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世界各國出現的土木工程事故中,地基問題常常是事故的主要原因,地基問題處理得好不僅會使工程安全可靠,而且會帶來較好的經濟效益。實際工程的需求促進地基處理技術的發展,實踐的結果又發展了理論。對地基處理技術的深入研究,并應用到工程之中,將個斷提高地基處理水平,節約基本建設投資,加快基本建設速度。
1、地基處理的目的和對象
巖土工程中,當天然地基不能滿足建(構)筑物對地基的要求時,需要進行處理以形成人工地基,來滿足建(構)筑物對地基的要求,保證其安全與正常使用。這方面的工作稱為地基處理(Ground Treatmenl)或地基加固(Ground Lmprovement)。
1.1建(構)筑物對地基的要求
(1)地基承載力或穩定性問題:是指地基在建(構)筑物荷載(包括靜、動荷載的各種組合)作用下能否保持穩定。天然地基承載力主要與土的抗剪強度、基礎形成及埋深有關。提高地基承載力主要是采取一定的措施以增加地基土的抗剪強度。
(2)沉降、水平位移及不均勻沉降問題:天然地基的變形主要與荷載大小和土的變形及基礎形式有關。天然地基為高壓縮性,則建筑物的沉降和不均勻沉降加大。衡量地基壓縮性的指標是地基土的壓縮模量。所以采取措施提高地基土的壓縮模量可以減少地基的沉降或不均勻。
(3)滲透問題:治劣問題主要分為兩類;一是獎罰分明蓄水溝構筑物的地基滲流量,超過其允許值,后果是造成較大水量損失,甚至蓄水失敗;另一類是地基中水力比降超過其允許值時,地基土會因潛蝕和管涌產生破壞而導致建(構)筑物破壞而釀成工程事故。因此,必須采取措施使地基土變成不透水或減少其水壓力。
(4)液化問題:動力荷載作用下,飽和松散粉繃砂(包括部分粉土)將會產生液化面使上體減少或失去抗剪強度。因此,需要研究采取何種措施防止地基土液化。
1.2軟弱地基
地基處理的對象是軟弱地基(Soft Foundation)和特殊土地基(Special Ground)。不能滿足建(構)筑物要求的天然地基,稱為軟弱地基。所以,天然地基是否屬于軟弱地基是一個相對概念。
(1)軟土(Soft Soil):是淤泥和淤泥質土的總稱。是靜水或非常緩慢的流水環境中沉積,經生物化學作用所形成。軟土的特性是天然含水量高、天然孔隙比大、抗剪強度低、壓縮系數高、滲透系數小。在外荷載作用下地基承載力低、變形大,不均勻變形也大。
(2)人工填土:主要指雜填土(Miscel Laneous Fill)和沖填土(Hydraulie Fill)。前者是指由人類活動而任意堆填的建筑垃圾、工業廢料和生活垃圾。后者是指整治和疏浚江河航道時,用挖泥巴船通過泥漿泵將泥砂夾大量水分吹到江河兩岸而形成的沉積土。其共同特點是強度低、壓縮性高。
(3)部分砂土和婁土:飽和粉砂上、飽和細砂土和砂質粉土,在動載作用下均有可能產生液化。
(4)濕陷性黃土:凡天然黃土在上覆土的自重應力作用下,或在上覆土的自重應力和附加應力作用下受水浸濕后,土的結構迅速破壞而發生顯著附加下沉的黃土,稱為濕陷性黃土(Collapsible Loess)。
(5)有機質土和泥炭土:地基土中有機質含量大于5%時為有機質土;大于60%時為泥炭土。由于上中的有機質含量尚,強度往往降低,壓縮性大。
(6)膨脹土:膨脹土(Expansive Soil)是指粘粒成分主要由親水性粘土礦物組成的粘性土。其特點是吸水膨脹和失水收縮、具有較大的膨脹變形及往復變形的性能。
(7)凍土:凍土(Fruzen Soil)分季節性凍土和多年凍土(或永凍土)。前者是指該凍土在冬季凍結,而在夏季融化的土層,對地基的穩定性影響較大;后者是指凍結狀態持續3年以上的土層,在長期荷載作用下具有強流動性。
(8)巖溶、土洞和山區地基:巖溶和土洞對建(構)筑物的影響很大,可能造成地面變形,地基陷落,發生水的滲漏和涌水現象。山區地基的地質條件比較復雜,主要表現在地基的不均勻性和場地的穩定性兩方面。
2、地基處理原理和分類
根據對地基的加固原理,可對地基處理技術進行如下分類:
2.1置換法
利用物理力學性質較好的巖土材料,置換天然地基中部分(或全部)軟弱土或不良土,形成雙層地基或改良地基,以達到提高地基承載力減小沉降的目的。置換法包括:換土墊層法、擠淤置換法、振沖置換法(振沖碎石樁法)、沉管碎石樁法、強夯置換法、砂樁法、石灰樁法以及EPS超輕質料填土法等
2.2排水固結法
土體在―定載荷作用下排水固結,使孔隙比減少,強度提高,以達到提高地基承載力,減少工后沉降的目的。本法包括:加載預壓法、超載預壓法、砂井法(普通砂井、袋裝砂井和塑料排水帶法)、真空預壓與堆載預壓聯合作用以及降低地下水位等。
2.3灌入固化物
