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关键字:软土地基 高压旋喷桩 加固
中图分类号:U416.1 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2013)04(b)-0113-01
1 对高压旋喷桩施工技术分析
高压输喷桩是一种高压喷射注浆技术,其高压注浆喷射流的能量大、速度快,适应能力强,它能够对各种土质,不论软硬,都能够达到冲击破坏与搅动的作用。能够根据实际情况,对不同土质的土质进行加固,从而实现其稳定性。所以,要使高压转喷桩施工技术能够更好的发挥效益,就需要做好高压旋喷桩施工技术的前期、期中以及后期的护理工作。
1.1 做好高压旋喷桩前期施工准备
做好高压旋喷桩的施工前期准备就应该准备好各种施工中所需要的设备以及基础设施。一方面,要对建筑物的施工地点进行调查,把软土地基的情况进行有效的评估,从而能够做到因地制宜,有效的进行高压旋喷施工。另一方面,对要选择有效的施工设备,例如:钻机、水箱、空压机等,从而使各种能够使各种设备能够符合软土地基的实际情况,并达到各种技术要求。做好前期工作的方方面面采能够更好的保证高压旋喷桩的完善开展。
1.2 完善高压旋喷桩期中施工工作
施工中的高压旋喷桩的有效进行是保证软土地基加固的最关键的施工要点。首要,在施工时要把钻机安放在钻孔的位置,然后,就可以钻孔了。钻孔要根据事前调查的深度,找准预计的钻孔深度,利用合理的钻机进行钻孔。其次,做好插管工作,插管工作就是在钻孔工作完善之后,将注浆管打入预定的深度,并使将插管与钻孔有机结合。再次,就应该做好喷射注浆工作,喷射注浆工作一般要自上而下的进行高压注浆,在注浆的过程中还要保证软土地基结构的加固性与整体性,之后还要进行复喷,以增加承载力与质量的确保。最后,在以上的工序做好之后,就要拔出注浆管。一旦不能够继续喷浆后,就应该立即注浆管清洗备用。在拔出注浆管时,就应该严格防止变形,控制好高压旋喷桩进度,以确保施工工艺的高效完成。
1.3 施工后期的护理工作
施工后期的护理工作是在软土地基上修建的建筑物能够实现长远利用的有效保证。因此,在高压旋喷桩工序完成之后,就应该对施工工程进行检查。严格审核各种有效数据,对各种技术要点进行审核,在仔细检查确保质量之后,就可以进行试桩。试桩是将施工工程投入使用最后关键一步。试桩合格之后,可以将施工工程投入使用了。
2 高压旋喷桩加固软土地基的要点
高压旋喷桩技术应用最核心的任务就是对软土地基进行加固。因此,就需要在施工过程中,严格把关其加固技术,严控技术要点,转变软土地基的土质,实现其稳固性。
2.1 技术要点
把握高压喷射流
在进行高压喷射时,由于高压的影响,其压力一旦控制的不好,就容易产生对土体的破坏后果。又由于软土地基的土质结构比较复杂,因此,在进行高压旋喷桩加固工程时,就应该把握好土体的整体结构,对土体的承受值进行估算,防止高压喷射流的压力超过软土地基的承受力,造成土体坍塌等后果。
2.2 技术要点
掌控高压旋喷成桩
掌握高压旋喷成桩的关键技术要点的也是由于土质结构的复杂与高压喷流的压力较大的原因。因此,在高压旋喷成桩的过程中,就应该严控体制的破坏程度,将水泥浆作为硬化剂,边旋转边上升,做好土质微粒的置换工作,从而将横断面上的质量大小与浆液混合,并重新排列,从而形成一种新型的水泥、土质结构。
2.3 技术要点
严控泥土固化工作
正由于软土地基的土质较软,稳固性不强,就需要在进行高压旋喷桩时,严控泥土固化的工作。高压旋喷桩工程本身在喷射注浆的过程中就会对软土地基造成破坏、粉碎。所以,就需要严格控制水泥与周围各种土粒的作用,让水泥与土粒能够形成一种网络结构的空间体,不断的延生、不断的交织、不断的置换,形成一种较为特殊的水泥骨架,从而增加泥土固化的强度。
3 进行高压旋喷桩的质量控制
高质量的软土地基的加固工程,实现重组地基,是对软土地基进行高压旋喷桩施工的最终目的。因此,就需要在进行加固施工时,严格控制高压旋喷桩的质量,从而使得软土地基的能够更为结实,为建筑物的可持续、长远话的使用发挥更好的效益。
3.1 严格审查各种原材料
