軟弱土地基處理淺析
【摘 要】軟弱地基處理的優(yōu)劣,關(guān)系到整個工程的質(zhì)量。合理的軟弱地基處理方法,可以減輕和消除軟弱地基對上部建筑的不利影響。
【關(guān)鍵詞】軟弱土地基;地基處理
軟弱土一般指抗剪強度較低、壓縮性較高、滲透性較小的淤泥、淤泥質(zhì)土、某些沖填土和雜填土以及其它高壓縮性土層。主要受力層由軟弱土組成的地基稱為軟弱土地基。
軟弱土物理性質(zhì):一是含有很多細(xì)顆粒及大量有機腐植質(zhì);二是顏色深灰色或暗綠色,有臭味;三是一般天然含水量在40%~70%之間,有的大于70%,孔隙比>1.0,天然容量在15~18kN/m3之間。力學(xué)性質(zhì):強度極低,壓縮性大,透水性差。工程特性:地基承載力低,強度增長緩慢,加荷后易變形且不均勻,變形速率大且穩(wěn)定時間長,具有滲透性小、觸變性及流變性大的特點。
1 軟弱地基加固處理方法
鑒于軟弱土地基承載力低,壓縮性大,透水性差,不易滿足水工建筑物地基設(shè)計要求,故需進(jìn)行處理,下面介紹軟弱土地基幾種處理方法。
1.1 樁基法
當(dāng)淤土層較厚,難以大面積進(jìn)行深處理,可采用打樁辦法進(jìn)行加固處理。而樁基礎(chǔ)技術(shù)多種多樣,早期多采用水泥土攪拌樁、砂石樁、木樁,目前鋼筋混凝土預(yù)制樁(鋼筋混凝土樁和預(yù)應(yīng)力管樁)由于具有較強承載力,投資省,質(zhì)量有保證,施工速度快等特點,得到普遍運用。
軟弱土層較厚地基處理還可以采用灌注樁,打灌注樁至硬土層,作承載臺,灌注樁有沉管灌注樁和沖鉆孔灌注樁,但兩種方法灌注樁還存在一些技術(shù)難題,一是沉管灌注樁在深厚軟土中存在樁身完整性問題;二是沖鉆孔灌注樁存在泥漿污染問題,樁身混凝土灌注質(zhì)量,樁底沉渣清理和持力層判斷不易監(jiān)控等問題。
1.2 換土墊層法
當(dāng)淤土層厚度較簿時,也可采用淤土層換填砂壤土、灰土、粗砂、水泥土及采用沉井基礎(chǔ)等辦法進(jìn)行地基處理,鑒于換砂不利于防滲,且工程造價較高,一般應(yīng)就地取材,以換填泥土為宜。換土墊層法要回填有較好壓密特性土進(jìn)行壓實或夯實,形成良好的持力層,從而改變地基承載力特性,提高抗變形和穩(wěn)定能力,施工時應(yīng)注意坑邊穩(wěn)定,保證填料質(zhì)量,填料應(yīng)分層夯實。換土墊層法的主要作用是:提高淺基礎(chǔ)下地基的承載力、減少沉降量和加速軟土層的排水固結(jié)。實踐證明:換土墊層可以有效地處理某些菏載不大的建筑物地基問題,例如:一般的三四層房屋、路堤、油罐和水閘的地基。
1.3 化學(xué)加固法
利用化學(xué)溶液或膠結(jié)劑,通過壓力灌注或攪拌混合等措施,而將土粒膠結(jié)起來的地基處理方法稱為化學(xué)加固法。灌漿漿液可以是水泥漿、水泥砂漿、粘土水泥漿、粘土漿及各種化學(xué)漿材如聚氨酯類、木質(zhì)素類、硅酸鹽類等?;瘜W(xué)加固法有高壓旋噴法和電硅化法等。
高壓旋噴灌漿處理原理是通過在閘基中高壓旋噴灌漿形成水泥土摩擦樁,提高閘基承載力,達(dá)到控制沉降的目的。這種方法用途較廣,作為旋噴樁可以提高地基的承載力,作為連續(xù)墻則可防滲止水,此外,還應(yīng)用于深基礎(chǔ)的開挖,以便防止基坑隆起或減輕支撐的側(cè)壁壓力等。高壓旋噴法對加固淤泥軟土地基具有明顯效果,如福建省龍海市某水閘由于淤泥軟基不均勻,沉陷閘基沉降最大達(dá)到0.63m,加固時采用單管高壓旋噴灌漿處理,每個閘墩上、下游側(cè)和中間各設(shè)5個灌漿孔,沿閘墩軸線兩側(cè)布孔,灌注水泥漿,成樁直徑0.5m,伸入閘基礎(chǔ)10.5m,采用灌漿壓力為20MPa,經(jīng)過處理后閘基沉降基本得到控制。