向土體中灌入或拌人水泥、石灰或其他化學固化漿材在地基中形成增強體,以達到地基處理的目的。
本法包括:深層攪拌法、高壓噴射注漿法、滲入性灌漿法、劈裂灌漿法等。
2.4振密、擠密法
采用振動或擠密的方法使非飽和土密實,以達到提高地基承載力和減少工后沉降的目的。
振密擠密法包括:表層原位壓實法、強夯法、振沖密實法、擠密砂樁法、爆破擠密法、土樁和灰土樁法。
3、我國地基處理技術現狀及發展展望
近50年來我國地基處理技術由最開始的引進,到吸收、發展、創新,初步形成了具有小國特色的地基處理技術體系,么許多力法達到了國際先進水平、找們用了近50年的時間走完了發達國家發展地基處理技術經歷的百年以上歷程。
3.1常用方法
真空預壓法、動力固結法、塑料排水板法、深層攪料法、局壓噴射濘漿論、土工織物、石灰樁法、碎石樁法,均得到了廣泛的研究和運用(有些施工法,如真空預壓法達到了世界先進水平)。
3.2利用廢料研究
利用工業廢渣、廢料及其城市建筑垃圾處理地基的研究,取得了長足的進步如:采用粉煤灰、生石灰開發的兩灰樁復合地基;利用廢鋼渣開發的鋼渣樁復合地基;利用城市建筑垃圾開發的渣土復合地基等等。這些項目的開發利用、不僅節約大量資源,降低工程費用,同時為改善環境、減少城市污染開辟了新的途徑。
3.3低強度混凝土樁復合地基
低強度混凝土樁復合地基的出現,極大地拓寬了地基處理的應用領域其主要途徑是通過提高樁體材料的強度或剛度來實現提高復合地基的承裁力。其代表性的如:水泥粉煤從碎石樁、兩灰(石灰、粉煤灰)樁、夯實水泥土樁等,均有效地降低了工程成本。
3.4鋼筋混凝土疏樁復合地基的開發與應用
它是一種界于傳統概念上的樁基與復合地基之間的新型地基基礎形式。采用樁基疏布,使得樁間土的承裁作用得到允分發揮,使樁與同承受上部結構荷載,從而有效地將建筑物沉降控制在允許范圍內。盡管疏樁基礎設計理論有待完善,但預計這一新型基礎形式將會廣泛應用。
3.5托換技術在手段和工藝上有了了顯著進展
如樹根樁托換法、壓入樁托換法、坑式托換法、基礎加(減)壓糾偏法等完成了許多高難度的托換工程。
3.6建筑物糾偏技術中采用的三種主要工藝
建筑物糾偏的方法:①水沖法;⑦應力釋放法;⑨反向掏蕊抽降法。
這些糾偏技術的應用不僅將大量條形以及筏式基礎的傾斜建筑物得到糾正,而且能使傾斜的樁基礎建筑物得到糾偏。它在地基處理(特別是在已建工程)中有著廣闊的應用前景。
4、結語
在上個世紀末的20年間,我國的地基處理技術發展很快,各種地基處理方法得到應用和普及。在以后的工作中,我們可在以下幾個方面做進一步的研究:(1)關注相關學科的發展,發展地基處理的新方法。(2)提高地基處理技術綜合應用水平。(3)研制地基處理新機械,提高各種方法的施工能力。(4)進一步研究復合地基和某些尚未成熟的加固機理,以指導實踐技術進一步發展。(5)發展地基處理測試技術,實現信息化施工。
參考文獻
[1] 彭第,潘殿琦,李海礁,張坤. 地基處理新技術及發展趨勢[J]. 長春工程學院學報(自然科學版), 2007, (03) .
[2] 龔曉南. 地基處理技術及其發展[J]. 土木工程學報, 1997, (06) .
關鍵詞:真空預壓;塑料排水板;固結度;抗剪強度
中圖分類號:S276 文獻標識碼:A 文章編號:
一、概 述:天津部分海岸工業區位于天津市沿海灘涂淺海區,是結合海河口泄洪清淤和綜合治理,充分利用灘涂、淺海造地,圍埝形成護岸,吹填(陸填)方式開發建設的一片開發用地。其地質屬于海象地質。在從自然地面到地下17m的范圍內依次臥置有素填土、沖填土、淤泥質粘土、粉質粘土、淤泥質粘土、粉質粘土等六層軟弱土。其物理性質基本處于流塑-軟塑,無層理,含有機質,夾有粉土薄層,含貝殼碎片,物理性質很不穩定;其工程性能處于結構松散,高壓縮性、錐尖阻力小,側摩阻力小,工程性能很差。場地地下水屬潛水,地下水位穩定地下0.2m~0.5m之間,地下水不僅使地基土工程性能更差,而且加快了混凝土及鋼材的腐蝕。工業區要在這樣地質情況的場地上建設化工類、電子類、輕工類等工廠。主要建構筑物主要有1~5層框架結構廠房、1~3層框架結構辦公生活用房、單層排架結構砌體結構廠房、管廊、罐區等。為了保證建構筑物的結構安全、控制基礎沉降、延長基礎壽命,確保在正常的使用期限內不影響生產,地基處理方案采用真空預壓排水固結法對臨港工業區地基進行處理。
