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【关键词】地基基础;检测
1、前言
地基基础质量检测是工程质量保证的重要环节,是保证建( 构) 筑物结构安全的重要手段。工业与民用建筑中的质量通病和重大质量事故多与基础工程的质量有关,其中有不少桩基工程的质量问题直接危及主体结构的正常使用与安全。近年来高层、超高层建筑不断涌现,建设规模日益增长扩大,建设工程大量采用复合地基和桩基础。影响地基质量的因素很多,涉及地基工程质量的安全事故将直接影响建( 构) 筑物结构正常使用,因此加强建设工程地基基础检测单位的质量监督管理,规范地基基础检测市场,提高地基基础检测质量,保证检测工作的科学性和公正性,对确保建设工程质量和使用安全有着重要的意义。所以对地基基础检测尤为重要。
既有建筑:原来就有的建筑,比如在既有建筑上加一层。现在一般是指业主本来就拥有的建筑,既有建筑在原有的荷载上增加荷载是一项相当复杂的技术工作,它与地基土的种类和状态、基础的类型和尺寸、基础材料的耐久性、上部结构体系、作用荷载的性质与大小、房屋使用年限、既有建筑的使用情况以及对不均匀沉降的敏感程度等许多因素有关。既有建筑在增层改造时,使其增加的荷载应尽量小、适用性和安全性、经济和美观等应满足多种条件,坚持用材少、投资省、工期短、见效快和施工简便的原则。要达到这一目的,除对既建筑上部结构进行鉴定外,对地基基础的评定是一个关键,而检测技术则是更重要的
2、检测与评定技术的研究
2. 1 载荷试验技术
建筑物增载和增层改造是一项技术难度较大的工作,其中对地基承载力的评价是关键技术之一。对既有建筑物的地基承载力的评价有多种方法,但都是以载荷试验的结果为依据。因此对既有建筑采用载荷试验技术测试地基承载力是行之有效方法,是目前测试承载力方法中不可代替技术。载荷试验选取独立基础或条形基础的典型建筑,在基础旁开挖竖向试坑,然后在基础下开挖试验位置,应用载荷试验技术测试地基承载力,判断基础下载荷试验技术的可行性和适用性,并根据工程施工前载荷试验和既有建筑基础外载荷试验进行对比,分析地基承载力在建筑物长期荷载作用下的变化规律。
2. 2 原位取样技术
既有建筑地基土的物理力学性质指标主要有含水率、密度、孔隙比、压缩模量、粘聚力、内摩擦角等。土的物理力学性质指标测试的准确程度直接关系到地基基础及上部结构的安全度,因此准确测试既有建筑地基土的各项物理力学性质指标至关重要。确定既有建筑地基土物理力学性质指标最直接的办法就是在基础下方直接取原状试样,进行土工试验。为了对比选取典型试验场地,在基础中心及边界和基础外分层取土样,测试土样的物理力学性质指标,分析基础下和基础外地基土物理力学性质指标的变化特点。
既有建筑基础下和基础外地基土的物理力学性质指标相比,基础下地基土的密度和压缩模量均有提高; 根据地基土的抗剪强度指标c、φ 标准值,利用规范公式确定基础下和基础外地基承载力特征值;随着地基土层深度的增加,基础中心、基础边界以及基础外地基土的各指标逐渐趋于一致。通过原位取样技术可对既有建筑地基土各项指标的变化规律进行研究。
2. 3 剪切波速试验技术
剪切波速可以进行土的物理力学指标的判定,包括地基士的泊松比μ、剪切模量G、弹性模量E、阻尼比D; 推求饱和土层的孔隙率和容重,计算场地的固有周期,确定建筑场地类别划分,检验地基加固效果等。剪切波速与标准贯入击数建立的关系来确定地基承载力特征值。在试验场地上选取合适的位置,紧靠基础尝试标准贯入试验技术判断既有建筑的地基承载力。
地区不同土的性质也不同,可以采用相同的研究方法根据地区的特点,建立相应的关系式。通过剪切波速试验可应用于既有建筑场地类别的判定和建立剪切波速与标贯击数的关系式。
2. 4 探地雷达测试技术
选取某桥梁的桩基础和某建筑的桩基础为试验对象,尝试在桩基础侧面应用探地雷达检测桩位,研究探地雷达测试技术的可行性。探地雷达测试技术可较准确的确定基桩的位置和埋置深度。根据实测成果可知,探地雷达天线的选取与基础的埋深有关。当基础埋深在2. 0m 以内选取400MHz 的天线较好; 当基础埋深大于2.0m小于5m时,270MHz 的天线较为适用; 100MHz 的天线可探测较深的距离,但是测试精度较低。地下水对雷达测试的影响较大,对地下水位较高的的既有建筑桩基础的测试有待进一步研究。
2. 5 低应变动力测试技术
低应变反射波法检测桩身结构完整性。在复合地基中选取素混凝土桩,进行低应变动力测试; 采取特殊的测试措施,对比建筑基础施工前后的测试数据,验证低应变动力测试在既有建筑地基中应用的可行性。低应变基桩反射波法测试技术,在洞内锤击的激振方式,可以采集到典型的动测曲线,具有较好的适用性。
2. 6 沉降观测技术
沉降观测是对既有建筑高程变化所进行的测量,确定建筑物在不同时期的沉降变形和变化状态及特征。为了保证增层或增载建筑物的正常使用和安全,为以后的改造工程的勘察设计施工提供可靠的资料及相应的沉降参数,同时从沉降数据可以了解既有地基基础的变化状态,因此既有建筑沉降观测是必不可缺少的。
建筑物的地基变形特征可分为沉降量,沉降差,倾斜、局部倾斜。对不同结构,地基变形特点不同,故对不同结构形式应采用不同的变形特征来评价。对砌体承重结构,应由局部倾斜控制其变形,对多层建筑还应控制其基础的整体倾斜值。
3、结束语
目前国内对既有建筑地基基础的检测主要采用对新建场地的勘察和测试技术进行检测和评定,如载荷试验、标准贯入试验、圆锥动力触探、原位取样等测试技术。这些技术通过改进和改变测试条件才能适用,改变和改进的技术则是既有建筑地基基础检测和评定的热点和难点。
在国内外很多学者通过原位测技术测得数据,经过数理统计和分析,得到了既有建筑地基承载力计算公式。为既有建筑地基基础检测和评定提出了地方公式和研究成果,有很好的指导作用。但都缺少实测数据和系统的测试方法及评定技术。本文对既有建筑地基基础系统的检测与评定是一次有效尝试。
参考文献:
[1]郭忠贤,杨志红.既有建筑物地基土压密效应的研究.河北建筑工程学院学报.
关键词:地基基础缺陷;加固技术
Abstract: in recent years, our country's high-speed economic development, various types of buildings have appeared, including the high-level building occupies most of the scale, but not all the land is good for the high-rise building construction, so in the high-level building before construction, we must first to can't meet the design load requirements of the foundation reinforcement, make its can completely under the building load, so as to ensure the stability of the building.
