判别天然地基是否属于软弱地基没有明确的界限，根据建（构）筑物地基承载力需要，人们常常把不能满足建（构）筑物对地基要求的天然地基称为软弱地基。软弱地基一般由土质疏松、压缩性高、抗剪强度低的软弱土组成的地基。在河滩，最常见的软土主要为淤泥、淤泥质土、泥炭土、流沙等，它们有一个共同的特点就是：由河流冲积形成，含水量高，压缩性高，抗剪强度低。在软弱土层上建造建（构）筑物时，采用天然地基其强度往往达不到设计需要的地基承载力要求，遇到诸如土体稳定、变形等一系列问题。于是，需采取措施对软弱地基进行地基处理，以满足设计的要求，确保建（构）筑物的安全与正常使用。

 

　　1、工程地质概况及初步分析

 

　　1.1工程地质概况

 

　　葛铺煤矿整个工业场区属岚河河漫滩和一级阶地地貌，其为沉积河流冲洪积地层，由卵石、砾石、砂、土构成。场地地基土按沉积年代和其物理力学性质进行划分，分别描述如下：

 

　　层素填土：主要由粉土组成，来源于生活区的挖方土，堆积年代不到半年，淡黄～褐黄色，土质土均匀，含有少时植物根须，稍湿，松散～稍密，由于该层土刚回填不久，也没有系统地机械碾压，不可作为天然地基使用。

 

　　（1）层粉土：褐黄～褐色，表层有0.5m左右的耕土，含有塑料薄膜和大量植物根茎；该层土质不均匀，含砂粒、煤屑，粗砂、细砂、小石子，呈稍湿～湿，较软状。中等压缩性，本层厚度0.5～2.9m。

 

　　（2）中粗砂层：褐色，成分以长石、石项为主，颗粒较均匀，局部含有卵石、圆砾薄层。该层土呈饱和、构散～稍密状，厚度0.3～3.6m。根据其颗料的相变和所含大的夹层、透镜体，又分出2个亚层。

 

　　1）粉土：褐黄色，土质较纯，含金云母，粉细砂，很湿，密实，摇震反应强烈，干强度和韧性低，层厚0～4.7m。

 

　　2）卵石：褐色、粉土、粉质粘土包裹卵石，所含卵石粒径一般在2～4cm之间，卵石成分以砂岩为主，含量在30%～50%，呈稍湿，稍密状。本层厚度1.0～3.6m。

 

　　（3）卵石：主要成分为石英砂岩为主，充填砾砂、中粗砂，有粉土薄层，粒径10～70mm，最大超过150mm，有漂石，含卵量50%～80%，级配良好，层位稳定，分布整个场区，该层为河漫滩地段上部沉积第四系全新统砂类土的主体，本层厚度0.60～8.90m。

 

　　（4）泥岩（砂岩）：两者交互出现，泥岩为紫红、暗紫色、砖红色，砂岩为黄绿色，灰白色，两者全为全风化～强风化等级，泥质胶结，破碎状。

 

　　场地地下水情况：含水层主要为第（2）层中粗砂层和第（3）层卵石，混合水位标高介于1150.31～11574.38m。

 

　　由上述地质概况可知，工业场区内的建筑物主要布置在河漫滩阶地段，该段位于岚河阶地上，主要由（1-1）层素填土、（1）层粉土、（2）层中粗砂、（3）层卵石、（4）层泥岩组成，本文以场区内比较典型的建筑物主井提升机房的地基处理方法做简单介绍，主井提升机房勘察的结果，基底位于（1）层上，该层不能满足实际要求，需进行地基处理，其下卧层为（2-1），承载力也不够亦需进行地基处理。

 

　　1.2初步分析

 

　　按照设计图纸要求，基槽开挖至设计标高后，已出现地下水，该土层受地下水浸泡，经挖掘机扰动，呈现饱和土体状态，所以地基土表现为高含水量，高压缩性，承载力极低的触变性流塑状河相淤泥，该土层位于基底与（3）层卵石之间，由于施工降水无法迅速排除饱和土体中的孔隙水，致使基槽无法成形，采用原设计的换填砂石垫层显然达不到设计承载力要求，且无法形成工作面进入下道工序的施工。

 

　　2、地基处理方案的选择

 

　　若采取挖除方案，由于流塑状的淤泥较为稀软，不排水抗剪强度较低，其开挖、运输和堆放都比较困难，增加施工难度，给施工带来很大不便，所以此方案被予以否定。

 

　　若采用桩基，可以避免大规模的深基坑开挖和降水，桩身质量有保证，对周围建筑物影响较小，但地基处理费用比换填（包括支护、降水）高，且施工周期较长，所以此方案亦被否定。

 

　　考虑到施工场地距西部山区采石场较近，运距很短，且石料可充足供应，而且天然砂卵石就在场区附近的山上，就地取材方便。

 

