軟地基上的承重結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與施工

        [摘要] 小灣水電站左岸孔雀溝砂石料加工系統(tǒng)所處地段地形不完整，地質(zhì)條件復(fù)雜，斷裂構(gòu)造比較發(fā)育，堆積層較厚，全風(fēng)化巖體底界水平埋深一般1m～5m，強(qiáng)風(fēng)化巖體底界水平埋深一般15m～20m，弱風(fēng)化巖體底界水平埋深一般50m～60m，并在構(gòu)造發(fā)育的巖體中存在隔層和囊狀風(fēng)化現(xiàn)象。因此，在系統(tǒng)承重結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)與施工過(guò)程中，根據(jù)不同的地質(zhì)條件和地基承載力情況采用了不同的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式，很好地解決了系統(tǒng)建設(shè)過(guò)程中軟基礎(chǔ)處理這一難題。 關(guān)鍵詞承重結(jié)構(gòu)地基基礎(chǔ) 小灣地區(qū)氣候惡劣，數(shù)百米的高邊坡地質(zhì)情況極為復(fù)雜，巖石風(fēng)化、破碎，尤其是小灣左岸砂石料加工系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱左砂系統(tǒng)）地處左岸孔雀溝內(nèi)，孔雀溝屬自然沖溝，兩側(cè)溝床覆蓋層較厚。經(jīng)過(guò)系統(tǒng)一期開挖，揭露出的平臺(tái)基礎(chǔ)條件非常差，小部分區(qū)域已挖到巖層，但都屬于全風(fēng)化巖石，大部分平臺(tái)尚處于覆蓋土之上，地基承載能力較小，部分車間還布置于回填土之上。左砂系統(tǒng)就是在這樣艱苦的條件下修建起來(lái)的，在建設(shè)過(guò)程當(dāng)中遇到了許多以前不曾遇到過(guò)的難題，現(xiàn)就特殊地質(zhì)條件下左砂系統(tǒng)車間基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和相應(yīng)的施工方法在系統(tǒng)建設(shè)當(dāng)中的應(yīng)用進(jìn)行說(shuō)明。 在左砂系統(tǒng)建設(shè)過(guò)程當(dāng)中，由于整體規(guī)劃、場(chǎng)地限制和先天地形、地質(zhì)等因素的影響，經(jīng)常無(wú)法避免一些地基承載力較差的基礎(chǔ)，這其中包括人工回填基礎(chǔ)，我們統(tǒng)稱之為軟基礎(chǔ)，其地基承載力一般在0.15mpa以下。
       對(duì)于承重結(jié)構(gòu)，尤其是承受動(dòng)荷載的多層結(jié)構(gòu)形式，其基礎(chǔ)處理顯得尤為重要，其基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式也是多種多樣，針對(duì)荷載大小、類型的不同以及結(jié)構(gòu)形式的差異，采用什么樣的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式才能既穩(wěn)定、節(jié)約，又便于施工呢？ 針對(duì)這一工程建設(shè)中不可避免的問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外相關(guān)專業(yè)人士在這一方面做了長(zhǎng)時(shí)間、多方面的研究和摸索，并在實(shí)踐中不斷進(jìn)行驗(yàn)證。根據(jù)不同的荷載形式、大小，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性要求等，在方便施工和節(jié)約材料的前提下，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式主要被劃分為如下三種：1、獨(dú)立墩結(jié)構(gòu)；2、條形結(jié)構(gòu)；3、整板結(jié)構(gòu)。其中獨(dú)立墩結(jié)構(gòu)主要適用于荷載較小，結(jié)構(gòu)形式較為簡(jiǎn)單的框架結(jié)構(gòu)立柱基礎(chǔ)，且基礎(chǔ)地基承載力分布較均勻，不會(huì)由于降雨、地表水侵蝕等而出現(xiàn)不均勻沉降；條形基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)主要適用于荷載較大，地基承載力無(wú)法滿足獨(dú)立墩結(jié)構(gòu)要求，且荷載形式多樣，存在較大振動(dòng)，對(duì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性要求較高的結(jié)構(gòu)形式，尤其對(duì)于占地面積大，地基承載力分布不均勻，存在軟、硬基礎(chǔ)共存，分布無(wú)序等情況的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)處理尤為適用；整板結(jié)構(gòu)則主要適用于整體基礎(chǔ)面積小，結(jié)構(gòu)高度大，而荷載也非常大的重壓結(jié)構(gòu)軟基礎(chǔ)處理。