二、真空預壓排水固結法適用范圍:真空預壓排水固結法主要是用于處理海相、湖相以及河相沉積的軟弱粘性土層。這類土的特點是含水量大、壓縮性高、強度底、透水性差,而且沉降延續的時間長。臨港工業區場地是渤海灘涂淺海區的海象地質。持力層范圍內有素填土、沖填土、淤泥質粘土、粉質粘土,均屬于軟弱土。其物理性質基本處于流塑-軟塑,無層理,含有機質,夾有粉土薄層,含貝殼碎片。其工程性能處于結構松散,高壓縮性、錐尖阻力小,側摩阻力小。場地地下水屬潛水,地下水位穩定地下0.2m~0.5m之間。從臨港工業區場地工程實際來看,場內地下土層性質均符合真空預壓排水固結法處理地基的適用范圍,所以真空預壓排水固結法是最適合臨港工業區地基處理的方法。采用預壓排水固結法,可以使土體的強度增長,地基承載力提高;相對于預壓荷載的地基沉降,在處理期間部分消除或基本消除,使建筑物在使用期間不會產生不利的沉降或沉降差。
三、真空預壓排水固結法加固機理:預壓排水固結法是在建筑物建造之前,在場地上進行加載預壓,使土體中部分孔隙水逐漸排出,地基固結,土體強度逐漸提高,沉降提前完成的方法。根據固結理論,粘性土固結所需的時間與排水距離的平方成正比。目前常用的由砂井或塑料排水板構成的豎向排水系統以及由砂層構成的橫向排水系統(見圖1),在荷載作用下促使孔隙水由水平向流入砂井,再通過砂井或塑料排水板(見圖2)豎向流入砂墊層。這種排水方法適合較厚的軟土層,使固結時間可以大大縮小。要使土體中孔隙水排出,必須對土體施加荷載,令土中的孔隙水成為超孔隙水成為超孔隙水才能流動。所以排水固結法還必須配有加載系統。加載系統的形式和方法很多,目前常用的方法有堆載法、真空法(見圖3)、降水法、電滲法和聯合法等。為了提高工程質量、加快工程進度、縮短預壓時間,臨港工業區預壓排水地基處理中采用豎向橫向相結合的排水系統,即由塑料排水板構成的豎向排水系統以及由砂層構成的橫向排水系統。加載系統射流真空泵預壓的真空法。在一期預壓處理中僅預壓60天的時間就達到設計要求,可見預壓速度大大提高,固結時間可以大大縮小。
圖1 預壓排水固結法的排水系統
(a)豎向滲流情況;(b)橫向和豎向滲流情況
圖2 塑料排水板的結構
(a)~(f)為塑料排水板的不同結構形式
圖3 真空預壓法原理
(a)真空法; (b)用真空法增加的有效應力
四、真空預壓設計
1,塑料排水板布置:排水板尺寸為100mm×4mm,排水板間距1.0m,按正方形布置。本工程加固的主要對象是地下17m范圍內的軟弱土層,所以排水板必須穿過軟弱土層,最后確定排水板深度為18m。在排水板頂部鋪設0.50m厚的砂墊層,當中布置濾水管,砂墊層上鋪設3層密封膜。采用射流真空泵抽真空,預壓期間泵真空壓力不小于96kPa,膜內真空度不小于80kPa。
2,地基固結度計算:固結度計算的目的是通過計算固結度,推求地基強度的增長,據此進行穩定分析,在此基礎上判斷排水系統布置的合理性并確定真空預壓的施工期。固結度根據三向固結軸對稱問題的解析解進行計算,計算參數和結果見表2。由計算結果可以看出,徑向固結度遠大于豎向固結度,地基主要是通過徑向排水固結的。由此可見,在地質情況確定的情況下,固結度主要受排水板平面布置的影響,過大的排水板深度無利于固結度的提高。
表2 固結度計算參數及計算結果
3,抗剪強度增長值的推算:設計根據現場試驗點的試驗數據進行線性擬合以后進行抗剪強度增長值的推算。經過推算,經過60天的預壓達到88%固結度的時候,推算的平均不排水抗剪強度為31kPa。
五、真空預壓施工:
1,施工工序:平整場地并把場地分成約50mX100m的小塊-鋪設砂墊層-打插塑料排水板-在砂墊層中埋設濾水管-在加固區邊緣挖溝-鋪密封膜、填溝-安裝抽氣管道和射流真空泵-檢驗密封情況并抽氣
2,主要施工工藝及質量控制要點:①砂墊層厚500mm,選用級配良好的中粗砂,要求含泥量3×10-3cm/s。②在打插排水板的過程中嚴格控制排水板的間距和深度,并注意保護板表面的濾水膜,防止其損壞而失去反濾的效果。③濾水管采用D100的PVC穿孔管外包無紡布,安放在砂墊層中間,平行布置,間距5m,兩端接集水管。④在砂墊層上鋪設3層聚氯乙烯塑料密封膜,需要連接的地方用熱合粘接,搭接寬度大于20mm。嚴格保證加固區域的氣密性。首先是加強對密封膜的保護,為了防止砂墊層刺破密封膜,在砂墊層和密封膜之間鋪設了一層土工布。加固區四周挖了深度1m的梯形密封溝,將密封膜周邊貼土鋪設過溝后,在膜上填土壓實。在抽真空過程中,要注意檢查漏氣情況,及時修補。⑤在加固區四周布置了6臺射流真空泵,每臺泵平均控制面積為900m2。為避免停泵后膜內真空度急劇下降,在真空泵和出水管的連接處布置有逆止閥和截門。
3,過程監測:預壓60天以后,最大沉降為922mm,最小沉降為636mm,平均沉降值為764mm。從實測結果可以看出,在開始抽真空的30天以內,表面沉降量比較大,前10天、20天和30天的沉降量分別占到總沉降量的45%、70%和78%,以后曲線變化趨于平緩。
六、加固效果檢測分析
1,固結度分析:利用實測的沉降量與時間關系曲線,根據下式可以推求地基的最終沉降量Sw
