葛瑞，葛露露

（1.安徽水安建設(shè)集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601；2.安徽水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 合肥 231603）

軟土發(fā)育地區(qū)進(jìn)行工程建設(shè)前，需要對(duì)各巖土層進(jìn)行詳盡的勘察，為設(shè)計(jì)提供準(zhǔn)確的依據(jù)。軟土發(fā)育地區(qū)，對(duì)于大型市政、道路、房建工程，軟土沉降的分析與研究往往較重視[1-3]，而對(duì)于服務(wù)項(xiàng)目建設(shè)周期的附屬構(gòu)筑物一般重視程度不夠。本工程涉及的堆料場(chǎng)廠(chǎng)房為臨時(shí)附屬構(gòu)筑物，由于對(duì)軟土地基把握不清，構(gòu)筑物投入使用過(guò)程中地基不均勻沉降明顯，導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)發(fā)生變形，嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的正常使用功能。面對(duì)此類(lèi)工程問(wèn)題，需要進(jìn)行全面的巖土補(bǔ)充勘察，進(jìn)行變形觀(guān)測(cè)，系統(tǒng)分析數(shù)據(jù)，分析不均勻沉降產(chǎn)生原因，并預(yù)測(cè)整體沉降的最大沉降量和最終沉降完成時(shí)間，進(jìn)而提出合理的處理建議，避免造成更大的生命、財(cái)產(chǎn)損失。

1 工程概況

該工程為大型攪拌站砂、石堆料場(chǎng)廠(chǎng)房，廠(chǎng)房長(zhǎng)約107.4m，寬約67.1m，占地面積約7200m2，廠(chǎng)房屋頂為網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，屋頂高度7.0m～9.6m。廠(chǎng)房采用柱下獨(dú)立基礎(chǔ)，共設(shè)26根柱子，柱子尺寸600mm×800mm，基礎(chǔ)埋深約2.0m，東、西側(cè)邊柱基礎(chǔ)尺寸為4.0m×4.0m，其余為3.6m×3.6m，廠(chǎng)房設(shè)置擋墻高度3.0m，分為室內(nèi)擋墻和邊墻，均為條基，基礎(chǔ)埋深約0.5m。廠(chǎng)房平面布置圖如圖1所示。

圖1 廠(chǎng)房平面布置圖

2 工作方法

工作方法主要采用機(jī)械鉆探、土工試驗(yàn)、變形觀(guān)測(cè)等方法。受場(chǎng)地空間、堆載料石限制，共布置勘探孔10個(gè)，其中靜力觸探孔3個(gè)、取土標(biāo)貫試驗(yàn)孔4個(gè)、標(biāo)貫試驗(yàn)孔3個(gè)，見(jiàn)圖2所示?？碧娇咨疃却笥趬嚎s層厚度，本工程機(jī)械鉆孔深度均為30m，靜力觸探孔深度要求打穿軟土層，進(jìn)入壓縮性較小的穩(wěn)定地層；分層采取土樣，進(jìn)行室內(nèi)土工試驗(yàn)；進(jìn)行變形觀(guān)測(cè)，分別于2019年12月26日和2020年1月2日兩天采集26根柱子柱頂標(biāo)高數(shù)據(jù)。

圖2 勘探孔平面布置圖

3 場(chǎng)地巖土工程條件

勘探揭露的地層按其地質(zhì)時(shí)代、成因類(lèi)型、埋藏深度以及巖土的工程地質(zhì)特征，自上而下分別為如下情況。

①層雜填土：層厚1.10m～1.50m?；液帧⒑贮S色，稍濕，稍密～中密狀態(tài)，廠(chǎng)房?jī)?nèi)部鉆孔填土上部揭露有約0.2m混凝土路面。

②層粉質(zhì)黏土：層厚2.36m～6.44m?；液?、褐黃色，軟塑～可塑狀態(tài)，局部夾有薄層粉土。該層單橋靜力觸探試驗(yàn)端阻力Ps平均值為0.91MPa，標(biāo)貫試驗(yàn)實(shí)測(cè)擊數(shù)N值一般為3擊/30cm～4擊/30cm，平均值為 3.5擊/30cm。此層屬中等偏高壓縮性土。

③層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土：層厚10.66m～15.34m。青灰色，流塑狀態(tài)，局部軟塑，局部夾有松散狀態(tài)的粉砂。該層單橋靜力觸探試驗(yàn)端阻力ps平均值為0.63MPa，標(biāo)貫試驗(yàn)實(shí)測(cè)擊數(shù)N值一般為1擊/30cm～3擊/30cm，平均值為1.90擊/30cm。此層屬高壓縮性土。

