厂房软基处理设计方案

福建宇星 50 万 t/a 冷轧镀锌彩板厂3#厂房软地基处理方案浙江省岩土基础公司二零零九年九月十日目录一、工程概况3（一）工程概况3（二）场地工程地质条件3二、地基处理技术要求5三、场地沉降量估算5四、场地软地基处理工程条件分析8五、本场地软土地基处理方法分析9六、设计施工方案9（一）设计依据9（二）设计方案10（三）设计复核10（四）施工工艺12（五）后期沉降处理措施13一、工程概况（一）工程概况福建宇星实业有限公司 50 万 t/a 冷轧镀锌彩板厂 3#厂房位于罗源县罗湖湾 开发区，场地周边大多为空地或拟建（在建）的规划路，其中 3#厂房南侧为厂 区规划道路，西侧为空压站及锅炉房用地，北层为在建 2#厂房，东侧为厂区办 公楼及宿舍等，拟建场地地势较为空旷平坦。根据规划， 3#厂房占地面积为 96m*314m=30144m2，主要为单层轻钢结构。（二）场地工程地质条件根据福建东辰综合勘察院提供的福建宇星实业有限公司50万t/a冷轧镀锌 彩板厂岩土工程勘察报告（详细勘察），拟建场地位于罗源县罗湖湾开发区，场 地周边大多为空地或拟建（在建）的规划路，四周较为空旷平坦。场地内未见构 造活动痕迹及空洞、临空面、活动性断裂及滑波、泥石流、崩塌等不良地质现象； 除局部表层填土层（现场踏勘及现场钻探）及淤泥中含较大粒径的碎块石外，未 见有对本工程不利的地下管线（雨污水管、自来水管、电缆、光缆、煤气管道）、 河道及其他埋藏物，如沟兵、墓穴、防空洞等。根据勘察报告，3#厂房共钻孔52个，钻孔编号为ZK219ZK270,勘探深度 范围内所揭露的软土层等自上而下依次分述如下： 素填土：灰黄、土黄灰褐等杂色，稍湿袍和，松散状，主要为人工回填土， 主要由坡，残积的粘性土及风化碎屑、碎石构成，含少量的粘耕土层夹碎瓦 片、生活垃圾等物，现场钻孔揭示情况及踏勘表明，场地内局部地段含大量 的粒径较大的碎块石，粒径约0.40m-1.0m，最大可达1.5m。该层全场大部分 有分布，均匀性较差，堆填小于一年。该层分布厚度约1.704.20m，平均厚 度 2.05m。 淤泥：灰黑色，很湿饱和，流塑状，稍具臭味，含有少量机质及腐殖质，粘 性较强，切面光滑，有光泽，干强度、韧性中等，无摇震反应，局部相变为 淤泥质土。该层全场地分布，层厚13.50m19.80m，平均厚度为16.5m。部分 钻孔夹有-1 层淤泥质粉质粘土，如 ZK230、ZK242、ZK244， ZK231 在 层淤泥中间夹有-2 细砂薄层。 碎石：灰、灰黄色，饱和，稍密，局部中密1密实，粒径大于20mm的颗粒质 量约占总质量 55.42%，成份以岩浆岩为主，中等风化，粒径一般在 26cm， 最大粒径可达 10cm 以上，呈棱角状至次圆状，交错排列，部分接触。充填 物以粘性土为主，含量约占 14.60%，次为中粗砂，少量的粉细砂，级配较差。 该层局部碎石含量减少，粒径变小，相变为角砾。该层场地内均有分布，层 厚1.809.00m,平均厚度为3.93m。 淤泥质土：灰黑色，饱和，流塑软塑，含腐殖质，稍有臭味，稍有光泽，摇 震反应慢，干强度中等，韧性中等，切面光滑，以淤泥质土为主，含约 10% 的中细砂。该层 3#厂房大部分地段分布局部相变为淤泥质土，仅东南角 ZK264ZK270未见分布，层厚1.0m12.30m，最大为ZK220，平均厚度为 3.08m。 中砂：灰黑色、灰黄色、稍湿饱和，稍密，局部中密或密实，该层局部粉 粒或粗粒富集，相变为粉砂或粗砂。该层局部分布主要分布为东南角，仅见 ZK252ZK255 和 ZK264ZK270。 碎石：灰、灰黄色，饱和，稍密中密，局部密实，粒径大于20mm的颗粒 占总质量的 56.44%，该层全场分布，厚度较厚，承载力较大。