环保能源项目基础方案评价探索

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摘要：通过采用工程勘察手段对郑州某拟建环保能源工程项目场地的地层岩性、地形地貌、地质结构与构造、地下水状况等进行研究，通过土工试验、现场原位测试得到各土层的物理力学指标，用于评价地基土的均匀性、人工换填土地基和天然地基的承载力、以及基础方案的选择等，为施工设计提供合理建议。通过进行地基基础方案的评价与分析，提出更加经济合理的地基基础方案。

关键词：工程地质勘查；工程地质条件；地基；岩土工程评价

1概述

近年来，随着国民经济的高速发展，国内工业化速度加快，对工业建筑的需求迫切，并且建设的地质环境越来越复杂。因此，这对工程地质勘查的理论和技术方法的要求也越来越高。基础工程对建筑结构的安全与工程造价都有着至关重要影响，基础方案是建筑结构设计中不可或缺的重要环节之一。建筑结构基础形式与方案的确定是安全、施工工期、施工技术难易、工程造价等多因素综合考虑的结果，工程中往往存在着单一目标的习惯性做法和规定性做法，使得建筑结构基础方案既不经济也不科学合理。随着工程技术的不断发展，应重视和提高工程勘察的质量，加强对建筑结构基础工程的方案控制，达到最佳技术经济目标的合理实现。本文借鉴了马雄光[1]与聂维中[2]对住宅楼的工程地质条件的分析，对本场地工程地质条件进行分析。通常工业建筑应用桩基础，寻求合适的桩基础的设计形式和设计方法，使得建筑结构中的桩基础设计达到最佳的效果，本文借鉴文献[3-7]中的基础设计方法，通过进行地基基础方案分析与评价，提出经济合理的地基基础方案，为类似地质条件下的工程提供参考。

2工程概况

2.1工程概况

拟建工程为郑州（南部）环保能源工程，工程位于郑州新郑市辛店镇北约3公里贾咀村。本场地地貌单元区域上属山前冲洪积平原，场地地形起伏较大，地势整体南高北低，最大高差约28.5m。钻孔孔口标高140.6-169.1m。现场地红线外西侧以及场地内北侧存在一冲沟，沟顶底高差约20m。建筑物与勘探点包括综合主厂房、综合主厂房（垃圾池）、综合主厂房（渗沥液池）、汽机间（含主变）、主控楼、烟囱、上料坡道、门卫、工业消防水池、冷却塔及综合水泵房、管理用房及综合楼、渗沥液处理站、地磅及地磅房、净水站及旁滤车间、初期雨水池、飞灰暂存间、工业废水处理站、油库油泵房、仓库。

2.2岩土地层及参数

2.2.1区域地质构造根据郑州市基岩地质图（1∶100000（河南省地矿局，1988年）、郑州市地震小区划研究报告（河南省地震局，1989年）、郑州市郑东新区地震小区划报告（中国地震局地质研究所，2003年）和豫北地区新构造活动特征及中长期地震预报研究（刘尧兴等，2001年），近场区范围内的主要断层有老鸦陈断裂、上街断裂、须水断裂、花园口断裂、中牟北断裂、中牟断裂、古荥断裂、郭小寨断裂和尖岗断层等，这些断裂带及断层均距本场地较远，且不属于活动断层，均为前第四纪断裂，可不考虑其对场地稳定性的影响。2.2.2地层结构根据野外静探、钻探揭示，场地勘探深度55m范围内，除表层有少量的耕土、素填土及杂填土外，约12.0m以浅为第四纪上更新统冲洪积形成的粉土、粉质黏土，其下约12.0m-55.0m为二叠系上统泥岩、砂岩。勘察深度内的土层按其不同的成因、时代及物理力学性质差异划分为8个工程地质单元层。对场地现场实施勘察结果表明，拟建场地地下水水位埋深约10.6~38.6m，属第四系松散岩类孔隙潜水。地下水的补给主要为大气降水。本场地环境类别属Ⅱ类，根据地下水水质简分析报告判定拟建场地地下水对混凝土结构具微腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋具微腐蚀性。现场勘察勘过程中未发现对工程安全有影响的诸如岩溶、滑坡、崩塌、塌陷、采空区、地面沉降、地裂等不良地质作用及古河道、沟浜、防空洞、古墓、孤石等对工程不利的埋藏物。场地西侧、北侧存在一冲沟，冲沟临场地侧边坡，呈阶梯状，坡度较大，局部呈陡坎状，基坑开挖应注意其对施工安全的影响。2.2.3地下水条件本场地勘察期间地下水水位埋深约10.6~38.6m（标高约130.5m），属第四系松散岩类孔隙潜水。地下水的补给主要为大气降水。据调查，本场地地下水位年变幅1.0-2.0m，近3-5年最高地下水位埋深约5.0m（标高约136.00m）。考虑到本场地西侧及北侧为冲沟，预计沟底水位较高。预估设计基准期最高水位埋深0.0m（标高约142.00m），抗浮水位可按埋深0.0m（标高约142.00m）考虑。2.2.4地基土物理力学性质指标为了较准确地获得各土层的物理、力学性质指标，本次勘察采用钻探、探井取原状样、室内土工试验和标贯、重型动力触探、静探、波速等测试方法对场地进行综合评价。根据现场地质勘探资料，各土层的物理力学性能指标见表1。