Keywords: foundation defects; Reinforcement technique
中图分类号: TU348 文献标识码:A 文章编号:2095-2104(2013)
1基础与地基
房屋建筑均由上部结构与基础两大部分组成。一般以室外地面整平标高为基准,地面标高以上部分称为上部结构,地面标高以下部分称为基础。基础是埋置与地面以下承受上部结构荷载,并将荷载传递给下卧层的人工构筑物。
上部结构的荷载通过基础传至底层,使其产生应力和变形。随着深度的增加,地层中应力向四周深部扩散,并迅速减弱。到某一深度后,上部荷载引起的应力与变形已很小,对工程已无实际意义而可忽略。故一般将基础底部标高至该深度范围内的底层统称为建筑物的地基。对地基承载力和变形起主要作用的地层,称为地基主要受力层,简称地基受力层。在受力层范围内,埋置基础底面处的地层成为持力层,持力层下的地层称为下卧层,强度低于持力层的下卧层称为软弱下卧层。
1.1基础的主要功能如下:
(1)扩散压力。由于基础的底面积较上部结构的底面积大,基础可将所受较大荷载转变为较低压力传递到地基。
(2)传递压力。当上部地层较差时,采用深基础(如桩基、墩基、地下连续墙以及沉井)将上部荷载传递到深部较好的底层。
(3)调整地基变形。利用筏形和箱形基础、摩擦群桩等基础所具有的刚度和上部结构共同作用,调整地基的不均匀变形沉降。
1.2地基加固处理的对象与目的
地基处理的对象是软弱地基和特殊土地基。《建筑基地基础设计规范》(GB50007-2002)中规定:软弱地基是指主要由淤泥、淤泥质土、冲填土、杂填土或其它高压缩性土层构成的地基。特殊土地基包括可液化的饱和松砂和粉土地基、湿陷性黄土和膨胀土、红粘土和冻土等。地基处理的目的是采取适当的措施改善地基的工程特性,达到满足建筑物对地基稳定和变形的要求,包括基土的强度、压缩性、透水性、动力特性、湿陷性和胀缩性。
在对地基基础缺陷进行处理时,需要综合考录各方面的因素,如地基基础所承受的上部荷载;地基基础缺陷的种类及其对建筑物使用、安全和耐久性等方面的影响;上部结构的整体性、安全度、使用要求等具体情况对地基基础变形的适应性;地基基础变形、结构变形的数值,发展速度和趋势等方面。
2地基加固措施
地基加固处理的基本方法主要有置换、挤密、排水、胶结、加筋和热处理等方法。有时候也可采用多种方法结合进行。
2.1振冲法
振冲法是深层密实法中的一种,它是以起重机吊起振冲器,启动潜水电机使振冲器产生高频振动,同时开动水泵通过喷嘴喷射高压水流,边振边冲,将振冲器沉到土中的预订深度,然后经过清孔程序,用循环水带出孔中稠泥浆,此后就可以从地面向孔中逐段添加填料(碎石或其他粗粒料)每段填料在震动作用下被振挤密实,达到所要求的密实度后即可提升振冲器。如此重复,从而在地基中形成一个大直径的密实桩体。振冲法加固可提高地基承载力,减少沉降和不均匀沉降,且能达到地基抗地震液化能力的效果。目前振冲法应用在饱和松散粉细砂、中砂、砾砂、杂填土、粘性土和软土中。就工程而言,振冲法可用于中小型工业与民用建筑物;港湾构筑物,如码头、护岸等;土工构筑物,如土石坝、路基等;材料堆置场、原料场;其他如轨道、滑道、船坞等。
2.2高压喷射注浆法
高压喷射注浆法是利用喷射化学浆液与土混合搅拌来处理地基的一种方法。一般是利用工程钻机孔作为导孔,将带有喷嘴的注浆管插入图层的预定位置后,以高压设备使浆液或水成为20MPa左右的高压流从喷嘴中喷射出来,冲击破坏土体,同时钻杆以一定速度渐渐向上提升,将浆液与土粒强制搅拌混合,浆液凝固后,在土中形成一个固结体,从而达到加固地基的目的。
根据固结体的形状和喷嘴流移动方向不同,高压喷射注浆法一般可分为旋转喷射、定向喷射和摆动喷射三种形式;
(1)旋转喷射施工时,喷嘴一面喷射一面旋转并提升,固结体呈圆柱状、主要用于加固地基,提高地基的抗剪强度,改善土的变形性质;也可组成闭合的帷幕,用于截阻地下水流和治理流沙。
(2)定向喷射法施工时,喷嘴一面喷射一面提升,喷射的方向固定不变,固结体形状如板状或壁状。定喷时,高压喷射注浆的喷嘴不旋转,只做水平的固定方向喷射,并逐渐向上提升,便在土中冲成一条沟槽,并把浆液灌进槽中,最后形成一个板状固结体。
(3)摆动喷射法施工时,喷嘴一面喷射一面提升,喷射的方向呈较小角度来回摆动,固结体形如较厚墙状。定喷及摆喷两种方法通常用于基坑防渗、改善地基土的水流性质和稳定边坡等工程。
高压喷射注浆法具有适用范围广、施工简便、可控制固结体形状、料源广阔、施工设备简单等特点;此法对于处理淤泥、淤泥质土、粘性土、粉土、黄土、砂土、人工填土等具有较好效果,对含有砾石直径过大过多、含有大量纤维质的腐殖土,及在地下水流速过大、喷射浆液无法在注浆管周围凝固等情况下不宜采用。
2.3深层搅拌法
深层搅拌法是用于加固饱和粘性土地基的一种方法。它是利用水泥或石灰等材料作为固化剂,通过特制的搅拌机械,在地基深处就地将软土和固化剂(浆液或粉体)强制搅拌,由固化剂和软土建所产生的一系列的物理化学反应,使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的加固体,从而提高地基强度和增大变形模量。根据施工方法的不同,深层搅拌法分为水泥浆搅拌和粉体喷射搅拌两种。前者是用水泥浆和地基土搅拌,后者使用水泥粉或石灰粉和地基土搅拌。
2.3.1深层搅拌法的特点
(1)深层搅拌法由于将固化剂和原地基软土搅拌混合,因而最大限度的利用了原土;
(2)搅拌时不会使地基侧面挤出,对周围原有建筑物的影响很小;
(3)按照不同的地基土的性质及工程设计要求,合理选择固化剂及其配方,设计比较灵活;
(4)施工时无振动、无噪音、无污染、可在市区内和密集建筑群中进行施工;
(5)土体加固后重度基本不变,对软弱下卧层不致产生附加沉降;
(6)与钢筋混凝土桩基相比,节省了大量的钢材,降低了造价;
(7)根据上部结构的需要,可灵活多样的采用柱状、格栅状和块状等加固形式。
2.3.2深层搅拌法可用于加固软地基,提高软土地基的承载能力,减少沉降量,提高边坡的稳定性,一般适用于以下情况;
(1)作为建筑物或构筑物的地基,厂房内具有地面荷载的地坪、高填方路堤下基层等;
(2)进行大面积地基加固,防止码头岸壁的滑动,深基坑开挖时防坍塌。放坑底隆起,减少软土中地下构筑物的沉降;
(3)加固道路、桥涵等;
(4)作为地下防渗墙以阻止地下渗透水流,对桩侧后板桩背后的软土加固以增加侧向承载能力。
2.4强夯法
强夯法是利用强大的夯击能,迫使深层土液化和动力固结而密实。它适用于碎石土、砂土、素填土、低饱和度的粉质土与粘性土、湿陷性黄土。对淤泥质土经实验证明施工有效时方可使用。
地基基础加固措施还有很多行之有效的方法,在对地基基础进行加固时,上述几种措施有时不单独采用,往往需要一种或多种措施综合采用。这些措施的选择需要作出全面考虑,提出不同的方案,进行经济和技术上的比较,从而选出合理的方案。
结束语:随着经济建设的蓬勃发展,很多建设工程不仅事先要选择在地质条件良好的场地从事建设,而且又是也不得不在地质条件不良的地基上进行修建,因此,就需对天然的软弱地基经行处理或加固。另外,随着当前结构物的载荷日益增大,对沉降和变形要求越来越严,因而几乎每一项建设工程都要考虑地基问题,只是简单和复杂的程度不同而已。地基处理已经成为设计、施工中一个必须重视的问题,地基处理加固技术也成为工程施工人员必须掌握的一门基本技术。
参考文献:
[1]王海波.地基基础缺陷处理方法浅析[J].黑龙江科技信息.2010(05).
[2]苏晓江.强夯法在地基加固中的应用[D]中国海洋大学.2004(04).
[3]马义俊.强夯与深层搅拌桩地基加固技术在工程中的研究与应用[D].重庆大学.2003(11).
关键词:地基基础;缺陷处理;地基加固
中图分类号:TU47 文献标识码: A
建筑物全部的重力都是加载在由地基上的,因此地基是建筑物的一个重要组成部分。在建筑物中,地基就是受建筑物影响的那一部分地层就是我们常说的的,建筑物与地基相接触的部分便是所熟知的基础。基础工程主要包含两大方面重要的内容:其一是建筑物的地基建设;其二便是为基础的设计施工。地基质量的好和坏对整个工程有着至关重要的影响。在基础工程的建设过程中会出现或多或少的地基基础缺陷问题,下文主要分析如何正确处理这些问题。
建造地基中最常用的方法是强夯法,其主要作用为增强沙土、细沙、粘土等各种地基的强度、降低土壤的湿陷性以及提高地基的抗振动液化能力,例如在雨水较大湿度较高的南方某地区,在对某变电站的地基加固过程中,对变电站的地基进行加固常常采用强夯法。
结合实际情况,针对以下因素,进行地基基础缺陷的处理过程的分析:牢固程度对地基的影响程度;地基基础缺陷和对上部分建筑物的经济;出现地基基础缺陷的类型以及建筑物的使用;地基基础的弯曲程度;地基上建筑物的整体性、安全程度等的实际情况对地基基础承受能力的适用程度;结构变化的速度以及趋势等。
常用地基基础措施有:对上部分建筑物定期进行维护,同时根据实际情况定期对其进行适当的加固和减压。加固包括两个方面一是要进行基础加固!另一方面是要进行地基加固。以上几种常用的地基基础措施可以根据不同地基的实际情况来单独采用或者多种同时采用的方式。在这些措施的选择过程中,必须要对地基基础和上部的结构进行综合的分析,构建出多种不同的策划方案。通过经济技术等方面综合考虑,进而选取更为合理的加固方案。如果有必要可调查出地基基础缺陷的原因,从使用和维护两方面来对地基进行缺陷预防措施。
等待沉降稳定的目的在于只是简单的对上部结构进行维,是不对存在缺陷的地基基础进行任何处理。进而降低了地基处理的花销,并摆脱了上部结构的再处理造成的浪费,加快地基沉降的方式与等待地基沉降的措施基本相同,不同点在于可以极大的降低等待地基沉降所需的时间,加快地基沉降措施在独立基础的地基中应用较为广泛。具体措施为对一些临时增加的负荷,进行适当的控制。