地基各岩土层承载力特征值（fak）及设计计算参数表。土层编号 及名称压缩模量（Mpa）天然密度P g/cm3承载力特 征值f/Kpa）负摩阻力 系数各土层抗 拔系数ES100-200ES200-4001素填土2.5*3.5*1.80*60-800.30-0.500.502.1淤泥质 粉质粘土3.665.311.7280-1200.30-0.400.752淤泥1.21#2.28#1.5445-550.15-0.250.703碎石7.0*12*2.05*240-3200.400.704淤泥质土1.83#3.22#1.6655-700.15-0.250.704.1淤泥质 粉质粘土3.344.751.7380-1200.755中砂5.0*7.8*1.98*160-1900.706碎石7.5*15*2.10*260-3200.70勘探揭示，本场地普遍分布有较大厚度饱和、流塑状态的层淤泥及淤泥质 量土，平均厚度达 16.5 米，淤泥厚度全场分布，但分布不均匀，其中从西到东 逐渐变厚，西侧最小为13.5m，东侧最大为19.8m，其工程性质为含水量高、压 缩性大、承载力低、灵敏度高、透水性差。而 3#厂房建筑物地面作为镀锌彩板 加工厂房，使用荷载较大且生产工艺对差异沉降较高，软土如果未经处理，易产 生过大的沉降和不均匀沉降，对建筑物及地面等极为不利。二、地基处理技术要求软土地基处理方案范围包括总平面图中3#厂房,共计占地面积30144m2；暂 不考虑周边道路等。根据业主及设计提出的技术要求为： 地面荷载：按均布活荷载 60kPa 考虑，其中表层素填土为新近填土，表层承 载力特征值150kPa,工后沉降要求v30cm。地基处理范围为厂房边缘外扩4m,地基处理总面积约33488m2。仓库内地面设计标高5.1m（八五国家高程系），勘察报告假定高程系10.00m 相当于黄海高程 5.0m。三、场地沉降量估算1）附加荷载计算 建筑物地面均布活荷载为 60kPa； 场地现有地面平均高程为4.124.51m，尚需回填0.51.0m,现有场地素 填土厚度为1.7m4.2m，平均厚度为2.05m亦作为填土荷载。以建筑物地面设 计高程5.1m计算回填土厚度，场地回填厚度为1.91.30m，假定地基处理固结 沉降量为1.8m，则计算填土附加荷载为74.34kPa120.42kPa,平均填土附加荷载 为 82.4kpa； 综上，则总附加荷载为134kpa180kpa，平均附加荷载为142.4kpa。2）沉降量计算方法多层地基条件下的一维沉降计算一般采用分层总和法。以应力面积计算法为例，在压缩层范围内分布有 n 层地基土，其压缩模量值 分别为Es1, Es2, .Esn,层底深度分别为z1, z2, .zn,则第i层土的压缩量人巧的表达式可写为：fQ1fA/、AS = J zil dz =J zi c dz = i-(1)izEEzzE1T sisi 1Tsi式中c z为i层地基土承受的附加应力,Ai为i层范围内附加应力的分布面积, Ai=pxhi，其中p为大面积压力，hi为分层土厚度。因此 n 层地基土总沉降量的计算式可表示为：S 二 m 沁(2)sEi=1 si式中ms为沉降修正系数，用于考虑非压缩变形的影响，取值取决于土层分 布情况及荷载条件。对于满足稳定性要求的软弱地基土，一般取1.11.3，对于 大面积地基，可近似取 1.0。引入固结度的概念后，某时刻的地基沉降的计算式 为：S = U -S(3)tt式中，Ut为t时刻的地基的平均固结度。3) 沉降计算结果对本场地工程地质条件进行分析，其主要压缩土层为层素填土层(填土较 为松散)、层淤泥及淤泥质土层、层淤泥质土层。