鳌山污水处理厂厂区地基选择与评价

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摘要:为了满足鳌山污水处理厂厂区建设需要,选择经济、合理、安全的基础持力层,在通过工程地质勘察、现场实验、室内实验等多种手段获得了各项工程地质参数的基础上,综合多种计算方法,分析评价存在厚层软弱土层地基条件下选用浅层地基土作为持力层的可能性。论证了有效利用高压缩、低承载力土层上部可以作为持力层使用的“硬壳”土层,可以避免使用深基础及大规模的地基处理,并同时满足工程建设的安全性需要,从而减小工程投入,加快施工进度。

Abstract: In order to meet the needs Aoshan sewage plant construction, economic and reasonable, safe foundation bearing, in through the engineering geology survey, field experiment, indoor experiment and so on to gain various engineering geological parameters, based on the analysis of comprehensive evaluation method, thick soft soil foundation existing condition choose shallow foundation soil as bearing possibility. Demonstrates the effective use of high compression, low bearing capacity can be used as the upper layer of the "scale" soil used, can avoid to use the large-scale deep foundation and foundation treatment, and at the same time satisfy construction safety needs, thus reduce projects, quicken the construction progress.

关键词:地基持力层;软弱下卧层

Key words: foundation bearing;under the weak layer

中图分类号:TU191 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)20-0060-02

0引言

拟建厂区位于即墨东部鳌山卫镇以北,原场区为滨海养虾池,沉积有较厚层的高压缩性淤泥质粘土,地基条件比较复杂。拟建建筑物以鼓风机房及变配电间(框架结构,独立基础,基础尺寸b×l=1.60m×1.60m,基础底面荷载120kPa)为代表。

(1)场地地质背景、地形、地貌:厂区位于中生代胶莱凹陷盆地中段偏东南地带,基岩为中生界喜马拉雅期,小珠山超单元,西崮顶单元正长斑岩,埋深较大。标准冻结深度0.49米。地形起伏较大,最大高差3.00米左右。地貌类型属近海冲淤积平原型地貌。

(2)场地工程地质条件:①第一层为以粘土、砂为主的素填土(Q),未压实,层厚0.50―1.00米;②第二层中砂(Q),松散、饱和,层厚0.60―2.50米;因未做现场载荷试验,依据《工程地质手册》(第四版)取其变形模量ES值;③第三层淤泥质粉质粘土(Q),海相沉积,高压缩土层,含水量标准值W=32.90%,天然孔隙比标准值e=0.904,重力密度标准值r=19.10 kN/ m3,层厚3.20―7.00米;④第四层粉质粘土(Q),可塑―软塑状态,层厚1.30―4.50米;⑤第五层粗砂(Q),稍密―中密,层厚0.70―2.80米;⑥第六层角砾(Q),中密状态,层厚1.20―4.80米;⑦第七层正长斑岩(επ),全风化―中风化,软岩,岩体基本质量等级为Ⅴ。该层为顶面埋深14.50米以上基岩,饱和抗压强度标准值frc=73.53Mpa。其它相关参数见表1。

(3)地下水条件:场地地下水为孔隙潜水,静止水位在黄海高程系统1.10米左右,地势低洼处接近地表。

1基础持力层与基础类型选择与分析

从本工程的建筑特点及荷载情况可知:如以承载力较高、地层情况稳定的第四层粉质粘土为持力层,则基础埋深要在5米以上,需以桩基础穿过3.20-7.00米厚的淤泥质粉质粘土层,造价很高。相对来说,拟建鼓风机房及变配电间荷载较低,如以第二层中砂(Q)作为持力层能够满足承载力要求,只需考虑到第三层淤泥质粉质粘土(Q)厚度大、承载力小、压缩性高的特点,满足下卧层的承载、变形安全即可,下面分别计算分析以上问题。

从鼓风机房及变配电间(框架结构,独立基础,初步设计基础尺寸b×l=1.60m×1.60m,基础底面荷载120 kPa)所在处的地层条件可知:地下水位距地表0.50米,第一层素填土(Q)均厚1.00米,第二层中砂(Q)均厚1.60米,其下第三层淤泥质粉质粘土(Q)均厚6.00米。由于持力层薄,尽量减小基础进入持力层的深度,取第二层顶面处为基础底面,基础埋深1.00米,同时验算软弱下卧层承载力及变形。

①已知第二层中砂(Q)地基承载力特征质fak=120 kPa,基础底面荷载120 kPa,依据《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)做地基承载力特征值深宽修正如下:

fa=fak+ηbr(b-3)+ηdrm(d-0.5)

=120+4.4×[(18.50×0.50+8.50×0.50)÷1.00]×(1.00-0.50)

