项目评估-广东地区不同地质条件下的基础形式及选型时的考虑因素

广东地区不同地质条件下的基础形式及选型时的考虑因素研究课题:广东地区不同地质条件下的基础形式及选型时的考虑因素成果展现：调查报告一广东主要地质状况1地层岩石多样，不同地层的岩土工程特征显著从震旦纪以来，各时代沉积的地层均有分布，以碎屑岩为主。碳酸盐岩出露分布面积7221km2，红层分布面积7259km2。各期次喷出岩、侵入岩大量产出，其中以花岗岩为主的侵入岩分布面积占全省面积的1/3。混合岩、片麻岩广泛存在。岩土工程特征差异与地层时代关系不明显，而与岩石种类密切相关。一般说来，在50m深度内，花岗岩、灰岩、混合岩多属硬质岩；碎屑岩、红层多属软质岩，而胶结物为钙铁硅质的也可属硬质岩。2风化壳层发育由于气候炎热，雨量充沛，岩石的物理化学风化作用强烈，残积土、全风化岩和强风化岩普遍存在，厚度多达10～50m，在断裂破碎带附近，风化深槽达100m。花岗岩类的风化剖面发育较完全。质纯灰岩常只见中微风化岩，当泥质、炭质灰岩或灰岩中有碎屑岩夹层时，残积土和全、强风化岩也常达一定厚度。灰岩风化界面起伏变化剧烈。红层岩石成岩作用不完全，由于胶结物不同，岩石性质成份、构造裂隙的差异，地下水作用的强弱，常出现软硬相间的状态。地表下50m深度内的中、微风化岩，岩体一般不完整。其完整程度多为较破碎、较完整。受断裂挤压影响的岩体常呈破碎状，岩土工程勘察中，如采用金刚石钻头，岩芯能较好地反映地下岩体的实际完整程度，但现行钻探，多采用合金钻头，岩芯机械破碎常较明显。3低丘台地、平原地貌区风化壳普遍发育在低丘台地区和平原区沉积土之下，残积土和全、强风化岩分布普遍厚度较大。根据广东省标准《建筑地基基础设计规范》(DBJ15–31–2003)，明确变形模量E0的计算方法，为更有效地采用天然地基、大量采用预应力混凝土管桩基础提供技术上的法规依据4海积平原、三角洲平原、冲积平原软土广泛分布软土主要指淤泥、淤泥质土，在广东省海、冲积平原区广泛分布(厚度较薄为3～5m，较厚为20～30m)。广东省软土的主要特性一般是：含水量高，强度低，fak只有40～70kPa；孔隙比大，变形模量低，E0为0.8～2.0MPa；压缩性高，受荷后沉降量大且不均匀，最终沉降量为厚度的10%左右；渗透性差，固结系数为10－3～10－5cm2/s，受荷后沉降速度缓慢，沉降持续时间可长达10～30a；灵敏度为2～8，属中等灵敏土～灵敏性土，受强烈扰动，土的结构破坏，强度下降。5沿海滩涂、低洼地带填土建设区多广东省海岸带建设区多、工程量大，局部低洼的建筑场地屡见不鲜，岩土工程经常处理填土场地。对素填土，如填土时分层碾压、夯实，经检测，常可作为荷载不大的建筑物地基持力层。但许多填土场地并不这样做，一次总体回填压实后就试图建设，事实上厚层填土后的碾压对中下部起不到压实加固作用。未经分层压实处理的厚层填土承载力低，压缩性高，均匀性差，难作基础持力层。更有甚者，填土时不考虑后续工程，大量堆填大块石，造成处理困难。未经处理的厚层填土和淤泥，在堆载较大时，对桩产生负摩阻力，其下拉荷载有时不可忽视。6存在活动断裂广东省活动断裂较多，其中有不少属于可能发生5级以上地震的断裂。根据历史地震震级、地壳活动速率、全新世活动强度和有感地震记录以及地下热水出露分布，对全新世活动断裂分级：南澳岛为强烈，揭阳、河源、阳江、信宜为中等，其余为微弱。抗震设防烈度：汕头一带VII～VIII度，珠江三角洲大部、沿海地带、雷州半岛东半部VII度，其余VI度或小于VI度。对震级较高的汕头市、岩溶发育的花都市作地震小区划。对机场、重要港口、桥梁和高层建筑场地，按国家规定进行地震安全性评价。抗震设防烈度VII度以上的浅层砂土液化等级常属轻微～中等，有的可达严重级。7灰岩区多灰岩广泛分布于粤北曲江—仁化盆地、英德盆地、连阳盆地和广花盆地等。灰岩建设区主要城市有广州、韶关和肇庆等。灰岩是水溶性岩石，水文工程地质勘查相当重要。隐伏灰岩多是中、微风化硬质岩。