高质量的原材料是保证对软土地基进行高压旋喷桩技术加固程度高的基础。因此,就应该在对软土地基进行加固施工的前期,应该派专业人士进行原材料采购、由于是水泥质量,防止劣质的原材料利用到高压旋喷桩的施工过程中。另外,防止减料现象的发生,不仅如此,还应该进行质量抽查检验,使原材料的混合比例符合施工的高标准要求,并研发自动化原材料处理技术,从而实现各种原材料的质量控制。
3.2 注重施工步骤的有效性
注重施工步骤的有效性,就是在高压旋喷桩施工的过程中,要严格的按照施工步骤来进行施工,并防止偷工现象的产生。在有效的进行高压旋喷桩施工时,一旦发现没有按照程序脚踏实地的进行施工或者懈怠的现象,就应该进行严格惩罚,从而达到警示的效果。另外,还要在施工中严把压力与流量的关系,保护好土层结构,并做好相关的记录,从而能够在问题出现之后,经过记录查询,找到事故出现的原因。
3.3 完善施工的核查工作
核查工作就是当对软土地基进行高压旋喷桩技术施工之后,对各种技术、施工情况、有效数据进行检查、核实工作,以保证高压旋喷桩的全过程能够达到高质量、高效率。进行高压旋喷桩核查工作首先就应该在施工完善之后,分期对施工工程进行核查。审核的主要点有原材料的质量、钻头施工控制等,并对桩型的整体性、固化程度以及垂直度等进行检查。一旦检查过程中发现不足之后,就应该采取措施进行补救,从而促使整体质量符合实用标准。
高压旋喷桩在软土地基的应用是建筑业的一项完善工程,也是建筑业的技术史上的一大进步。它不仅有效的改良软土地基的土质,还保证建筑修建的顺利开展,不仅优化了施工方略,还保证了地基加固质量。因此,就对软土地基进行高压旋喷桩施工时,就需要严格进行质量控制,掌握其加固效果,实现软土地基的强化要求。
参考文献
[1] 张荣.高压旋喷桩在软土地基处理中的应用[J].科技创业月刊,2011(2).
关键字:软土地基;建筑施工;处理技术
Abstract: with the development of our national economy, the construction industry is developing rapidly, and construction often meet soft soil foundation, especially in the coastal areas. Soft soil because of its own characteristics, so that the stability of the foundation and anti-permeability stability is insufficient, directly affects the normal operation and safety of the building, construction process to the soft soil foundation treatment bad will cause serious engineering accident. Aiming at the problem of soft soil foundation introduced three kinds of processing technology.
Key words: soft soil foundation; Building construction; Processing technology
中图分类号:TU47文献标识码:A 文章编号:2095-2104(2012)
软土地基
(一)软土地基
软土地基是指压缩层主要由淤泥、淤泥质土或其他高压缩性土构成的地基。其承载能力很低,一般不超过50KN/m2。在软土地进行建筑施工,一旦处理不当,就会产生地面沉降,影响建筑物的使用和安全。
(二)软土地基的属性
1、触变性。软土没有遭受破坏时,它具有固态的特征,如果软土受到破坏或扰动,就会转变成稀释流动状态。
2、高压缩性。软土的压缩系数很大,当垂直压力达到0.1兆帕时,大部分软土会发生压缩变形,从而导致房屋建筑的沉降量较大。
3、低透水性。由于软土的透水能力很差,可以认为软土是不透水的,所以软土排水固结通常需要耗费很长的时间,有些房屋建筑工程的沉降延续时间甚至超过十年。
4、不均匀性。高分散的与微细的颗粒组成软土,使得软土的土质不均匀,如果平面上的房屋建筑荷载不均匀,就会导致房屋建筑产生很大的差异沉降,使房屋建筑出现裂缝。
5、沉降速度快。随着荷载的不断增加,沉降速度也不断增加,沉降速度最高可达2毫米/天。