制止地基沉降的目的是对地基和上部建筑物的发展进行制止,具体的措施为对地基进行加固同时增大地基的受力面积。除此之外还应该降低上部建筑物的重力降低负荷等等。以上几种常用的地基基础措施可以根据不同地基的实际情况来单独采用或者多种同时采用的方式。
当采用降低上部建筑物负荷的措施时, 应当结合实际情况和具体条件及要求,通过对地基固定程度和弯曲程度来对降低上部建筑物负荷的比例进行预算。当地基弯曲程度较大同时上部结构遭到严重破坏时, 降低上部建筑物负荷措施也可作为施工期间的加固地基的安全措施。
基础面积的加固一般适应于承受能力较差的地基中,增大地基底面积应该根据地基的牢固程度来适当分析增加,当地基强度变差时会出现一些地基不均匀沉降的现象,导致地基变形过大。面对这种情况常采用增大基础底面积的加固措施,加固强度主要是以地基变形的程度来确定。
在建筑物的维修过程中,常用的地基加固通常有以下几种措施:硅化法对地基的加固、分批对年久不牢固的柱体进行加固加粗等。在对这些加固方式进行选取时应对该地基的环境进行详细的了解和分析,以此来选取更为合适的加固措施。由于地基承受着上层建筑物巨大的重力,因此,在地基的加固过程中具有一定的难度。在地基的加固过程中,既要保证上层建筑物的安全性,又要采取有效的措施来增强地基的强度。
在对地基进行打桩和加固的过程中往往导致地基沉降的现象发生,从而引起上层建筑物结构弯曲程度加大的情况发生。在对地基基础的加固工作前后都应该做好地基沉降程度的记录工作,采用这种方法对地基进行加固时要对地基沉降的程度有所预测。如果有必要可采用挖钻孔灌桩或者压力灌浆的方式来对地基进行加固,避免上层建筑物受到不同程度的破坏,地基加固工作完成之后,还应该做一些地基牢固程度的检查,对报废的地基基础进行加固是直接的一种措施,其在地基分布较浅,土层较薄的地基环境下使用,如果这种加固措施使用不当会导致地基更加的损坏和沉降。 因此,在对地基基础进行加固的过程中。加固工作人员应该根据地基的具体情况来分步进行加固施工,挖除软弱土层后常用硬土、砖砌体或碎石等材料加以填充。
挖钻孔桩加固地基与打桩加固地基的原理基本相同。挖钻孔桩加固地基的措施为在地基中打入孔,将生石灰导入孔中,导入水之后,生石灰与水发生膨胀,致使打孔四周的土壤密度加大,该方法适应于南方一些土壤湿度较大地区的地基加固措施中,同时一些土壤中含水量较大的地基中也可应用该措施。
压力灌浆加固地基的措施就是在地集中注入某种液体,对其中的的一些缝隙、漏洞添堵等进行必要的愈合,从而使得土壤之间更加牢固,从而在一定程度上提高了地基的牢固程度。在实际压力灌浆加固地基的过程中,可以选择地加固的措施有多种形式,而且在地基加固的过程中也得到了较为广泛的应用。在众多地基加固的措施中,硅化法一般适应与加固一些上层已经存有建筑物的地基基础。通常加固的费用较高,通常应用与一些重要建筑物的地基加固中。硅化法的加固原理是将硅酸钠注入到地基基础中,使得硅酸钠与土壤发生化学反应生成硅胶,将地基基础中较大颗粒的土壤结合起来,降低了地基的沉降性和渗水性,进而提高了地基的牢固程度。 硅化法的使用土壤环境一般为粉质土或者是渗透系数较高的粘质。根据土壤的渗水系数的高低通常加固方式可选择以下三种:压力双液硅化法、电动双液硅化法、压力单液硅化法、压力双液硅化法是将氯化钙和水玻璃依次注入到地基基础中。土壤的牢固程度的提高是通过两个化学反应产生的。压力单液硅化法就是单纯的将水玻璃注入地基基础中。通常情况下地基基础的土壤选择一般为细沙土或者黄土。在用硅化法对地基基础进行加固工作之前,必须进行适当的准备工作,例如做一次模拟硅化法加固地基的实验或者加入溶液的浓度和用量、钻孔的深度、注液的方式等等。
地基基础的牢固程度直接影响到建筑物的使用寿命和安全程度。当地基基础缺陷时管理人员应当采取适当的措施来对受损坏的地基基础进行加固。加固地基基础的措施有多种,工作人员可根据地基的实际情况来选择更为合适的加固措施,以此达到最佳的加固效果。
结语 :
综上所述,为了保证建筑的基本质量,提高我国建筑事业的综合竞争实力,建筑施工单位应该落实做好地基工作的处理,一方面及时妥善的处理好已有的地基基础缺陷,另一方面对现有存在安全隐患的建筑物及时进行加固处理。无论是哪种施工方法,建筑施工单位都要从自身的工艺和经济两个方面出发,均衡考量这两个系数,既能保证地基加固的质量又能为建设施工单位节约经济成本,只有这样的加固措施才能在施工建设过程中得到逐渐的推广。
参考文献:
[1]叶观宝地基加固新技术(第一、二版)[M]北京:机械工业出版社,1998
关键词:高层建筑 地基基础
改革开放以来, 我国高层建筑得到了迅猛地发展,相继建成了一批高层和超高层建筑。随之, 高层建筑基础工程和地基处理技术也取得了深远的发展和长足的进步。[1]
1、高层建筑地基施工质量控制
1.1高层建筑地基的测量放线
高层建筑的测量放线工作是建筑地基施工中的基础性工作,精确、详细、周密的测量能确保地基工程顺利安全的施工,并为上部结构的安全性提供有效的技术保障。高层建筑的测量放线对工程质量有着决定性的影响,在工程质量管理中也起到了非常重要的作用。放线过程中要充分的利用好手中的科学仪器,提升施工质量。地基施工中利用新仪器和新的技术手段可以提高工作效率,这就要求工程测量人员要不断的掌握和学习新的知识和新的仪器,为建筑地基基础工程提供更为精确和周密的数据而服务。
1.2进一步加强建筑地基基础质量的规划设计
建筑工程,规划先行。对于加强建筑地基基础质量工作来说,同样需要全面做好建筑地基基础质量的规划设计、科学论证等工作。从规划设计阶段即加强基础质量控制,可以有效控制施工质量。重点加强建筑施工组织管理机构建设,全面准备好建筑地基基础施工所需要各种各样的原材物料,规划设计单位严格按照国家施工设计有关规定编制完善基础质量控制措施。
坚持实行建筑地基基础质量控制负责制,明确专门的基础质量控制负责人,按照各司其职、各负其责的工作原则,建立健全管理完善、规范科学的建筑地基基础质量施工体制机制。将原材料采购环节前移至基础质量控制规划设计阶段,严格按照工程整体规划设计规定的原材料市场价格,以及原材料需要使用的数量。坚持细节决定成败,从建筑地基基础施工的水泥标号、钢筋型号等基础环节入手,确保建筑地基基础施工在高质量的环境下推进。对于所有的建筑地基基础施工所需要的原材料一律采取招投标的方式引入,成立专门的项目部具体负责原材料的引进、筛选、比较、鉴别和审核等事项,确保原材料供应厂家的优胜劣汰。对于已经中标的厂家的货物也要建立必要的抽检制度,不仅检查原材料的外观,更要加强原材料的理化检验等步骤。
1.3要严格控制施工材料质量。
材料质量是工程施工质量的基础,工程使用原材料不符合规定,工程质量不可能符合要求。因此,在工程施工质量控制中不许再施工前对材料进行质量控制,保证材料质量,以此提高工程施工质量。对于材料的控制,首先要对材料供应厂家进行必要的审核,选择具有资质的供应厂家进行材料的供应。其次,要对进场原料进行必要的检验,包括:质量检验报告单的检查、外观的检查、理化检验的检查等等。通过一系列的检验来保证进场原料的质量。
1.4加强建筑地基基础质量的因素规范
对于提升建筑地基基础质量的重要因素有多个方面,其中最重要的因素就是人的因素和施工过程中的不确定因素。 建议全面加强建筑地基基础施工人员、管理人员、技术人员、监督人员等队伍的建设,进一步提升施工队伍的整体素质和技能水平。重点加强建筑地基基础施工过程中的施工作业标准、施工材料搭配、施工设备操作、施工安全管理、施工过程监督等各要素,充分发挥施工人员的重要作用。对于施工过程中所面临的突发因素和特殊阶段,要始终坚持质量第一的原则,选择专业队伍进行高技术含量的工程施工,确保每个环节环环相扣。全面加强对于建筑地基基础施工关键过程和特殊过程的监督和管理,定期检验施工质量和施工进度,严格标准,严格控制,采取积极有效的措施和手段,确保施工质量。
2、高层建筑地基基础方案的优选
2.1高层建筑地下空间的利用
高层建筑一般需要相应的地下深埋基础,经过精确的地质勘测和基础设计计算后,才能确定地下深埋的程度。对地下空间的利用,可以提高基础工程的利用率和提高建筑整体的收益效果和使用功能。城市的现代化加速了私家车的购买力增长,地面空间已经越不能够解决车辆的停放需求,地下停车场的开发和使用,不但解决了城市建设问题也提高了高层建筑地下空间的利用率。此外根据地下土质结构的特点,还可以将地下空间用来安置人防设施和建筑内部的机房等。对地下空间的合理利用是高层建筑价值增值的有效手段之一。
2.2沉降缝的设置
沉降缝是为防止建筑物各部分由于地基不均匀沉降引起房屋破坏所设置的垂直缝称为沉降缝。当建筑物建造在不同土质的地基上,或建筑物相邻部分的高度、荷载和结构形式差别较大时,为了防止建筑物出现不均匀沉降引起错动或开裂,通常在差异处设施垂直缝隙,将建筑物分割成若干个独立单元。但高层建筑的工程实践效果表明,高层建筑基础却不适合设置沉降缝。沉降缝的设置将对地下室在土层中的嵌固作用产生一定的影响,再加上高层建筑本身对地下室的结构压力,会使建筑的地基基础设计更加复杂,并造成额外的压力负担,不利于高层建筑的稳定性。
3、高层建筑地基基础的常用处理方法
3.1 高层建筑地基的注浆加固法