泥炭质灰岩和灰岩层中的碎屑岩夹层，可有一定厚度的残积土～强风化岩。灰岩区的主要岩土工程地质问题是土洞和溶洞发育，建筑区的土洞一般见洞率5%～15%，需充填治理；溶洞见洞率常为10%～30%。岩溶水较丰富。当城镇区抽水开采岩溶水，矿山排水，或地下水水位显著变化时，将引起地面下沉甚至塌陷，形成程度不同的建设后灾害。8降雨量大而集中，边坡失稳问题突出在低丘台地、平原地貌区，风化壳普遍发育条件下，降雨量大而集中，使边坡失稳成为突出问题。在这些地区，雨季常发生滑坡、崩塌。地面开挖工程面积大、植被被毁的较陡坡地区还容易产生泥石流。一些工业与民用建筑建筑场地开山而成，许多公路、铁路穿山而过，高边坡甚多，若防护措施不到位，暴雨时边坡失稳跨塌时有发生。9地下水丰富、活动强烈广东省地下水丰富，活动强烈。主要地下水有松散岩类孔隙水，侵入岩、变质岩、碎屑岩裂隙水，碳酸盐岩裂隙岩溶水，火山岩类孔隙裂隙水。内陆地下水对混凝土多不具腐能性，局部有弱腐能性。在咸水区，一些厂矿附近地下水受污染，对建筑材料有中等以上腐能性，需采用防护措施。强透水层对混凝土体外侧有一定的冲刷作用。二在特定地质条件下采取不同的基础形式------------------列举主要的基础形式和施工方法预应力管桩预应力混凝土管桩有许多的优点，广东应用最多。深圳宝安地区的预应力管桩，在桩基工程中已占80%以上，管桩已用于39层的高层建筑基础。管桩常用桩径φ300～600mm，近年来桩径φ700mm的管桩和900t的压桩机在广东省已有生产。管桩属挤密桩，存在时间效应，成桩后数月到数年，桩的承载力增大。用规范经验公式计算得到的单桩承载力，相当于成桩后初始状态至一个月试桩的承载力。桩的最终极限承载力会比初期增长20%～40%。在工程实践中，根据具体情况，适当考虑一个时效系数，有重要的工程经济意义，设计、施工单位可沿此意向积累经验。施工方法预应力管桩沉桩方法有很多种，目前我国主要采用锤击法，而且主要是采用柴油锤击施打。由于柴油锤工作时震动剧烈噪音大，有些城市已限制使用。所以近几年来，广东等地区又开发了大吨位静压预应力管桩的施工工艺，静力压桩机最大的压力达到4000-6800KN，可将φ500mm、φ550mm的管桩压到设计持力层。又由于管桩沉入土中，挤土效应较明显，为了减小打桩时挤土所带来的危害，或者为了穿透较厚的砂夹层，各地又开发了预钻孔后植桩的施工工艺，一般是用长螺旋钻机引孔，然后用打（压）桩机将管桩打（压）到设计持力层。除了一些纯摩擦型管桩采用桩长控制而不需要选择桩端持力层外，一般管桩都需要选择桩端持力层，如强风化层、全风化岩层、坚硬的粘土层或密实的砂层（或卵石层）等。广东沿海特别是珠江三角周广大地区，基岩埋藏较浅，约10-30m，且基岩风化严重，强风化岩层较厚，其上一般还有一层风化残积土。这样的工程地质条件，最适合预应力管桩的应用。广东以应用3000多万米管桩，70%-80%是以强风化岩层作为桩端持力层。此外还有淤泥软土地区，如广州经济技术开发区，强风化岩层埋深一般为20m左右，其上只有2—3m硬塑粘土，再其上就是10多米厚的淤泥软土，一根20米左右的管桩，上部16—17m只锤击几下就沉下去，只有在最后2—3米才有较多的锤击数，但只要管桩桩尖进入强风化岩层1—3米，这种地质条件下，仍能获得很高的设计承载力。选用条件在一般情况下，软土、粘性土、砂土以及风化基岩等地层条件可采用管桩。但对以下四类情况不宜采用预应力管桩：1.障碍物、已有基础以及孤石较多的地层不宜采用。主要原因是容易产生如下质量事故:(l)管桩不能全部打入设计持力层，有的桩可以达到设计持力层，满足设计承载力的要求；有的桩遇到上述障碍物打不下去，桩长相差较多，承载力不能满足设计要求。(2)桩尖接触到孤石或地下障碍物时，会使桩身突然偏离原位产生大幅倾斜，甚至会折断桩身，造成断桩想象。(3)管桩桩尖容易破损，桩头易打烂。(4)在坚硬夹层且不能作为持力层时不宜采用或慎用。