严重液化的软弱体育场地地基处理方案对比及设计思路总结

严重液化的软弱体育场地地基处理方案对比及设计思路总结

任以超

广州市科城建筑设计有限公司510663

摘要：对存在欠固结的淤泥质土的场地处理，采取不同的地基处理方案进行对比分析，探讨相应的地基处理的适用性及经济性。

关键词：体育场地；地基处理；液化土；设计思路

1.场地工程地质和水文地质

根据场地的地质揭露情况，土层岩性特征及分布特点分述如下:

1、近期人工填土层（Q4ml）

第①层冲填土

2、第四系全新统海相沉积层（Q4m）

第②层淤泥

第③层中砂

3、第四系下更新统湛江组海陆交互相沉积层（Q1mc）

第④层粉质粘土-第④1层中砂第⑤1层粘土

第⑤层粘土

第⑤2层细砂

第⑥层粗砂

第⑦层粉质粘土

第⑦1层中砂

第⑧层中砂

第⑨层粉质粘土

第⑨1层中砂

第⑩层粉质粘土

第⑩1层中砂

场区内第①层吹填土、第③层中砂属可液化土层，液化等级大部分为轻微～严重，少量为不液化。

针对上述的水文情况，按一下两个要点，对室内首层地面做法进行有针对性的设计。

2首层场地地基处理方案分析

2.1、设计原则

（1）满足体育场地所需要的地面强度、稳定性和变形的要求。比较分析时地面按最大允许沉降≤30mm；处理后地基承载力≥60（kpa）进行比较分析。

（2）根据前述的场工程地质条件，采用适宜的地基处理方法的原则。

（3）结合现场的周边环境，并需满足施工工期及经济性的要求。

2.2地基处理方案可行性分析。

针对以上的设计要点，地基处理拟采取以下方案进行分析比较：

分析拟采用16mx16m的场地范围进行计算分析，得出各方案的优缺点。

真空预压地基处理

真空预压法是在软粘土中设置竖向塑料排水带或砂井，上铺砂层，再覆盖薄膜封闭，抽气使膜内排水带、砂层等处于部分真空状态，排除土中的水分，使土预先固结以减少地基后期沉降的一种地基处理方法。

计算要点为：

沉降计算

主固结沉降Sc采用分层总和法计算；

总沉降S采用沉降系数ms与主固结沉降计算Sc：S＝msSc；

计算路基沉降压缩层的下限深度在其底面底附加应力与有效自重应力之比不大于0.15处。

砂桩平面布置图及真空预压剖面示意图如下：

3.1、剩余沉降量分析：按淤泥层最厚10米的最不利地质钻孔进行计算

根据土质情况，真空膜压采用70.000(kPa)，经计算，最终固结沉降量分别为：

预压时,地基沉降=0.377(m)

竣工后,168个月基准期内的残余沉降=0.017(m)

从沉降计算结果来看，4个月的预压后，地基残余沉降满足工后体育场地使用要求。

3.2、真空预压的施工要求：

竖向排水通道采用袋装砂井，袋装砂井直径为120mm，每隔1.5mx1.5m梅花状布置；砂井深度约为8m左右，需以穿透欠固结土层的深度为准。

预压区范围为场地场地内，除主体结构范围外的所有区域，在预压区边缘应设置排水沟，在预压去内设置与砂垫层相连的排水盲沟，设置粘土桩进行隔水。

综上所述，（A）真空预压地基处理方案能有效消除软弱土层的排水固结沉降，在足够的预压工期后，残余沉降能满足工后使用要求。

优点：消除沉降成本低。

缺点：工期长，影响主体的施工进度，不能消除场地的液化土；欠固结土层分布的不均匀性导致了工后沉降的不均匀，场地不均匀沉降的概率较大,对沉降敏感的室内场地，适用性较差。

（B）水泥土搅拌桩地基处理

水泥土搅拌桩地基处理是利用水泥作为固体剂，通过搅拌机械将其与地基土强制搅拌，硬化后构成的地基。

设计要点：采用400水泥土搅拌桩，对软弱土层进行加固，减小地基沉降，达到满足使用要求。

水泥土搅拌桩布置图如下所示：搅拌桩按15%水泥掺量，采用425普通硅酸盐水泥。

单桩承载力特征值：50.000(kN)；垫层厚度：300(mm)

垫层超出桩外侧的距离：300(mm)

基础边缘外桩的排数(横向)：1

基础边缘外桩的排数(竖向)：1

计算结果:

置换率m：0.064

桩间土承载力fsk：50.0(kPa)

复合地基承载力特征值fspk：72.4(kPa)

修正后复合地基承载力特征值fz：72.4(kPa)

pk<=fz,满足！

pkmax<=1.2*fz,满足！

因此复合地基承载力满足要求！

沉降计算，经计算

压缩模量的当量值：3.797(MPa)

沉降计算经验系数：1.100

总沉降量：1.100*26.63=29.29(mm)

底板沉降量的主要由底板自重产生，在体育专业底板铺设之前已基本完成，因此，工后沉降满足使用要求。

综上所述，（B）水泥土搅拌桩地基处理方案能有效控制软弱土层的排水固结沉降。

优点：通过水泥土搅拌桩的加固土体作用，控制软弱土层的固结沉降，并能有效消除液化土。

缺点：成本高，搅拌桩的施工影响主体的施工进度。

（C）振冲法碎石桩地基处理

振冲碎石桩挤密法是指碎石桩为粗颗粒土桩，用振动、冲击或水冲等方式在软弱地基中成孔后，再将碎石或砂挤压入土孔中，形成大直径的碎石或砂所构成的密实桩体。

碎石桩布置图如下所示：

[碎石桩参数]

桩布置形式：正三角形桩间距：1.000(m)

