軟地基上的承重結構基礎設計與施工

        [摘要] 小灣水電站左岸孔雀溝砂石料加工系統所處地段地形不完整，地質(zhì)條件復雜，斷裂構造比較發(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，并在構造發(fā)育的巖體中存在隔層和囊狀風(fēng)化現象。因此，在系統承重結構基礎的設計與施工過(guò)程中，根據不同的地質(zhì)條件和地基承載力情況采用了不同的基礎結構形式，很好地解決了系統建設過(guò)程中軟基礎處理這一難題。 關(guān)鍵詞承重結構地基基礎 小灣地區氣候惡劣，數百米的高邊坡地質(zhì)情況極為復雜，巖石風(fēng)化、破碎，尤其是小灣左岸砂石料加工系統（以下簡(jiǎn)稱(chēng)左砂系統）地處左岸孔雀溝內，孔雀溝屬自然沖溝，兩側溝床覆蓋層較厚。經(jīng)過(guò)系統一期開(kāi)挖，揭露出的平臺基礎條件非常差，小部分區域已挖到巖層，但都屬于全風(fēng)化巖石，大部分平臺尚處于覆蓋土之上，地基承載能力較小，部分車(chē)間還布置于回填土之上。左砂系統就是在這樣艱苦的條件下修建起來(lái)的，在建設過(guò)程當中遇到了許多以前不曾遇到過(guò)的難題，現就特殊地質(zhì)條件下左砂系統車(chē)間基礎結構設計和相應的施工方法在系統建設當中的應用進(jìn)行說(shuō)明。 在左砂系統建設過(guò)程當中，由于整體規劃、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，這其中包括人工回填基礎，我們統稱(chēng)之為軟基礎，其地基承載力一般在0.15mpa以下。
       對于承重結構，尤其是承受動(dòng)荷載的多層結構形式，其基礎處理顯得尤為重要，其基礎結構形式也是多種多樣，針對荷載大小、類(lèi)型的不同以及結構形式的差異，采用什么樣的基礎結構形式才能既穩定、節約，又便于施工呢？ 針對這一工程建設中不可避免的問(wèn)題，國內外相關(guān)專(zhuān)業(yè)人士在這一方面做了長(cháng)時(shí)間、多方面的研究和摸索，并在實(shí)踐中不斷進(jìn)行驗證。根據不同的荷載形式、大小，結構穩定性要求等，在方便施工和節約材料的前提下，基礎結構形式主要被劃分為如下三種：1、獨立墩結構；2、條形結構；3、整板結構。其中獨立墩結構主要適用于荷載較小，結構形式較為簡(jiǎn)單的框架結構立柱基礎，且基礎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不均勻沉降；條形基礎結構主要適用于荷載較大，地基承載力無(wú)法滿(mǎn)足獨立墩結構要求，且荷載形式多樣，存在較大振動(dòng)，對結構穩定性要求較高的結構形式，尤其對于占地面積大，地基承載力分布不均勻，存在軟、硬基礎共存，分布無(wú)序等情況的結構基礎處理尤為適用；整板結構則主要適用于整體基礎面積小，結構高度大，而荷載也非常大的重壓結構軟基礎處理。