有些地层中有一层或多层密实状态的砂砾层或卵石夹层，由于厚度薄或下有软弱层，不能作为持力层，桩基必须穿越坚硬夹层到下部设计坚硬的持力层，管桩施工遇到这些夹层时，容易使桩身破损，不能保证工程的质量。2.石灰岩地区。由于石灰岩地区岩溶较发育，造成的石芽和石沟使基岩起伏变化较大，并发育浅部溶洞现象，加上石灰岩是水溶性岩石，不存在强风化岩，基岩表明直接是新鲜的岩石，强度高。在石灰岩地区进行桩施工时，容易发生断桩、斜桩、桩身跑位以及桩身稳定性差的现象。3.从软弱地层突变成坚硬地层。在上软下硬、软硬突变的地层中，采用锤击法进行预应力管桩施工时，由于缺少缓冲层，桩尖突然遇到硬岩层，贯入度就立刻变小或甚至变为零，使得桩身容易破损，移位，由于桩端进入持力层深度浅，桩的稳定性差。当布桩较密时，先打的桩容易被后打的桩挤斜，挤动或上抬，桩基质量难以保证。常见问题分析---------案例分析预应力管桩在深厚软土地区应用中的常见问题：珠海某科技园某工程项目，3栋6层集体宿舍，建筑面积13500m2，框架结构，基础形式为预应力管桩。地面以下0.6～4m为机械吹填海砂层，地表起伏较大，砂层往下为淤泥层，属冲刷和淤泥环境沉积类型。第四纪软土厚度较大，特别是第二层的淤泥层，厚度为4.10～33.30m，，地质状况属软土地基，从第一层～第二层均为松软地层，力学性质差，第三层为地表下深46m以上的厚8～19m的砾质粘土层，第四层为全风化层。桩型分别为PHC－500（100）设计承载力特征值为1100kn；PHC-400（90）设计承载力特征值为800kn；部分工程桩采用静压桩；另因部分地方回填土层太薄，采用柴油锤沉桩。桩长约60m，基坑挖深约0.5－2m，基坑边采用1：1.5至1：2自然放坡，局部木桩加固的支护方案。本项目工程中预应力管桩发生偏位、断桩的原因及分析（一）沉桩产生偏位或断桩（1）场地地表土因地耐力较差，桩机在沉桩过程中下陷，造成沉桩过程不能有效控制桩身垂直度。（2）因桩机在移动过程中，自重产生的土体挤压导致已沉桩产生偏位和断桩。（3）因淤泥层与粘土层交接界面起伏较大，或较硬地层倾斜面较大时，易造成偏位和断桩。（二）挖土产生管桩偏位或断桩挖土过程中，由于淤泥质土本身的流动性大，加上土体中积聚的打桩挤压力、土层中缝隙水压向开挖释放，进而加剧了淤泥向开挖方向流动；又因预应力管桩较长对水平的抵抗能力小，随着土体的位移而向开挖方向倾斜，结果造成桩顶大量位移或断桩。筏形基础天然地基基础方案是最经济的基础方案，国外有关资料分析表明，天然地基基础的造价仅为桩基方案的17%--67%。国内外天然地基基础方案都是应用最多的基础形式，即使在多地震的日本，统计资料表明，其高层和超高层建筑采用天然地基基础方案也占总基础形式的57%。在建筑技术发达国家，高层、超高层建筑在选择基础方案时，天然地基基础方案是首选方案，其中又以筏形基础应用最多。高层建筑采用天然地基的筏形基础是比较经济的。将墙或柱下基础连成一片，使整个建筑物的荷载承受在一块整板上，这种满堂式的板式基础称筏式基础。筏形基础有平板式和梁板式。筏型基础可用于高层或多层房屋的基础，具有埋深深、刚度大、整体性强、抗震能力好等优点,不仅能充分发挥地基承载力,减小基础沉降量,调整地基不均匀沉降,而且可以满足地下大空间(如地下停车场、地下仓库、地下商场等)的要求。所以，筏形基础作为建筑结构(尤其是高层和超高层建筑)首选的基础方案。一般选用筏形基础的条件：(1)软土地基,当用条形基础不能满足建筑物上部结构的容许变形和地基的容许承载力时。(2)当建筑物的柱距较小,而柱的荷载很大,必须将基础建成一整体后才能满足地基的容许承载力时。(3)风荷载或地震荷载起作用的多层或高层房屋,欲使基础有足够的刚度和稳定时采用筏形基础。地基开挖时如果地下水位高，应人工降低地下水位至少500mm，保证在无水条件下作业。基坑开挖应避免扰动地基土，机械挖土应挖至基底以上200～400mm处，改由人工开挖、修平。筏形基础施工有两种方法：一是一次性绑扎好钢筋先浇底板混凝