注浆加固是用压送设备将具有充填和胶结性能的浆液材料注入被加固的地层中, 使土颗粒的间隙、土层的界面或岩层的裂隙内,使其扩散、胶凝或固化,以增加地层强度、降低地层渗透性、防止地层变形和进行托换的地基处理技术。按照流动浆液体与土体的相互作用方式,一般可分为渗透注浆、压密注浆和劈裂注浆三种。在实际注浆中,注浆体往往是以多种运动方式作用于土体的。按照注浆工艺,可分为单管注浆(花管注浆)、套管注浆(塑料袖阀管注浆)、布袋注浆和埋管注浆四种。在高层建筑地基加固中,通常采用花管注浆和埋管注浆两种,前者用的较为普遍,后者则用于人工挖孔桩。桩端附近软弱地基土层的加固, 在采用花管注浆法进行加固处理时, 有时还用微型钢管混凝土桩与注浆法联合进行加固,以达到提高地基承载力、减少地基变形和改善地基的不均匀性的目的。
3.2高层建筑地基的高压旋喷法
它是利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻至土层的预定位置后, 以高压设备使浆液在 20-40MPa 的高压流从喷嘴中喷射出, 冲击破坏土体, 同时钻杆旋转以一定程度渐渐向上提升,将浆液与土粒强制搅拌混合,浆液凝固后,在土中形成一个固结体,以加固地基,提高地基的抗剪强度,改善土的变形性质。高压喷射注浆法的基本工艺类型有:单管法、二重管法、三重管法和多重管法等四种方法, 目前高层建筑地基加固中一般采用单管法。
3.3高层建筑地基的深层水泥搅拌桩
水泥搅拌桩是通过特制的搅拌轴的轮叶,从地面开始破坏搅拌至需要深度, 打开阀门将水泥浆或水泥粉由搅拌头注入土体, 用搅拌头强制搅拌均匀使水泥等固化剂与原土充分混合发生物理化学反应后形成强度大、压缩性小的桩体, 桩体和桩周同承担外部荷载形成复合地基。它可分为深层搅拌法和粉体喷搅法。水泥土的抗压强度除了与被加固土体的性质有关外,还与水泥的标号、掺合量、龄期及外加剂等有密切的关系。水泥标号愈大强度增加愈大,水泥标号增加 10 号,强度可提高 30%。因此实际中尽量采用高标号的水泥; 水泥的掺入比愈大,水泥土的强度逐渐增加,当掺入比小于 5%时,对水泥土的强度影响不大, 因此掺入比必须大于5%,一般的掺入比采用 10%- 15%;水泥土的强度随着养护龄期的增大而增大, 超过 90d 后,强度的增长才开始稳定, 一般采用 90d 的龄期作为标准;外加剂如木钙、三乙醇胺和石膏等,对加固土起早强、缓凝、减水和节省水泥的作用,但必须避免污染环境。
关键词:地基;基础;设计方案;结构设计
中图分类号:TU4文献标识码: A
一、引言
基础在建筑物的设计施工过程中是十分重要的环节,基础所起到的作用是将建筑物上部的结构与下部的地基相连接,施工企业以及设计单位若采用正确的基础设计方案,则会对工程产生良性影响,从经济方面讲,可以节约资金、减少成本支出,继而增加企业的利润与行业竞争力;从社会效益方面说,可以缩短工期、使企业树立良好的诚信经营形象。比如在高层建筑中,国内常用的基础设计为箱型或筏板型,其费用约为总工程耗资的14%左右,而构建基础所用的时间为总工期的五分之一,但高层建筑若不采用上述基础,而采用多层建筑普遍采用的桩型基础,费用以及工作周期就要提高很多,会产生很多问题。基础除了对上层荷载有一定的要求外,对所在地地质条件也有一定的要求,如土质较软,一般采用箱型基础,因为桩型基础以及筏板型基础不适合在软土基操作。施工实践也能够进一步证明,对于荷载较高且有一定抗震需要的地区,箱型基础是较为理想的选择。在一些城市由于有人防方面的要求,采用箱型基础也较为普遍。总之,在基础设计之前,要对当地的自然条件以及社会因素做好分析,并对上层建筑以及下层地基做好充分的考虑,结合抗震要求选择最为合适的地基基础。
二、基础设计的要求
1.经济方面的要求
企业是以获得经济利益为最终目的的,建筑企业将建筑物作为产品,要从建筑物的生产过程中获得更丰厚的利润,就要在保证建筑物质量的前提下,将建筑物的成本降低,这样才符合企业发展的长远要求。因此,建筑设计企业以及施工企业在基础设计方面,要结合建筑物的设计要求,如层高、总荷载、地质情况、环境因素等进行综合分析,并考虑建材成本等其他因素,使地基基础在经济方面更加有利于企业的盈利。
2.安全方面的要求
安全是建筑物的灵魂所在,一座建筑物最基本的要求就是安全耐用,若建筑物的安全出现问题,不仅会造成巨大的社会负面影响,产生严重的社会危害,还会对建筑企业在业内的信誉产生影响,甚至导致建筑企业退出市场竞争。所以建筑物在地基基础的设计方面,除了对经济因素加以考虑外,更重要的是对基础的安全给予充分的保障,满足所在地的抗震、风荷载、防潮等功能。
3.实用方面的要求
在考虑安全与经济因素的同时,要对建筑物基础设计的实用性进行考虑,如现代工业建筑对业主的工艺需要,检修、围护设备等,都要给与全面的考虑。因此在基础设计的过程中,要考虑到上部工艺设备对基础的影响等,并且现代工业建筑施工中经常遇到设备种类多,预留设备孔洞尺寸大,对基础产生不利影响。所以基础设计需要面面俱到。
三、基础设计的依据
我国关于建筑行业的运营规范明确指出,对于没有工程地质报告的企业,不允许进行施工建设。工程地质报告属于工程施工的基础性报告,作为整个项目设计建设的参考依据。所以,任何性质、规模的工程都要在施工前进行地质测绘,并由相关权威部门出具合格的工程地质报告。勘测过程中,布孔的标准要严格依据模拟建筑物的各项指标进行。在布孔结束之后,一般步骤为验坑,若遇到特殊的地质情况,还需要进行钻探等工序,保证工程的万无一失。此过程中,需要有检测人员、设计人员与验收人员等多方面人员在场,并在最终检测报告上进行签字确认,以便在日后明确责任。工程地质报告是施工的依据,设计人员必须通过该报告对地基基础进行方案设计和论证,并根据该报告解决施工中出现的问题。
四、基础选择的依据
在现代建筑领域,建筑物的基础可选择方案很多,如按照基础的形状划分,可以分为条形基础结构、独立基础结构、十字基础结构、桩基础和箱型基础结构等,也可以按照结构材料的构成,分为混凝土基础、砖结构基础、钢结构基础等。这些基础从物理性质到化学性质,从工程工期到工程造价都大相径庭,在建筑方或是设计方选择基础的时候,需要从经济、质量等诸多方面进行衡量和推敲,以达到利润的最大化。
五、施工中考虑到的其他问题
1.地基土质条件
在地基的设计和施工过程中,地质情况是最为必要的环节,在中国的某些地形复杂地区,如东北地区和西北地区,以及西南的局部地区,在较浅土层的不同的深度会有不同的地质结构,从土壤粘度的变化到土壤性质的变化,都是施工以及设计人员需要考虑的问题,比如伊犁兴钢环保建材有限公司新建矿渣库(库体高26米,采用CFG桩基础);米东天山水泥有限责任公司粉煤灰库(库体高30米,采用箱型筏板基础)等,这些都是出于对地质条件的考虑。通过多年的实际工作,笔者认为,在土质偏弱,且需要地基承重很大的时候,可以采用箱型基础,而建筑物整体层高和总荷载都不是十分巨大时,可以采用支撑柱或是支撑桩。无论从经济或是安全方面讲,都是合理的选择。
2.上部结构影响
建筑物的地基基础结构会受到除了会受到下方地基的影响外,还会受到上部建筑物结构的影响。由于建筑物上层荷载不是十分均衡,导致地基在设计时敏感程度也不尽相同,这样就在设计时首先提高基础整体的刚度,之后进行合理的受力分配,尽量使基础的各个部位平均受力,对于不规则上部建筑,一般采用箱型基础进行施工,可以有效的分担受力。
国家对于基础的标准只是在桩基的承重部分做出了规定,也就是说桩基的其他部分功能要通过在实践中的检验才会收到效果,比如基础用料的质量直接决定了基础结构的曲度以及挠度性能,但是行业却没有相关的规定。在实际施工中,经常出现的情况是基础的刚度符合要求,但是其防脆裂的性能较差,或是其内部的结构不合理,会在实际应用的过程中导致危险情况的发生。在进行基础上部结构影响分析时,要从基础的刚度、曲度多个角度去进行深度考察。在基础正是施工之前,可以将实际应用系数输入计算机,有计算机进行模型生成,通过承载力度实验对基础结构进行纠偏,若不经过实验,而在工程验收时期出现不合格的情况,就会导致成本的大量浪费。
3.上部结构总荷载
建筑上部的荷载是由上层的整体建筑质量来决定的,层数越多,荷载越大,这样就要求基础的承载能力越强,而关于基础的承载能力,可以从材料、结构、整体造型等多方面进行设计,具体做法要根据当地的具体情况进行具体分析。
4.基础性能
我们以最常用的箱型基础为例。由于很多建筑物的地下基础部分多被用作地下室、地下停车场或是储物间,因为这样可以进行空间的利用与开发,增加开发商的利润,所以箱型基础成为基础设计的首选。与一般基础结构相比,箱型基础的特点是以空间结构为基础,运用力学原理对承载力进行分散,使基础的刚度提升,并能够显著的提高建筑物的稳定性以及抗震性能,有着十分明显的优势;但箱型基础的缺点也十分明显,即:用料成本较高、施工周期较长、施工精度要求较高,并且对施工人员的素质要求也十分高,并且对地质结构的要求也相对其他基础更高,这些都是采用箱型基础不能回避的问题。
除了箱型基础之外,其他基础也存在固有的优缺点,而对于这些优缺点的回避或是接受,要根据工程的实际情况进行决定。如果建筑物的层数较多,就要在设计基础时注意建筑物倾斜或下沉的问题;如果建筑物处于地震多发区或是地震带,则在设计基础时考虑抗震性能,使基础能够起到地基与上层建筑之间的缓冲作用。另外,在工程开工前,工程人员都要与设计人员进行技术交底,技术人员以及设计人员有责任为工程方编写工程施工说明书,将施工中可能出现的问题、工程环境分析、工程质量要求、精度要求等做详细说明,施工单位要对设计中的参数、标准给予认同,才能够开始地基基础施工。
结束语
综上所述,本文通过对建筑物地基基础的介绍,旨在说明地基基础对建筑物整体的重要性。一般情况下,地基基础的成本约为工程总成本的两成左右,所以,文章强调在工程地基基础的设计中,要充分考虑经济因素。一方面,节约成本有利于企业赢得更高的利润;另一方面,这样也可以优化市场竞争,是建筑行业的竞争进入良性发展轨道,使建筑企业更具综合竞争力。
参考文献
[1]孙学礼. 地基基础设计中一些问题的分析[J]. 房材与应用, 2010,(05) .
