.
[5]朱炳寅，娄宇，杨琦编著. 建筑地基基础设计方法及实例分析[M]. 中国建筑工业出版社，2007.
[6]徐至钧. 新编建筑地基处理工程手册[M]. 中国建筑工业出版社，2007.
[7] 吴平，刘连荣.南开大学泰达学院软土地基基础设计[J]. 建筑结构，2008（9）.
[8] 王翔，娄宇，王红庆，陆一鸣.软土地基上某厂房基础的选型与设计[J]. 工业建筑，2000，30（1）：70～75.
[9]刘世明，夏胜天，封棋.软土地基上厂房基础的设计[J]. 浙江建筑，2014，31（10）：21～24.
论文作者:李安安,藕洋,胡甄中,郭拥军,张云雷
论文发表刊物:《建筑模拟》2018年第21期
论文发表时间:2018/10/23
标签：承载力论文; 地基论文; 基础论文; 工程论文; 土层论文; 土地论文; 水泥论文; 《建筑模拟》2018年第21期论文;