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西北地区复杂地质条件下地基处理技术

发表时间：2021/4/21 来源：《基层建设》2020年第33期作者：刘大为

[导读] 摘要：随着建设事业的发展和科技的进步，目前地基处理的方法在不断提高改善。

        中铁上海工程局集团市政环保工程有限公司上海市 201900
        摘要：随着建设事业的发展和科技的进步，目前地基处理的方法在不断提高改善。西北地区地貌单元主要有黄河冲积平原、山前洪积倾斜平原、低山丘陵，岩土层种类较多，成因较复杂。
        苏银产业园污水处理厂改扩建工程中水解酸化池基底比较复杂，基底泥岩具有遇水崩解软化及遇水膨胀、失水收缩的特性，十分不利于工程施工，故采用多种地基处理方法结合使用，即排水固结配合挤密加换填垫层法施工，该方法经济实用。
        关键词：西北地区；复杂地质；地基处理
        1.工程概况
        苏银产业园污水处理厂改扩建工程位于苏银产业园内，占地42亩，建筑面积6645平米，工程对现有污水厂进行提标改造，使其满足处理工业废水要求，工程建设规模5万m³/日。项目建成后，全部尾水将进入园区新建的中水厂进行深度处理和综合利用，实现园区污水的零排放。
        水解酸化池为一层构筑物，半地埋式结构，地面以上高度2.43m。池体结构尺寸为72.8m*27m*8.5m,有效水深7.5m，地面以下挖深约9m。
        2.工程地质条件
        施工场地属陶、灵、盐台地缓坡丘陵区，属构造剥蚀、侵蚀堆积地貌单元。场区在填方整平前多为活动沙丘等，场地经整平后地势东北高西南低，最大高差6.22m。
        经地勘报告勘探揭示：场区地层沉积环境为二元结构，除浅层新近填土外，上部以冲、洪积及风积的黄土状粉土、粉质黏土、粉土及粉、细砂为主；下部为第三系泥岩、泥质砂岩地层，其岩土工程性状自上而下分述如下：
        ①素填土（Q4ml）：黄褐～红褐色，稍湿，以粉、细砂（非强夯区松散～稍密，强夯区中密～密实）、粉质黏土（坚硬）及粉土（稍密）为主，含较多砾石等，见少量根系。
        ②粉、细砂（Q4eol+al）：黄褐色，干燥～稍湿（局部～湿饱和），松散～稍密～中密～密实，矿物成分以长石、石英为主，含少量的暗色矿物。
        ③黄土状粉土（Q41eol）：黄褐色，以黄土状粉土为主，局部夹黄土状粉砂薄夹层和透镜体，含少量砾石，可见钙质和石膏粉末及团块，具虫孔及微细孔。稍湿～湿（局部很湿），干强度、韧性均较低，稍密～密实，以中密为主，以中等压缩性为主。
        ④角砾（Q4al+pl）：杂色，稍湿，中密～密实，略有分选，级配良好，磨圆度较差，呈次棱角状。粒径以2～20mm为主，最大粒径达30mm。充填物为中、粗砂；骨架颗粒的母岩成分以石英岩、砂岩和石灰岩为主，轻微～中等风化，交错排列，大部分接触或连续接触。
        3.水文地质条件
        3.1地下水
        拟建场区西邻头道湾水库。场区地下水分布复杂，属于浅层孔隙（裂隙）水，其补给来源主要为大气降水、绿化用水补给。
        勘察期间适逢枯水期，实测地下水静水位埋深在5.10～8.30m（相当于黄海高程1142.86～1150.33m，平均为1146.07m），详见图1.3-2地层钻孔桩状剖面图。
        场区地下水受补给及基岩起伏面影响，有地下水分布区域地下水位埋深自东北向西南增大，水位高差约为7.47m。地下水属孔隙（裂隙）水，一般来说，春、冬季为枯水期，水位会有所下降，夏、秋季为丰水期，水位会有所上升，其动态变化约为1.00～2.00m，但场区地下水根据地区经验推测，动态特征随季节变化及绿化用水补给影响较大，呈现时有时无状态。
        3.2浅层孔隙（裂隙）水
        勘察报告显示，中等～微风化泥岩为隔水层，②粉细砂、③黄土状粉土、④角砾、④1粉细砂、④2粉土、⑤粉质黏土及强风化泥岩为孔隙（裂隙）水的含水层，场地内泥岩层顶界面整体向西南方向倾斜。