【关键词】地基基础设计;处理方法
1 地基基础设计中的问题分析
1.1 地基基础设计中的问题
1.1.1 地下渗水,土坡滑动,地基不稳或是变形
地下水的流动与冲击,或是地基渗水,致使建筑土坡滑动,造成地基不稳固,甚至可能存在倾斜现象,地基一旦变形,为后期施工带来极大难题,造成不可估量的重大影响。
1.1.2 特殊土地加固措施不完善
我国东部和南方很多建筑工程都是在软土等特殊土体上进行的,在地基的施工过程中,由于对土体没有进行特殊的加固处理,很容易导致地基基础问题。
1.2 地基基础设计中问题存在的原因
1.2.1 缺乏对地质情况的全面了解
建筑工程需要因地制宜,施工之前对建筑地形和施工场地进行深入的勘测、研究与分析,是一切建筑工作顺利进行的前提与重点所在。在地基基础中存在的很多问题,都是工程前期勘查工作不到位引起的,比如:施工前的工程勘测和地址勘察不到位,没有按照相关要求和规定进行合理科学的勘察,由于地质条件相对复杂恶劣没有进行深入的探讨和研究。在以往的建筑工程中,由于对地质情况缺乏全面了解和深入研究导致的地基基础问题,其教训是惨痛的。
1.2.2 地基基础设计方案不合
设计方案不合理,存在两种情况。一种是设计人员在进行数据的计算中产生失误,如低估建筑工程的实际荷载量,实际建设中地基承重能力无法满足施工要求,或是地基的沉降计算不合理,地基沉降过大,地基基础建设失控,导致工程事故和地基基础问题。另外一种情况就是设计人员没有根据建筑物地基基础的承重能力、建筑物高度、平面布置以及施工场地的地质条件要求选择适用的地基基础形式,使得地基基础建设存在问题。
1.2.3 施工质量和环境变化对地基产生的影响
在设计方案的施工过程中,在建设过程中偷工减料,施工标准经验收之后不达标或是不服从施工质量监理的管理,都会为施工质量带来很大问题。另外,如果没有按照图纸进行规范化施工,基础平面的位置与尺寸等参数出现误差,很容易产生地基基础的问题。
2 如何加强地基基础设计
2.1 对地质进行勘探,做好地基基础设计方案
岩石与土体在长期的形成过程中,经历了很多复杂的地质作用,地质构成和地质条件都发生了很大的变化,不同区域内的建筑工程地下土质存在着很大的差异,我国地域面积广阔,每个地区受气候与地形的影响,存在很多特殊地质,如软土、冻土等。
做好地基基础设计,避免问题的发生,首要的是在进行设计方案的制定之前,对地基所在的地形与地质构成进行勘探,避免将已有的地质报告作为唯一的参考依据,还需要将理论与当地的实际相结合,避免盲目设计和弄虚作假。根据建筑场地的特点,确定工程勘探的目标与任务,对建筑工程的水文条件与地质条件进行全面了解;之后根据对场地地形地质了解的基础之上,进行地基基础的设计。
进行地基基础方案的设计时要考虑以下几个方面的因素:科学、客观地估量地基沉降的范围,测算地下室底板受力,对高层建筑的沉降进行控制,重视地基沉降计算的范围与要求,充分利用复合地基对地基进行加固,并考虑静压柱的适用性。
2.2 特殊地基的加固处理方法
2.2.1 换填土处理法
换填土处理法,就是当地基无法满足所应有的承载力和稳定性,而且软土层的厚度不大情况下,对软土层进行采挖,然后根据实际需要分层填充稳定性较好的材质,如砂石、灰土、炉渣、粉煤灰等,并进行强夯打压,加大地基的密度,提高地基承载力,降低沉降量,加快软土地基的排水固结,使原来的软土地基在改造后符合建筑施工的设计要求,从而保证工程施工的安全性。换填土处理方法依据的原理是土层的附加应力分布规律。这种方法,主要适用于土质不均匀、排水较差的软土地基。
在软土等特殊的土层中,用物理硬度较好的岩石或土体材料对地基中的不良土体进行替换,形成双层或是多重地基,目的在于提高地基的荷载能力,在建筑施工中尽可能减少沉降,进行置换填充的具体方法有振冲置换法、褥垫法、换土垫层法等。
2.2.2 动力固结或强夯法
动力软土地基加固法又称强夯法,一般采用8吨~30吨的重锤,在8-20米的高空对地基进行强夯打压加密,实现加固地基、提高地基强度、减少压缩性能、改善砂土抗液化条件,进而达到提高地基承载力的最终目的。
动力固结法适用于饱和性粘土地基,延伸了传统的动力固结置换方式,利用外部夯打力,将强度较高的材料打入地基,在施工地基中形成碎石墩,与原有地基形成新的承载力强调的复合地基,在很大程度上提高了地基的承载能力。
2.2.3 灌入浆料固化物
通过向土体灌入泥浆、水泥、石灰以及其它的固化浆料这种方式,来增强地基基础的强度,可以提高其稳定性,降低沉降数值。灌入固化物的主要操作方法有水泥土搅拌法、高压喷射灌注法、挤密灌注加固法等。
水泥土搅拌法又称作深层搅拌法,将水泥等材质混入淤泥、粘土等软弱地基中,通过机械搅拌,提高整个地基的强度,降低含水量,增强地基的承载能力。
高压喷射注浆法,与动力固结方法,有某些相似性。这种方式利用高压喷射机械,将水泥、粉煤灰等强度和固结性较好的材料向软弱地基深层,进行注浆,以此来提高整个地基的强度。目前,高压喷射注浆法适用于淤泥、粘土、粉土等含水量较多的软弱地基中。
2.2.4 排水挤密固结法
顾名思义,排水挤密法主要适用于含水量较高的沼泽、江河湖海等周边的软土地基,通过特殊方式进行排水吸水,指对土体进行水分排挤,提高土体的密度与强度,进行土体固结,以增强地基基础的承重能力,降低沉降范围。
比如用机械将塑料排水板插入软土层中,经过预压负荷,使水分沿塑料板上渗到砂垫层中,以此来加固软土地基的承载能力。排水挤密加固法,从另一个角度进行软土地基的加固,是一种新技术和新工艺,加固处理效果好,施工简单,在当前工程建设中的应用越来越广。
2.2.5 加筋法
加筋处理技术是在人工填土的路堤或是挡墙内铺设土工合成材料,或者在边坡打入土钉、碎石桩等,以此提高软弱地基的承载力,增强地基的密实度和稳定性。
3 结论:
地基基础设计对建筑施工作用重大,在设计前期和施工过程中加强对地基问题的处理,增强地基的承载能力,降低地基沉降范围。
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与桩土承载力、基础刚度等影响地基基础设计的技术难题进行了分析,并提出了相关的解决办法和应措
施,以供基础设计时参考借鉴。
关 键 词:地基设计复合地基荷载取值基础刚度
中图分类号: TU47 文献标识码:A 文章编号:
Abstract: The foundation design of several important issues discussed in depth, on the foundation designof the load value problems, the composite foundation design, pile and pile soil bearing capacity, foundation rigidity of foundation design in the technical problems are analyzed, and puts forward some solutions and measures, for the foundation design reference drawing.
