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淺析柏林校區工程地基處理
導語：地基處理一般是指用于改善支承建筑物的地基(土或巖石)的承載能力,改善其變形性能或抗滲能力所采取的工程技術措施。
1、太原盆地
太原理工大學柏林校區位于太原盆地的西部，區域內的工程地質條件與太原盆地的形成歷史、地質構造、地震概況密切相關。
1.1形成歷史
土的工程性質與土的形成歷史密切相關。自新生代以來,太原盆地處于下降趨勢,而兩側山區陸續上生,盆地底部構造復雜,斷裂活動頻繁,場地構造穩定性受區域構造控制。汾河自北向南縱貫盆地中部,汾河東岸形成一級、二級階地,二級階地與東山洪積平原相連,西岸與西山洪積平原相連。
1.2地質構造
太原盆地存在兩組斷裂，一組為橫向斷裂，即北東東——東西向斷裂;另一組為縱向斷裂，即北北東——北北西向斷裂，為上新世——第四紀斷裂，活動性較強，但規模不大。由于太原盆地介于裂谷盆地之間，鄰區發生的強震可影響到太原盆地，震害也較重。
1.3地震活動統計
太原盆地為一多震區,主要表現為次數頻繁、強度較弱的特點。據統計,1304年至今,盆地發生4級以上的地震22次,最大震級6.5級。在平面展布上,太原盆地可分3個地震帶:1)盆地西緣地震帶。位于西山山前斷裂帶。2)盆地東緣地震帶。位于東山山前斷裂帶,是盆地內發震較多,震級較大的地區。在22次4級以上的地震中,本帶達10次之多。最大的6.5級地震就發生于此帶。3)盆地中間地震帶。主要分布于太原小店區的流澗至南瓦窯—帶及清徐、徐溝一帶,也是區內發震較多地區。
2、柏林校區
2.1地形地貌
太原理工大學柏林校區為原山西礦業學院老校區，位于太原市的六城區之一萬柏林區，校區東西長320米，南北寬340米。
校區位于汾河以西，地貌為汾河西岸I級階地與山前洪積傾斜平原交互區。自然地理上場地南有虎峪河、北有玉門河，相對距離均為數百米，二條河流均為汾河流域季節性河流。其源頭均為西山余脈，均向東排泄于汾河。現有自然地貌是由過去河流相系列的地貌單元演變而來。場地地形平緩，地面標高介于800.03～804.61m。區域內地下水位為4.52～6.5m，水位標高795.1～798.23m,不具腐蝕性。
2.2 地層豎向分布
分析區域內以往大多數工程地質報告后得知,勘探深度范圍內地層土從上向下依次為:第四系全新統人工堆積物及第四系更新統河流沖、洪積地層構成,巖性主要為人工填土、生活垃圾和建筑垃圾;Ⅰ級非自重濕陷性黃土;粉質粘土、粉砂、細砂、粘土,有些土層較薄,厚度變化較大,多數情況為互夾層。
2.3 場地土類型
場地土類型大多為中軟場地土,并且場地覆蓋層厚度大于80m,多為Ⅲ類建筑場地。
2.4 地震烈度及地基液化
根據1∶100萬《山西省工程抗震設防烈度圖》可知,太原市抗震設防烈度為8度。場地地面以下15m以內存在飽和粉土和砂土,根據GBJ11-89建筑抗震設計規范中液化初判條件,應進行液化判定。在校區內，除西南部即高層住宅樓場地為輕微液化外，其他部分均判定為不液化。
2.5 地基土的均勻性
校區內各土層層面坡度局部常大于10%,可視為不均勻地基。同時，以壓縮模量加權評價也屬不均勻地基。
2.6 地基土的穩定性
校區內未見自然不良地質現象。但“深挖洞”年代修筑的人防工程，屬于人工不良地質現象。在建筑荷載作用下，防空洞周圍會出現應力集中，形成塑性區，塑性區的進一步擴展將可能導致地基局部失穩，對建筑物的安全使用產生影響。同時，也給地基基礎設計、施工帶來很多問題。
校區內27#住宅樓為六層磚混結構，于1997年開工，在基坑開挖時發現建筑的西山墻恰好在南北走向的防空洞上，且洞頂面已達設計基坑開挖標高。隨即對防空洞進行挖除，基礎外進行封堵。由于防空洞洞底較深，挖除后分層夯填片石、級配砂石。在審底未見異常的情況下，按照原設計，地基處理進行了三七灰土換填，基礎采用了筏板基礎。在一年的施工過程中，參建各方密切觀注沉降量，尤其是西山墻部分。直至目前沉降均勻，西山墻及其他墻體均未發現裂縫。
2.7 濕陷性評價
根據地基土含水量的變化、地表滲水和地下水位變化,濕陷性土的濕陷等級為Ⅰ級非自重濕陷性。
2.8 地基土承載力
