5000T新型干法水泥生产线水泥厂，其主生产线上建（构）筑物多为重型结构，受力复杂-水泥生产线土建。该厂厂址紧靠长江大堤，地表上部覆盖淤泥质软土，厚度达30m~35m，基岩埋置深度为40m~50m，其中还有相当部分的场地是由河塘新近堆填而城，土质情况更差。为了使基础设计在既满足工艺设备需要、结构又安全可靠的前提下做到经济合理，我们对于使用要求负载形式及大小不同的结构，根据实际情况，采用了不同的基础设计方案和地基处理方案，现就不同方案的设计思想及工程实践作一介绍。
1 嵌岩钻孔灌注桩基础
1.1 桩基类型的选择
　　根据京阳厂场地的工程地质特点，重负荷车间必须采用桩基础，但选用何种桩型更加合理经济却是值得探讨的。目前常用的有钢桩、打入式（或静压）钢筋混凝土预制桩、钢筋混凝土钻孔（或沉管）灌注桩等几种桩型。
　　施工角度看，钢桩、钢筋混凝土预制桩施工工艺较为简单，加之制桩在地面进行，其桩身质量容易保证；而钻孔灌注桩施工工艺相对较为复杂，清孔要求高，且桩身质量不易控制。
但从本工程的结构受力及地质情况来看，以采用高承载力的大桩来承受较大的垂直及水平荷载较为理想。钢桩及钢筋混凝土预制桩因受打桩能力的限制，只能进入强风化岩层一定量，且桩断面不易过大，故其单桩承载力不高。只有钻孔灌注桩能取用较大直径的断面，并将桩端嵌入完整的中、微风化岩层，获得相当高的单桩承载力。另外，从结构设计的桩平面布置来看，对多数重载车间只能采用密集型的布桩方式，而打入式预制桩虽然在桩中心距上做了适当的控制，但在大面积范围内布桩施打还是经常出现后打桩将先打桩向外侧或向上隆挤，从而将先打桩推断或拉断，因此，选用高承载力、少桩布桩方案明显优于低承载力、多桩数的布桩方案。
从经济比较来看，就本工程而言，由于打入式钢桩、打入式钢筋混凝土预制桩、沉管灌注桩等几种桩型的单桩承载力不高，桩数明显增多，故材料用量大，单价较高；而钻孔灌注桩单桩承载力较高，桩数较少，材料用量相应下降，且单价较低。综上所述，可知钢桩最贵，钢筋混凝土预制桩其次，钻孔灌注桩最便宜，且钻孔灌注桩直径越大越经济。以熟料、生料及水泥七座筒仓为例，当采用大直径钻孔灌注桩时，基桩工程造价为1500万元左右，而当采用打入式钢筋混凝土预制桩时工程造价则为2400万元左右，二者相差900万元。从全厂的桩基工程来看，按保守的方法计算，采用钻孔灌注桩比采用打入式预制桩至少能节省费用2000万元以上。通过各方面的分析比较，我们认为，只要相应采取一些技术及管理措施，克服钻孔灌注桩施工的不利影响，京阳工程选用以大直径钻孔灌注桩为主的桩型是最优化的设计选型。
1.2 桩基设计及承载力的确定
　　根据全厂建（构）筑物的不同，我们分别采用了直径为1.2m、1.0m、0.8m、0.6m的钻孔灌注桩，其中大部分为φ1.2m的桩型。一般来说，单桩承力使用得越高，其经济效益就越好，而采用嵌岩灌注桩，通过嵌岩段的侧阻力和桩端阻力来获取较高的单桩承载力是最好的方法。但是，钻孔灌注桩的主要缺点之一就是孔底沉渣清理困难，并且这一缺陷又直接导致桩端阻力的急骤下降，对这个问题怎么认识，又何解决这一问题？让我们先来分析一下嵌岩灌注桩的承载情况：嵌岩桩的垂直承载力由土的总侧阻力、嵌岩段总侧阻力及桩端阻力三部分组成，其荷载传递主要与桩的长径比及嵌岩深度有关。对于粗短的嵌岩桩，在外荷载的作用下桩端阻力较桩侧阻力先期发挥出来，且桩端阻力占承载力的主要部分，这是典型的端承桩；但对于京阳工程这种桩长径比大于35的情况而言，在外荷载的作用下则是桩侧阻力先于桩端阻力发挥出来，且以桩侧阻力（包括桩侧土层及嵌岩段的侧阻力）占承载力的绝大部分，与摩擦型桩类似，而且当嵌岩深度大于桩径5倍时，其桩端阻力几乎接近于零。