④層粉質(zhì)黏土：層厚5.50m～6.50m?；液?、褐黃色，軟塑～可塑狀態(tài)，局部夾有薄層粉土、粉細(xì)砂。該層單橋靜力觸探試驗(yàn)端阻力ps平均值為2.04MPa，標(biāo)貫試驗(yàn)實(shí)測(cè)擊數(shù)N值一般為5擊/30cm～6擊/30cm，平均值為5.70擊/30cm。此層屬中等偏高壓縮性土。

⑤層粉細(xì)砂：此層未揭穿，揭露厚度0.10m～5.80m?；疑⒒尹S色，飽和，中密狀態(tài)。局部夾薄層可塑狀態(tài)粉質(zhì)黏土、稍密狀態(tài)粉土。標(biāo)貫試驗(yàn)實(shí)測(cè)擊數(shù)N值一般為16擊/30cm～28擊/30cm，平均值為21.2擊/30cm。此層土屬中等壓縮性土。選取1-1,地質(zhì)剖面如圖3所示。

圖3 1-1,地質(zhì)剖面圖

取土樣進(jìn)行土工試驗(yàn)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，各巖土層物理力學(xué)參數(shù)，見(jiàn)表1所示。

各巖土層物理力學(xué)參數(shù)一覽表 表1

4 沉降原因分析

4.1 廠(chǎng)房整體沉降分析

本工程通過(guò)野外采取土試樣進(jìn)行室內(nèi)壓縮試驗(yàn)，對(duì)各土層已有的壓縮性指標(biāo)進(jìn)行了分層統(tǒng)計(jì)，采用各土層自重應(yīng)力（P0）至自重應(yīng)力加附加應(yīng)力（P0+ΔP）段范圍內(nèi)的壓縮模量Es值，同時(shí)對(duì)砂（粉）性土結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)靜力觸探及標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)成果綜合分析，確定沉降計(jì)算壓縮模量Es見(jiàn)表2所示。

各土層壓縮模量一覽表 表2

根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》(JGJ79-2012)[5]，預(yù)壓荷載下地基最終沉降量計(jì)算可取附加應(yīng)力與土重自重應(yīng)力的比值為0.1的深度，作為壓縮層的計(jì)算深度，可按下式計(jì)算。

式中：sf--最終豎向變形量(m)；

e0i--第i層中點(diǎn)土自重應(yīng)力所對(duì)應(yīng)的孔隙比，由室內(nèi)固結(jié)試驗(yàn)e-p曲線(xiàn)查得；

eli--第i層中點(diǎn)土自重應(yīng)力與附加應(yīng)力之和所對(duì)應(yīng)的孔隙比，由室內(nèi)固結(jié)試驗(yàn)e-p曲線(xiàn)查得；

hi--第i層土層厚度(m)；

ξ--經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，可按地區(qū)經(jīng)驗(yàn)確定。無(wú)經(jīng)驗(yàn)時(shí)對(duì)正常固結(jié)飽和黏性土地基可取ξ=1.1～1.4；荷載較大或地基軟弱土層厚度大時(shí)應(yīng)取較大值。

取各土層平均厚度作為土層模型，即②層3.3m，③層13.8m，④層6.1m，地下水位取室內(nèi)地坪下0.5m，室內(nèi)地坪堆載加地坪回填壓實(shí)土重作為附加應(yīng)力取值65kPa，⑤層粉細(xì)砂中密，壓縮模量較大，為簡(jiǎn)化計(jì)算，壓縮層計(jì)算深度取④層粉質(zhì)黏土底部。經(jīng)計(jì)算，廠(chǎng)房最終沉降量約0.64m～0.82m。

按照單向固結(jié)理論計(jì)算黏性土地基固結(jié)速率[4]，場(chǎng)地大面積堆載，地基中初始超靜孔隙水壓力按恒值情況考慮，當(dāng)固結(jié)度達(dá)到95%時(shí)，時(shí)間因數(shù)為1.129。為簡(jiǎn)化計(jì)算模型，土層簡(jiǎn)化計(jì)算成一層土，孔隙比與壓縮系數(shù)根據(jù)③層土e-p曲線(xiàn)所得。利用以下公式反算時(shí)間t。