利用硅酸鈉(水玻璃)為主的混合溶液進(jìn)行化學(xué)加固地基的方法稱為硅化加固。該法是在透水性較大的土中,利用一定的壓力將漿液通過一根下端帶孔的管子注入土中,使土中的硅酸鹽達(dá)到飽和程度。硅酸鹽在土中分解時形成的凝膠轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)膠結(jié)物,把土粒膠結(jié)起來。硅化法的優(yōu)點是加固作用快,工期短,亦可以用于處理已建成工程的隱蔽部分。但是這種方法所用的漿液價格太貴,一般只在特殊的工程中應(yīng)用。
1.4 排水固結(jié)法
排水固結(jié)法是解決淤泥軟粘土地基沉降和穩(wěn)定問題有效措施,由排水系統(tǒng)和加壓系統(tǒng)兩部分組合而成。排水系統(tǒng)是在地基中設(shè)置排水體,利用地層本身的透水性由排水體集中排水的結(jié)構(gòu)體系,根據(jù)排水體的不同可分為砂井排水和塑料排水帶排水兩種。下面介紹效益較高塑料排水板處理淤泥軟基方法,插入軟基排水板,當(dāng)填筑基礎(chǔ)及上部建筑物時,荷載作用軟基,地下水由于受擠壓和毛細(xì)作用沿塑料排水板上升至砂墊層內(nèi),由砂層向兩側(cè)排出,從而提高基底承載力,塑料排水板要在砂墊層完成后施工,由測量人員測量出需處理范圍,標(biāo)出每根排水板具體位置,插板機對中調(diào)平,把排水板在鉆頭安放好,開動打樁機錘打鉆桿,將地面上塑料排水板截斷,并留有一定富余長度,在塑料排水板四周填砂后即完成本根施工。
1.5 碾壓夯實法
一定含水量范圍內(nèi)的土通過碾壓或夯實之后,可以提高其強度,降低其壓縮性。碾壓夯實法除了應(yīng)用于整平基坑或?qū)μ钔翆雍粚嵧?,還應(yīng)用于處理雜填土和地基表層的松散土。一般的夯實影響深度很淺,只能應(yīng)用于整平基槽或?qū)μ钔练謱雍粚崱H绻笤龃筇幚淼挠绊懮疃?,就必須具有較大的壓實或擊實能量,如采用重錘夯實、機械碾壓和振動壓實等方法。近年來夯實技術(shù)的發(fā)展突破了原來的壓實機理,出現(xiàn)了強夯法。這一方法已在許多工程中應(yīng)用,并取得了較好的結(jié)果。
2 軟弱地基處理方法的選擇
在地基處理中,我們要遵循的原則是:技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟合理、安全適用、確保質(zhì)量。可根據(jù)以下條件進(jìn)行選擇:
2.1 地質(zhì)條件
不同的方法適用于不同的地質(zhì)條件,可參看有關(guān)規(guī)范。
2.2 設(shè)計施工條件
設(shè)計時應(yīng)考慮工期及用料情況:工期不宜安排得太緊;時間充分,施工時地基穩(wěn)定性好,遺留問題少。工程用料要求就地取材。施工時應(yīng)采用科學(xué)的管理方法。
2.3 場地環(huán)境條件
要考慮施工時對周圍環(huán)境的影響。如:新填土?xí)D壓原有道路、房屋,產(chǎn)生側(cè)向位移或附加沉降;用砂樁、砂井時,施工有噪聲,靠近居民點會擾民;采用降低水位法時,要考慮引起周圍地基的下沉和對周圍居民用水的影響故應(yīng)預(yù)先調(diào)查或做隔水墻,并考慮施工后注水復(fù)原的問題;采用填土堆載時要有大量的土料運進(jìn)運出工地,會影響交通和環(huán)境衛(wèi)生;打石灰樁、灌注藥物或采用電滲排水時,會污染周圍地下水,應(yīng)慎重對待。
2.4 結(jié)構(gòu)物條件
要考慮結(jié)構(gòu)物的等級、結(jié)構(gòu)體系、斷面形狀、位置、埋深、使用要求和建筑材料等因素對所選擇加固方法的影響,特別是有地下結(jié)構(gòu)物(地下室、涵洞、地鐵等),或者結(jié)構(gòu)物高低不同、沉降不均時,應(yīng)當(dāng)特別注意。
3 結(jié)束語
以上介紹了較為常用的軟弱土地基處理的幾種方法和選擇軟弱土地基處理方法的原則。最后,本人認(rèn)為設(shè)計人員不僅要選擇好軟弱土地基的處理方法,而且還要考慮其建筑物結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計,盡量采用較為輕型結(jié)構(gòu),減輕上部重量,這樣將會減少對軟弱土地基處理的造價。