式中S1 、S2 和S3為在停止預壓以后的沉降-時間關系曲線上任取的三個時間T1 、T2 和T3(令T3-T2 = T2-T1 )對應的沉降量。據此求得地基最終沉降量S=813mm,由60天的平均沉降量S60=764mm求得相應的固結度U60=94%,滿足設計提出的固結度要求。
2,力學強度指標分析:為了檢驗地基土物理力學指標在加固前后的變化,預壓前在加固區內外進行了7孔十字板剪切和9孔靜力觸探試驗,預壓結束以后進行了其中3孔十字板剪切和1孔靜力觸探試驗。預壓前后力學指標比較見表3。
表3 真空預壓加固處理前后淤泥層力學指標對比
由試驗結果可以看出,經過真空預壓加固處理以后,淤泥質土層的抗剪強度得到了顯著的提高,達到了原來值的2.88倍,并大于設計推算的平均不排水抗剪強度31kPa,可以滿足渠堤穩定要求。
七、結語
1,深厚的淤泥質土層經過真空預壓處理后,抗剪強度指標能得到顯著提高。
2,在塑料排水板真空預壓加固處理中,水平徑向固結度遠大于豎向固結度,土體固結主要靠徑向排水固結。
3,土體大部分的固結發生在預壓2個月左右,固結速率表現為前期很大,后期明顯變小。因此,從經濟角度出發,在滿足加固效果的前提下,可以合理縮短后期預壓時間和適當減少后期部分預壓設備的運行。
4,施工過程中注意加強氣密性檢查和修補是保證預壓效果的重要環節。
參考資料:
【關鍵詞】:地基處理;技術;承載力;穩定性
中圖分類號:TU47文獻標識碼: A 文章編號:2095-2104(2012)07-0020-02
Abstract ]: Foundation treatment can improve the bearing capacity and stability, can be to provide a reliable quality assurance, the following will be on the foundation treatment technology to conduct a brief analysis, for reference only.
[ Key words ]: foundation treatment; technology; bearing capacity; stability
1、前言
改革開放以來,隨著經濟的不斷發展,我國的基礎設施迎來了建設的,遇到的地質情況也越來越復雜,有的是可以更改場地以避開不良的地質情況,但是很多情況下是難以避免的,特別是對于我國城市建設用地如此緊張的情況下。這就需要我們工程技術人員,利用地基處理技術,地基進行必要的處理,提高其承載力和穩定性,以使其能滿足上部結構的要求。本文以下內容將對地基處理技術進行簡要的分析,僅供參考。
2、地基處理技術
地基處理技術有很多種,其均有一定的適用范圍,在選用的時候,要針對不同的地基選擇一種或者幾種地基處理技術,來改善地基土的堅韌性、壓縮性、滲透性、振動性和特殊土地基的特性,用以提高軟弱土地基的強度和穩定性,降低地基的壓縮性,減少沉降和不均勻沉降,防止地震時地基土的振動液化,消除區域性土的濕陷性、膨脹性和凍脹性。軟弱土地基經過處理,不用再建造深基礎和設置樁基,防止了各類倒塌、下沉、傾斜等惡性事故的發生,確保了上部基礎和建筑結構的使用安全和耐久性,具有巨大的技術和經濟意義,下面將對地基處理技術進行簡要的介紹。
2.1、孔內深層強夯法
孔內深層強夯法是先在地基內成孔,將強夯重錘放入孔內,邊加料邊強夯或分層填料后強夯。孔內深層強夯法技術與其它技術不同之處是通過孔道將強夯引入到地基深處,用異型重錘對孔內填料自下而上分層進行高動能、超壓強、強擠密的孔內深層強夯作業,使孔內的填料沿豎向深層壓密固結的同時對樁周土進行橫向的強力擠密加固,針對不同的土質,采用不同的工藝,使樁體獲得串珠狀、擴大頭和托盤狀,有利于樁與樁間土的緊密咬合,增大相互之間的摩阻力,地基處理后整體剛度均勻,承載力可提高2~9倍;變形模量高,沉降變形小,不受地下水影響,地基處理深度可達30米以上。
孔內深層強夯法技術適用范圍廣,可適用于大厚度雜填土、濕陷性黃土、軟弱土、液化土、風化巖、膨脹土、紅粘土以及具有地下人防工事、古墓、巖溶土洞、硬夾層軟硬不均等各種復雜疑難的地基處理。該技術可根據不同的地質情況和設計要求,就地取材,如:建筑碴土、工業無毒廢料、素土、砂、毛石、砂卵石、粉煤灰、土夾石、灰土和混凝土等均可被用來作為地基處理原料,其具有大幅度降低了工程造價,施工質量容易控制、地面振動小、施工噪音低、施工速度快;成樁直徑0.6~3.0m,單樁處理面積1.0~14㎡,不受季節限制,同時能消納大量建筑垃圾,可在城區或危房改造居民區施工等特點。
2.2、換填法