但在层淤泥与层淤泥 质土层中间夹有层碎石层，该层厚度较大，平均厚度约4m，且承载力高，又 因层淤泥质土层埋藏较深，层顶标高一般为-15m以下，且厚度不大，平均厚 度为3.08m，根据以上工程地质情况，计算时主要考虑填土自身沉降及层淤泥 层的沉降，不考虑层淤泥质土层的沉降。场地淤泥及淤泥质土层为高压缩性土，各钻孔在填土荷载+使用荷载(60kPa) 情况的计算沉降量如下：41-41剖面42-42剖面孔号总沉降(mm)孔号总沉降(mm)ZK2191793ZK2322106ZK2201943ZK2331817ZK2211826ZK2341840ZK2221877ZK2352126ZK2231997ZK2362118ZK2242043ZK2371995ZK2251958ZK2381969ZK2262079ZK2392390ZK2272041ZK2402168ZK2282016ZK2412109ZK2292080ZK2422463ZK2302063ZK2432381ZK2312291ZK244228543-43剖面44-44剖面孔号总沉降（mm）孔号总沉降（mm）ZK2451657ZK2581766ZK2461750ZK2591715ZK2471818ZK2601749ZK2481821ZK2611658ZK2491964ZK2621968ZK2501812ZK2631746ZK2511877ZK2642036ZK2522142ZK2652176ZK2532036ZK2662229ZK2542299ZK2672291ZK2552163ZK2682200ZK2562197ZK2692268ZK2572272ZK2702457总平均沉降（mm）2035最大沉降（mm）2463最小沉降（mm）1657差异沉降（mm）806上述初步计算表明，在使用荷载（60kPa）和填土荷载共同作用下的平均最 终沉降量为2035mm,其中层素填土 118mm,层淤泥及淤泥质土层沉降为 1917m m。本场地总沉降量较大，在相同荷载作用下，由于土质较不均匀，差异 沉降较大，其中西侧较小，东侧较大，最大与最小计算沉降差异为806mm。为 满足 30cm 工后沉降要求,施工过程中需完成较大沉降,其中施工沉降平均为1735mm。若不进行地基处理，使用荷载下的沉降随时间变化如下（单位：mm）、时间 使用荷载、6个月1年2年3年4年5年最终沉降142.4kPa2035四、场地软地基处理工程条件分析1本场地为厚度较大，含水量高、压缩性高的软弱土地基。2本场地现地面标高离设计标高尚平均有 0.7m 的高差，且沉降量较大，原回 填土的厚度较厚,平均为2m,使填土荷载较大,平均填土及结构层厚度约为4.5m。3. 层淤泥及淤泥质土的厚度有西小于东总趋势，且存在最大厚度差达6.4m.。4. 层淤泥下卧层碎石层，该层有可能为承压水层，含粘立教少，为透水 层，对上层淤泥层排水固结不利，但因其承载力较高，平均厚度达4m且全场分 布，对厂区整体沉降控制有利。5. 3#厂房北侧有在建二层轧机管理楼（桩基础砖混结构），最近处离 3#厂房 边线仅为25m，因厂区存在大厚度软土层，若软基处理则对管理楼结构不利。6. 由于上述因素的存在，本场地在60kPa的使用荷载下会产生：1）总沉降量大，平均为2035mm，最大沉降点沉降量达2463mm；2）差异沉降大为 806mm；7. 鉴于上述分析，本过程软地基处理的难点在于：1）要确保工后沉降 30cm，施工中必须平均完成1735mm；2）3#厂房存在明显的不均匀沉降，东西两侧差异较大，通过处理克服这一 差异沉降应是软地基处理的难点；3）层淤泥质土层的总体沉降量不大，且埋深较深并上伏承载力高压缩性 小的的层碎石层，只要其上伏层淤泥及淤泥质土层的沉降在施工中真正完 成，对工程使用造成影响较小；4）层碎石土层对工程质量的影响应引起足够重视。