【關(guān)鍵詞】軟弱土地基;地基處理
軟弱土一般指抗剪強度較低、壓縮性較高、滲透性較小的淤泥、淤泥質(zhì)土、某些沖填土和雜填土以及其它高壓縮性土層。主要受力層由軟弱土組成的地基稱為軟弱土地基。
軟弱土物理性質(zhì):一是含有很多細(xì)顆粒及大量有機腐植質(zhì);二是顏色深灰色或暗綠色,有臭味;三是一般天然含水量在40%~70%之間,有的大于70%,孔隙比>1.0,天然容量在15~18kN/m3之間。力學(xué)性質(zhì):強度極低,壓縮性大,透水性差。工程特性:地基承載力低,強度增長緩慢,加荷后易變形且不均勻,變形速率大且穩(wěn)定時間長,具有滲透性小、觸變性及流變性大的特點。
1 軟弱地基加固處理方法
鑒于軟弱土地基承載力低,壓縮性大,透水性差,不易滿足水工建筑物地基設(shè)計要求,故需進(jìn)行處理,下面介紹軟弱土地基幾種處理方法。
1.1 樁基法
當(dāng)淤土層較厚,難以大面積進(jìn)行深處理,可采用打樁辦法進(jìn)行加固處理。而樁基礎(chǔ)技術(shù)多種多樣,早期多采用水泥土攪拌樁、砂石樁、木樁,目前鋼筋混凝土預(yù)制樁(鋼筋混凝土樁和預(yù)應(yīng)力管樁)由于具有較強承載力,投資省,質(zhì)量有保證,施工速度快等特點,得到普遍運用。
軟弱土層較厚地基處理還可以采用灌注樁,打灌注樁至硬土層,作承載臺,灌注樁有沉管灌注樁和沖鉆孔灌注樁,但兩種方法灌注樁還存在一些技術(shù)難題,一是沉管灌注樁在深厚軟土中存在樁身完整性問題;二是沖鉆孔灌注樁存在泥漿污染問題,樁身混凝土灌注質(zhì)量,樁底沉渣清理和持力層判斷不易監(jiān)控等問題。
1.2 換土墊層法
當(dāng)淤土層厚度較簿時,也可采用淤土層換填砂壤土、灰土、粗砂、水泥土及采用沉井基礎(chǔ)等辦法進(jìn)行地基處理,鑒于換砂不利于防滲,且工程造價較高,一般應(yīng)就地取材,以換填泥土為宜。換土墊層法要回填有較好壓密特性土進(jìn)行壓實或夯實,形成良好的持力層,從而改變地基承載力特性,提高抗變形和穩(wěn)定能力,施工時應(yīng)注意坑邊穩(wěn)定,保證填料質(zhì)量,填料應(yīng)分層夯實。換土墊層法的主要作用是:提高淺基礎(chǔ)下地基的承載力、減少沉降量和加速軟土層的排水固結(jié)。實踐證明:換土墊層可以有效地處理某些菏載不大的建筑物地基問題,例如:一般的三四層房屋、路堤、油罐和水閘的地基。
1.3 化學(xué)加固法
利用化學(xué)溶液或膠結(jié)劑,通過壓力灌注或攪拌混合等措施,而將土粒膠結(jié)起來的地基處理方法稱為化學(xué)加固法。灌漿漿液可以是水泥漿、水泥砂漿、粘土水泥漿、粘土漿及各種化學(xué)漿材如聚氨酯類、木質(zhì)素類、硅酸鹽類等?;瘜W(xué)加固法有高壓旋噴法和電硅化法等。
高壓旋噴灌漿處理原理是通過在閘基中高壓旋噴灌漿形成水泥土摩擦樁,提高閘基承載力,達(dá)到控制沉降的目的。這種方法用途較廣,作為旋噴樁可以提高地基的承載力,作為連續(xù)墻則可防滲止水,此外,還應(yīng)用于深基礎(chǔ)的開挖,以便防止基坑隆起或減輕支撐的側(cè)壁壓力等。高壓旋噴法對加固淤泥軟土地基具有明顯效果,如福建省龍海市某水閘由于淤泥軟基不均勻,沉陷閘基沉降最大達(dá)到0.63m,加固時采用單管高壓旋噴灌漿處理,每個閘墩上、下游側(cè)和中間各設(shè)5個灌漿孔,沿閘墩軸線兩側(cè)布孔,灌注水泥漿,成樁直徑0.5m,伸入閘基礎(chǔ)10.5m,采用灌漿壓力為20MPa,經(jīng)過處理后閘基沉降基本得到控制。
利用硅酸鈉(水玻璃)為主的混合溶液進(jìn)行化學(xué)加固地基的方法稱為硅化加固。該法是在透水性較大的土中,利用一定的壓力將漿液通過一根下端帶孔的管子注入土中,使土中的硅酸鹽達(dá)到飽和程度。硅酸鹽在土中分解時形成的凝膠轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)膠結(jié)物,把土粒膠結(jié)起來。硅化法的優(yōu)點是加固作用快,工期短,亦可以用于處理已建成工程的隱蔽部分。但是這種方法所用的漿液價格太貴,一般只在特殊的工程中應(yīng)用。