因此，对于这种长径比较大的嵌岩桩，除了设计上严格控制沉渣厚度、施工上采用较为先进的清渣工艺外，利用其嵌岩段侧阻力大、端阻力小的特点设计上严格控制沉渣厚度、施工上采用较为先进的清渣工艺外，利用其嵌岩段侧阻力大、端阻力小的特性，将嵌岩深度控制在一定范围内，则可以认为孔底沉渣对承载力的影响是很小的，为此，对桩长径比大于3.5、φ1.2m的桩型，我们将嵌入中等风化岩的最大深度为5.2m(4.33D)，根据规范提供的估算公式，求得单桩垂直极限承载力为Quk=20692kN，其中桩侧土层的侧阻力占29.3%，嵌岩段侧阻力占66.3%，而桩端阻力仅占4.4%。为了对估算的单桩承载力进行验证，以获得真实的承载力，我们亦进行了试桩，试桩结果见下表。
　桩 桩径m 　桩长m 桩长 桩端嵌入中风 单桩竖向极限 相应沉降量mm
　号 　　　　　　　径比　　化岩层厚度m 　承载力/kN
　S4 　1.2 　47.2 　39.3　 4.26 　　　　18278 　　29.4
　S5 　1.2 　44.2 　36.8 　5.25 　　　　20023 　　29.7
　　从表1可以看出，当嵌岩深度小于5D时，这种长径比大的桩，其承载力是随嵌岩深度增加而增加的，也就是说靠嵌岩段侧阻力的增加来提高承载力，而端阻力对承载力的影响却很小，这种特性与我们的理论分析是一致的。
　　由于本场地土属7度抗震设防区，且处于长江岩边空旷地带，其水平地震力或风荷载产生的水平力都是不小的，而地基上部覆盖层却为很厚的淤泥质软土，相应的地基土水平弹性抗力小，因此，采用大直径的桩基来承受水平荷载，不但是必须的，且是经济的，相应的地基土水平弹性抗力小，因此，采用大径的桩基来承受水平荷载，不但是必须的，且是经济的，这也是我们考虑确定采用大直径钻孔桩的重要原因之一。单桩水平承载力估算则是根据桩与承台及地基土共同工作的原理，利用桩本身的刚度和地基土的水平弹性抗力来求得的；水平承载力试桩时采用的是临界荷载及桩顶水平变位的双探标准，其结果与理论计算基本吻合。
1.3 嵌岩钻孔灌注桩的施工工艺及收钻标准的确定
　　根据不同的地质情况确定合理的钻进工艺是钻孔灌注桩施工的关键之一，目前有正循环及反循环两大钻进工艺。采用正循环工艺施工时，护壁泥浆是由钻孔中心的导管通过一定的压力注入至孔底的，孔底泥浆在压力作用下将沉渣向四周排挤并一同沿孔周壁不断上返，因而对孔道壁产生一定的正压力，对防止孔壁坍塌起到了积极的作用，但其对沉渣清理的效果不是太好。而反循环钻进工艺是利用泥浆池与孔口的高度落差，使护壁泥浆沿钻孔四周流入孔道，再由孔中心的吸力泵通过导管将泥浆及沉渣一起抽出，形成循环。孔壁四周的泥浆是由上而下流动，因而对孔壁产生一定的负压力，特别是当泥浆补给跟不上吸力泵的抽浆速度时，孔道内泥浆面标高急骤下降，孔道内的部分高度形成了“空孔” ，孔壁上的负压力值急率亦相对较小，而本工程的地质特点昌：游泥质软土护壁困难，收钻前桩端沉渣不易清理，但钻进时切削下的土、岩渣粒径却不大，无需提心二次破碎的问题。笔者经过慎重的考虑，并与建设单位协商讨论，确定了本工程采用以正循环工艺钻进，收钻时以反循环吸力泵清理桩端沉渣的综合施工工艺，并以是否具备按此工艺施工的能力作为招、投标时的重要依据，从而保证了能够较好解决孔壁坍塌、桩端沉渣清理困难的问题，为单桩高承载力的获得奠定了基础。

欲想工程桩达到试验桩所测定的承载力，除了各个环节都要精心施工外，还有一个关健的因素，那就是大面积工程桩施工时的收钻标准。因为嵌岩桩的关健在于嵌岩，而岩层起伏的变化，各勘探工程师对岩石风化层的不同判别，都会对嵌岩的实际效果产生影响。因此，确定一个符合实际又便于操作的收钻标准就显得尤为重要，笔者根据大量的工程实践，对嵌岩钻孔灌注桩提出如下收钻标准：
　　利用工程地质勘察报告进行查对判别。
　　将钻孔反上的岩渣与工勘时所取岩样及试桩收钻时返上的岩渣进行对比，由工勘工程师进行验槽，以确定是否达到试桩收钻时的同一岩层。