6、流变性。软土在一定剪应力的作用下,会发生缓慢的长期变形,导致软土长期强度低于瞬时强度
(三)软土地基对建筑施工的危害
1、建筑物沉降量过大。这是软土地基上建筑物最常见的症害。据统计,在软土地基上,一般3层房屋的沉降量为15cm~20cm。4层房屋的沉降量为20cm~50cm,5层或6层房屋的沉降量多超过70cm。对于有吊车梁的工业厂房,沉降量为20cm~40cm。大型构筑物的沉降量一般大于50cm,甚至超过100cm。这种沉降一般出现在基底软士较厚而且比较均匀的土层上,由于受到较大的荷载作用,使地基土被压缩。地基土的压缩性与土的含水量呈现直线关系.而且压缩是缓慢进行的,这是因为软土的渗透性差。
2、建筑物不均匀下沉,造成建筑物开裂破坏。产生这种破坏的原因很多,例如土质不均匀、上部结构的荷载差异大、建筑物体型复杂,以及相邻建筑物的影响、地下水位变化等。
3、建筑物严重倾斜。这是由于荷载不均匀,附近建筑物附加压力的影响等,使地基向一边挤出,造成建筑物倾斜过大。
4、建筑物下的软土发生流塑和破坏。当软土地基加载过大、过快时,由于软土地基强度很低,建筑物的荷载超过了地基的承载能力,这种情况就会发生。
二、软土地基处理技术
(一)深层石灰搅拌桩
对塑性指标高的软土地基进行加固处理,可以采用深层石灰搅拌桩这一方法。在同等条件下,用石灰充当固化剂对软土地基进行加固处理,所起到的临时加固效果通常要超过水泥。在房屋建筑工程中的软土地基中,深层石灰搅拌桩通过把地基土和石灰强制搅拌混合,使石灰和地基土发生化学反应,从而使起到稳定地基土的作用,同时还能提高软土地基的强度。该方法具有经济合理、技术简单等特点,可以减少房屋建筑整体工程的工后沉降与软土层沉降,同时还能使软土层承载力得以提高,能够有效加固房屋建筑工程的软土地基。
1、深层石灰搅拌桩的材料要求。
用于加固软土地基的石灰必须是细磨的,在整个搅拌过程中,石灰的最大粒径应小于2毫米,这样可以防止桩体中的石灰聚集。选取石灰应尽量挑选纯净无杂质的石灰,而且石灰中的氧化镁与氧化钙含量不应低于8.5%,氧化钙的含量最好在80%以上。石灰储存期最好不要超过90天,石灰液性指数应在70%以上(含70%)。
深层石灰搅拌桩的施工准备。
当工作场地的表层硬壳比较薄时,应先铺填砂石垫层,这样施工机械在场内就可以顺利移动与施钻。配置钻机、搅拌钻头、空气压缩机以及粉体发送器等。通过室内试验与原位测试获取地基土与灰土的化学指标和物理力学性能指标,然后以最佳含灰量充当设计掺灰量。对搅拌范围进行确定与设置,然后选择桩长、根数及截面。
深层石灰搅拌桩的施工要点。
粉体搅拌法的施工顺序为:桩体对位下钻钻进提升提升结束。按照房屋建筑结构所要求的承载力,对桩的间距进行初步选定,然后确定出加固范围内的搅拌桩数量与每平方米内的搅拌桩的所占面积。通常,搅拌桩的排列呈等边三角形,有时也可以布置成四方形,桩距约为1米,桩径在0.5米到1.5米之间。空压机压力不必过高,风量适宜即可,不必过大。桅杆与钻机安装在载体上,这样可以有效防止飞粉污染,同时还能防止与雨水相遇发生化学反应而溅伤施工人员的眼睛与皮肤,在施工过程中,施工人员必须配戴防护眼镜。
(二)强夯法
强夯法又名为动力固结法或动力压实法。这种方法是反复将重锤(一般为10―40t)提到高处使其自由落下夯击地基,从而使地基的强度提高。强夯法适用于处理碎石土、砂土、粉土、粘性土、杂填土和素填土等地基,它不仅能提高地基的强度、降低其压缩性,还能改善其抗振动液化的能力和消除土的湿陷性,所以还常用于处理可液化砂土地基和湿陷性黄土地基等。强夯法对于饱和度较高的粘性土,一般来说处理效果不显著,尤其是淤泥地,处理效果更差。
1、强夯法的适用条件
强夯法同其他软土地基处理技术一样,也有其一定的适用范围和特殊要求。从国内外工程实践经验看,强夯法加固软土地基的一个关键性问题就是土的粒径、土层特性及其含水量。一般认为强夯法目前除了对厚层淤泥质和淤泥不适用外,对某些类型的软土强夯效果还是比较好的。从土的性质分析,软土强夯效果决定于地基土的含水量、粒径级配及孔隙比的大小。我国工程技术人员根据多年的工程经验,认为对含水量大于60%、孔隙比大于1.5、粒径小于0.005mm粘粒占30%以上的饱和软粘土不宜采用强夯法。
强夯施工过程
(1)起吊机械起吊重锤的能力应大于锤重力的3倍,能脱落吊钩时,起重能力可大于锤重力1.5倍。
