软土地基换填法加固技术.doc

铺设胞腔碎石袋换填加筋复合砂卵石垫层、是软土地基加固处理的新技术措施，对工业建筑、公共建筑荷载较大的建筑物施工中遇到地基软土层，土层含水量大、透水系数小、压缩性高、承载力低、易扰动的软土层，采用此方法处理具有费用小、工期短、施工方法简便、效果好，处理后的地基抗剪度高、承载力大的特点。
胞腔袋：用无破损的尼龙编织袋，装1/2体积的天然级配砂卵石。
复合筋带：为TG土工筋带，具有强度高（抗拉强度应达到120Mpa）、低伸缩率（断裂延伸率＜1.7%）低蠕变、耐腐蚀。规格为2.5×50mm。
二、工程概况：
本工程为xx伊金霍洛旗乌兰集团热电厂主厂房工程，施工图由山西电力设计院设计，由我单位包头市第一建筑工程股份有限公司承建。主厂房占地面积：45米×48米＝2160平方米，原设计自然地坪-0.25，基底标高-3.500，有地下水（无压）-3.500，地质情况较复杂，伊旗地区地质情况较复杂，过去呈是古河道是湿凹地，自然地坪-2.5-3.5米以下，有集水层，土质为粉土层，是典型的软土地基。
表现特点：天然含水量大，大于液限（WL）7%，天然孔隙比大＞1-2，压缩性高，承载力低（30-55Kpa）抗剪强度小于（0.03Kpa），地基土一经扰动或破坏即转变为稀释流动状态，由于土的天然孔隙比大、压缩性高，沉降量大，而且沉降速度随地面荷载增大，速度加快（1-2mm/d）也反映在沉降的不均匀性，当建筑平面荷载不均匀时，将会使建筑物产生一种较大差异沉降，会给建筑物造成破坏性损害，由于粉土的低透水性，因此软土的排水固结需要相当长的时间，在施工中由于粉土层的低透水性，所以不易采用大口径，井点降水施工方法。
近年来在伊旗建设的大型工业建筑、公共建筑由于地质情况较差，所以地基处理难度大、施工困难、地基处理工期长、费用高。
针对本工程设计：主厂房占地45×48米＝2160m2，由汽轮发电机间、除氧煤间，锅炉间组成，汽轮机间有三台发电机，单层排架结构，除氧煤间框架结构6层总高34米，锅炉间三台35T锅炉排架结构三台锅炉机座设计为伐板带肋基础6米×12米。
原设计基础底标高-2.5米，下有C10垫层100厚，砂卵石垫层900。（-3.5－-6.5米）为软土地基，原设计地基加固采用φ300的钢筋混凝土灌注桩及挤密碎石桩进行地基处理，设计2509根钢筋砼桩，2020根挤密碎石桩，桩深为4米，采用此方法进行地基处理，工作量大，施工周期长，费用高，不能满足总工期的要求。
经建设单位、设计单位、施工单位三方审定图纸提出地基处理的变更方案，经设计院核定，采用铺设胞腔碎石袋，换填加筋复合砂卵石垫层处理地基。基础开挖深度为设计-3.5米，基坑开挖宽度及长度为基础底每边外扩3米，在基底-2.9米-3.2米处分别铺设土工筋带为席状300×300编织，土工筋带为TG复合筋带2.5×50mm，抗拉强度达到120mpa，断裂延伸率小于1.7%。
三、软土地基处理的技术措施及施工方法：
⑴、基础挖土：由于进行换填地基处理，基础采用反铲挖土机械大开挖，开挖深度设计为-3.5米,自然地坪-0.4米,实际挖土深度3.1米,由于-3.5米处为地下水位高度,土层在-3.50米处不能扰动及破坏,否则变为稀释流动状态不能进行后续工程施工,施工中采用机械与人工配合一次挖够深度,机械挖至-3.2－-3.3米,人工用平锹修于-3.5米处,配合机械挖斗清出。
⑵、平铺胞腔碎石袋：
胞腔碎石袋，用无破损尼龙编织袋500×1200，装天然及配砂卵石1/2体积要求含泥量小于5%，粒径小于50，基坑开挖后每隔15米，设置一个排水坑，坑开口1米左右，深度水位以下1.2米，挖坑后即用卵石（不含砂充填）基坑四周设排水沟及集水坑（集水坑挖开后用
卵石回填），基坑挖排水坑设置完成，人工机械配合铺设胞腔袋，人工按“丁顺”摆放，袋之间压茬长向不小于1/2，短小不小于1/3。胞腔碎石袋铺设完成后，采用25吨振动压道机碾压，碾压进行二次。
第一次碾压3个轮回，每个轮回碾压2遍，每个轮回间隔2个小时，每碾压一遍若地基发生不均匀下陷，即时用胞腔袋补填铺平，严禁地基出现冒砂现象。
第一次碾压完成后24小时，再进行第二次碾压，第二次碾压一个轮回2-3遍止。每次碾压有大量的地下水从设置的排水坑排出，工地设置8台水泵将水排出坑外。
第二次碾压完成24小时后，地基强度有很大的提高，20吨载重汽车行走不沉陷。
技术措施：⑴采用胞腔袋作法，增加机械接触面，增加承压强度，防止土粒流失及冒砂现象。⑵设置排水坑，在碾压中使地下水从排水坑中排出。⑶通过大吨位机械碾压，地下水排出，软土得到压缩，沉降提前进行，由于机械碾压软土中大量的水排出，使土粒的固结在较短时间内完成，软土的抗剪、抗压强度很快提高。
四、加筋复合砂卵石垫层铺设及碾压：
砂卵石质量要求:卵石粒径小于50mm，并且含泥量小于5%，砂卵石垫层900厚分三次铺设，每次虚铺400，压实为300，压实细数大于0.96，每层取样检验不少于1个/100m2计28个。