3基础方案评价分析

3.1地基土均匀性评价分析

根据设计方提供的拟建建（构）筑物基础埋深及±0标高，结合场地地层条件，对拟建建（构）筑物地基土均匀性评价，各建（构）筑物地基土都不均匀。

3.2人工换填地基强度验算

由于拟建主控楼、门卫、渗沥液处理站、工业消防水池、冷却塔及综合水泵房、地磅及地磅房、净水站及旁滤车间、工业废水处理站局部悬空，拟建管理用房及综合楼整体悬空，且基础底部局部为第（1）层耕土、第（1）-1素填土及第（1）-2层杂填土，需采用灰土或素土进行回（换）填处理至设计标高。回（换）填土压实度满足规范、设计要求，回（换）填土地基承载力通过地基检测确定。根据拟建建（构）筑物的基础埋深及场地地层条件，使用公式（1）计算进行地基承载力修正。fa=fak+ηbγ（b-3）+ηdγm（d-0.5）（1）式中，fak为承载力特征值，kPa；ηb和ηd为基础宽度和埋深的地基承载力修正系数；γ为基础底面以下土的重度（或浮重度），kN/m3；γm为基底以上土的加权平均重度（或浮重度），kN/m3；b为基础底面宽度，m；d为基础埋置深度，m。对拟建门卫、管理用房及综合楼、地磅及地磅房、净水站及旁滤车间、飞灰暂存间、工业废水处理站、油库油泵房及仓库采用人工换填地基独立基础进行验算；对拟建工业消防水池、冷却塔及综合水泵房、渗沥液处理站采用人工换填地基筏板基础方案进行验算。对于回（换）填后土体地基承载力计算按照130kPa进行计算，实际地基承载力以现场静载荷试验为准，场地内拟建建（构）筑物进行人工换填地基评价见表2和表3，下卧层强度和人工换填地基强度均满足要求。

3.3天然地基强度验算

根据拟建建（构）筑物的基础埋深及场地地层条件，使用公式（1）进行地基承载力修正。对拟建综合主厂房（垃圾池）、综合主厂房（渗沥液池）以及初期雨水池采用天然地基筏板基础方案进行验算，场地内拟建建（构）筑物进行天然地基评价见表4，下卧层强度和人工换填地基强度均满足要求。拟建综合主厂房（垃圾池）、综合主厂房（渗沥液池）、初期雨水池可采用采用天然地基筏板基础方案。

3.4后注浆钻孔灌注桩基础评价

3.4.1桩端持力层的选择根据拟建综合主厂房、汽机间（含主变）、主控楼荷载特征及场地地层条件，可采用桩端后注浆钻孔灌注桩独立基础方案，第（5）层及其以下地层均可作为桩端持力层，桩径可取600mm~800mm。3.4.2桩基参数根据场地各层土的物理、力学参数，结合地区经验，依据《建筑桩基技术规范》[8]确定钻孔灌注桩的桩侧土的极限侧阻力标准值qsik和桩端土的极限端阻力标准值qpk，如表5和表6所示。采用基础承台下布桩，桩径取800mm，采用桩端后注浆方式，按不同桩间距、不同的布桩形式进行估算。具体设计时可根据上部实际荷载，据所提桩基参数，选用合适的桩长、桩径、布桩方法。若采用后注浆钻孔灌注桩独立基础方案，应在施工前进行试桩，单桩承载力均应以静载荷试验结果为准。桩基施工应严格按有关规范进行，并做好施工监测和质量检验工作。3.4.4变形验算按《建筑桩基技术规范》[8]式5.5.7沉降计算方法，估算各建（构）筑物沉降量见表7。

4结论

针对本项目的重难点，本次勘察工作取得的成果主要包括以下几个方面：①针对不同功能区块、不同的工艺流程、荷载组合，建议了具有工程针对性、适宜性的地基基础方案，包括天然地基、人工换填地基、桩基础等。既保证了工程建设安全进行，又最大限度的降低了工程造价。②注意调整泥浆比重，以保证泥皮厚度及桩底沉渣满足规范要求。灌注桩施工过程中产生的泥浆，可能会对环境造成污染，要做好泥浆外运工作。③本场地第（7）、（7）-1层泥岩及第（8）、（8）-1层砂岩层顶起伏较大，若采用嵌岩桩，施工须安排合适采取适宜的施工工艺、合理安排施工工序，确保桩端进入设计岩层。④从场地的地层结构来看，对成桩影响较大的为钙质结核层，第（6）层及以下土层钙质结核含量较多，且局部富集成层；本场地存在第（7）、（7）-1层泥岩、第（8）、（8）-1层砂岩，均对钻孔灌注桩施工影响较大。施工时应注意采取适当的钻进方法，保证达到设计桩长。应注意桩底沉渣过多的问题，应增加比重计、沉渣仪的监测次数，并应及时清理。

参考文献：

[1]马雄光.某高层住宅区的地基岩土工程地质条件分析[J].西部探矿工程，2012，24（07）：21-23.

[2]聂维中，陈璟.工程地质分析在某高层住宅楼基础设计的应用[J].河北建筑工程学院学报，2007（03）：13-15.

[3]李向群，高飞宇，李宗效.吉林省和龙市工程地质勘察及基础方案的分析评价[J].吉林建筑大学学报，2019，36（06）：18-22.

[4]王柱.某地区住宅楼的地基工程地质条件分析评价[J].价值工程，2017，36（21）：86-88.

[5]徐燕君.某工程场地的地基土评价及其基础方案分析[J].建筑技术开发，2022，49（05）：150-152.

[6]赵国善.万达房建工程地基基础方案分析评价[J].中国新技术新产品，2014（08）：41-42.

[7]李向群，周明飞.延吉经济开发区地质勘察及基础方案分析评价[J].吉林建筑大学学报，2018，35（04）：9-13.

[8]中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑桩基技术规范（JGJ94-2008）[S].北京：中国建筑工业出版社，2008.

作者：轩吉善 单位：中化地质河南局集团有限公司