　　经地勘、设计、建设、质监、监理、施工等单位现场察看基槽，综合上述资料并结合现场实际情况，本着“因地制宜、经济合理、缩短工期”的原则共同研究决定采用“片石挤淤置换法和砂石垫层换填相结合的方法”进行地基处理，即基底淤泥面以下采用片石挤淤置换法，以上采用砂石垫层换填，并由原设计单位出具了设计变更说明。

 

　　3、地基处理设计

 

　　置换是指用物理力学性质较好的岩土材料置换天然地基中部分或全部软弱土体，以形成双层地基或复合地基，达到提高地基承载力、减少沉降的目的。

 

　　3.1片石挤淤置换法原理及适用范围

 

　　片石挤淤置换法是依据换填片石的自重以及借助于其他外力，诸如：压载、振动、爆炸、强夯或卸荷（即及时挖除换填体周边处的淤泥）等，使软弱层遭受破坏后被强制挤出而进行的换填处理。这样形成以片石为骨架中间充满淤泥的复合地基，由于基槽四周是封闭状的淤泥，经抛填、挤淤、碾压后，填筑本能形成接底的较为稳定的置换地基，可满足设计要求的承载力并具有较小的变形性能。

 

　　适用范围：淤泥或淤泥质黏土地基。

 

　　3.2总体方案

 

　　在基槽底部抛填厚度或直径不小于300mm的片石，依靠单块片石自重沉入淤泥中，形成以片石为骨架中间充满淤泥的复合地基，直至淤泥面上口，再通过挤淤、碾压分层分次将片石冲击至淤泥面以下，其上满堂干砌毛石300mm厚（并用天然砂卵石密实灌缝、找平），最后密实回填1.5m厚3：7砂石（3：7=天然砂卵：碎石）至设计基础垫层底口，每边宽出基础垫层外边缘不小于地基处理厚度的0.6倍。

 

　　4、片石挤淤置换和砂石垫层换填施工方法

 

　　4.1片石挤淤置换施工方法

 

　　所抛石料采用厚度或直径不小于300mm的坚硬MU30片石，施工中用自卸汽车将片石运至现场，人工配合挖掘机进行分选投抛，抛填片石应遵循：“先大后小、分层抛投、层层挤压”的原则，先用挖掘机将大粒径的片石均匀分层抛投，每抛填完一层用挖掘机挖斗向下挤压片石，挤压至片石不在下沉时为止，当第一层抛填完成后，再抛第二层，重复上述循环，直至片石露出淤泥面。抛填片石行进方式为：沿基坑中间按先中间，后两侧的方式前进，每次抛填距离2～3m为宜。即纵向先抛填中间，横向渐次向两侧扩展至基坑边，使淤泥及软土向两侧挤出。同时，在抛填片石过程中，往往在前进的端头和其两侧容易隆起淤泥包，这时用挖掘机将淤泥包及时挖除运走。当抛填片石高度超出淤泥面并其范围符合设计要求后，人工将片石空隙用小粒径片石、碎石块或石硝填满铺平，直至顶面平整，使用履带式反铲挖掘机先用挖斗向下挤压片石，然后再利用挖掘机自身重量反复碾压，待作业面铺展开后，再用22T振动压路机碾压，使片石沉入基本稳定，无弹簧现象为止，确保地基稳定性。

 

　　对局部仍有出现弹簧现象，挖除该处重新抛填片石并用挖斗向下猛挤片石直至其进入淤泥面以下。碾压密实的标准：压实度检测采用沉降差观测法，具体方法为：当填料片石压实后，刮平表面，在其表面按照面积设置20个测点，涂上油漆做好标志，用水准仪测定各点高程，22T压路机碾压后，再测定各点高程，计算沉降量平均值，用沉降量衡量地基挤淤的压实效果。检验性补压10遍后若沉降大于50mm，则认为原地基压实不好；沉降在15mm以下则认为能够保证地基稳定性，可进行上层砂石垫层换填的施工。

 

　　4.2砂石垫层换填施工方法

 

　　片石挤淤置换碾压密实后，其上满堂干砌毛石0.3m厚（并用天然砂卵石密实灌缝、找平），其后密实回填1.5m厚3：7砂石（3：7=天然砂卵：碎石）至设计基础垫层底口，每边宽出基础垫层外边缘不小于地基处理厚度的0.6倍。要求：砂石粒径小于2㎜的部分，不应超过总重的40%，应级配良好，不含植物残体，垃圾等杂质，最大粒径不宜大于100㎜。砂石采用搅拌机搅拌均匀后，用铲车运输至基坑边，再用小推车运输至各工作面，人工铺平，分层厚度为250mm，采用22T振动型压路机碾压，不少于6遍，压实系数达到0.96。

 

　　密实度检测：采用灌砂法检测，每层按规范要求进行取点检测，施工时下层的密实度经现场检测合格后，方可进行上层施工。

 

　　通过上述施工，在大块径的单块体骨架上部及间隙铺设级配良好，透水不透泥的砂石垫层进行整式压载片石挤淤置换，形成散式骨架与整式挤淤平台结合的复合式地基。

 