(2)夯锤质量取5t,落距一般为2.5―4.5m,确保达到600――1000kN/m的夯击能量。锤重力与底面积的关系,应符合重力在底面上的单位静压力,一般为15―20Kpa,而且应当在最佳含水量情况下进行夯实。(3)夯打施工时,一般采用先周边后中间,一夯挨一夯顺序进行,在一次循环中同一夯位应连夯两次,下一循环的夯位应与前一循环错开1/2锤底直径。
(4)重锤夯实完工后,应进行质量检验,检查施工记录,除应符合试夯最后下沉量的规定要求外,同时还要求完成最底面的总下沉量不小于试夯总下沉量的90%。
(三)真空预压
真空预压是排水固结法的一种,真空预压法是在地基表面铺设密封膜,通过特制的真空设备抽真空,使密封膜下砂垫层内和土体中垂直排水通道内形成负压,加速孔隙水排出,从而使土体固结、强度提高的软土地基加固法。1、适用范围
真空预压法适用于加固淤泥、淤泥质土和其他能够排水固结而且能形成负超静水压力边界条件的软粘土。2、施工流程
平整场地---插打塑料排水板---测量放线---铺设主支滤排水管---铺设上层砂垫层---砂面整平---铺设聚氯乙烯薄膜---施工密封沟---设置测量标志---安装真空泵---抽真空预压固结土层
3、真空预压法的优点
(1)加固过程中土体除产生竖向压缩外,还伴随侧向收缩,不会造成侧向挤出,特别适于超软土地基加固。(2)一般膜下真空度可达600mmHg,等效荷重为80kPa,约相当于4.5m堆土荷载;真空预压荷重可与堆载预压荷重叠加,当需要大于80kPa的预压加固荷重时,可与堆载预压法同时使用,超出80kPa的预压荷重由堆载预压补足。
(3)真空预压荷载不会引起地基失稳,因而施工时无须控制加荷速率,荷载可一次快速施加,加固速度快,工期短。 (4)施工机具和设备简单,便于操作;施工方便,作业效率高,加固费用低,适于大规模地基加固,易于推广应用。 (5)不需要大量堆载材料,可避免材料运入、运出而造成的运输紧张、周转困难与施工干扰;施工中无噪音,无振动,不污染环境 。
(6)适于狭窄地段、边坡附近的地基加固。(7)需要充足、连续的电力供应;加固时间不宜过长,否则,加固费用可能高于同等荷重的堆载预压。 (8)在真空预压加固过程中,加固区周围将产生向加固区内的水平变形,加固区边线以外约10m附近常发生裂缝。因此,在建筑物附近施工时应注意抽真空期间地基水平变形对原有建筑物所产生的影响。结束语
当前,我国建筑施工中的软土地基处理技术已经广泛地应用于施工中,取得了良好的效果,但是仍存在改进的空间,这就需要我们在实际施工过程中严格按照规定与操作规程进行施工并不断地总结经验,创新技术,并将其应用到房屋建筑工程的实际施工过程中,最终使房屋建筑工程的质量得到有效保障。
参考文献
[1]孟宪斌,基础设计应该注意的问题[j].林业科技情报,2011(09).
[2]王经建,刘伯权,段武松.某高层建筑基础型式的探讨[j].长安大学学报(建筑与环境科学版),2012(06).
[3]王锉,浅谈建筑基础的选型[j].中州煤炭,2011(23).
【关键词】软土地基;危害;处理方法
我国公路行业规范对软土地基定义是指强度低,压缩量较高的软弱土层.多数含有一定的有机物质。地下水位高,其上的填方及构造物稳定性差且发生沉降的地基。 软土地基不能简单地只按地基条件确定,因填方形状及施工状况而异,有必要在充分研究填方及构造物的种类、形式、规模、地基特性的基础上,判断是否应按软土地基处理。 软土路基的处理的目的是提高该段公路路基的稳定性和承载能力。
1. 软土地基的危害和后果
软土地基的性质因地而异,因层而异,不可预见性大。在设计、施工过程中,稍有疏忽就会出现质量事故,常见的事故有:
(1)勘察设计不详细或不准确,导致对应该作软基处理的地段未作处理设计。
(2)已知是软土地基,但是未做好软土地基处理,造成路堤失稳或危及线外建筑物。
(3)虽然作了软土地基处理,但是措施不力,施工不当造成路堤失稳。
(4)堆料不当,未按规定分层填筑,填土过快,碾压不当,造成路堤失稳。
(5) 扰动“硬壳层”或填筑不当,使“硬壳层”遭受破坏,导致路堤失稳。软土地基上往往有一层强度比软土高的土层,被称为“硬壳层”。“硬壳层”可以起到承重和扩散应力作用,利用好“硬壳层”对于减少工程投资是有意义的。有的地区甚至认为,有“硬壳层”存在的软土地基,宁可不作软土地基特殊处理,充分利用“硬壳层”的扩散应力作用,采取预压措施,以保持填筑路堤的稳定。但若对“硬壳层”的勘察、利用工作做得不好,则达不到顶预想的效果。