       但是要注意的是，我們所談的軟基礎(chǔ)處理，都是在滿足結(jié)構(gòu)最大壓力低于軟基礎(chǔ)最大地基承載力的前提下進(jìn)行的，這是首要條件。因此，在選擇基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式之前，我們首先要做的就是對(duì)結(jié)構(gòu)荷載進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)所選不同基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式下的不同平均壓力與地基承載力之間的關(guān)系來(lái)選擇最適合的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式。 針對(duì)上述三種基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式的特點(diǎn)和相應(yīng)的適用范圍，結(jié)合小灣水電站左岸砂石加工系統(tǒng)建設(shè)過(guò)程中出現(xiàn)的具體情況，就三種基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與施工在小灣左岸砂石料加工系統(tǒng)建設(shè)當(dāng)中的應(yīng)用進(jìn)行分析說(shuō)明。 獨(dú)立墩基礎(chǔ)也叫柱下單獨(dú)基礎(chǔ)，按照基礎(chǔ)形式可分為錐形基礎(chǔ)和階梯形基礎(chǔ)兩種，通常采用強(qiáng)度等級(jí)為c20~c25的混凝土進(jìn)行澆筑，也有少部分基礎(chǔ)由于土壤含有特殊腐蝕物質(zhì)而采用強(qiáng)度等級(jí)更高且含有防腐材料的混凝土進(jìn)行澆筑，我們可避而不談這個(gè)方面，只談普通條件下的獨(dú)立墩設(shè)計(jì)。我們首先計(jì)算出由柱子傳到基礎(chǔ)頂面的軸心壓力設(shè)計(jì)值n，然后根據(jù)經(jīng)驗(yàn)假設(shè)出基礎(chǔ)獨(dú)立墩高度h和基礎(chǔ)埋置深度d，取基礎(chǔ)本身及填土容重為rm=20kn/m3，取軟基礎(chǔ)的休正地基承載力f為0.15mpa，則可以根據(jù)公式a≥rdn/（f－rdrmd）計(jì)算出獨(dú)立墩的底面面積，再用受沖切承載力公式fl≤0.7ftbmh0/rd對(duì)假設(shè)的h進(jìn)行驗(yàn)算，如不滿足要求，則調(diào)整h值，直到滿足要求為止。實(shí)際上我們?cè)谶M(jìn)行獨(dú)立墩計(jì)算時(shí)，是將其在每個(gè)方向的突出部分作為倒置的懸臂板來(lái)計(jì)算的，還值得提的一點(diǎn)是，為使其各突出邊所受的承載力均勻，從而保證柱上壓力均勻分布到獨(dú)立墩底面上，我們?cè)诰唧w施工的時(shí)候可采用30cm~50cm厚碎石對(duì)部分軟基礎(chǔ)進(jìn)行換填，以保證其受力均勻。