胞腔袋铺设第二次碾压24小时后进行第一层砂卵石铺填，平整后采用25吨振动压路机振压5-6遍，取样检验压实系数达到0.96后，铺设一层土工筋带。土工筋带按300×300网格席状编织径纬交叉点用铁钉钉牢，端部回折长度不小于2.5米，分别在-2.9米、-3.2米处铺设土工筋带。
技术措施：在砂卵石垫层中铺设土工筋带，在建筑物荷重作用下土工筋带的高抗拉强度得以充分发挥，增强垫层的整体性和刚度，起到调整应力分布，扩散应力的作用，整体上限制了地基土的剪切，侧向挤出及隆起，提高了约束下卧，软弱土地基侧向变形的能力。
五、地基处理后测试的技术指标：
⑴、下卧层承载力检测，地基加固从3月1日开始—3月12日完成，施工工期为12天。
3月12日—3月13日委托xx104地堪院进行动力触探，动力触探分别取三个点0.1、0.2、0.3。动探深度-3.5—-6.5米，锤重63.5kg。平均锤击次数（每30cm锤击次数）-3.5—-4.5范围60—50次，-4.5—-6.5范围45—38次。地堪院根据锤击次数，换算下卧层承载力为180kpa—150kpa，未加固以前下卧层承载力为30—55kpa，加固后提高120kpa。
山西电力设计院对地堪处理后的结论认为强度明显提高，完全满足设计要求，同意下一步施工进行。
⑵、不均匀沉降观察：由于软土地基的特点：孔隙比大、压缩性高，沉降量大，根据地堪报告，下卧层沉降量为15—20cm，如不进行地基加固处理，会对设备管道、建筑物造成破坏。针对本工程荷载特点；主厂房锅炉间锅炉机座承受荷载量最大。
三台锅炉机座独立设置为伐板带肋基座，砼锅炉基座＋6米高，锅炉本体＋6米—＋23米，17米高，从安装开始逐步加荷，我们针对荷载特点对三台锅炉机座设置12个沉降观察点，对数据分四个阶段进行分析：
⑴锅炉主体安装前；
⑵主体安装完成；
⑶锅炉注水后；
⑷炉体保温隔热完成后，达到锅炉运行条件。
根据荷载的数据统计：
⑴安装前基础数据；
⑵主体安装完成，每台锅炉荷载300吨，三台锅炉平均沉降量3mm；
⑶锅炉注水后：每台锅炉荷载360吨，三台锅炉平均沉降量4mm；

⑷耐火隔热，保温完成达到运行条件，每台锅炉生产荷载460吨，三台锅炉平均沉降量5mm，三台锅炉的相对沉降量2mm，通过沉降观察反映整体沉降量小，满足设计要求。
相对沉降量很小，反映地基的整体抗剪承载力满足要求。
六、经济方案及综合经济效益对比：
原图设计：-3.5—-6.5下卧软土地基加固采用钢筋砼灌注桩及挤密碎石桩进行地基处理。
设计钢筋砼桩2509根，挤密碎石桩2020根，直径300米，桩深4米，-3.5—-2.6为900厚砂卵石垫层。
经济造价：
2509根钢筋砼桩0.283m×678.74元/m3×2509＝48.19万元；
2020挤密碎石桩：0.283×180.95元/m3×2020＝10.33万元；
卵石垫层：2548×0.9＝2293m3×49.70元/m3＝11.3969万元；
直接费合计：69.917万元。
工期每天80根：4529÷80＝57天
卵石垫层2293m3工期三天。
合计工期66天。
变更方案：采用平铺胞腔碎石袋，换填加筋复合砂卵石垫层处理地基。
造价：
编织袋：22932个，每个1元/个＝22932元；
砂卵石：0.3×2548＝764.4m3×49.70元/m3＝37991元；
人工装袋及铺设人工费：764.4×30元/m3＝22932元；
机械碾压费用：2548M2×1.5元/m2＝3822元；
加筋卵石垫层：2293m3×49.70元/m3＝113969元；
TG土工筋带：20196m×6元/m＝121176元；
合计费用：32.2822万元。
工期：胞腔碎石袋工期15天、卵石垫层3天。有效施工工期18天。
二种方案对比：
桩基处理地基：费用69.917万元，工期60天；
胞腔袋处理地基：费用32.2822万元工期18天；
费用减少37.63万元，53.83%，工期缩短42天。
七、胞腔袋软土地基处理在本地区的适用性及推广性：
⑴内蒙古xx伊金霍洛旗地堪报告显示过去为湿凹地，自然地坪-2.5米以下-6.5为无压集水层，土质均为粉土、粉砂，细砂层，属典型的软土层，软土层厚度-3.5米。
近年随着经济发展、城区扩大，工业建筑及公共建筑大量建设，在施工中多采用桩基进行地基加固处理，但地基处理费用大、工期长。还有的施工中采用大开挖地基换填加固处理。但因伊旗地区软土层为粉土，透水系数小，采用井点降水效果不好，施工中地基土一经扰动即转变为稀释流动状态，给施工造成很大困难，建筑物完成后沉降持续发生，使建筑物产生不均匀沉降及裂缝。
采用胞腔袋换填复合加筋砂卵石垫层地基处理填补了软土地基处理的新方法，同时起到了成本费用低、工期短、施工方便、适用性强的综合经济效益。采用此方法在软土地基进行地基加固处理具有很好的适用性及可推广性。