(6)由于台背填土使地基对结构物产生负摩阻力和纵向推挤作用,引起桥台发生变位以至损坏。在软土地基上的桥台,基础不论是用支承桩或是摩擦桩,由于台背填土引起软土层发生较大的沉降,对桥台及桩基础产生纵向推挤向河中方向和负摩擦力作用,轻则使桥台发生位移或下沉,重则损坏桥台危及桥墩,这种现象尤以轻型桥台为甚。此类现象出现不少给工程的进展和完工后的使用带来不利影响。主要问题是:台背填土引起桥台向桥跨方向发生水平变位;先做桥台,后做锥坡及台背填土;锥坡没有按设计图纸做足,台背填土时把轻型桥台推坏;由于负摩擦力作用,引起桥台下沉。
2. 软土地基路基施工处理的基本方法
目前,在公路工程中处理软土地基主要采用以下几种方法:
(1)堆载预压法。 该法是在工程建设之前用大于或等于设计荷载的填土荷载,促使地基提前固结沉降以提高地基的强度,减少工后沉降。当强度指标达到设计要求数值后,卸去荷载,修筑道路路面。经过堆压预处理后,地基一般不会再产生大的固结沉降。利用路堤填土作为堆载,成本较低。施工填筑时宜采用分层分级施加荷载,以控制加荷速率,避免地基发生剪切破坏,达到地基强度慢慢提高的效果。该法原理较成熟,施工简单,不需要特殊的施工机械和材料。由于该地区软土固结系数小,故软土的排水固结时间较长,因此工期较长。如施工时间允许,可单独使用;如工期紧,可结合其它方法一起使用。
(2)真空预压法。 真空预压法是在需要加固的软土地基内设置砂井或塑料排水板,然后在地面铺设砂垫层,其上覆盖不透气的密封膜使其与大气隔绝,通过埋设于砂垫层中的吸水管道,用真空装置进行抽气,将膜内空气排出,因而在膜内外产生气压差,气压差即转变成作用于地基上的荷载,地基不会产生剪切破坏,这对软土地基是有利的。该方法不需要堆载,省去了加载和卸荷工序,缩短了预压时间,省去了大量堆载材料,所使用的设备及施工工艺均比较简单,无需大量的大型设备,便于大面积施工。
(3)反压护道法。 该法是指在道路主路堤两侧,填筑一定宽度和高度的护道,以期达到路堤稳定的一种方法,它主要是起抗滑的平衡作用,使得抗滑力矩能克服滑动力矩。其高度一般为路堤填土高度的1/3~1/2。这种方法处理软土地基,对解决路基稳定是有效的。该法不需控制填土速率,可以机械化快速完成路基填筑,但利用该法处理地基,土方量大、占用土地多。
(4)水泥土搅拌桩法。 水泥土搅拌桩是胶结法处理软土地基的一种,它利用水泥或石灰等材料作为固化剂的主剂,通过特制的深层搅拌机械,在地基深处将软土和固化剂(浆液或粉体)强制搅拌,利用固化剂与软土之间所产生的一系列物理、化学反应,使软土固结成具有整体性、水稳定性和一定强度的地基,以达到提高地基承载力、减少地基沉降量的目的。其地基应视为复合地基,桩同承担荷载。它具有施工速度快,设备轻便,便于移动,方法容易掌握,处理深度较大等优点。
(5)换填垫层法。 当软弱土层厚度不很大时,可将路基面以下处理范围内的软弱土层部分或全部挖除,然后换填强度较大的土或其它稳定性能好、无侵蚀性的材料(通常是渗水性好的砾料)称为换填或垫层法。此法处理的经济实用高度一般为2~3m,如果软弱土层厚度过大,则采用换填法会增加弃方与取土方量而增大工程成本。
(6)强夯法。 对于孔隙较大的地基及含水量在一定范围内的软弱粘性土地基,可采用重锤夯实或强夯。它的基本原理是:土层在巨大的冲击能作用下,土中产生很大的压力和冲击波,致使土体孔隙压缩,夯击点周围一定深度内产生裂隙良好的排水通道,使土中的孔隙水(气)顺利排出,土体迅速固结。强夯后地基承载力可得到一定的提高,压缩性可降低200%~1000%。
(7)加筋路基法。 对于沉降量不大的路堤,高路堤填土适当采用土工布垫隔,限制了软基和路基的侧向位移,增加了侧向约束,从而降低应力水平,加强了路基刚度与稳定性,提高了路基的水平横向排水,使荷载均布。采用土工布覆盖摊铺,既提高路基刚度,也使边坡受到维护,有利于排水,增加地基稳定性。
此外,在确定地基处理方法时,还要注意节约能源。注意环境保护,避免因为地基处理对地面水和地下水产生污染,避免振动噪音对周围环境产生不良影响等。
参考文献
[1] 《浅谈软土路基的处理》2007.10.9.
[2] 《关于公路软土地基处理方法的探讨》2008.7.15.