換填法就是將基礎底面以下不太深的一定范圍內的軟弱土層挖去,然后以質地堅硬、強度較高、性能穩定、具有抗侵蝕性的砂、碎石、卵石、素土、灰土、煤渣、礦渣等材料分層充填,并同時以人工或機械方法分層壓、夯、振動,使之達到要求的密實度,成為良好的人工地基。換土墊層與原土相比,具有承載力高、剛度大、變形小等優點。按換填材料的不同,將墊層分為砂墊層、砂卵石墊層、碎石墊層、灰土或素土墊層、煤渣墊層、礦渣墊層以及用其它性能穩定、無侵蝕性的材料做的墊層等。
換填法適用于淺層地基處理,包括淤泥、淤泥質土、松散素填土、雜填土、已完成自重固結的吹填土等地基處理以及暗塘、暗溝等淺層處理和低洼區域的填筑。換填法還適用于一些地域性特殊土的處理,用于膨脹土地基可消除地基土的脹縮作用,用于濕陷性黃土地基可消除黃土的濕陷性,用于山區地基可用于處理巖面傾斜、破碎、高低差,軟硬不勻以及巖溶等,用于季節性凍土地基可消除凍脹力和防止凍脹損壞等。
2.3、排水固結法
排水固結的原理是地基在荷載作用下,通過布置豎向排水井(砂井或塑料排水袋等),使土中的孔隙水被慢慢排出,孔隙比減小,地基發生固結變形,地基土的強度逐漸增長。根據作者多年的實踐經驗,認為預壓法主要有如下幾種:第一,堆載預壓法是在地基上堆放重物(水、土、砂、石等)進行預壓,當堆載超過計劃建造的建筑物荷載時,稱為超載預壓。為了防止堆載時壓壞地基,需分級加載,即:在前一級荷載作用下地基基本固結后,再施加下一級荷載,直至達到設計荷載為止。預壓所需時間的長短取決于地基土層的滲透特性、厚度和預壓荷載的大小等因素。施工時應監測地面沉降和土中孔隙水壓力的消散情況,對預壓加以控制。 為了加速厚層軟土的固結,縮短預壓時間,應設法改善厚層軟土排水條件。最常用的排水的方法是在地基中按一定間距作孔,孔內填砂以形成砂井。然后在地面加鋪砂墊層加以溝通。近年來,土工織物日益發展,已開始采用纖維編織的袋裝砂井和在排水紙板上發展起來的塑料板排水。第二,真空預壓法是以大氣壓作為預壓荷載,對地基土進行抽氣,在土中造成一定的真空度, 形成大氣壓力與真空壓力的差值作用,將土中一部分水抽出,從而使地基土固結而加固。第三,降水預壓法,即用水泵抽出地基地下水來降低地下水位,減少孔隙水壓力,使有效應力增大,促進地基加固,降水預壓法特別適用于飽和粉土及飽和細砂地基。第四,電滲排水法,即通過電滲作用可逐漸排出土中水。在土中插入金屬電極并通以直流電,由于直流電場作用,土中的水從陽極流向陰極,然后將水從陰極排除,而不讓水在陽極附近補充,借助電滲作用可逐漸排除土中水。在工程上常利用它降低粘性土中的含水量或降低地下水位來提高地基承載力或邊坡的穩定性。
2.4、擠密樁法
擠密法,是用沖擊或振動方法,把圓柱形鋼質樁管打入原地基,拔出后形成樁孔,進而進行素土,灰土、石灰土、水泥土等物料的回填和夯實,達到形成增大直徑的樁體,并同原地基一起形成復合地基。灰土、素土等擠密樁法適用于處理地下水位以上的濕陷性黃土、素填土和雜填土等地基,可處理地基的深度為5~20m。當以消除地基土的濕陷性為主要目的時,宜選用素土擠密樁法。當以提高地基土的承載力或增強其水穩性為主要目的時,宜選用灰土擠密樁法。當地基土的含水量大于24%、飽和度大于65%時,不宜選用灰土擠密樁法或素土擠密樁法。
2.5、加筋法
加筋法是指在建筑物基礎軟弱處的土基中加入特殊材料(金屬絲,土木材料等)以增加地基的承載力,降低或者消除地基的沉降量,提高建筑物的穩定能力的一種方法。加筋法常見的種類有三種,土工合成材料,土釘墻技術和加筋土。第一,土工合成材料是一種新型的巖土工程材料。它以人工合成的聚合物,如塑料、化纖、合成橡膠等為原料,制成各種類型的產品,置于土體內部、表面或各層土體之間,發揮加強或保護土體的作用。土工合成材料可分為土工織物、土工膜、特種土工合成材料和復合型土工合成材料等類型。第二,土釘墻技術一般是通過鉆孔、插筋、注漿來設置,但也有通過直接打人較粗的鋼筋和型鋼、鋼管形成土釘。土釘沿通長與周圍土體接觸,依靠接觸界面上的粘結摩阻力,與其周圍土體形成復合土體,土釘在土體發生變形的條件下被動受力。并主要通過其受剪工作對土體進行加固,土釘一般與平面形成一定的角度,故稱之為斜向加固體。土釘適用于地下水位以上或經降水后的人工填土、粘性土、弱膠結砂土的基坑支護和邊坡加固。第三,加筋土是將抗拉能力很強的拉筋埋置于土層中,利用土顆粒位移與拉筋產生的摩擦力使土與加筋材料形成整體,減少整體變形和增強整體穩定。拉筋是一種水平向增強體,一般使用抗拉能力強、摩擦系數大而耐腐蝕的條帶狀、網狀、絲狀材料,例如,鍍鋅鋼片、鋁合金、合成材料等。
3、結尾
以上內容對工程中經常使用的地基處理技術進行了簡要的分析,并指出了其適用范圍,作為一名技術人員,應該在實踐中不斷學習,并注重借鑒國內外先進的經驗,不斷提高自身的專業素養和綜合素質,為提高地基處理質量做出應有的貢獻。