經(jīng)計(jì)算，固結(jié)度達(dá)到95%時(shí)，需要約5.3年，由于各壓縮土層滲透性均較低，排水困難，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，廠(chǎng)房最終沉降完成需要6～8年。

4.2 廠(chǎng)房不均勻沉降分析

一般建筑物在施工期間完成的沉降量對(duì)于高壓縮黏性土可認(rèn)為已完成最終沉降量的5%～20%，因此該廠(chǎng)房完工后有大部分工后沉降。兩次采集的26根柱頂標(biāo)高數(shù)據(jù)見(jiàn)圖4所示，分析如下。

圖4 廠(chǎng)房柱頂標(biāo)高示意圖

①?gòu)S房整體沉降呈現(xiàn)中間沉降大四周沉降小的趨勢(shì)，正常廠(chǎng)房建成后，由于上部網(wǎng)架荷載的影響，中間柱子承受較大的力，工后沉降中，中間沉降相對(duì)會(huì)大一點(diǎn)，這與兩次采集的柱頂標(biāo)高數(shù)據(jù)一致，廠(chǎng)房開(kāi)始投入使用時(shí)，各料倉(cāng)不均勻堆載，中間料倉(cāng)堆載較大，這是導(dǎo)致廠(chǎng)房不均勻沉降的主要原因。中間沉降大，兩邊沉降小，間接改變了柱頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)受力狀態(tài)[6]，導(dǎo)致中間部分柱子出現(xiàn)反力，現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)3C柱頂端網(wǎng)架已經(jīng)與柱端脫離；

②③層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土屬于高壓縮性土，本身屬于弱透水性，其上、下層均為微透水的粉質(zhì)黏土，透水性更小，使得③層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土被上、下包裹，排水條件極差，場(chǎng)地在堆載條件下，易產(chǎn)生彈性狀態(tài)下的瞬時(shí)沉降，主固結(jié)沉降進(jìn)行較緩慢，在2020年1月2日柱頂沉降觀(guān)測(cè)中，廠(chǎng)房大部分堆載消除后，部分柱頂上升，正是由于瞬時(shí)沉降的消除，土層在彈性狀態(tài)下的卸載回彈引起的；

③廠(chǎng)房范圍內(nèi)②層粉質(zhì)黏土作為柱下獨(dú)立基礎(chǔ)的持力層，勘察發(fā)現(xiàn)其厚度不均勻，在場(chǎng)地東、西側(cè)較厚，中間較薄，②層粉質(zhì)黏土軟硬狀態(tài)不均勻，勘察發(fā)現(xiàn)2#孔、5#孔、9#號(hào)孔沿線(xiàn)該層土軟塑較多，其余可塑較多，整體呈現(xiàn)軟塑～可塑的不均勻狀態(tài)，②層土作為柱下獨(dú)立基礎(chǔ)持力層，其厚度及軟硬程度的不均勻，也間接影響了廠(chǎng)房的不均勻沉降。

5 結(jié)論及處理意見(jiàn)

廠(chǎng)房基礎(chǔ)下有較厚的軟土和軟弱土，滿(mǎn)載下最終沉降量約0.64 m～0.82m，完成最終沉降仍需較長(zhǎng)時(shí)間。料倉(cāng)不均勻堆載以及②層粉質(zhì)黏土的不均勻性導(dǎo)致了沉降的不均勻。場(chǎng)地各軟弱土、軟土層排水條件極差，整體沉降以彈性狀態(tài)下的瞬時(shí)沉降為主，卸載后，土層易反彈。若僅對(duì)地坪進(jìn)行部分換填或灌漿處理，只會(huì)間接增加附加荷載，整體處理效果不明顯。

建議對(duì)廠(chǎng)房地坪、柱下獨(dú)立基礎(chǔ)同時(shí)進(jìn)行加固處理，采用鉆孔灌注樁、混凝土預(yù)制樁（管樁）等樁型進(jìn)行加固處理，亦可進(jìn)行水泥土攪拌樁、錨桿靜壓樁等復(fù)合地基處理，樁端持力層建議為⑤層粉細(xì)砂。同時(shí)，建議對(duì)廠(chǎng)房進(jìn)行相應(yīng)監(jiān)測(cè)工作，監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括柱子傾斜、基礎(chǔ)沉降、外墻/地坪裂縫觀(guān)測(cè)等，監(jiān)測(cè)頻率不少于2次/周，監(jiān)測(cè)時(shí)間不少于3個(gè)月。