各种地基处理方法有其各自的机理和适用范围,在选择处理方法时, 需根据地质条件、上部结构类型、使用要求、对周围环境的影响、材料供应情况、施工条件以及技术经济指标等因素做综合考虑, 做到技术先进、经济合理、施工可能、安全适用、确保质量。
几种常用处理方法的比较
强夯法
强夯法是指在极短的时间内对地基施加一个巨大的冲击能量,这种突然释放的巨大能量转化为各种振动波向土中传播,破坏了土的结构,达到夯实的目的。强夯法亦称动力固结法, 近年来用强夯法处理地基的工程较多,有成有败因而学术界和工程界争论较多。强夯法施工设备简单,不需加固材料, 费用低、周期短。但应注意,强夯法有严格的土质适用范围, 主要适用于处理素填土、杂填土、砂土、低饱和度粘土、粉土和黄土地基。软土的饱和度接近1,是不宜使用强夯法的,但在有些地区软土中与液化层交互存在, 进行强夯处理, 可采用低夯能进行加固, 以减小对软土的扰动避免破坏软土层的结构,否则对工后沉降不利。所以,采用强夯法首先应考虑的是地层构造。
排水固结法
排水固结法是在建筑物建造之前,在场地内利用堆土或其他重物对地基进行预压,使地基在预压荷载作用下逐渐固结压密。这是一种使用多年的方法至今仍被普遍采用,其主要特点是理论成熟, 施工设备简单费用低。如砂井排水法,对于盛产砂料的地区,当是首选方案。但由于排水固结法需要预压荷载,且预压时间长,对工期紧迫、缺乏压载条件的工程是难以采用的。此外,排水固结法只能加速固结沉降而不能减少固结沉降量,因此对沉降和不均匀沉降要求严格的工程必须慎重选择。大量的实测资料表明, 排水固结法的有效处理深度约为12~15m, 超过这一深度孔晾水压力消散相当困难和缓慢,故设计时应加以考虑。当地基中有下伏透水层时排水速度将大大加快。另外,采用强夯法、排水固结法和动力排水固结法3 种不同方案,对某地基进行加固处理,且从孔隙水压力消散、动力触探、静力触探及室内土工试验等方面,就不同方案的加固处理效果进行对比研究,证实了动力排水固结法是处理饱和软粘土地基的有效方法,施工中亦可加以应用。
水泥土搅拌法
水泥土搅拌法是最新软土加固方法之一, 分为喷粉法(或称干法)及喷浆法(或称湿法)两种,这两种方法的加固机理和设计方法相同,仅施工方法不同,因而从实用条件出发也宜分别采用 天然含水量小于30%的软弱土层, 例如杂填土及粉粒含量高的粉土、砂土宜采用喷浆法。 如地基土为天然含水量大于30%、塑性指数大于10的软土, 则宜采用喷粉法。水泥土搅拌法不仅可以较大地提高地基土的承载力,而且在加固深度内可以减少原地基沉降量的1/3 至2/3,沉降较快趋于稳定,在选择方案时,具有明显优势。与其他处理方法相比,水泥土搅拌法一般造价较高,水泥用量大。所以,寻求更经济合理的配方以降低工程费用,是亟待解决的课题。目前,国内有些单位已着手研究,例如在水泥中掺人粉煤灰,利用高钙粉煤灰加固处理软土地基, 能加固和改善软土物理力学性能,在强度、压缩性、渗透以及抗液化能力等方面都有明显改善,既能充分发挥其材料特性,提高软土的地基承载力, 又可以充分利用固体废弃物达到保护环境的目的。由于高钙粉煤灰具有自硬性和较高的活性,可以代替水泥作粉喷桩加固促淤软土地基的原料,也在节约资源方面显示出优越性, 取得良好效果。但对适用地层、材料配方、沉降特性等方面尚有待继续研究。
振动碎石桩法
振动碎石桩法是用振动或冲击荷载,在软土地基中成孔,再将碎石挤密人土中,形成大直径的桩体,并与原地基土形成复合地基,从而改善地基的工程性能。碎石桩法是在砂井基础上发展起来的,与砂井不同的是碎石桩不仅具有砂井的排水固结作用,而且具有置换挤密作用,故亦称振冲置换法或振冲挤密法振冲置。换法适用于不排水抗剪强度大于20 KPa 的粘性土、粉土、砂土和填土地基;振冲挤密法适用于粘粒含量小于10% 的松散砂土或粉土地基。对于软土地基,由于软土侧向约束作用微弱,透水性差,高灵敏度的软土被“挤密” 破坏了原结构,以致达不到预期的加固目的,故失败的工程亦不鲜见。所以采用时必须十分慎重,并进行仔细比较。
石灰桩法
