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淺析柏林校區(qū)工程地基處理
導(dǎo)語：地基處理一般是指用于改善支承建筑物的地基(土或巖石)的承載能力,改善其變形性能或抗?jié)B能力所采取的工程技術(shù)措施。
1、太原盆地
太原理工大學(xué)柏林校區(qū)位于太原盆地的西部，區(qū)域內(nèi)的工程地質(zhì)條件與太原盆地的形成歷史、地質(zhì)構(gòu)造、地震概況密切相關(guān)。
1.1形成歷史
土的工程性質(zhì)與土的形成歷史密切相關(guān)。自新生代以來,太原盆地處于下降趨勢,而兩側(cè)山區(qū)陸續(xù)上生,盆地底部構(gòu)造復(fù)雜,斷裂活動頻繁,場地構(gòu)造穩(wěn)定性受區(qū)域構(gòu)造控制。汾河自北向南縱貫盆地中部,汾河?xùn)|岸形成一級、二級階地,二級階地與東山洪積平原相連,西岸與西山洪積平原相連。
1.2地質(zhì)構(gòu)造
太原盆地存在兩組斷裂，一組為橫向斷裂，即北東東——東西向斷裂;另一組為縱向斷裂，即北北東——北北西向斷裂，為上新世——第四紀(jì)斷裂，活動性較強(qiáng)，但規(guī)模不大。由于太原盆地介于裂谷盆地之間，鄰區(qū)發(fā)生的強(qiáng)震可影響到太原盆地，震害也較重。
1.3地震活動統(tǒng)計
太原盆地為一多震區(qū),主要表現(xiàn)為次數(shù)頻繁、強(qiáng)度較弱的特點。據(jù)統(tǒng)計,1304年至今,盆地發(fā)生4級以上的地震22次,最大震級6.5級。在平面展布上,太原盆地可分3個地震帶:1)盆地西緣地震帶。位于西山山前斷裂帶。2)盆地東緣地震帶。位于東山山前斷裂帶,是盆地內(nèi)發(fā)震較多,震級較大的地區(qū)。在22次4級以上的地震中,本帶達(dá)10次之多。最大的6.5級地震就發(fā)生于此帶。3)盆地中間地震帶。主要分布于太原小店區(qū)的流澗至南瓦窯—帶及清徐、徐溝一帶,也是區(qū)內(nèi)發(fā)震較多地區(qū)。
2、柏林校區(qū)
2.1地形地貌
太原理工大學(xué)柏林校區(qū)為原山西礦業(yè)學(xué)院老校區(qū)，位于太原市的六城區(qū)之一萬柏林區(qū)，校區(qū)東西長320米，南北寬340米。
校區(qū)位于汾河以西，地貌為汾河西岸I級階地與山前洪積傾斜平原交互區(qū)。自然地理上場地南有虎峪河、北有玉門河，相對距離均為數(shù)百米，二條河流均為汾河流域季節(jié)性河流。其源頭均為西山余脈，均向東排泄于汾河�，F(xiàn)有自然地貌是由過去河流相系列的地貌單元演變而來。場地地形平緩，地面標(biāo)高介于800.03～804.61m。區(qū)域內(nèi)地下水位為4.52～6.5m，水位標(biāo)高795.1～798.23m,不具腐蝕性。
2.2 地層豎向分布
分析區(qū)域內(nèi)以往大多數(shù)工程地質(zhì)報告后得知,勘探深度范圍內(nèi)地層土從上向下依次為:第四系全新統(tǒng)人工堆積物及第四系更新統(tǒng)河流沖、洪積地層構(gòu)成,巖性主要為人工填土、生活垃圾和建筑垃圾;Ⅰ級非自重濕陷性黃土;粉質(zhì)粘土、粉砂、細(xì)砂、粘土,有些土層較薄,厚度變化較大,多數(shù)情況為互夾層。
2.3 場地土類型
場地土類型大多為中軟場地土,并且場地覆蓋層厚度大于80m,多為Ⅲ類建筑場地。
2.4 地震烈度及地基液化