【參考文獻】
[1] 《地基處理工程實例應用手冊》葉書麟等,中國建筑工業出版社
[2] 《巖土工程治理手冊》林宗元等,遼寧科學技術出版社
關鍵詞:建筑施工;特殊地基;有效措施
中圖分類號: TU7文獻標識碼: A
前言:
特殊地基是指修建在不良地質現象,特殊地形地質情況,某些特殊氣候因素等不利條件下的道路路基。特殊路基有可能因自然平衡條件被打破,或者邊坡過陡,或者地質承載力過低,而出現各種各樣的問題,因此,除要按一般路基標準、要求進行設計外,還要針對特殊問題進行研究進行處理。
1.特殊路基分類
1.1濕黏土路基、軟土地區路基、紅黏土地區路基、膨脹土地區路基、黃土地區路基、鹽漬土地區路基、風積沙及沙漠地區路基;
1.2季節性凍土地區路基、多年凍土地區路基、涎流冰地區路基、雪害地區路基;
1.3滑坡地段路基、崩塌與巖堆地段路基、泥石流地區路基;
1.4巖溶地區路基、采空區路基;
1.5沿河(沿溪)地區路基、水庫地區路基、濱海地區路基
2.特殊地基處理的方法
2. 1 松土坑的處理
當基槽開挖后遇到松土坑時,一般可將坑中松軟虛土挖除,使坑底及四壁均見天然土為止,換填2∶8或3∶7灰土或砂礫石夯實;當松土坑在槽內所占的范圍較大(長度在5m以上),且坑底土質與一般槽底天然土質相同,也可將基礎落深,做成1∶2臺階與兩端相接。在柱獨立基礎下,如松土坑的深度較淺時,可將松土坑內松土全部挖除,將柱基落深在好土上;如松土坑較深時,可將一定深度內的松土挖除,然后用與坑邊的天然土壓縮性相近的材料回填。換土深度,可根據柱基荷載和松土的密實程度,按換土墊層厚度的計算方法確定。當松土坑的深度大于槽寬或大于1.5m時,經換土處理后,還應適當考慮加強上部結構的強度,以抵抗可能發生的地基不均勻沉降而引起的內力。常見的加強辦法是:在灰土基礎上1~2皮磚處(或混凝土基礎內)、防潮層下1~2皮磚處及首層頂板處各配3~4根φ8~φ12鋼筋。
2.2鹽漬土的處理
鹽漬土中含有大量的鹽類,但土層中液體鹽濃度并不恒定;由于鹽漬中含有大量的極易溶鹽,在鹽結晶后,形成較大顆粒,從而是土中細顆粒的含量減少,但是當土層進水后,鹽顆粒會溶解,土顆粒將更加分散;由于水的滲透過程中,會帶走土壤中的易溶鹽,從而形成滲水通道,一段時間之后,土中的鹽含量將趨近于0,此時的土層滲透系數就會基本穩定,所以,鹽漬土的滲透性在滲透過程中會發生變化;鹽漬土的抗剪強度受到土層含鹽量、土與鹽的類別、土的狀態的影響;浸水會增加鹽漬土的粘聚力。在鹽漬土地基上的工程,應該綜合考慮建筑的抗變形能力、建筑的地基條件、建筑場地浸水的可能性和建筑的重要性,在此基礎上采取一種以上的設計措施。這些措施可以是防腐措施、防水措施和對地基進行處理的措施。通過以上措施的實行,保證建筑物和構建物的安全。
2.3磚井或土井的處理
當磚井位于基槽中間時,若井內填土已較密實,則應將井的磚圈拆除至槽底以下1m以上,在拆除范圍內用2∶8或3∶7灰土分層夯實至槽底。如井的直徑在1.5m以上,還要適當考慮加強上部結構的強度,如在墻內配置3~4根φ8以上的鋼筋或做地基梁跨越磚井。若井已回填,但不密實,甚至還是軟土時,可用大石塊將下面軟土擠緊,再用上述的辦法進行回填處理。若井內不能夯填密實,則可在井的磚圈上澆筑鋼筋混凝土井蓋封口,再在其上進行回填處理。當磚井在基礎的轉角處時當磚井在基礎的轉角時,除了采用上述拆除回填辦法處理外,還應對基礎進行加強處理:當磚井位于房屋的轉角處,且基礎壓在井上的部分不多,其損失的承壓面積可由其余基槽承擔而不致引起過多的沉降時,則可在基礎中設置跨越挑梁的辦法解決;當磚井位于房屋的轉角處,但基礎壓在井上的面積較大,以至設置挑梁較困難或不經濟時,則可將基礎沿墻長方向向屋外延伸,使延長部分落在老土上,此時,基礎總的延伸增加面積應等于井圈范圍內原有基礎面積。此外,還應在基礎墻內配置適量的鋼筋或采用鋼筋混凝土梁來加強。
2.4黃土的處理
黃土中粘粒與膠結物的含量多,就會起到膠結和包裹的作用,使結構穩定致密,從而降低濕陷性,改善力學性質。如果濕陷性黃土地帶發生沉降,則上部結構就難以正常使用。不均勻沉降范圍過大,會對整個工程結構的安全造成威脅。為了應對此類問題,《黃土規范》根據重要性將濕陷性黃土地帶的建筑物和構建物分為甲乙丙丁四種類型。遵循經濟型、安全性和科學性的標準,對不同建筑物或者構建物的地基進行不同處理。并制定出相應的防水措施和建筑措施的要求。《規范》中規定,如果地基出現濕陷和壓縮變形或者地基的承載力不符合設計要求,應針對不同建筑物和不同土質的特性,采取措施在地基壓縮層或者濕陷性黃土層內進行處理。對于甲類建筑,要將地基內所有的濕陷黃土清除,或者在全部的濕陷性黃土層內打樁,又或者選擇非濕陷性土層作為地基;對于乙類和丙類建筑,直接建在非濕陷性土層上;對丁類建筑的地基則可以不作處理。