=149.70kPa

满足:Pk≤fa的要求;

②依据《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002),验算软弱下卧层承载力:Pz+Pcz≤faz,已知Es2=3.40,取Es1=33,Z/b=1.00,取θ=28°,

Pz=[l•b•(Pk-Pc)] ÷[(b+2Z•tanθ) •(l+2Z•tanθ)]

=[1.60×1.60×(120-18.50×0.50-8.50×0.50)] ÷

(1.60+2×1.14×tan28°)2= 34.47kPa

Pcz=∑r•d=18.50×0.50+8.50×0.50+1.73×9.00=29.07 kPa

faz=fak+ηdrm (d-0.5)=80+1.00×(18.50×0.50+8.50×0.50+

9.00×1.14)÷2.14×(2.14-0.50)=98.20 kPa

Pz+Pcz=34.47+29.07=63.54kPa≤faz

下卧层承载力满足要求。

需要说明的是,Pz计算中所取基础底面至软弱下卧层顶面的距离Z取值(1.14米)为最小值,而Pcz计算中第二层中砂(Q)的层厚d取值(1.73米)为最大值以计算最不利情况,使Pz+Pcz最大。

通过计算可以知道,在保证施工质量的前提下,基础及下卧层的地基承载力均能满足本工程的荷载要求。

由于第三层淤泥质粉质粘土(Q)层厚较大,须考虑软弱土层压缩变形对上部建筑物可能产生的不利影响。本建筑物属于《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)规定可不作地基变形计算设计的范围,因此只依据《工程地质手册》(第四板)某些地基经验限值给予对比。

③依据《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)进行软弱下卧层沉降计算:取基础底面处荷载准永久组合值P=120 kPa(荷载的标准组合值大于准永久组合值,这种取法偏于保守) ,第二层中砂(Q)压缩模量标准值Es1=33.00,第三层淤泥质粉质粘土(Q)压缩模量标准值Es2=3.40;基础尺寸b×l=1.60m×1.60m

载效应准永久组合时基础底面处的附加压力为:

P0=Pk-Pc=120-18.50×0.50-8.50×0.50=106.5 kPa

确定地基变形计算深度:

Zn=b×(2.5-0.4Inb)= 1.60×(2.5-0.4In1.60)=3.70m

确定相关参数:l/b=1,Z0=0,Z1=1.60,Z2=3.70,α0=0.2500,α1=0.1746,α2=0.0996

由于Ai=4 •(zi•αi-zi-1•αi-1):A1=4×1.60×0.1746=1.1174;A2=4×(3.70×0.0996-1.60×0.1746)=0.3566

∑Ai=1.1174+0.3566=1.474

∑(Ai / Esi)=∑(4 •(zi•αi-zi-1•αi-1)÷Esi)= 4×1.60×0.1746÷33.00+4×(3.70×0.0996-1.60×0.1746)÷3.40=0.1387;

(∑Ai)÷[∑(Ai / Esi)]=1.474÷0.1387=10.6273

fak≥P0≥0.75fak

取沉降计算经验系数Ψs=0.65

计算建筑中心点沉降量S4:

S4=4×Ψs•∑P0•(zi•αi-zi-1•αi-1)÷Esi=4×0.65×106.5×[1.60×0.1746÷33.00+(3.70×0.0996-1.60×0.1746)÷3.40]=9.61mm

计算结果与《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)及《工程地质手册》(第四版)所给出的限值均相差较大,能够满足建筑物对沉降量的要求。

综合上述计算、验算,采用位于软弱下卧层上的“硬壳”作为基础持力层,不仅可以满足基础承载力要求、软弱下卧层承载力要求,且可以满足结构的变形要求,是可以采用的基础设计方案。

2结语

对于存在厚层高压缩土层的地基,为了避免承载力不足和沉降过大的状况,通常会采用桩基础或深层地基处理的方法,相对来说,也造成了施工成本的较大提升。通过上述计算说明,对于自身荷载不大,层数较低且体型简单、均匀的一般民用建筑物,有效利用高压缩土层上部的“硬壳”,完全可以满足建筑物的承载力和变形要求。需要说明的是,尽管计算能够满足要求,必须考虑施工的质量以及建筑物的整体刚度,只有高质量、严格按照有关标准施工、设计并适当提高建筑物的整体刚度,才能真正实现安全、经济地完成建设任务。

参考文献:

[1]《工程地质手册》编委会.工程地质手册(第四版)[M].中国建筑工业出版社,2007.

[2]建设部综合勘察设计研究院.建筑地基基础设计规范(GB50007-2002).中国建筑工业出版社,2002.