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场区东北方向汇集的大气降水、绿化用水可在中等风化泥岩的阻隔下沿其层面在含水层内向西南渗透而形成水力梯度较小的渗流。
        由于泥岩层面受构造和剥蚀作用而起伏较大，泥岩内裂隙发育程度不均匀，因此场地内地下孔隙（裂隙）水水量较小，分布极不均匀，无明显分布规律，不能采取有效的措施进行降水、止水等施工。
        4.基坑施工处理方案
        4.1方案整体介绍
        水解酸化池：基坑开挖深度7.42～8.6m。基坑从上至下分别经过素填土、粉细砂、黄土状粉土。基坑底一半为泥岩，地质较好；另一半为粉细砂且夹层水较大，地质条件较差。根据《危险性较大的分部分项工程安全管理规定》（中华人民共和国住房和城乡建设部令第37号）规定，该基坑属于深基坑。根据开挖条件、基坑周边环境特点及开挖深度，采用明挖法施工，土钉墙支护结构，沿水解酸化池基坑上口布置降水井，基坑底部辅以轻型井点降水，为基础施工创造条件，疏干基坑侧壁，提高边坡稳定性。因基坑底有孔隙水，该层泥岩具有遇水崩解软化及遇水膨胀、失水收缩的特性，相对于基底压力小的水解酸化池，兼具膨胀变形及收缩变形，存在安全隐患，应采取防止地基浸水措施；建议基坑挖至完整的泥岩后，设置50~100mm厚砼找平层，其上铺设防水土工织物后施工三七灰土垫层。
        4.2该工程基坑施工特点
        4.2.1开挖深度深
        根据岩土勘察报告显示，地下水静水位埋深在5.10～8.30m。水解酸化池基坑开挖深度为7.42～8.6m，属于深基坑，该施工区域的勘察报告中钻孔桩状图显示，该处的水位埋深在-7.50m处，在基坑开挖中，因水位所处位置为基底，所以基底有地下水渗出情况，详见下图。
        4.2.2基坑透水性强
        该施工区域地下水受补给及基岩起伏面影响，有地下水分布区域地下水位埋深自东北向西南增大，水位高差约为7.47m，该施工区域水位处于粉、细砂土层之间，该层属强透水层。
        4.2.3基坑地质构造复杂
        地质构造复杂，土体工程地质性质较差，断块复杂。该施工区域设计开挖后的基础基底位于黄土状粉土层，该层属特殊性土层——湿陷性黄土。并且根据地勘报告内容，场区地层沉积环境为二元结构，除浅层新近填土外，上部以冲、洪积及风积的黄土状粉土、粉质黏土、粉土及粉、细砂为主；下部为第三系泥岩、泥质砂岩地层。现场开挖的情况为：基底西侧为泥岩，东侧为含泥量很高的粉细砂。
        5.处理方法
        根据开挖条件、基坑周边环境特点及开挖深度，出水部位基本已至基底，故从经济、环保、降水效果的角度考虑，基坑上口布置降水井，基坑内采用轻型井点辅助局部降水。与其他工艺相比它所需要开挖的土方量也有着明显的减少，在西北复杂地质条件下用于基坑开挖工程中优势明显。
        5.1本工程施工具体实施方法
        根据本工程实际情况，首先在距离基坑外围1.5m处布置了2口降水井，每口降水井约14m深，每口井放入一台三项潜水泵用于抽水。同时基坑开挖施工中，在基坑内四周及时设置排水沟及集水井，沟边离基坑坡底边200mm布置，深度为300mm，根据现场情况局部可加深；集水井于排水沟的适当距离布置，比排水沟底低300mm，采用潜水泵将基坑内集水井积水抽排至地面排水系统，经三级沉淀池净化后，排入老厂区污水井。在基坑上部沿着坡顶四周设置300*300mm砖砌截水沟，防止地表水及雨水倒灌进入基坑。基坑大面积开挖至设计标高后，与预计结果一致。
        根据以往经验与设计沟通后立即采取措施：基坑挖至完整的泥岩后，增设100mm厚砼找平层，其上铺设防水土工织物后施工三七灰土垫层。内部采用轻型井点辅助降水。井点间距为1.00m，长度1.00m，采用ø32mm的PE管连接25zx32-20-0.75自吸泵，水泵采用750W离心泵，根据现场实际水量确定连接水泵的井点数量。基坑坡脚处采用沙袋将其固定，防止边坡坍塌。
        6.总结
        此方案在实际施工过程中达到了预期的效果。有效地对基坑的夹层水进行了截留，使得后续施工有条不紊的进行，该方案也得到业主及监理的赞同与认可，为水解酸化池主体结构施工完成提供了重要的保证，即加快了施工进度，又保证了施工质量。为西北地区复杂地质条件下施工提供了宝贵经验。