2.5液化土地基的處理
如果建筑的地基是液化土層,則不宜將液化土層直接作為持力層,應該對不同液化等級的地基和不同類別的建筑采取不同的措施以防止液化現象的發生。對于乙類建筑,要制定防范措施,當地基液化嚴重時,要將液化沉陷的部分全部清除,對于中等液化程度的地基,要在全部或部分清除液化沉陷部分的同時對地基和上部結構部分進行處理;對于丙類建筑,要在全部清除液化沉陷部分的同時對地基和上部結構部分進行處理。
3.特殊地基處理的加固方法
3.1換填法
當建筑物基礎下的持力層比較軟弱、不能滿足上部結構荷載對地基的要求時,常采用換土墊層來處理軟弱地基。即將基礎下一定范圍內的土層挖去,然后回填以強度較大的砂、碎石或灰土等,并夯實至密實。換填墊層法是先將基礎底面以下一定范圍內的軟弱土層挖去,然后回填強度較高、壓縮性較低、并且沒有侵蝕性的材料,如中粗砂、碎石或卵石、灰土、素土、石屑、礦渣等,再分層夯實后作為地基的持力層。其作用在于能提高地基的承載力,并通過墊層的應力擴散作用,減少墊層下天然土層所承受的附加壓力,減少基礎的沉降量。換填墊層按其回填的材料可分為灰土墊層、砂墊層、碎(砂)石墊層等。
3.2振沖法
振沖法是振動水沖擊法的簡稱,是以起重機吊起振沖器,啟動潛水電機帶動偏心塊使振沖器產生高頻振動,同時開啟水泵,通過噴嘴噴射高壓水流在土中形成振沖孔,并在振動沖水過程中分批填以砂石骨料,借振沖器的水平及垂直振動,振密填料,形成的砂石樁體與原地基構成復合地基,以提高地基的承載力和改善土體的排水降壓通道,并對可能發生液化的砂土產生預振效應,防止液化,減少地基的沉降和沉降差。振沖法的處理深度可達10m左右。振沖樁加固地基可節省鋼材、水泥和木村,且施工簡單,加固期短,可因地制宜,就地取材,用碎石、卵石和砂、礦渣等填料,費用低廉,是一種快速、經濟、有效的加固方法。振沖樁適用于加固松散的砂土地基;對黏性土和人工填土地基,經試驗證明加固有效時,方可使用;對于粗砂土地基,可利用振沖器的振動和水沖過程使砂土結構重新排列擠密,而不必另加砂石填料(亦稱振沖擠密法)。
3.3土或灰土擠密樁法
土樁及灰土樁是利用沉管、沖擊或爆擴等方法在地基中擠土成孔,然后向孔內夯填素土或灰土成樁。成孔時,樁孔部位的土被側向擠出,從而使樁周土得以加密。土樁及灰土樁擠密地基,是由土樁或灰土樁與樁間擠密同組成復合地基。土樁及灰土樁法的特點是:就地取材、以土治土、原位處理、深層加密和費用較低。灰土擠密樁適用于處理地下水位以上、天然含水量12%-25%、厚度5-15m的素填土、雜填土、濕陷性黃土以及含水率較大的軟弱地基等,將土擠密或消除濕陷性,其效果是顯著的,處理后地基承載力可以提高一倍以上,同時具有節省大量土方、降低造價了70%-80%、施工簡便等優點。
4.結語:
在建筑施工過程中遇到了許多的問題,特殊地基的處理方式需要我們格外重視起來, 在特殊土地基之上進行工程建設,應該對當地的土層特征有充分的了解。通過對土層特點的分析,制定出相應的地基處理方法,并借助一定的措施加固地基穩定,另加以精辟設計以達到經濟性、安全性和環保性的統一,讓特殊地基的更多創新方法促進我國更好發展建筑事業。
參考文獻:
[1]白曉紅.幾種特殊土地基的工程特性及地基處理[J].工程力學,2007(12)
關鍵詞:換填法;承載力;軟土
中圖分類號:TU471.8文獻標識碼:A文章編號:
1.換填法的適用范圍和條件
當軟土地基的承載力和變形滿足不了建筑物的要求,而軟土層的厚度又不是很大時,可采用換填法取得較好的效果。換填法常用于荷載不大的建筑、地坪、堆料場地和道路工程等的地基處理。適用于淤泥、淤泥質土、濕陷性黃土、素填土、雜填土地基及暗溝、暗塘等的淺層處理。處理深度一般在3m以內,也不宜小于0.5m。
1.1換填墊層的施工方法: 施工方法包括,機械碾壓法、重錘夯實法和平板振沖法三種。
1.1.1機械碾壓法:采用壓路機、推土機、羊足碾或其他壓實機械來壓實地基土。其施工時應先將擬建建筑物范圍一定深度的軟弱土挖去,現將基坑底部碾壓,再將沙石、素土、或灰土等墊層材料分層鋪在基坑內,涿層壓實。采用機械碾壓施工時應注意保證碾壓的速度:平碾不能大于2km/h;羊足碾不能大于3km /h;振動碾不能大于2km/h;振動壓實機不能大于0.5km/h。由于分層回填碾壓應注意防止基坑灌水或雨水下滲,也應控制施工含水量。防止地基因水處理不當而發生破壞。
1.1.2重錘夯實法:重錘夯實法是用起重機械將夯錘提升至一定的高度后,然后自由下落,不斷重復夯擊已加固地基。其主要設備為起重機械、夯錘、鋼絲繩和吊鉤。其施工順序,應一夯挨一夯的順序進行,在獨立基坑內,易按先外后里的順序夯擊。當夯實完畢時,應將基坑表面修整之設計標高.采用重錘夯實施工時,應控制土的最優含水量,使土粒間有適當的水分,夯擊時易于相互滑動擠壓密實;同時防止土的含水量過大,避免夯擊成“橡皮土”。