Key Words: Foundation design ; Composite; foundation;Load value
引 言
地基是建筑结构中重要的组成部分,地基基础的设计是一栋建筑物设计中首要解决的问题,众多工程实践表明,只有稳定的地基支撑,才能成就万丈高楼的屹立不倒。在设计行业领域内,地基的设计有着独立的设计规范,可见地基设计中所涉及的参数之多和它的重要性。文章结合了近几年来个人的工程实践心得体会,对地基设计过程中几个难点问题进行分析研究,希望对地基工程设计有一定的指导作用。
1 设计荷载的取值问题
进行地基设计时,主要考虑以下三个方面:地基承载力计算、地基稳定性验算、地基变形验算。对于每个工程项目中都必须对其地基承载力进行计算与验算,这也是设计的基本内容;对于经常受水平荷载(主要受风荷载)的高耸结构和高层建筑结构以及建造在斜坡上的结构,还必须对其的稳定性进行验算。
设计规范中明确规定对于基础设计时其荷载规定包含了荷载取值与荷载组合两方面。地基基础设计的5个计算项目:地基承载力计算、地基变形计算、地基稳定性验算、基础结构承载力验算、基础抗裂验算。在这5个中对于荷载组合和荷载取值的规定是不一样的,下面将分别深入分析其取不同值的原因。
1.1地基承载力计算
根据《建筑地基基础设计规范》,地基承载力计算中荷载取标准组合来计算正常使用极限状态值。其抗力限值取地基承载力特征值或单桩承载力特征值,这里的特征值与《建筑结构可靠度设计统一标准》中的抗力为标准值类似,它既是土力学概念中的地基容许承载力和单桩容许承载力。容许承载力是在压力变形曲线中的第一个转折点的所对应压力值,也就是比例极限;或者某一特定变形值所对应的压力,它也取极限承载力和安全系数的比值所得。
1.2地基稳定性验算
地基稳定性验算中的荷载组合取基本组合,这组合中的荷载取值应取设计值,因为它属于按极限状态承载力设计的范围。而规范却规定分项系数取1.0,即实际采用的荷载仍是标准值。根据《建筑地基基础设计规范》中规定:当作用和抗力都由土的体积力所引起时,稳定性验算仍采用安全系数的设计方法,即荷载取标准值。但如果将计算得到的滑坡推力或土压力用于抗滑桩的截面和配筋计算时,分项系数必须乘以1.35,在对桩的水平承载力进行验算时,则分项系数应该取1.0。
1.3变形验算
由于地基变形主要是由土层的固结引起的, 而土的固结通常要延续很长的时间,对于作用时间较短的风荷载和地震荷载不会引起土的固结沉降。所以变形验算的荷载组合可选用长期效应组合,荷载值取准永久组合。
1.4基础结构设计
基础结构设计与上部结构设计原则几乎完全相同,荷载取极限状态承载能力的基本组合,抗力取材料的强度设计值。
2 复合地基的设计
复合地基在较多地基工程设计得到应用,在采用复合地基进行工程设计时都必须同时满足承载力和沉降的要求。在进行地基设计时的通常设计思路是先对地基承载力进行计算设计,在满足承载力要求后再验算沉降值是否在规定的数值范围内,如超出这一范围则通过考虑提高承载力设计来使沉降量达到规定的数值范围内,这种方法称为承载力控制设计。同时,与之对应的方法是按沉降控制设计,其设计思路为:先按沉降控制的要求对地基进行计算设计,当建筑物满足沉降要求后再验算该基础的承载力大小是否满足要求。如承载力不满足要求,则通过考虑增加复合地基置换率或增加桩的长度来满足承载力的要求。而对于复合地基的设计,其特点尤为突出。在进行其设计时,一般情况下,若沉降量满足了设计规范的要求,地基承载力基本上都能满足要求,这已经在众多工程实践中已经得到了验证。因此,在进行复合地基设计时,采用沉降控制设计的方法尤其适用于复合地基应用。
3桩与桩间同承担荷载的设计
在外部荷载的作用下,复合地基中桩与土是呈等变形工作的,因此两者变形的协调是地基基础设计的关键问题。由于桩与土的刚度差异较大,桩身的变形量要小于土的压缩变形量,为使变形协调,这就要求靠桩土之间的相对位移来缩短两者的变形差。对于柔性桩复合地基,由于桩土的压缩模量比和压缩模量比均比较小,两者容易达到变形协调。但对于刚性桩复合地基,尤其是刚性端为较好的土层时,桩土的压缩模量比和压缩模量比要比柔性地基大出很多,桩身长度较大,桩身很难以向下产生相对位移来满足变形协调条件,为此,可以在刚性桩复合地基的桩顶加置一层颗粒状材料的褥垫层,为桩身向上运动提供条件,从而达到变形协调的效果;通过了很多的实践工程的效果反应,这种方法效果显著。
褥垫层技术是复合地基设计中的核心技术。如不设置褥垫层,基础与桩间土直接接触,在外部荷载的作用下,桩承受着主要的荷载,随着荷载的增大和基础沉降变形,桩间土才开始慢慢承担一部分荷载,但是这个比例比较小。若褥垫层设置在复合地基上,基础不与桩间土直接接触,而是通过褥垫层来传递。由于刚性桩与土的弹性模量的差值很大,桩顶沉降远小于桩间土的变形,此时,桩顶的褥垫层则不断向桩间土运动来补充沉降差,使桩顶向着垫层中运动,这就使得在任何荷载下桩与桩间土始终同时参加工作。当荷载不变时,工况相同的条件下,桩和桩间土分担荷载的比例随桩距、桩间土强度、桩长等的不同而不同。桩距越小、桩间土强度越低、桩越长,则桩分担荷载的比例就越大。反之,桩间土分担的荷载比例就越小。
同时,与桩基相比,复合地基由于褥垫层的设置,基础与褥垫层的摩阻力还能够抵抗一定由桩承担的水平荷载,从而提高了复合地基抵抗水平荷载的能力。由于复合地基中桩间土所占的面积比例远大于桩,因此桩身承担的水平荷载也只占很小的一部分,从国内外的大量实验和实际工程证明,当刚性桩复合地基的桩顶褥垫层厚度大于100mm时,刚性桩中不配筋也不会折断的。
4基础刚度对复合地基的影响
基础刚度对复合地基的影响主要表现在,复合地基的工作状态在柔性基础下和刚性基础下有较大的差异。柔性基础下复合地基中的桩土承载力能够得到比较充分的发挥,而破坏时桩身承载力却只发挥一部分作用,桩与土的应力比随荷载的增大而减小,当土体达到极限状态时,应力比却随荷载的继续增加而增大。而刚性基础下复合地基中桩和土的承载力都能得到较充分的发挥,通常情况下,桩先达到极限承载力状态,桩与土的应力比随荷载的增加而增大,当桩体达到极限状态时,应力比随荷载的继续增大而减小。
因此,对于复合地基的设计,无论是柔性基础还是刚性基础都是有必要设置褥垫层。而对于柔性基础下复合地基的垫层,则应采用灰土或加筋土垫层作为褥垫层来增大桩与土之间的应力比,从而使桩体更好地发挥作用,从而有效地改善复合地基的工作性状。而对于刚性基础下的复合地基,则可采用砂石作为褥垫层来减小桩与土之间的应力比,从而改善浅层桩体与桩间土的受力状态。
5 其他因素对地基设计的影响
在进行地基设计过程中,为减少由于地基沉降或不均匀沉降引起的构件开裂或破坏,可以从结构措施、建筑措施、基础措施等方面来加以控制。例如,通过避免或减少采用平面结构形状复杂、阴角多的布置方案;通过避免将荷载和高低差异大、体形复杂的建筑物分为多个单元造成立面体形变化过大;而对于同一建筑结构,则应尽量采取同一类型的基础并埋置于相同的土层中,同时应该加强基础和上部结构的刚度等措施。对于高层建筑的基础则通常采用桩箱或桩筏结合的形式,除此之外,同时还应保证箱体的整体刚度,以保证群桩分布的形心和上部结构的重心重合,并考虑土层产生的液化影响。
6 结 语
地基基础设计所需要考虑的因素众多,地基的设计又是整个建筑设计的首重任务。本文对地基设计中几个重要问题进行了深入探讨,对地基基础设计时的荷载取值问题、复合地基设计、桩与桩土承载力、基础刚度等影响地基基础设计的技术难题进行了分析,并提出了相关的解决办法和应对措施。上述几个问题的分析讨论是地基基础设计中的一些关键性重要问题,在实际工程中也得到了运用。地基设计的重要性同时也要求着设计人员不断提高设计水平,提升设计质量,推动我国在此领域的发展。
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关键词:地基基础;加固技术
中图分类号:TU472 文献标识码:B 文章编号:1674-3954(2013)21-0053-02
前言
