中煤图克化肥项目（毛乌素沙漠）无填料振冲砂桩复合地基承载力问题初步研究
时间：2021-02-03 20:03:30 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要：
通过对中煤图克化肥项目（毛乌素沙漠）风积砂地层天然地基、无填料振冲砂桩复合地基中的桩体、桩间土及复合地基的原位试验，得到了本区天然地基、振冲砂桩复合地基、桩体、桩间土承载力及砂桩施工参数的建议数据，为毛乌素沙漠区域风积砂地层振冲砂桩复合地基工程设计和施工提供了可以借鉴的参数。
关键词：毛乌素沙漠，复合地基，无填料振冲砂桩，承载力
1前言
毛乌素沙漠位于内蒙、陕西、宁夏的交界地带，属于不同自然带的交接地段。自然条件比较恶劣，交通相对不便，但是自然资源十分丰富，拥有煤、石油、盐、高岭土等40余种矿藏资源。
依托资源优势项目建设也按规划展开。中煤集团在鄂尔多斯图克建设的年产200万吨合成氨、350万吨尿素项目便是区域中的特大型项目之一。然而毛乌素沙漠较为复杂的工程地质条件，导致了在工程建设中首先遇到的是表层风积砂岩土特性与整治利用问题。如何正确的认识并解决这个问题，对工程建设具有非常重要的现实意义。
目前，对毛乌素沙漠地区风积砂力学特性及风积砂地基承载力特性方面的理论研究还十分薄弱，对于沙漠特性与工程结合的研究成果也相对缺乏。如何解决这个矛盾，是区域可持续发展的迫切需要，也是中煤图克化肥项目建设亟需解决的岩土工程问题。
鉴于此，本文以毛乌素沙漠风积砂无填料振冲砂桩复合地基承载力特性为主要研究内容，针对砂桩复合地基承载力特性展开了一系列现场试验，获得了一些具有代表性的数据，解决了项目中遇到的岩土工程问题。同时对其他沙漠地区的各类工程建设也具有相应的参考价值。
2无填料振冲砂桩复合地基应用及研究现状
复合地基是指天然地基在地基处理过程中部分土体得到增强或被置换，由土体和增强体共同承担荷载作用，减少了地基的沉降量和沉降差，具有提高地基强度、增强抗地震液化能力等优点。
无填料振冲砂桩复合地基，是采用振冲设备施工，在振冲器的反复强迫水平振动和侧向挤压以及水动力作用下，在砂层中产生超静孔隙水压力，使得振冲器周围的砂土发生短暂液化或结构破坏，土颗粒重新排列，减少孔隙，从而提高砂土密度的一种处理工艺。
对于振冲法来说，一般随振动的增大，其影响距离也相应增大。但振动力过大又常常使砂土处于流态而不利于密实，因此砂土的密实效果不一定随振动力的增大而呈正比增加，振动频率的高低与密实效果的关系亦是如此。在振动力和振动频率及施工工艺相同的情况下，实际密实效果主要与桩间距的大小有关。
本文以在建的中煤图克化肥项目建设场地使用无填料振冲砂桩为研究对象，通过研究不同设计参数处理后的地基土密实度和承载能力，从而确定合理的设计参数。
3 振冲砂桩复合地基试验
中煤图克化肥项目建设场地地层结构如下：
①层：细砂，黄褐色，松散-稍密，层厚0.2-9.8m，层底埋深0.2-9.8m。
②层：细砂，黄褐色，中密-密实，层厚0.4-7.5m，层底埋深0.4-13.8m。
②-1层：细砂，褐灰色，中密-密实，，层厚0.3-4.3m，层底埋深0.8-14.6m。
③层：细砂，中密， 层厚0.4-6.8m，层底埋深0.4-15.0m。
④-1层：全风化砂岩，棕红色，岩心破碎，层厚0.4-5.7m，层底埋深1.6-13.7m。
④-2层：全风化泥岩，棕红色，岩心破碎， 层厚0.4-4.3m，层底埋深7.3-15.0m。
⑤-1层：强风化砂岩，棕红色，砂质结构，层状构造，岩芯呈柱状层厚1.0-20.8m，层底埋深6.0-25.0m。
⑤-2层：强风化泥岩，棕红色，泥质结构，层状构造，岩芯呈柱状， 层厚0.4-17.5m，层底埋深5.0-25.0m。
为了研究不同桩间距下（桩径相同φ1000mm）砂土振冲密实效果的差异，以便确定最优桩间距，设计了5组试桩，桩位的布置形式采用正三角形，桩长8.0m、桩径1m、桩间距为1.4m-2.2m，成桩后通过标贯试验反映不同桩间距工况下，各种深度土体的密实效果。
3.1振冲砂复合地基标准贯入试验结果及分析
成桩15天后，开挖上部1.5米后，清理出桩头并将场地整平，对桩间土中心位置处进行标准贯入试验，根据试验得出不同桩间距在各种深度的标贯击数，进行综合分析并选取最合理的桩间距。标准贯入试验结果见下表3.1。
由各深度标贯击数随不同桩间距变化关系，对于桩径为1m时，不同桩间距所对应的桩间土而言，各深度的标贯击数均随着桩间距的减小而增大，而1.4m-1.6m间距在各深度的标贯击数为最大值，且与天然地基相比，桩间土得到明显的挤密和加固，考虑到砂桩制桩的成本较小，桩间距大于1.6m时，桩间土挤密和加固效果不明显，因此在实际工程施工中应尽量采用较小间距以达到更好的密实效果。
结合目前的工程实践和施工经验，无特殊要求时，在与砂桩试验区相近的地层条件下，本区可选择1.6米的桩间距作为振冲砂桩的最优桩间距。
3.2振冲砂桩复合地基载荷试验结果及分析
3.2.1砂桩施工前的天然地基载荷试验
试验目的是确定天然地基的承载力特征值（比例极限）及极限承载力，用于与单桩、桩间土及复合地基的承载力特征值和极限承载力进行对比分析。
圆形承压板0.5m2，由试验曲线s/b=0.015时可以确定地基承载力特征值为100kPa。
3.2.2振冲砂桩单桩载荷试验
试验目的是确定振冲砂桩单桩的承载力特征值（比例极限）及极限承载力。
方形承压板1.95m2，由试验曲线s/b=0.015时可以确定地基承载力特征值为180kN。
3.2.3.振冲砂桩复合地基桩间土载荷试验
试验目的是确定振冲砂桩复合地基桩间土承载力。
方形承压板1.95m2，由试验曲线s/b=0.015时可以确定地基承载力特征值为150kPa。
3.2.4振冲砂桩复合地基载荷试验
试验目的是确定振冲砂桩复合地基承载力。
方形承压板1.95m2，由试验曲线s/b=0.015时可以确定地基承载力特征值为180kPa。
4、结论与建议
1）毛乌素沙漠地区风积砂结构松散，一般不可直接作为建筑地基，通过振冲砂桩处理后复合地基承载力可达到150-180kpa。
2）采用无填料振冲砂桩进行复合地基设计一般桩径可采用φ1000mm，桩间距为1.4-1.6m可取得较好施工效果。
3）无填料振冲砂桩处理后的复合地基可作为建设场地大部分建（构）筑物使用，少量荷载集中变形敏感的建（构）筑物可采用桩基方案处理，经济合理，技术可行。
参考文献
1.《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012）.中国建筑工业出版社，2012.
2. 叶书麟等.地基与基础施工手册. 中国建筑工业出版社，1995.