石灰桩挤密法就是先把桩管打人土中,再拔出桩管,向桩孔内夯填生石灰,使地基得到加固。利用生石灰加固土体在我国具有悠久的历史, 在盛产石灰的地区,当是一种首选方法。据研究,解决石灰桩的软心问题,必须在石灰中掺人粉煤灰等其他掺入料,投人孔中的石灰必须粉碎并压密,以提高桩身强度。由于生石灰的运输、保管都比较困难,所以涉及施工机具和施工工艺的问题还有待进一步解决。
真空堆载联合预压法
真空堆载联合预压法是在需要加固的软粘土地基中设置砂井或竖向排水带, 然后在地面铺设砂垫层,其上覆盖不透水的密封膜与大气隔绝,通过埋设于砂垫层中带有滤水管的分布管道,用射流泵进行抽气抽水,从而达到加固地基的目的。真空堆载联合预压是在真空预压和堆载预压基础上发展起来的软基加固方法,具有真空预压和堆载预压的双重效果。真空堆载联合预压比较适合加固深厚软土层地基,处理效果明显,同时能很好地解决软土路基的不均匀沉降,最大限度地减少了软基的工后沉降,而且真空预压在水平方向产生了一个负压力,可以平衡堆载产生的向外挤压作用,加速软基处理速度,克服了排水固结时间较长,地基承载力和稳定性难以满足工程要求的缺点。
其他处理方法
轻基浅埋。当软土表层有密实的土层时,可利用软土上部的硬壳层作为地基的持力层, 以尽量减少上部结构及基础重量减少基底压力。采用轻型结构,采用箱形基础及设置地下室等,减少基底压力及附加压力,从而减少软土的沉降量。铺设沙垫层,该法既可减少作用于软土上的附加压力,减少建筑物的沉降,又可利于排除软土中的水,缩短软土固结时间, 尽快使建筑物的沉降达到稳定。采取施工措施防止在软基上加载过大过快时,发生地基土流塑挤出现象。主要措施有: 控制施工速度, 使加载速度减小; 在建筑物四周打板桩围墙或采取反压法, 以防止地基土流塑挤出。施工时应注意对地基的保护减少扰动。遇到局部软土和暗塘、暗沟、暗洞等情况时应查明范围,根据情况采取局部深埋、换土垫层、采用短桩及基础梁等办法。
在一些建筑群中有不同形式的建筑物时,应当从沉降角度去考虑相互影响及对地下管道设施的影响。同一结构物有不同结构形式时,必须妥善处理。对不同基础形式,上部结构需断开。对建筑物附近有大面积堆载或相邻建筑物过近时可采用桩基。在建筑物附近或建筑物内开挖深基坑时,应考虑边坡稳定及降水引起的问题。在建筑物附近不宜采用深井取水,必要时应通过计算确定深井位置及限制抽水量并采取回灌措施。
结论
软土地基是一种不良地基。由于软土具有强度较低、压缩性较高和透水性很小等特性,因此在软土地基上修建建筑物,必须重视地基的变形和稳定问题。在软弱土地基上的建筑物往往会出现地基强度和变形不能满足设计要求的问题,因而常常需要采取措施,进行地基处理。处理的目的是要提高软土地基的强度,保证地基的稳定。
软土工程特性的复杂多变性决定了在选择加固处理方法时,应周密考虑多方面因素的影响。在软土土质方面,对渗透性与灵敏度更应予以重视,因为这些特殊性常常成为一些方法成败的关键。
地基处理是指为提高地基土的承载力改善其变形性质或渗透性质而采取的人工方法。软土地基的工程特性决定了其地基处理的必要性。软土地基加固的目的是改善地基土的性质, 提高地基土的抗剪强度,减少沉降和不均匀沉降, 使在上部结构荷载作用下不致发生破坏或出现过大的变形, 以保证建筑物的正常使用。
【关键词】软土地基 地基处理 置换法 强夯法 拌合法 土工织物法 桩基法
建筑物与地基的关系非常密切。地基虽不是建筑物本身的一部分,但它在建筑中占有十分重要的地位。地基问题的处理恰当与否,不仅直接影响建筑物的造价,而且关系到建筑物的结构安全,其重要性已越来越多地被人们所认识。
我国幅员辽阔,软土多分布在江河湖海、丘陵低洼及山区谷地赋存。常见的软土地基主要有软粘土、杂填土、冲填土、饱和松散砂土、湿陷性黄土、膨胀土、含有机质土和泥炭土、山区地基土及岩溶(喀斯特)等,其物理、力学性质、工程特性及成因类型各不相同,厚度不一,因此需加以区别对待,地勘阶段应进行工程地质分区,以便按分区不同在区别地予以处理。在勘察设计时如地质工作做的深度不够,在施工时一旦发现,可作些补充勘察及勘探工作,对地质情况作进一步了解。以便采取有针对性的处理方法。
软土地基的处理方法很多,但其处理目的却是大体一致的,主要是利用换填、夯实、挤密、排水、胶结、加筋和热力学等方法对地基土进行加固,用以改良地基土的工程特性。