　　用实际施工时的钻进时效（以某种速率进尺了多少深度）与试桩收钻进时效进行对比，但此时钻机的型号、能力、钻头的磨损等情况必须与试桩时大致相同（当进入中风化层时，笔者认为应使用牙轮钻头）。
　　与设计图纸的要求进行对比。
1.4 灌注桩桩身质量及承载力的检验
　　如前所述，灌注桩桩身质量较难控制，在施工过程中出现缩颈、断桩、清孔不干净的机率相对较大。因此，在成桩之后对桩的承载力及柱身质量进行检验是必不可少的，这一点是没有疑问的，但对桩承载力的检验是采用静载测试还是采用高应变动测检验，却是值得探讨的。现行规范规定，对单桩竖向承载力＞4000kN的基桩，其单桩承载力的的确定必须用静载的方法来测定。但就京阳工程的具体情况看，直径为1.2m的桩型单桩极限承载力高达20000kN，且施工场地远离城区，若采用静荷堆载测桩法，则需租用20000kN的配重物运至施工场地；另一方面由于地表上层为淤泥质软土，要想保证20000kN的测桩平台的稳定，并控制平台的沉降量，还需专门对软土地基进行必要的处理。这样，单根桩的测试费用将达30万元之多，且耗时很长；若采用静力反锚测试方法，锚桩总的数量不少，由于受平面布置桩的限制，锚桩只能小部分采用工程桩，因而费用与堆载法相差不大，而且由于锚桩上拔量控制的要求很严，经过反复论证和充分比较，决定适当突破规范的规定，采用目前国际上比较通用且测试误差较小由美国引进的PDA桩基高应变动测仪，选定测试技术、资质、信誉好且做过大量动静对比基础工作的单位来进行承载力的测试，但将规范规定的高应变动测数量适当提高。从已测试的情况看，效果很好，测桩费用比采用静载法节省了200多万元。但是，我们应注意一点，PDA高应变动力检测是以垂锤打击桩顶，同时采集距桩顶（1.5~3）D截面处的力（F）与速度（V）的时程曲线，通过CAPWAPC程序求解应力波动和波动方程最终得到桩的极限承载力以及荷载与沉降的Q~S关系曲线。这种检测方法仅当桩身与土体发生一定量的相对位移时（一般一锤沉降达2mm~3mm即可），采集的数据才具准确性。因此，桩顶的锤击能量是一个控制因素，它随桩承载力及桩径的大小变化应取用不同重量的锤头及落锤高度，通常锤头重量应取桩自重的10%~30%或桩极限承载力的1%，落锤控制高度按V=2GH求得。
1.5 事故处理
　　在深基坑开挖过程中，由于适逢雨季，淤泥质软土的地表浅层含水量增大，加之施工方法不当，造成土体滑移，将部分工程桩桩身推断或使得桩顶位移过大。根据现场场的实际情况、工程进度的要求、结构受力的特点，在充分考虑了施工可行性的基础上采取了适量重新加桩及对损坏桩进行修复两项措施，并且将桩承台及承台四周回填要求作一定的调整，获得较好的效果。
2 大面积堆载下的地基处理（深层搅拌）
　　软土地基上的大面积堆载，一般都会发生较大的竖向沉降，并伴随着产生较大的水平推力，对靠近堆附近的桩体产生破坏性的影响。因此，对厂房及取料设备采用桩基础的煤、粘土、石灰石三大均化堆场堆料面积下的软土地基要慎重考虑。
　　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，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，对邻近的桩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均化堆场，除了在地面做250mm厚的钢筋混凝土板，板底铺设300mm厚载不超过软土地基承载力的煤均化堆场，除了地面做250mm厚的钢筋混凝土板，板底铺设300mm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之外，对淤泥质软土地基就不必做任何处理了，由此而获得的经济效益也是显著的。但是，对于粘土、石灰石均化堆场，由于堆料荷载远远高于地基土允许承载力，其最大料压达250kN/m2，相应的地基沉降量亦高达1535mm，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厂房及轨道的桩基础推坏。就本工程而言，由于软土地基含水量高，排水不易，且影响深度有限，因而强夯方案是不可取的；若采用换土夯实，则工程量太大、费用太高，亦不可取；而采取堆截预压，结合一定的排水固结措施，虽说较经济，但所需时间太长，工期不充许；只有采用深层搅拌的方案，才是技术、工期都可行且又经济的。