根據(jù)1∶100萬《山西省工程抗震設(shè)防烈度圖》可知,太原市抗震設(shè)防烈度為8度。場地地面以下15m以內(nèi)存在飽和粉土和砂土,根據(jù)GBJ11-89建筑抗震設(shè)計規(guī)范中液化初判條件,應(yīng)進(jìn)行液化判定。在校區(qū)內(nèi)，除西南部即高層住宅樓場地為輕微液化外，其他部分均判定為不液化。
2.5 地基土的均勻性
校區(qū)內(nèi)各土層層面坡度局部常大于10%,可視為不均勻地基。同時，以壓縮模量加權(quán)評價也屬不均勻地基。
2.6 地基土的穩(wěn)定性
校區(qū)內(nèi)未見自然不良地質(zhì)現(xiàn)象。但“深挖洞”年代修筑的人防工程，屬于人工不良地質(zhì)現(xiàn)象。在建筑荷載作用下，防空洞周圍會出現(xiàn)應(yīng)力集中，形成塑性區(qū)，塑性區(qū)的進(jìn)一步擴(kuò)展將可能導(dǎo)致地基局部失穩(wěn)，對建筑物的安全使用產(chǎn)生影響。同時，也給地基基礎(chǔ)設(shè)計、施工帶來很多問題。
校區(qū)內(nèi)27#住宅樓為六層磚混結(jié)構(gòu)，于1997年開工，在基坑開挖時發(fā)現(xiàn)建筑的西山墻恰好在南北走向的防空洞上，且洞頂面已達(dá)設(shè)計基坑開挖標(biāo)高。隨即對防空洞進(jìn)行挖除，基礎(chǔ)外進(jìn)行封堵。由于防空洞洞底較深，挖除后分層夯填片石、級配砂石。在審底未見異常的情況下，按照原設(shè)計，地基處理進(jìn)行了三七灰土換填，基礎(chǔ)采用了筏板基礎(chǔ)。在一年的施工過程中，參建各方密切觀注沉降量，尤其是西山墻部分。直至目前沉降均勻，西山墻及其他墻體均未發(fā)現(xiàn)裂縫。
2.7 濕陷性評價
根據(jù)地基土含水量的變化、地表滲水和地下水位變化,濕陷性土的濕陷等級為Ⅰ級非自重濕陷性。
2.8 地基土承載力
上部雜填土承載力:80kPa～100kPa;粉質(zhì)粘土承載力:120kPa～160kPa;粉細(xì)砂承載力:大于等于150kPa。
3、地基處理
本校區(qū)地基處理主要有換土墊層法和樁基兩種。
高層住宅樓地基各層土承載力標(biāo)準(zhǔn)值fk(kPa)
查表法標(biāo)貫法靜探法理論計算及經(jīng)驗承載力標(biāo)準(zhǔn)值
①層雜填土
�、趯臃弁�15085130150110
�、蹖臃弁�140808011580
④層中粗砂185205190
�、輰臃弁�175180210190180
5-1層粉土160135125130
5-2層粉細(xì)砂150110140
5-1層粉細(xì)砂160200180
�、迣臃弁�170220190170170
6-1層粉土14022580130
6-2層粉土165220140130150
�、邔臃弁�200260150260
7-1層粉細(xì)砂215280210
7-2層中粗砂265260
7-3層中粗砂270270
⑧層卵礫石500500
3.1換土墊層法
常用于基坑面積寬大和開挖土方量較大(且開挖時不影響相鄰建筑物的安全使用)的回填土方工程,一般適用于地下水位較低,處理淺層軟弱地基、濕陷性黃土地基、雜填土地基。
在近幾年，校區(qū)內(nèi)的六層磚混結(jié)構(gòu)住宅樓采用了三七灰土換填及筏片基礎(chǔ)。
3.2樁基
適用于對場地要求較高的多、高層建筑。目前在基礎(chǔ)施工中比較常用的樁型有鉆孔灌注樁、沉管灌注樁、靜壓樁、高壓旋噴樁、人工挖孔擴(kuò)底樁等;以及近幾年來發(fā)展起來的超流態(tài)素砼樁、多支盤樁、鉆孔樁+注漿等。
3.2.1人工挖孔擴(kuò)底樁