上部雜填土承載力:80kPa～100kPa;粉質粘土承載力:120kPa～160kPa;粉細砂承載力:大于等于150kPa。
3、地基處理
本校區地基處理主要有換土墊層法和樁基兩種。
高層住宅樓地基各層土承載力標準值fk(kPa)
查表法標貫法靜探法理論計算及經驗承載力標準值
①層雜填土
②層粉土15085130150110
③層粉土140808011580
④層中粗砂185205190
⑤層粉土175180210190180
5-1層粉土160135125130
5-2層粉細砂150110140
5-1層粉細砂160200180
⑥層粉土170220190170170
6-1層粉土14022580130
6-2層粉土165220140130150
⑦層粉土200260150260
7-1層粉細砂215280210
7-2層中粗砂265260
7-3層中粗砂270270
⑧層卵礫石500500
3.1換土墊層法
常用于基坑面積寬大和開挖土方量較大(且開挖時不影響相鄰建筑物的安全使用)的回填土方工程,一般適用于地下水位較低,處理淺層軟弱地基、濕陷性黃土地基、雜填土地基。
在近幾年，校區內的六層磚混結構住宅樓采用了三七灰土換填及筏片基礎。
3.2樁基
適用于對場地要求較高的多、高層建筑。目前在基礎施工中比較常用的樁型有鉆孔灌注樁、沉管灌注樁、靜壓樁、高壓旋噴樁、人工挖孔擴底樁等;以及近幾年來發展起來的超流態素砼樁、多支盤樁、鉆孔樁+注漿等。
3.2.1人工挖孔擴底樁
該樁型特點是:施工設備簡單,工程成本低;適應性強,環境污染少;成孔速度快,工期短;成樁質量容易控制,單樁承載力高。由于受地下水位埋深及地層地質條件(如流砂、淤泥、涌水帶等)的限制。
3.2.2沉管灌注樁
該樁型為剛性樁,其特點主要是:單樁承載力高,施工速度快,工程造價低。但由于其受樁徑、最大沉管深度、地層及地下水條件的制約。
3.2.3鉆孔灌注樁
是目前應用最多的一種樁基礎。優點為該樁型適應范圍廣泛,幾乎在各類復雜工程地質和水文地質條件下都能適應。缺點為由于其工程造價相對較高,且在施工中泥漿排量大,具有一定的噪聲污染,在繁華市區內施工時對環境具有較大影響,因此不能作為首選樁型,只有在其它樁型不適應或不能滿足承載力要求的情況下才選用這種樁型。
校區內的29層高層住宅樓樁型選擇時，由于相臨建筑非常近，地下水埋較淺，其它樁型均不適應現場條件，因而采用了鉆孔鋼筋混凝土灌注樁。在持力層的選擇時，按照《高層建筑巖土工程勘察規程JGJ72-90》及《建筑樁基技術規范JGJ94-94》規定，原則上選擇層位厚度穩定的中低壓縮性土、粉土、中密～密實狀態的砂土，下無軟弱土層或可液化土層。⑦層粉土以上各層均不滿足這些要求，而⑧層卵礫石承載力很高，但層面埋深變化大，樁長過長。因此⑦層粉土作為樁端持力層，樁長36米，樁身直徑800mm。
4、基礎選型
基礎的選型應根據場地巖土工程條件及建筑物的重要性，從地基穩定性、承載能力、控制不均勻沉降以及施工工期、施工難度、工程造價等方面綜合分析比較。
校區內主要有三種基礎形式：
1)條型基礎：在早期的五層以下磚混結構中，常用墻下條形基礎。
2)筏片基礎：考慮場地的不均勻性，后期的五至六層建筑大多為此基礎形式。
3)箱型基礎。箱形基礎突出的優點是抗震穩定性好，剛度也比較大，抵抗不均勻沉降的能力也比較強。由于高層建筑一般荷載較大，對地基的附加應力影響范圍廣，因此為了減少地面產生過大荷載，就要考慮建筑物地面下設置地下室，以卸除土的自重壓力，予以平衡，使基礎多加穩定。目前太原市區及建造的高層建筑高度在60m甚至百米以上，其地面下都搞了1～3層地下室，即增加了使用空間，又解決了基礎穩定問題。故此，將高層建筑基礎埋在地面下5～10m是完全可以的。
校區內的29層高層住宅樓就采用了樁箱基礎，在施工期間，沉降觀測始終沉降均勻，最大沉降量為12mm。
5、總結
由于場地土的不均勻性,場地條件各異,建筑物設計千差萬別,每種地基處理方法不是萬能的,故在實際設計時常采用幾種地基處理方案組成的綜合處理方法,甚至綜合考慮上部結構、基礎與地基處理、施工及經濟等因素,以便優化設計選擇合理的地基處理方案。
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