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1、湿陷性黄土地区复杂地质下钢结构厂房地基的加固处理摘要：在地质情况复杂、土层起伏很大的湿陷性黄土场地，当建筑 物变形控制要求较高，需全部消除场地湿陷性时，可采用不同夯击能进 行强夯；当建筑物变形控制要求不高，仅需消除基础范围内的全部湿陷 和基础范围外部分消除湿陷性时，可通过强夯消除室内地面的部分湿 陷，采用强夯和挤密联合法完全消除基础下的地基土湿陷。通过方案对 比，分析了两种方案的特点及其适用范围，结合实际工程可知，应调整 湿陷性黄土含水量，以取得最佳的强夯效果。关键词：湿陷性黄土；复杂地质；强夯：强夯和挤密联合法；含水量1工程概况1.1项目简介所涉及项目位于河北省张家口市市区西北角，结构形式为
2、钢结构联合 厂房，平面尺寸为296.9 mX 122.7 m。为满足生产工艺要求，将厂房分 为5个结构单元。±0.000 m相对于绝对标高为907. 500 m,基础形式为 柱下独立基础，基底标高-2. 400 m。厂房最大跨度为36 m,设有750 kN 级重级工作制吊车，厂房内工艺设备对沉降要求较高。该工程吊年起吊吨位较大，而场地地质情况复杂，整个场地基底标高 分别处于填方区、湿陷性黄土、粉质黏土、碎石土及岩石等多个土层。 为保证吊车在整个厂区内正常运行，应采取措施控制基础不均匀沉降。 场地土层分布厚度不均，场地大面积范围存在较厚的湿陷性黄土，且湿 陷性等级不同。以上因素成为该项
3、目地基基础设计的重点和难点。1.2工程地质概况及湿陷性分区地勘报告显示：拟建工程场地属西北高原东延部分山间盆地分区中的 低山丘陵，建设场地总体东高西低，中部黄土冲沟由南向北横穿场地， 最宽处达59 m,伴有大小冲沟数条，高低起伏。场地原始地面标高介于 893. 220928. 040 m,高差达 34. 820 m。场地内地基岩土构成为一层，根据地基岩土层原位测试成果，结 合当地建筑经验，综合确定地基岩土层承载力特征值fak等地基主要计 算参数如表1所示，湿陷性黄土物理力学及原位测试指标见表2,黄土 、黄土的土层厚度均为08 m,典型地质剖面见图1。表1地基基础设计参数Table 1 Deis
4、gn parameters of the foundation地层名称及编号重度/(kN-m-3)承载力特征值/kPa压缩模量MPa黄土14. 6110& 8黄土16. 01209. 9粉质黏土19. 118010. 3禽角砾粉质黏土11& 520020. 0碎石221. 035035. 0粉质黏土19. 119011. 7含角砾粉质黏土119. 025022. 0碎石222. 035035. 0全风化凝灰岩20. 045045. 0强风化凝灰岩24.01 500100. 0中风化凝灰岩26. 06 000地层名称及编号重度/(kNm-3)承载力特征值/kPa压缩模量Es/MP
5、a 黄土14. 61108. 8黄土16. 01209. 9粉质黏土19. 118010. 3含角砾粉 质黏土 118. 520020. 0 碎石221. 035035. 0 粉质黏土 19. 119011. 7 含 角砾粉质黏土119. 025022. 0碎石222. 035035. 0全风化凝灰岩20. 045045. 0强风化凝灰岩24. 01500100. 0中风化凝灰岩26. 06000 表2湿陷性黄土物理力学指标Table 2 The physical and mechanical properties ofcollapsible loess地层名称 及编号含水 率/%孔隙比液限/
6、塑限/自重湿陷系数湿陷系数%黄土9.81.07826.716.780.002 0.0630.057 0.173黄土13.70.99527.717.200.002 0.0700.018 0.152地层名称及编号含水率/%孔隙比液限/%塑限重湿陷系数湿陷系数黄土9. 81. 07826. 716. 780. 0020. 0630. 0570. 173 黄土13. 70. 99527. 717. 200. 0020. 0700. 0180. 152严914= 910521906894890886注：5463为钻孔编号。图1典型地质剖面Fig 1 Profile of typical geologic
7、al根据土工试验结果：黄土层具非自重湿陷性，湿陷系数0.0570. 173,湿陷程度轻微一强烈，湿陷起始压力43193 kPa；黄土层具自重湿陷性，自重湿陷系数0. 0210.076,湿陷系数为0.0180. 152, 湿陷程度轻微一强烈，湿陷起始压力为23133 kPa。湿陷带下限为黄土层层底。土工试验结果显示，湿陷系数随深度增加其变化无规律性 。场地地貌为坝下山间盆地分区中的构造侵蚀低山丘陵区，黄土的湿陷 性与其微地貌单元成因密切相关，场地整平标高为907. 500 m,湿陷性评 价以整平场地为准。根据黄土、黄土层湿陷程度并考虑微地貌单 元，将场地分为4个区，湿陷性黄土分区如图2所示。一一
8、湿陷性黄土分区边界。图2湿陷性黄土分区Fig. 2 Partition of the collapsible loess regionsI区：微地貌为黄土坡地，位于挖方区，挖方高度1.09.2 m,为IITII级仲等一严重）自重湿陷场地。I【区：微地貌为黄土冲沟，位于填 方区，填方高度1.013.5 m,为1一11级（轻微一中等）非自重湿陷场 地。III区：微地貌为冲沟，位于场地西南侧，最大填方高度0.6 m,最大 挖方高度4.2 m,表层为厚度1.54.6 m的杂填土，其下无湿陷性黄土 层分布。IV区：微地貌为黄土坡地，位于场地东侧挖方区，挖方高度7. 720.54 m,区内场地整平至设计标
9、高后无湿陷性黄土分布。1. 3基础方案本工程结构形式为下部钢排架、上部门式刚架厂房，竖向荷载较小， 弯矩相对于轴力较大。基础形式为柱下独立基础，基础截面由弯矩控 制，故基础长短边之比按1.21.4控制，保证基础受力合理且避免长宽 比过小造成不必要的浪费。厂房I区、I【区范围场地存在较厚的湿陷性黄土，湿陷性程度显著不 同，且11区填方高度很高，基底标高位于填方区或第一层土；厂房 IV区东侧局部范围基底标高位于凝灰岩层，地基承载力为4506 000 kPa。考虑整个场地地基承载力差别很大，为减小不均匀沉降，基底标高 位于第一层土时，基础垫层标高以下挖除0.3 m,换填级配砂石；基 底标高处于回填区域及一层土范围的地基，经过湿陷性地基处理 后，独立基础范围内再采用水泥粉煤灰碎石(CFG)桩2处理。文献3经 过理论分析和工程实践证明：CFG桩复合地基可消除黄土湿陷性,提高地 基的承载力和刚度。因此，CFG桩的设置为本工程地基基础设计提供了更 大的安全保障。2湿陷性黄土地基处理方案对比2. 1不同夯击能强夯方案大能级强夯法处理湿陷性深厚黄土，效果明显4,但本工程地势高低 起伏较大，部分区域湿陷性黄土厚度较小，如果湿陷性黄土区域均采用 大能级强夯法，经济性较差。该方案首先将整个厂房范围根据湿陷性黄 土下限至厂房±0. 000标高之间的高差由深至浅分为5个区域(图3) o然5