五、本场地软土地基处理方法分析对本场地的岩土特性及技术要求，通常有桩土复合地基、塑料排水板堆载 预压法，真空预压法，水泥土搅拌桩法等几种常规处理方法。结合类似的工程经验，以因地制宜、经济合理的原则，推荐采用“真空联合 堆载预压+低能量强夯或冲击碾压法”进行 3#厂房地基处理。该方法有如下优点：1）针对本工程下部为大厚度淤泥，且由于软土透水性差，沉降大的特点， 我们通过综合分析采用“真空联合堆载预压+低能量强夯或冲击碾压法”的施工 方法，先用“真空堆载联合预压”完成大部分软土的沉降，再利用“低能量强夯 或冲击碾压法”提高浅层土的刚度和承载力，在建筑物和道路等地基土浅层形成 一定厚度的超固结硬壳层。利用硬壳层可加大对上部荷载的应力扩散、减少差异 沉降的特性，以满足地基的承载力、刚度要求。2）针对3#厂房软土厚度的不均匀导致的差异沉降问题，我们可以调整厂房 各部分排水板插打深度和密度、堆载预压时土方堆载高度，来控制各部位的沉降 量，以前期各部位的施工沉降量的不同而减少后期使用过程中的差异沉降。3）真空联合堆载预压过程中土体的侧向位移相对于真空预压或堆载预压而 言相对较小，对北面 2 层砖混结构管理楼影响较小，施工过程中可通过边桩位移 观测、深层分层沉降观测或开挖隔离沟等来控制沉降及位移速率、减少施工对管 理楼桩基的影响。4）控制真空预压上堆载高度，增加真空联合堆载预压的附加应力，可形成 超载预压，大大缩短软土固结时间，真空预压过程中进行填土堆载至设计标高， 可缩短厂房整体施工工期。5）本工法工程造价相对于桩基或水泥搅拌桩可节省 50%以上，施工工期为 56个月，工期相对于堆载预压或真空预压要缩短50%以上，从经济合理的原 则来说，为最优方案。六、设计施工方案（一）设计依据1、福建宇星实业有限公司50万t/a冷轧镀锌彩板厂岩土工程勘察报告（详细勘察），福建东辰综合勘察院， 2007年1 月；2、岩土工程勘察规范（GB50021-2001）；3、建筑结构荷载规范（GB500092001）；4、建筑地基基础设计规范（GB5007-2002）；5、建筑抗震设计规范（GB50011-2001）；6、建筑桩基技术规范（JGJ94-94）；7、土工试验方法标准（GB/T50123-1999）；（二）设计方案主要设计思想：通过“真空联合堆载预压（深层排水固结）低能量强夯或 冲击碾压（表层形成硬壳层）”，使淤泥质土的压缩变形快速完成，减小工后沉降， 同时上部填土与浅部地基进一步密实，提高承载力，构成地基的持力层。在淤泥 中插打塑料排水板，让淤泥土在回填土和真空压力荷载作用下排水固结，属于深 层加固；浅层低能量强夯或冲击碾压，利用动力荷载产生的冲击能，使浅层超固 结以形成硬壳，达到提高承载力、加大施工沉降和减少工后沉降的目的。本工程软弱层深度较深，设计塑料排水板插打至层淤泥层和淤泥质土为 止，塑料排水板长1625m。根据计算沉降和工程要求，整个厂区仍需填方2.5m 左右，为减少工程成本加快工期，设计真空联合堆载预压堆载土方为 2.5m。（三）设计复核1）附加荷载计算 真空预压荷载（真空压力）为80kPa； 场地现有场地素填土厚度为1.7m4.2m，平均厚度为2.05m亦作为堆载 荷载。真空膜上堆载高度为2.5m，经计算，堆载压力为75.6120.6kpa，平均堆 载荷载为 81.9kpa； 综上，真空联合堆载预压附加应力为155.6200.6kpa,平均附加应力为 161.9kpa；相对于使用附加荷载142.4kpa，形成约20kpa的超载。2）沉降计算以分层总和法进行多层地基条件下的一维沉降计算。