???????       例如小灣左岸砂石料加工系統(tǒng)的b30、b31膠帶機(jī)承重平臺(tái)，就是采用獨(dú)立墩作為系統(tǒng)回填土上的立柱基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式，既便于施工，又節(jié)省材料，且結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性非常好。 條形基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式由于其極好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和整體連接性，在工用、民用建筑當(dāng)中都得到非常廣泛的應(yīng)用，常常作為大荷載、高振動(dòng)、多層多跨連續(xù)結(jié)構(gòu)的立柱基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式，尤其是在水電工程建設(shè)當(dāng)中時(shí)常出現(xiàn)的軟基礎(chǔ)處理方面，更顯現(xiàn)出其多方面突出的優(yōu)越性。現(xiàn)以小灣水電站左砂系統(tǒng)的篩分樓為例進(jìn)行分析說(shuō)明。左砂系統(tǒng)位于孔雀溝沖溝內(nèi)，篩分樓所在部位介于el.1265—el.1296之間邊坡上，邊坡坡比為1：0.5，篩分樓基礎(chǔ)高程為1284m，頂部高程為1302.5m，在1298m、1302.5m樓層總共布置有10臺(tái)大功率振動(dòng)篩，單臺(tái)工作重量為50t（含振動(dòng)系數(shù)），為3層5跨連續(xù)高振動(dòng)結(jié)構(gòu)。其基礎(chǔ)內(nèi)側(cè)為巖石，外側(cè)為el.1265—el.1284貼坡錨拉板，錨拉板與內(nèi)側(cè)巖壁之間大部分為回填土石方，地基承載力約為0.15mpa。通過(guò)計(jì)算，篩分樓作用在單根立柱上的最大荷載為600kn，也就是承受60t的重量，根據(jù)單根立柱尺寸，將產(chǎn)生2mpa的地基壓力。通過(guò)地基反力驗(yàn)算，0.15 mpa的地基承載力遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法滿足2mpa的地基壓力，因此在進(jìn)行該部位設(shè)計(jì)的時(shí)候，采用了地圈梁條形基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式。其計(jì)算方法如下： 先假定條形基礎(chǔ)的的斷面尺寸為a×b（長(zhǎng)×寬），設(shè)相鄰兩根立柱傳至基礎(chǔ)頂面的軸向力為n1、n2，單位面積基礎(chǔ)自重及回填土重為q，則基底最大凈反力pmax~min=(n1＋n2)/ba＋q±6m0/ba2，同時(shí)需要滿足pmax≤1.2f/rd及（pmax＋pmin）/2≤f/rd。
???????       在該計(jì)算過(guò)程當(dāng)中，我們是把基礎(chǔ)的短邊突出部分看作固定在柱邊截面的懸臂板來(lái)計(jì)算，而把基礎(chǔ)的長(zhǎng)邊突出部分當(dāng)作以立柱為支座的倒雙懸臂梁來(lái)計(jì)算的，作用的荷載都是地基反力。 與小灣篩分樓基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式相似的還有云南糯扎渡水電站火燒寨溝砂石料加工系統(tǒng)回填基礎(chǔ)上的篩分樓和壓濾車間，它們均采用了條形基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式，很好地將重荷載均勻分散到了軟基礎(chǔ)上，避免了由于地基承載力小而對(duì)結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性造成危害。它們?cè)谶M(jìn)行條形基礎(chǔ)施工之前都采用了碎石換填的辦法，并采用振動(dòng)碾進(jìn)行夯實(shí)，避免了局部受力不均勻而造成結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，這是在長(zhǎng)期實(shí)踐過(guò)程當(dāng)中總結(jié)出的與條形基礎(chǔ)施工相配套的優(yōu)秀施工方法。 整板基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式在工程建設(shè)當(dāng)中用的比較少，但是其基本原理與條形基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式是相似的，其最終目的就是通過(guò)增大基礎(chǔ)受力面積，將本來(lái)作用于局部小面積上的大荷載均勻分布到整板基礎(chǔ)上，從而減小地基反力，填補(bǔ)軟基礎(chǔ)地基承載力過(guò)小的缺陷。但是其基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)計(jì)算過(guò)程較獨(dú)立墩基礎(chǔ)和條形基礎(chǔ)要復(fù)雜得多，它是將所有荷載均勻分布于整板基礎(chǔ)上，將地基反力作為正向均布荷載，將整板基礎(chǔ)作為倒置的無(wú)梁板來(lái)計(jì)算的。無(wú)梁板的計(jì)算方法在最近幾年的大部分大學(xué)教材里面都沒(méi)有錄入，由于適用空間有限，也很少有人會(huì)注意，無(wú)梁板結(jié)構(gòu)只在一些較大的酒店大廳設(shè)計(jì)中偶有出現(xiàn)。

???????       除此之外，只有在一些特殊地質(zhì)情況的工程建設(shè)中才會(huì)使用到，例如糯扎渡水電站火燒寨溝砂石料加工系統(tǒng)回填基礎(chǔ)上的粉煤灰罐就是采用的整板基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式，其運(yùn)用的就是無(wú)梁板計(jì)算方法。該計(jì)算方法主要是將均布荷載對(duì)板所產(chǎn)生的彎矩分為了柱上板帶彎矩和跨中板帶彎矩，分別按照25%，75%和45%，55%的比例分配到x方向和y方向的柱上板帶和跨中板帶上，最后根據(jù)彎矩疊加總和進(jìn)行整板的配筋計(jì)算，由于適用空間較小，計(jì)算過(guò)程復(fù)雜，在這里并不作詳細(xì)說(shuō)明。 軟基礎(chǔ)處理是今后工程建設(shè)各個(gè)領(lǐng)域當(dāng)中會(huì)長(zhǎng)期存在的問(wèn)題，因此，對(duì)不同結(jié)構(gòu)形式和不同程度軟基礎(chǔ)的處理方法，我們還要進(jìn)一步進(jìn)行研究和摸索，爭(zhēng)取能在實(shí)踐中找到更好的方法，為中國(guó)工程建設(shè)科技水平的不斷提高貢獻(xiàn)自己的力量。
 

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