建筑结构中最重要的部分之一就是地基,其质量是建筑的稳定性的关键。所以在建设工业厂房的过程中,对厂房的地基基础进行科学合理的加固是非常重要的。随着我国经济技术的不断进步,我国的工业因势而生,得到了迅速的发展。工业的发展也为工业厂房的建设提供了坚实的后盾。在进行工业厂房的施工的时候,为了使工业厂房地基基础的质量和性能得到保证,就要科学合理对其地基基础进行加固。
1 地基基础与桩基础土建定义
地基是指建筑物基础底部下方一定浓度与宽度内的土层,一般把计算土层中附加应力和变形时所不能忽略的那部分土层,称为建筑物的地基。
建筑物对地基的基本要求是:不论是天然地基还是人工地基,均应保证具有足够的强度和稳定性。在荷载作用下地基土不发生剪切破坏或丧失稳定;不产生过大的沉降或不无效的沉降变形,以确保建筑物的正常使用。
软弱的地基必须经过技术处理才能满足工程建设的要求。对于土质良好的地基,当其难以承受建筑物全部荷载时,也同样需要对地基进行加固处理。经处理达到设计要求的地基称为人工地基,反之则称为天然地基。
地基处理是为了提高地基承载力,改善其变形性质或渗透性质而采取的人工处理地基的方法。地基处理不仅要满足工程设计的要求,还要因地制宜,就地取材、保护环境和节约资源等。
地基支承建筑物荷载,要避免强度破坏和失稳,同时还要使沉降的基础控制在地基的变形允许值范围内,并且在满足上面两个要求外选择的基础类型埋深相对不大,只须普通工序就可建造。这种基础类型就是天然地基上的浅基础;地基如果不能满足以上条件就要进行加固处理,在地基进行处理后建造基础,叫土地基上的浅基础。如果上面形式都不符合要求,就要对特殊的施工手段进行考虑,采取对埋深大的基础形式(深基础),使更多的荷载由上至下传到深层坚实的土层中去。
2 加固技术方法
随着经济的不断发展,建筑行业也取得巨大的发展。人们对建筑工程的质量和性能的要求也不断提高。就目前来说,实际的建筑工程质量依然存在着很多的质量问题。这些质量问题出现的主要原因是不同的区域的施工条件不一样,土层分布、土的物理力学性质不同,即使是在同一个建筑施工场地,也会有土质上的差异。施工过程中,如果对地基情况不清楚或者采取不合理的措施进行处理,就很容易给工程质量留下隐患,威胁人们的生命财产安全。因此,要有效保障建筑工程的质量,就要采用科学合理的方法进行地基工程施工。准备对事故进行分析,合理地对事故进行处理,是当前建筑行业必须要解决的一个大问题。目前对己建建筑物的加固处理的方法多种多样。一般采取常用两种施工方法进行地基工程的施工。
2.1 灌浆加固
指利用专用的机械进行机械成孔(机械成孔分挤密成孔及非挤密而孔)或者人工成孔,水泥化学浆液配制好后,用高压灌浆设备将其灌入地层,经过劈裂、挤压作用和浆液产生物理化学反应而使土层发生胶结,从而使土体结构和性能得到改善,从而提高土体的强度。
2.2 静力压桩加固
采用一套液(油)压设备,预制桩通过建筑物的承重柱重力的反作用分节压入土中,用预埋角铁焊接上下节桩接驳。液压控制压桩,当压力满足设计荷载和计划桩长要求可以终桩,单桩承载力在终桩时,可以根据压桩设备的仪表直接反映出来。终桩后,桩头钢筋将压入桩通过焊接连接原基础钢筋,并连结浇注混凝土承台与基础为一体,桩直接将上部结构的荷载传递到坚硬的土层。
出现不均匀沉降的己建建筑物,毫无疑问,加固无论运用灌浆加固还是静力压桩,都会造成工程的损失,所以要想办法降低损失的限度到最低。
3 分析沉降的原因
选取某厂房进行案例分析。
3.1 地质因素
根据钻探可知,厂房在一条山坡冲沟的边麓地段建造,有水位埋深大概0.3m丰富的地下水,不均匀分布的,淤泥(含腐木)等软土,层厚从南向北递增,这也是厂房均匀沉降的客观原因。
3.2 结构因素
采用了两种不同的基础型式的同一栋厂房,南段的地质条件较好,以人工挖孔桩为基础,坚硬状的残积土层里支承着桩端;北段地质条件非常差,以条形为基础的仅1m的砂垫层,没有进行压密处理。假设桩长10m,进入了坚硬状土层,通过测算可知其桩基础的最终下沉量只有1.4mm,推算采用条形基础下砂垫层处理的基础的沉降量仍有2m,条形基础的刚度没有起到变形(沉降)的调节作用,所以导致了厂房不均匀沉降,对厂房的安全使用产生影响,因此要尽快进行处理。
3.3 加固方案
为了使厂房的安全使用得到保证,处理该建筑物最好将加固上部结构与地基处理相结合。首先进行地基处理,使地基的继续沉降得到控制,然后再对上部结构进行加固。从钻探和变形测量资料可知,加固厂房的地基可采用压力灌浆补强和静力压桩等方法,但业主要求不能影响正常生产,同时受限于施工场地的工程地质条件,决定采用压力灌浆加固法。
本次采取压力灌浆加固法进行加固的目标是通过浆体的渗压对软土地基的承载力和压缩(变形)模量进行改善,使地基的沉降量减少,符合厂房使用的要求。
(1)其作用机理是:通过液压运用双液管将水泥和化学浆注入土中,使之快速凝固,与此同时,进行割裂、扩散挤压和充填软土。伴随一定的物理化学作用既可以促进浆体形成脉状充填软土;又可以使软土产生压缩和脱水固结,从而达到加固的目的。
(2)工艺流程(如图1)。
(3)布置灌浆孔,根据每根柱位的四周布进行布置孔距为1.5~1.9m不等的4个孔,以4~10.5m为加固深度,使深孔底部与残积土层接触。采用低压、慢灌、多量工艺进行注浆,从而注入更多的浆体。在软土较厚的孔段重复注浆使注浆效果增强。一般在第一次注浆中,由于一定的浆压作用会形成一部不规则的帷幕。对灌浆孔进行冲洗进行二次注浆,使浆液充填充分而有效。先下后上或先上后下分层注浆:先下后上是成孔后浆液浆管下落至孔底,并由孔底开始注浆,而后一边注浆一边上拔灌浆管,使浆液从孔底开始扩散,以利于加固软土;先上后下是从基础底板深度开始注浆,而后逐渐向孔底延伸,先使砂垫层获得有效的加固。
(4)根据观测可知经化学灌浆处理后缓解了柱基的沉降,但后期的基础下沉没有最终得到稳定要采取进一步措施进行加固。
3.4 基于上述分析的原因,本次必须采取一步到位,行之有效的加固方案。最终采用加固技术为“静力桩托换”
(1)采用一套液(油)压设备,预制桩分节(2~3m一节)通过建筑物的承重柱重力的反作用分节压入土中,节与节用预埋角铁焊接。液压控制压桩,控制压桩荷载在45~55MPa。当桩压达到预定深度及达到设计贯入度之压力时,保持压桩荷载在50MPa,每隔5min进行一次冲击,共三次,下沉量不大于3mm,并且要稳定1h,记录好,最终允许下沉量不大于1mm。完成桩压后,连接原基础承台,桩直接将上部结构的荷载传递到坚硬的土层。
(2)施工工序是将压桩基坑开挖在设计桩位处,用压桩机利用安装在柱上的反力钢夹提供反力进行压桩,等每个承台的静压桩都压完报,将预制桩连结原承台于一体,结构荷载由预制桩承担。施工用水准仪进行观测,将柱的升降量为±1mm。施工场地有丰富的地下水,要用抽水泵抽水,当水准仪监测桩的沉降速度加快(0.50nun/h),立即停止抽水前要对柱进行卸荷处理,防止桩基础产生附加沉降使厂房安全得到保证。
(3)施工效果监控加固效果与厂房的安全相关,通过对加固效果进行监测,在施工期间被加固的柱位沉降值累计不大于10mm,竣工后的沉降量不大于2mm/月,达到质量指标要求,加固质量良好。
4 结论
目前普遍认为压力灌浆加固法投资节约,是一种快速而又有效的方法。而静压桩加固法投资相对会比较大而且工期长,但这种地基基础加固方法却非常可靠。相对本工程的条形基础,由于宽度受到限制,上部荷载的作用由条基承受,附加应力发生在土层上,而天然土层的条基外的土层没有外加荷载的作用,所以是小应力区。灌浆时,在高压的驱动下,浆液将沿应力薄弱区(带)进行劈裂扩散,因此,在本工程的条基下进行注浆,浆液将对条基下的土体改善作用受到限制,浆液将会跑漏到条基外的软弱土层中。加固后的地基,虽然获得部分改善,但其受力压缩层仍然是条基下的砂垫层和软土层,地基的沉降不能完全得到控制,变形仍会继续发展,效果不会很明显。而静力压桩加固法是将桩压至地基中的硬塑状态的砂质粘性土层中,上部结构的荷载通过桩直接转移到深部,由坚硬状态的土层承受,这样条基下的砂垫层和软土层地基处于释荷状态,而桩的受力和传力直接,压桩时单桩承载力值可直接从压桩机的仪表中反映,地基变形最终可以得到控制,故处理效果明显。因此,遇到实际问题时应该具体问题具体分析,在采取加固措施前应从技术可行、质量可靠、安全稳妥、经济合理四个方面作综合分析,选出最优方案,否则将会使问题越来越复杂,造成的损失也会越大。