       但是要注意的是，我們所談的軟基礎處理，都是在滿(mǎn)足結構最大壓力低于軟基礎最大地基承載力的前提下進(jìn)行的，這是首要條件。因此，在選擇基礎結構形式之前，我們首先要做的就是對結構荷載進(jìn)行計算，根據所選不同基礎結構形式下的不同平均壓力與地基承載力之間的關(guān)系來(lái)選擇最適合的基礎結構形式。 針對上述三種基礎結構形式的特點(diǎn)和相應的適用范圍，結合小灣水電站左岸砂石加工系統建設過(guò)程中出現的具體情況，就三種基礎結構的設計與施工在小灣左岸砂石料加工系統建設當中的應用進(jìn)行分析說(shuō)明。 獨立墩基礎也叫柱下單獨基礎，按照基礎形式可分為錐形基礎和階梯形基礎兩種，通常采用強度等級為c20~c25的混凝土進(jìn)行澆筑，也有少部分基礎由于土壤含有特殊腐蝕物質(zhì)而采用強度等級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立墩設計。我們首先計算出由柱子傳到基礎頂面的軸心壓力設計值n，然后根據經(jīng)驗假設出基礎獨立墩高度h和基礎埋置深度d，取基礎本身及填土容重為rm=20kn/m3，取軟基礎的休正地基承載力f為0.15mpa，則可以根據公式a≥rdn/（f－rdrmd）計算出獨立墩的底面面積，再用受沖切承載力公式fl≤0.7ftbmh0/rd對假設的h進(jìn)行驗算，如不滿(mǎn)足要求，則調整h值，直到滿(mǎn)足要求為止。實(shí)際上我們在進(jìn)行獨立墩計算時(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立墩底面上，我們在具體施工的時(shí)候可采用30cm~50cm厚碎石對部分軟基礎進(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的b30、b31膠帶機承重平臺，就是采用獨立墩作為系統回填土上的立柱基礎結構形式，既便于施工，又節省材料，且結構穩定性非常好。 條形基礎結構形式由于其極好的結構穩定性和整體連接性，在工用、民用建筑當中都得到非常廣泛的應用，常常作為大荷載、高振動(dòng)、多層多跨連續結構的立柱基礎結構形式，尤其是在水電工程建設當中時(shí)常出現的軟基礎處理方面，更顯現出其多方面突出的優(yōu)越性?，F以小灣水電站左砂系統的篩分樓為例進(jìn)行分析說(shuō)明。左砂系統位于孔雀溝沖溝內，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，篩分樓基礎高程為1284m，頂部高程為1302.5m，在1298m、1302.5m樓層總共布置有10臺大功率振動(dòng)篩，單臺工作重量為50t（含振動(dòng)系數），為3層5跨連續高振動(dòng)結構。其基礎內側為巖石，外側為el.1265—el.1284貼坡錨拉板，錨拉板與內側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，根據單根立柱尺寸，將產(chǎn)生2mpa的地基壓力。通過(guò)地基反力驗算，0.15 mpa的地基承載力遠遠無(wú)法滿(mǎn)足2mpa的地基壓力，因此在進(jìn)行該部位設計的時(shí)候，采用了地圈梁條形基礎結構形式。其計算方法如下： 先假定條形基礎的的斷面尺寸為a×b（長(cháng)×寬），設相鄰兩根立柱傳至基礎頂面的軸向力為n1、n2，單位面積基礎自重及回填土重為q，則基底最大凈反力pmax~min=(n1＋n2)/ba＋q±6m0/ba2，同時(shí)需要滿(mǎn)足pmax≤1.2f/rd及（pmax＋pmin）/2≤f/rd。
???????       在該計算過(guò)程當中，我們是把基礎的短邊突出部分看作固定在柱邊截面的懸臂板來(lái)計算，而把基礎的長(cháng)邊突出部分當作以立柱為支座的倒雙懸臂梁來(lái)計算的，作用的荷載都是地基反力。 與小灣篩分樓基礎結構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回填基礎上的篩分樓和壓濾車(chē)間，它們均采用了條形基礎結構形式，很好地將重荷載均勻分散到了軟基礎上，避免了由于地基承載力小而對結構整體穩定性造成危害。它們在進(jìn)行條形基礎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構失穩，這是在長(cháng)期實(shí)踐過(guò)程當中總結出的與條形基礎施工相配套的優(yōu)秀施工方法。 整板基礎結構形式在工程建設當中用的比較少，但是其基本原理與條形基礎結構形式是相似的，其最終目的就是通過(guò)增大基礎受力面積，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上，從而減小地基反力，填補軟基礎地基承載力過(guò)小的缺陷。但是其基礎結構計算過(guò)程較獨立墩基礎和條形基礎要復雜得多，它是將所有荷載均勻分布于整板基礎上，將地基反力作為正向均布荷載，將整板基礎作為倒置的無(wú)梁板來(lái)計算的。無(wú)梁板的計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)梁板結構只在一些較大的酒店大廳設計中偶有出現。

???????       除此之外，只有在一些特殊地質(zhì)情況的工程建設中才會(huì )使用到，例如糯扎渡水電站火燒寨溝砂石料加工系統回填基礎上的粉煤灰罐就是采用的整板基礎結構形式，其運用的就是無(wú)梁板計算方法。該計算方法主要是將均布荷載對板所產(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，最后根據彎矩疊加總和進(jìn)行整板的配筋計算，由于適用空間較小，計算過(guò)程復雜，在這里并不作詳細說(shuō)明。 軟基礎處理是今后工程建設各個(gè)領(lǐng)域當中會(huì )長(cháng)期存在的問(wèn)題，因此，對不同結構形式和不同程度軟基礎的處理方法，我們還要進(jìn)一步進(jìn)行研究和摸索，爭取能在實(shí)踐中找到更好的方法，為中國工程建設科技水平的不斷提高貢獻自己的力量。
 

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