1.1.3平板振沖法:平板振沖法是利用振動壓實機來壓實無粘性土或粘粒含量少、透水性較好的松散雜填土地基的方法。振動壓實施工時,先振基槽兩邊,后振中間。振動壓實的效果與填土成分、振動時間等因素有關。應注意其振動時間對地基土的影響。
2.墊層的作用
2.1提高地基承載力,大家知道,淺基礎的地基承載力與基礎下土層的抗剪強度有關。如果以抗剪強度較高的砂或其它填筑材料代替較軟弱的土,可提高地基的承載力,避免地基破壞。
2.2減少沉降量,一般地基淺層部分的沉降量在總沉降量中所占的比例是比較大的。以條形基礎為例,在相當于基礎寬度的深度范圍內的沉降量約占總沉降量的50%左右。加以密實砂或其它填筑材料代替上部軟弱土層,就可以減少這部分的沉降量。由于砂墊層或其它墊層對應力的擴散作用,使作用在下臥層土上的壓力減小,這樣也會相應減小下臥層土的沉降量。
2.3加速軟弱土層的排水固結,建筑物的不透水基礎直接與軟弱土層相接觸時,在荷載的作用下,軟弱土地基中的水被迫繞基礎兩側排出,因而使基底下的軟弱土不易固結,形成較大的孔隙水壓力,還可能導致由于地基強度降低而產生塑性破壞的危險。砂墊層和砂石墊層等墊層材料透水性大,軟弱土層受壓后,墊層可作為良好的排水面,可以使基礎下面的孔隙水壓力迅速消散,加速墊層下軟弱土層的固結和提高其強度,避免地基土塑性破壞。
2.4防止凍脹,因為粗顆粒的墊層材料孔隙大,不易產生毛細管現象,因此可以防止寒冷地區土中結冰所造成的凍脹。這時,砂墊層的底面應滿足當地凍結深度的要求。
2.5消除膨脹土的脹縮作用,在膨脹土地基上采用換土墊層法時,一般可選用砂、碎石、塊石、煤渣或灰土等作為墊層,但是墊層的厚度應根據變形計算確定,一般不小于30cm,且墊層的寬度應大于基礎的寬度,而基礎兩側宜用與墊層相同的材料回填。
2.6消除濕陷性黃土的濕陷作用,采用素土、灰土或二灰土墊層處理濕陷性黃土,可用于消除1~3m厚黃土層的濕陷性。
2.7用于處理暗浜(bang 小河溝)和暗溝的建筑場地,城市建筑場地,有時遇到暗浜和暗溝。此類地基具有土質松軟、均勻性差、有機質含量較高等特點,其承載力一般都滿足不了建筑物的要求。一般處理的方法有基礎加深、短柱支承和換土墊層。而換土墊層適用于需要處理范圍較大,處理深度不大,土質較差,無法直接作為基礎持力層的情況。
3.施工原則
3.1對地基持力層中存在的軟硬不均點,要根據對持力層的穩定性及建筑物安全的影響確定處理方法。對不均點范圍小,埋藏很深,四周土層穩定,地基壓縮沒有影響時,對該不均點可不作處理。否則,應予挖除,并根據與周圍土質及密實度均勻一致的原則,分層回填,夯壓密實,以防地基持力層的不均勻變形對上部建筑物造成破壞。
3.2對墊層底部的下臥層中存在軟硬不均點,要根據對墊層穩定及建筑物安全的影響確定處理方法。對不均勻沉降要求不高的一般性建筑,當下臥層中不均點范圍小,埋藏很深,處于地基壓縮范圍以外,且四周土層穩定時,對該不均點可不作處理。否則,應予挖除,并根據與周圍土質及密實度均勻一致的原則,分層回填,并夯壓密實,以防止下臥層的不均勻變形對墊層及上部建筑物產生危害。
3.3當墊層下臥層為軟弱土層時,因其具有一定的結構強度,一旦被擾動強度大量降低,變形大量增加,將影響墊層及建筑物的安全使用。通常的做法,是在開挖基坑時預留厚約200mm厚的保護層,待做好鋪填墊層的準備后,對保護層挖一段隨即用換填材料鋪填一段,直到完成全部墊層,以保護下臥層的結構不被破壞。在軟弱下臥層頂面設置厚150~300mm的砂層,防止粗粒換填材料擠入下臥層時破壞其結構。
3.4在同一棟建筑物下,應盡量保持墊層厚度相同;對于厚度不同的墊層,應防止墊層厚度突變;在墊層較深部位施工時,應注意控制該部位的壓實系數,以防止或減少由于地基處理厚度不同所引起的差異變形
4.結語
隨著建筑技術的快速發展,換填法處理軟弱地基的施工技術目前已非常成熟,應用也越來越廣泛。總的來說,本工程結合地質條件和工程特點,采用3∀7砂石墊層置換處理軟弱地基是成功的。基礎工程評為優良等級。從本工程的施工過程中可以看出,要做好質量控制,還應注意以下幾個問題:1)設計時要充分考慮當地的地質特征,做到設計合理經濟,事先應對地質情況有清楚的了解,采用合理經濟的換填材料。2)對施工中的測量放線、大開挖的尺寸、深度及基底平面尺寸和基坑深度的確定要作為質量的控制重點。3)對墊層原材料的要求一定要符合設計要求,重點控制好每一墊層的厚度,每層完成后都要測量壓實系數,確保夯實質量。
參考文獻:
[1]張彥敏,劉艷新.淺談軟弱地基的問題與對策[J].中國商界,2008.