　　深层搅拌是以水泥作为固化剂，利用特制的深层搅拌机械，在地基深处就地将软土和水泥强制拌和，通过水泥与软土之间产生的物理化--化学反应，使混合后的土体硬结成具体整体性、水稳定性和一定强度的地基。搅拌时所形成的水泥桩体是一种介于柔性桩与刚性之间的具有一定压缩性的桩，它与桩间土一起组成复合地基承肥外部荷载，而对该复合地基强度及变形起主要控制作用的有搅拌桩的置换率、桩长度及水泥的掺入量三大因素，其中置换率是由堆载对复合地基承载力的要求所决定的；桩长则主要是由沉降和单桩承载力来控制的；而水泥掺入量则对桩身强度起控制作用。对于软土层位厚，复合地基承载力要求高的区域，三大因素均取偏高值；反之，则取偏低值。对于大面积堆载的均化堆场，由于基本身对沉降并无控制要求，因此，在地基处理时只要控制堆料面积下地基土的沉降对厂房及轨道桩基不产生大的水平推力即可，这样可以大大降低投资。理论研究及实测表明：三角形分布的大面积堆料由于地基沉降所产生的水平推力主要分布在地表以下1/3或1/4堆料底宽的高度范围内，内要将该范围内的地基土压缩变形减少到最低值，即可避免堆料对厂房及轨道桩基础的不良影响。因此，在三大因素的定量设计时，我们主要考虑到最低值，即可避免堆料对厂房及轨道桩基础的不良影响。因此，在三大因素的定量设计时，我们主要考虑以下两个方面：①搅拌桩长度不小于堆载底宽的1/3~1/4。②地基土在堆载作用下不发生剪切破坏。经过反复的计算、分析，将搅拌桩的置换率控制在12.7%~33.8%之间，桩长控制在11m~14m之间、水泥掺入量控制在10%~18%之间，使得淤泥质软土的地基承载力提高了2~3倍，沉降量减少了70%~85%，且剩余沉降绝大部分发生在复合地基的下层（复合地基本身的压缩变形很小，仅为10mm~30mm），有效地降低了软土地基在大面积堆载作用下产生的侧向水平推力，从而在设计上保证了均化堆场厂房结构及取料设备的正常使用。
　　这里要提醒大家注意的是：深层搅拌复合地基成败的关键之一在于施工时水泥浆的注入量及水泥浆与软土搅拦的均匀性，一般来说，水泥浆注入量越大、搅拌次数越多、越均匀其水泥土的强度就越高。因此，在采用定量泵输送水泥浆的情况下，必须严格控制搅拌机钻土下沉时间、喷浆提升速度以及复拌次数。只有这样才能达到设计所要求的效果。
3 天然地基及换土碾压夯实人工地基
　　对于基础反力小于等于软土地基承载力的建（构）筑物，原则上采用天然地基，将基底放置在地层表面1m~2m厚的相对较好的“硬土”层上，但允许承载力应按其下部的淤泥质软土取用，这样对控制建筑物的总沉降及防上不均匀沉降大有好处。以“员工宿舍” 、“招待所”及“办公楼”三楼建筑为例：各栋建筑物传给地基的荷载与淤泥质软土的允许承载力大致相等，设计上将三栋建筑的基础均放置在“硬土”层上，但施工时误将“办公楼”下的“硬土”层挖通，结果“办公楼”的总沉降量及不均匀沉降明显大于另外两栋建筑。
　　对于基础反力略高于软土地基承载力的建（构）筑物以及部分基础反力虽然小于软土地基承载力，但由于施工放坡开挖将“硬土”层挖通的建筑物，结合施工现场回填材料的具体情况，采用局部换填砂石分层碾压的人工地基，将上部荷载扩散传递，满足了地基强度及变形的要求。

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