n 层地基土总沉降量的计算式可表示为：S 二 m Y 型（2）s Ei=1 si3）沉降计算结果41-41剖面42-42剖面孔号100%固结度（mm）孔号100%固结度ZK2192065ZK2322429ZK2202247ZK2332095ZK2212117ZK2342121ZK2222182ZK2352400ZK2232273ZK2362397ZK2242338ZK2372286ZK2252205ZK2382231ZK2262289ZK2392726ZK2272338ZK2402437ZK2282318ZK2412408ZK2292358ZK2422738ZK2302350ZK2432699ZK2312585ZK244260143-43剖面44-44剖面孔号100%固结度（mm）孔号100%固结度（mm）ZK2451919ZK2582034ZK2461976ZK2591937ZK2472034ZK2601967ZK2482047ZK2611882ZK2492209ZK2622178ZK2502065ZK2631953ZK2512147ZK2642284ZK2522397ZK2652463ZK2532284ZK2662491ZK2542585ZK2672564ZK2552455ZK2682494ZK2562481ZK2692585ZK2572572ZK2702787根据上述计算结果，在填土堆载与真空预压荷载作用下，排水板插打深度范 围如达到100%固结度，其最终沉降为1882mm2787mm,平均沉降量为2308mm。 若达到80%的固结度时，其产生的沉降量为1506mm2230mm,平均沉降为 1846mm1735m m,排水板深度范围内相对于使用荷载达到超固结，基本上消除 了排水板深度范围内的沉降,工后沉降主要为排水板以下软土的沉降及填土沉 降。综上,在真空联合堆载预压荷载下,固结度达到80%时即能满足设计要求。 真空预压卸载后,采用低能量强夯或冲击碾压,在冲击动能作用下,浅层土 进一步密实达到超固结,形成一定厚度的硬壳层,进一步提高 3#厂房整体沉降 控制的可靠性。（四）施工工艺经分析,整个场地采用快速“真空联合堆载预压低能量强夯或冲击碾压法” 进行地基处理。具体工艺流程见下图。测量放样清理素填土内块石并整平铺设4050cm厚中粗砂垫层，砂面高程为4.4m插打塑料排水板铺设一布二膜，安装调试真空预压系统不合格抽真空至80kpa并稳压10天以上查找原因并修补检测并验收（1）真空联合堆载预压清理场地内块石等并整平至4.0m，回填40cm50cm中粗砂后，插打塑料 排水板，塑料排水板长度为1623.4 m,以插打至层淤泥层底为准，塑料排水 板间距0.9mx0.9m，正方形布置。真空预压采用一布二膜，施工工艺按地基处理 手册要求进行，抽真空后7-10天应达0.08MPa，真空膜上堆载2.5m以增加预压 荷载。根据需要完成的固结度，真空预压施工工期约为 120天。真空联合堆载预 压停载标准为二：一是达到完成的固结度；二是连续5天沉降速率低于2mm/天。（2）低能量强夯或冲击碾压真空预压结束后，对整个区域进行低能力强夯或冲击碾压，使浅层地基土进 一步密实，强度进一步提高，从而提高地基承载力和刚度。具体施工参数根据现 场情况进行设计。（3）在插打塑料排水板过程中即要求进行沉降测量，并至施工结束。（五）后期沉降处理措施由于本工程淤泥质土较厚，无法对全部厚度处理，且本场地土为欠固结土， 自身沉降尚未完成，沉降计算资料主要依赖钻孔和压缩模量数据，计算可能有误 差，为进一步减小工后沉降及工后沉降产生的不利影响，可采取以下措施：1）由于延长地基处理与浇面层混凝土的间隔时间对减小工后沉降有利，建议地 基处理尽可能早开工。2）地基处理完成后，厂房地面在不影响使用的情况下尽量推迟浇筑混凝土结构 面层。如果浇筑混凝土结构面层，应在仓库桩基承台边缘处设置沉降缝。3）厂房设备基础等建议采用桩基础。浙江省岩土基础公司2010年9月12日