桩直径：300(mm)桩长：10.000(m)

桩土应力比：4.000垫层厚度：400(mm)

垫层超出桩外侧的距离：300(mm)

基础边缘外桩的排数(横向)：1

基础边缘外桩的排数(竖向)：1

计算结果:

基础底面处承载力计算

置换率m：0.082

桩间土承载力fsk：55.0(kPa)

复合地基承载力特征值fspk：68.5(kPa)

修正后复合地基承载力特征值fz：68.5(kPa)

pk<=fz,满足！pkmax<=1.2*fz,复合地基承载力满足要求！

沉降计算

经计算，压缩模量的当量值：3.630(MPa)沉降计算经验系数：1.100总沉降量：1.100*27.85=30.63(mm)

综上所述，（C）振冲法碎石桩地基处理方案能初步控制软弱土层的排水固结沉降。

优点：通过碎石桩加固土体的作用，初步控制软弱土层的固结沉降，并能能有效消除液化土。

缺点：成本高，碎石桩的施工影响主体的施工进度，碎石桩的离散型较大，成桩质量难以控制。

平面布置图如下所示：

（D）400预应力管桩桩+120厚结构板无梁楼盖，板下设置100厚C15垫层

采用桩基础+结构板的受力方式，结构布置图如下：

经计算，最大的桩反力标准值为150KN，反力图如下图所示：单桩承载力特征值取200KN，并进行承载力计算及沉降计算分析。单桩竖向承载力

根据《桩基规范》5.2.2及5.2.3

沉降计算点附加应力(kPa)：202.496

沉降计算点土层压缩沉降量(mm)：7.1

根据计算结果显示，采用预应力管桩，沉降量仅为7.1mm，很好的满足了场地使用要求。

综上所述，（D）400预应力管桩桩+120厚结构板无梁楼盖，板下设置100厚C15垫层的方案沉降量仅为7mm,很好的满足了场地使用要求。

优点：计算沉降量最小，受力最明确，最直接。与主体施工同步，不影响主体施工进度，并能通过桩，避开了液化土对底板的不利影响。

缺点：暂无。

平面布置图如下所示：

(E)碎石桩+强夯地基处理

强夯碎石桩属于强夯地基处理范畴，强夯置换加固地基的原理是指用强夯法加固高饱和度的软弱土层，先布置竖向排水通道功能的碎石桩，后通过夯击能，在夯坑内不断填加石块，碎石、或其他粗颗粒材料，强行将对软弱土层进行排水固结，减小场地的工后沉降。

（1）.强夯前，需将碎石桩先施工完毕，碎石桩桩径300，平均桩长8米，碎石桩顶需铺设一层300厚的碎石垫层，作为横向排水通道。

（2）.单击夯击能为2000KN.m，夯锤重量宜取18t，落距11.1m,1.强夯范围：网格阴影区域内，详平面图所示。

（3）。夯击击数由同时满足以下三个要求确定：锤底直径取2.5米，夯点布置详大样一；强夯范围详平面图网格区域所示。

a.最后两击的夯沉量不大于50mm。

c.不因夯坑过深而发生起锤困难。b.夯坑周围地面不应发生过大隆起。

（4）.夯击遍数根据地基土的性质和平均夯击能确定，两遍之间应有一定时间间隔，

夯点平面布置采用等边三角形。第一遍夯点间距可取夯锤直径的2.0倍，间隔时间取决于土中超静孔隙水压力的消散时间。

（5）.对强夯后的地基土承载力特征值为100KPa。第二遍夯击点位于第一遍夯击点之间，最后一遍是以低能量“搭夯”即锤印彼此搭接。

（6）.夯点土填料要求：优先采用粗颗粒碎石，不应采用淤泥及淤泥质土或不易固结排水的粘性土。回填至场地设计标高后，继续按设计要求进行强夯处理。

（7）.强夯过程中应有良好的场地防排水措施；对已夯区域，应设置好排水沟，表面覆盖防水薄膜。

（8）.当强夯施工所产生的振动，对邻近建筑物或设备产生产生有害的影响时，应采取防振或隔振措施。以防止水渗入土中；施工时，应控制好最优含水率，防止强夯过程中出现橡皮土。

（9）.其它要求按现行施工规范及规程执行。

平面布置图如下：

强夯碎石桩法:

(E)强夯碎石桩地基处理方案能有效的对软弱土层主动控制其排水固结沉降。

优点：通过碎石桩+强夯的方式加固土体的作用，能很好的控制软弱土层的固结沉降，并能有效消除液化土。

缺点：强夯对周边建筑物产生振动影响。

各方案的对比表如下：

2.3综上分析，结合各种方案的优缺点，

对室内场地,采用400预应力管桩桩+120厚结构板无梁楼盖的方案是从安全及经济性来看，是最优的。

对室外场地，如果施工场地及工期允许，优先采用碎石桩+强夯的处理方案，采用此方案需先评估夯击能对周边建筑物的振动影响。

如果周边环境及工期允许，也可采用真空堆载联合预压。

3结束语

针对存在严重液化土层的软弱场地，对室内外场地采取合适的地基处理方案，使得场地既满足使用要求，又兼顾施工及经济性要求。地基处理方案的设计，从场地的地质条件分析开始，选用可行的地基处理设计方案，对不同的可行方案进行计算分析，综合各方案的优缺点及造价进行纵向比较，选出合适的地基处理方案。

参考文献

[1]陈方哗基础工程（第二版）.人民交通出版社.

[2]陈希哲.土力学地基基础（第四版）.清华大学出版社，2003.

[3]宫旭东，汪东兰.关于软土地基处理的几点建议

[4]杨鑫.软土地基处理技术

[5]《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2012

[6]《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011