1.4 排水固結(jié)法
排水固結(jié)法是解決淤泥軟粘土地基沉降和穩(wěn)定問題有效措施,由排水系統(tǒng)和加壓系統(tǒng)兩部分組合而成。排水系統(tǒng)是在地基中設(shè)置排水體,利用地層本身的透水性由排水體集中排水的結(jié)構(gòu)體系,根據(jù)排水體的不同可分為砂井排水和塑料排水帶排水兩種。下面介紹效益較高塑料排水板處理淤泥軟基方法,插入軟基排水板,當(dāng)填筑基礎(chǔ)及上部建筑物時,荷載作用軟基,地下水由于受擠壓和毛細(xì)作用沿塑料排水板上升至砂墊層內(nèi),由砂層向兩側(cè)排出,從而提高基底承載力,塑料排水板要在砂墊層完成后施工,由測量人員測量出需處理范圍,標(biāo)出每根排水板具體位置,插板機對中調(diào)平,把排水板在鉆頭安放好,開動打樁機錘打鉆桿,將地面上塑料排水板截斷,并留有一定富余長度,在塑料排水板四周填砂后即完成本根施工。
1.5 碾壓夯實法
一定含水量范圍內(nèi)的土通過碾壓或夯實之后,可以提高其強度,降低其壓縮性。碾壓夯實法除了應(yīng)用于整平基坑或?qū)μ钔翆雍粚嵧?,還應(yīng)用于處理雜填土和地基表層的松散土。一般的夯實影響深度很淺,只能應(yīng)用于整平基槽或?qū)μ钔练謱雍粚崱H绻笤龃筇幚淼挠绊懮疃?,就必須具有較大的壓實或擊實能量,如采用重錘夯實、機械碾壓和振動壓實等方法。近年來夯實技術(shù)的發(fā)展突破了原來的壓實機理,出現(xiàn)了強夯法。這一方法已在許多工程中應(yīng)用,并取得了較好的結(jié)果。
2 軟弱地基處理方法的選擇
在地基處理中,我們要遵循的原則是:技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟合理、安全適用、確保質(zhì)量。可根據(jù)以下條件進(jìn)行選擇:
2.1 地質(zhì)條件
不同的方法適用于不同的地質(zhì)條件,可參看有關(guān)規(guī)范。
2.2 設(shè)計施工條件
設(shè)計時應(yīng)考慮工期及用料情況:工期不宜安排得太緊;時間充分,施工時地基穩(wěn)定性好,遺留問題少。工程用料要求就地取材。施工時應(yīng)采用科學(xué)的管理方法。
2.3 場地環(huán)境條件
要考慮施工時對周圍環(huán)境的影響。如:新填土?xí)D壓原有道路、房屋,產(chǎn)生側(cè)向位移或附加沉降;用砂樁、砂井時,施工有噪聲,靠近居民點會擾民;采用降低水位法時,要考慮引起周圍地基的下沉和對周圍居民用水的影響故應(yīng)預(yù)先調(diào)查或做隔水墻,并考慮施工后注水復(fù)原的問題;采用填土堆載時要有大量的土料運進(jìn)運出工地,會影響交通和環(huán)境衛(wèi)生;打石灰樁、灌注藥物或采用電滲排水時,會污染周圍地下水,應(yīng)慎重對待。
2.4 結(jié)構(gòu)物條件
要考慮結(jié)構(gòu)物的等級、結(jié)構(gòu)體系、斷面形狀、位置、埋深、使用要求和建筑材料等因素對所選擇加固方法的影響,特別是有地下結(jié)構(gòu)物(地下室、涵洞、地鐵等),或者結(jié)構(gòu)物高低不同、沉降不均時,應(yīng)當(dāng)特別注意。
3 結(jié)束語
以上介紹了較為常用的軟弱土地基處理的幾種方法和選擇軟弱土地基處理方法的原則。最后,本人認(rèn)為設(shè)計人員不僅要選擇好軟弱土地基的處理方法,而且還要考慮其建筑物結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計,盡量采用較為輕型結(jié)構(gòu),減輕上部重量,這樣將會減少對軟弱土地基處理的造價。
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