参考文献
[1]梁照云,工业厂房地基基础施工技术与加固技术的研究[J]2010(6)
【关键词】既有建筑,地基基础,加固施工
中图分类号:TU4 文献标识码:A 文章编号:
一、前言
改革开放以来,我国的建筑行业取得了辉煌的发展成果,建筑施工体系不断完善,工程质量管理系统不断成熟,施工工艺不断得到更新,在此过程中,由于混凝土建筑结构独具的特点,混凝土建筑结构在建筑行业得到全面的推广运用。因此,加强对既有建筑尤其是钢筋混凝土结构中地基基础加固技术的研究和探讨,不仅仅是促进整个建筑行业进步的需要,也是促进施工工艺革新的客观需求,更是新时期下,坚持以人为本,建设社会主义和谐社会的重要举措,因此,加强对既有建筑地基基础的加固技术研究,有着十分客观的经济意义和社会意义。
二、对既有建筑地基基础进行加固的意义分析
1.这是保证建筑整体结构稳定性的基础措施,万丈高楼平地起,既有地基将会直接关系到整个建筑的安全性和稳定性,对整个建筑的稳定性有着十分重要的影响。但是,在既有地基基础施工过程中,尚存在着一些不成熟的地方,建筑工程的后期护理也难以做到规范化和标准化,因此,使得建筑结构的安全性和稳定性得不到保证,必须实施加固,保证建筑安全,提高建筑质量。
2.这是完善既有建筑地基基础加固理论的客观要求,既有建筑地基的加固技术具有复杂性,涉及到各种法律规范,施工标准,施工的材料设备等各个方面,虽然这种技术已经在世界范围内广泛运用,但是这种技术依然不够完善,理论不够成熟,基本上依然处在探索阶段。因此,加强加固技术的探讨研究,有助于完善加固技术理论系统,有着重要的意义。
3.这是保证建筑质量的重要举措,现有建筑物及构筑物常常因设计或施工的缺陷以及长期使用过程中的老化、破坏,甚至自然灾害造成建筑既有地基基础结构承载力不足、开裂以及抗震性能不良等,影响建筑物及构筑物的安全和使用功能,从而不得不考虑结构的修复加固问题。另外,结构设计规范也几经变动,原有建筑物及构筑物大部分己不满足现行规范的设计要求,必然存在一定的安全隐患,
4.这是保证建筑使用者切身利益的客观要求。伴随着建筑行业的快速发展,越来越多的建筑工程开始施工,房屋建筑的更新换代的周期也逐渐缩短,房屋建筑的稳定性和安全性将会直接关系到使用者的切身利益,对既有地基基础进行加固,不仅仅可以使得建筑的性能得到保障,也可以一定程度的消除很多的安全隐患,使得建筑的使用者能够安全使用,维护了他们的合法权益,体现出以人为本的思想战略。
三、既有建筑地基基础加固施工技术探讨
1既有建筑地基和基础加固前期准备
(一) 既有建筑地基和基础加固前,应先对地基和基础进行鉴定,方可进行加固设计和施工既有建筑地基和基础的鉴定、加固设计和施工,应由具有相应资质的单位和有经验的专业技术人员承担。
(二)对于相关建筑的处置
对地基基础加固的建筑,应在施工期间进行沉降观测,对重要的或对沉降有严格限制的建筑,尚应在加固后继续进行沉降观测,直至沉降稳定为止。对邻近建筑和地下管线应同时进行监测。
(三)既有建筑地基和基础加固的施工人员应掌握所承担工程的地基基础加固目的、加固原理、技术要求和质量标准等施工中应有专人负责质量控制,并进行严密的监测,当出现异常情况时应及时,会同设计人员及有关部门分析原因,妥善解决。
2. 复合注浆法
(一)注浆钻孔施工。对桩基的桩身缺陷或桩底持力层缺陷进行加固时,先采用地质钻机在桩中进行钻孔抽芯或在桩侧进行钻孔,对桩身缺陷加固时需在桩中钻孔抽芯至缺陷位置以下1m左右,对桩底持力层缺陷加固时需根据设计桩底持力层要求从桩中或桩侧钻孔抽芯至完整持力层以下3m左右。钻孔孔径一般开孔为110mm或101mm,终孔直径为101mm或91mm,钻孔垂直度保证小于1%。
(二)建立孔口注浆装置。注浆钻孔施工完成以后,在注浆孔口建立注浆装置。孔口注浆装置采用预埋设的方式固定在桩顶注浆孔口,采用水泥浆将孔口装置与钻孔之间的间隙固定密封。
(三)采用高压旋喷方式喷射清水进行冲洗扩孔。
(四)采用高压旋喷注浆方式进行注浆。按要求进行清水喷射洗孔和扩孔后,再采用高压旋喷注浆方式进行旋喷注浆。将注浆管分段下入孔底后,从下而上进行旋喷注浆,旋喷注浆一般采用单管旋喷注浆方式。
(五)采用静压注浆方式进行注浆。高压旋喷注浆结束后,利用孔口注浆装置封住孔口进行静压注浆。静压注浆开始时采用较稀的浆液和较低的注浆压力,随后逐渐增加浆液浓度及加大注浆压力,直至设计注浆量和注浆压力为止。一般静压注浆在浆液终凝前需进行2~3次灌注。静压注浆可以采用单液也可采用双液注浆。
(六)封孔。静压注浆结束后,若注浆孔口冒浆,需对孔口进行封闭处理,防止浆液流出;若注浆结束后孔内浆液有流失,需补灌浆液到注浆孔内浆液饱满为止。
3.树根桩法
树根桩是一种小直径钻孔灌注桩。通常采用钢管导向冲击成孔,亦可直接采用回转成孔,成孔直径100~250mm,根据成孔直径的大小,可放入一根钢筋或多根钢筋,也可采用钢管,成孔后,将配制好的砼灌入孔内,最后成桩。由于树根桩可以任意角度倾斜,形态似树根故而得名。它的突出优点是能够最大限度地保持结构物与地基之间原有的平衡状态,保证在加固地基的同时,又不破坏地基土对结构物的支撑作用。
(一) 桩径宜为150~300mm,桩长不宜超过30m,桩的布置可采用直桩型或网状斜桩型。
(二) 树根桩的单桩竖向承载力可通过单桩载荷试验确定,也可按《建筑地基基础设计规范》有关规定估算,尚应考虑既有建筑的地基变形条件的限制和桩身材料的要求;对软弱地基,主要承受竖向荷载时钢筋长度不应小于1/2桩长,主要承受水平荷载时应全长配筋。
(三) 树根桩设计时,尚应对既有建筑的基础进行有关承载力的验算。当不满足上述要求时,应先对原基础进行加固或增设新的承台。
四、关于既有建筑地基基础加固设计施工的建议
1.要做到科学设计,从既有建筑的现实状况和整个建筑地基基础使用的实际出发,实地勘察,精密测量,采集第一手相关的地质地貌,施工高度,施工难度等一系列的客观数据,保证数据的真是完整性,采取科学合理的设计方法,选择合理的加固方法,制定严格的施工规范,做好各种加固施工前的准备,比如对器械工具,人员的准备。
2.要采取先进的技术设备,对加固施工的各种机械设备做出科学选择,保证机械设备稳定安全,同时,要加强对加固材料的选择,采购质量管理,选择符合我国国家质量标准的材料,杜绝假冒伪劣产品,从材料商保证加固的质量。同时,严格执行材料使用制度,规范科学合理施工使用,避免浪费,做到物尽其用。
3.要对整个加固工程设计施工都进行全程监控,实施全面的质量管理监督。加强对管理人员的管理技能的提高,培养其负责的工作态度,安装先进的监控设备,加强对施工人员的施工规范性指导和管理,从施工细节到全局的施工进度,加固后的护理修缮,都做出细致全面的监控,保证质量的高标准。同时,要做好加固后期的定期实施路桥维护,管理。全程管理控制,保证加固的质量,提高整个交通网络中的路桥使用寿命和安全性能。
五、结束语
既有建筑地基是保证整个建筑稳固性和安全性的基础性工作,做好既有建筑地基的加固工作,将会对整个建筑的稳固性和安全性有着深远的影响。对既有建筑地基的加固施工既关系到整个国民经济的发展,又关系到居民生活方式的改变和生活质量的提高,因此,通过加固技术的研究,在建设施工过程中,充分考虑到各种项目工程的实际情况,根据不同的建筑结构构件特点,科学制定施工方案,合理选择加固方法,严格遵守各种施工标准和施工规范,采用先进科技和先进施工工艺,促进加固施工的规范化和标准化,提高整个既有建筑地基的加固效果,增强其稳定性和安全性。从而为确保建筑使用者的切身利益。
参考文献:
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