　　5、施工注意事项

 

　　5.1片石挤淤置换施工注意事项

 

　　5.1.1抛填采用MU30片石，且片石大面朝下，片石厚度或直径小于300mm的含量不得超过20%。严禁使用风化石料作为挤淤抛填料。

 

　　5.1.2在抛填片石过程中，往往在前进的端头和其两侧隆起容易出现淤泥包，它是片石沉入底部的重大障碍，这时应用挖掘机将淤泥包及时挖除运走，以减小底部淤泥挤出的阻力，保证片石顺利沉入底部。

 

　　5.1.3片石挤淤置换碾压后应及时检测填筑顶面高程，确保其顶高程符合设计要求，防止反弹。

 

　　5.1.4施工过程中应合理配置压实机械，宜先用覆带式反铲挖掘机碾压，再采用22T重型振动压路机碾压，碾压顺序应遵循“先整体后局部、先轻后重，先静压后振动”的原则。

 

　　5.2砂石垫层换填施工注意事项

 

　　5.2.1砂石垫层的承载力决定于砂的级配及施工质量，砂石级配采用试验室给出的最佳配比。

 

　　5.2.2砂石垫层施工中的关键是将砂石加密到设计要求的密实度，本工程采用碾压法，要求在片石挤淤置换地基上分层铺砂石，然后逐层压实，分层厚为250mm，分层厚度通过高程来控制。施工时下层的密实度经现场检测合格后，方可进行上层施工。

 

　　5.2.3砂石垫层面应铺设在同一标高上，如深度不同时，基坑地基面做成踏步或斜坡搭接，各层搭接位置应错开1m距离，搭接处应注意捣实，施工要按先深后浅的顺序进行。

 

　　5.2.4人工级配的砂石垫层，砂石通过搅拌站拌合均匀，并保证其含水率在10%，方可进行铺填碾实。

 

　　6、地基处理完成后的沉降观测及效果

 

　　片石挤淤置换法往往不可能把软弱层完全挤出，因此，必须考虑换填后地基的沉降对建筑物造成的影响。为了防止沉降量过大或发生不均匀沉降造成建筑结构破坏，在地基处理过程中和地基处理完成的后续施工过程中必须通过临时观测点和长期观测点对地基的沉降及稳定性进行检测，临时观测每天进行检测一次，三天进行一次总结，若日平均沉降量达到3mm/d，应立即停止施工，直至日沉降量小于上述值后再进行施工。

 

　　地基处理完成后的沉降观测是检验软基处理效果的有效方法，在施工过程中沉降观测及长期观测位置分别在建筑物四角、各边中部以及绞车基础四角各设置一个观测点，共计12个，并作标记符号。主体施工时，每天进行一次沉降检观测，每施工好一层后，作一次总结，计算出总沉降量和日平沉降量，并做好记录。在结构封顶，竣工交付使用后，继续进行观测和做好记录。

 

　　经过观测，在竣工完成后6个月内，建筑物沉降仍在继续，说明地基固结还未完成，底部残留的淤泥还未完全挤出，但12个观测点的日沉降量均不超过3mm，说明基底残留的淤泥层较薄。竣工完成6个月后，沉降趋于稳定。累积沉降不超过30mm，建筑物地基固结基本完成，片石挤淤置换处理效果良好，建筑物地基处理施工质量得到有效保证。

 

　　场区内其他建筑物如：主井井口房、联合建筑、副井提升机房、大块筛分破碎车间、锅炉房等工程地基处理方法均采用片石挤淤置换和砂石垫层换填相结合的方法，经过对上述工程多次沉降观测，从观测数据得出结论：在前期沉降较快，沉降量大，后期基本沉降较慢，地基基本稳定，片石挤淤置换法和砂石垫层换填地基处理效果良好，地基施工质量得到有效保证，地基承载力达到设计要求。

 

　　7、结束语

 

　　需要强调的是地基处理最好通过多方案的比较，选出最优方案。对一具体工程，技术上可行的地基处理方案往往有几个，此时应根据工程地质条件、施工机械条件、技术水平，经验积累以及建筑材料品种、价格等，通过技术、经济、进度等方面综合分析考虑。因此，在选用地基处理方法时一定要因地制宜，具体工程量具体分析，要充分发挥地方优势，利用地方资源，以及对环境的影响，进行地基处理方案优化，以得到比较好的地基处理方案。

 

　　参考文献：

 

　　[1]．煤炭工业太原设计研究院，《山西焦煤集团岚县煤焦有限公司葛铺煤矿矿井工来业场地岩土工程勘察报告》，2004

 

　　[2]．龚晓南，《地基处理手册》（第三版）北京，中国建筑工业出版社

 

　　[3]．中国建筑科学研究院，《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2012

 

　　[4]．中华人民共和国住房和城乡建设部，《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011，北京，中国建筑工业出版社