該樁型特點是:施工設(shè)備簡單,工程成本低;適應(yīng)性強(qiáng),環(huán)境污染少;成孔速度快,工期短;成樁質(zhì)量容易控制,單樁承載力高。由于受地下水位埋深及地層地質(zhì)條件(如流砂、淤泥、涌水帶等)的限制。
3.2.2沉管灌注樁
該樁型為剛性樁,其特點主要是:單樁承載力高,施工速度快,工程造價低。但由于其受樁徑、最大沉管深度、地層及地下水條件的制約。
3.2.3鉆孔灌注樁
是目前應(yīng)用最多的一種樁基礎(chǔ)。優(yōu)點為該樁型適應(yīng)范圍廣泛,幾乎在各類復(fù)雜工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件下都能適應(yīng)。缺點為由于其工程造價相對較高,且在施工中泥漿排量大,具有一定的噪聲污染,在繁華市區(qū)內(nèi)施工時對環(huán)境具有較大影響,因此不能作為首選樁型,只有在其它樁型不適應(yīng)或不能滿足承載力要求的情況下才選用這種樁型。
校區(qū)內(nèi)的29層高層住宅樓樁型選擇時，由于相臨建筑非常近，地下水埋較淺，其它樁型均不適應(yīng)現(xiàn)場條件，因而采用了鉆孔鋼筋混凝土灌注樁。在持力層的選擇時，按照《高層建筑巖土工程勘察規(guī)程JGJ72-90》及《建筑樁基技術(shù)規(guī)范JGJ94-94》規(guī)定，原則上選擇層位厚度穩(wěn)定的中低壓縮性土、粉土、中密～密實狀態(tài)的砂土，下無軟弱土層或可液化土層。⑦層粉土以上各層均不滿足這些要求，而⑧層卵礫石承載力很高，但層面埋深變化大，樁長過長。因此⑦層粉土作為樁端持力層，樁長36米，樁身直徑800mm。
4、基礎(chǔ)選型
基礎(chǔ)的選型應(yīng)根據(jù)場地巖土工程條件及建筑物的重要性，從地基穩(wěn)定性、承載能力、控制不均勻沉降以及施工工期、施工難度、工程造價等方面綜合分析比較。
校區(qū)內(nèi)主要有三種基礎(chǔ)形式：
1)條型基礎(chǔ)：在早期的五層以下磚混結(jié)構(gòu)中，常用墻下條形基礎(chǔ)。
2)筏片基礎(chǔ)：考慮場地的不均勻性，后期的五至六層建筑大多為此基礎(chǔ)形式。
3)箱型基礎(chǔ)。箱形基礎(chǔ)突出的優(yōu)點是抗震穩(wěn)定性好，剛度也比較大，抵抗不均勻沉降的能力也比較強(qiáng)。由于高層建筑一般荷載較大，對地基的附加應(yīng)力影響范圍廣，因此為了減少地面產(chǎn)生過大荷載，就要考慮建筑物地面下設(shè)置地下室，以卸除土的自重壓力，予以平衡，使基礎(chǔ)多加穩(wěn)定。目前太原市區(qū)及建造的高層建筑高度在60m甚至百米以上，其地面下都搞了1～3層地下室，即增加了使用空間，又解決了基礎(chǔ)穩(wěn)定問題。故此，將高層建筑基礎(chǔ)埋在地面下5～10m是完全可以的。
校區(qū)內(nèi)的29層高層住宅樓就采用了樁箱基礎(chǔ)，在施工期間，沉降觀測始終沉降均勻，最大沉降量為12mm。
5、總結(jié)
由于場地土的不均勻性,場地條件各異,建筑物設(shè)計千差萬別,每種地基處理方法不是萬能的,故在實際設(shè)計時常采用幾種地基處理方案組成的綜合處理方法,甚至綜合考慮上部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)與地基處理、施工及經(jīng)濟(jì)等因素,以便優(yōu)化設(shè)計選擇合理的地基處理方案。
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