(1)提高地基土的抗剪强度。地基的剪切破坏以及在土压力作用下的稳定性取决于地基土的抗剪强度。为了防止剪切破坏以及减轻土压力,需要采取一定措施以增加地基土的抗剪强度。
(2)降低地基土的压缩性。需采取措施提高地基土的压缩模量,以减少地基土的沉降。
(3)改善地基土的透水性。由于是软土在地下水的运动中所出现的问题,需要采取措施使地基土变成不透水或减轻水压力。
(4)改善地基土的动力特性。地震时饱和松散粉细砂(包括一部分粉土)将会产生液化,需要采取措施避免地基土液化,并改善其振动特性以提高地基的抗震性能。
(5)改善特殊土的不良地质特性。主要是指消除或减少黄土的湿陷性和膨胀土的胀缩性等特殊土的不良地基特性。
地基处理的方法可以从不同角度来分类,一般是根据地基处理的原理来进行分类,大致可以分为以下几种方法。
一.置换法
(1)换填法
置换法是将表层不良地基土挖除,采用较好压密性的土回填后进行压实或夯实,形成良好的持力层。依次达到改变地基土的承载能力,减少地基沉降。
(2)振冲置换法
采用专门的振冲机具,在高压水射流下边振边冲,在地基中成孔,然后在孔中分批填入碎石或卵石等粗粒料形成桩体。该桩体与原地基土组成复合地基,达到提高地基承载能力及减小压缩性的目的。
(3)夯(挤)置换法
采用沉管或夯锤的办法将管(锤)置入土中,挤开土体,并在管 (或夯坑) 内放入碎石或砂石等填料。该桩体与地基土形成复合地基,由于挤、夯使土体受到挤压,地面隆起,土体超静孔隙水压力提高,当超静孔隙水压力消散后土体强度也有相应的提高。
二.强夯法
强夯法是20世纪60年代在法国发展起来的,通常称之为动力固结法。它是采用60吨左右的强夯机,将大吨位(100~400KN)的夯锤起吊到6~40米的高度自由落下,对地基土施加强大的冲击能,在地基土中形成冲击波和动应力,使地基土压密和振密,以到达加固地基土,提高强度、降低压缩性、改善砂土的抗液化性、消除湿陷性黄土的湿陷性的目的。
强夯法主要适用于加固砂土和碎石土、低饱和度粉土与粘性土、湿陷性黄土、杂填土和素填土等地基。因其加固效果显著、适用土类广、施工方便、缩短工期、节省费用等优点,在各类工业与民用建筑、仓库、机场跑道、铁路和高速公路路基等工程已得到迅速、广泛的应用。
三.拌合法
(1)高压喷射注浆法(高压旋喷法)
以高压力使水泥浆液通过管路从喷射孔喷出,直接切割破坏土体的同时与土拌合、置换。凝固后成为拌合桩(柱)体,这种桩(柱)体与地基一起形成复合地基。也可以用这种方法形成挡土结构或防渗结构。
(2)深层搅拌法
深层搅拌法主要用于加固饱和软粘土。它利用水泥浆体、水泥(或石灰粉体)作为主固化剂,采用特制的深层搅拌机械将固化剂送入地基土中与土强制搅拌,形成水泥(石灰)土的桩(柱)体,与原地基组成复合地基。水泥土桩(柱)的物理力学性质取决于固化剂与土之间所产生的一系列物理-化学反应。固化剂的掺人量及搅拌均匀性和土的性质是影响水泥土桩(柱)性质以至复合地基强度和压缩性的主要因素。
四.加筋法
(1)土工合成材料
土工合成材料是一种新型的岩土工程材料。它采用人工合成的聚合物,如塑料、化纤、合成橡胶等为原料,制成各种类型的产品,置于土体内部、表面或各层土体之间,发挥加强或保护土体的作用。土工合成材料可分为土工织物、土工膜、特种土工合成材料和复合型土工合成材料等类型。
(2)土钉墙技术
土钉一般是通过钻孔、插筋、注浆来设置,但也有通过直接打入较粗的钢筋和型钢、钢管形成土钉。土钉通长与周围土体接触,依靠接触界面上的粘结摩阻力,与其周围土体形成复合土体,土钉在土体发生变形的条件下被动受力。并主要通过其受剪工作对土体进行加固,土钉一般与平面形成一定的角度,故称之为斜向加固体。土钉适用于地下水位以上或经降水后的人工填土、粘性土、弱胶结砂土的基坑支护和边坡加固。
(3)加筋土
加筋土是将抗拉能力强的拉筋埋置于土层中,利用土颗粒位移与拉筋产生的摩擦力使土与加筋材料形成整体,减少整体变形和增强整体稳定性。拉筋是一种水平向增强体。一般使用抗拉能力强、摩擦系数大而耐腐蚀的条带状、网状、丝状材料,例如,镀锌钢片;铝合金、合成材料等。
五.土工织物加固法
通过在土层中埋设强度较大的土工聚合物、拉筋、受力杆件等,使这种人工复合的土体,能够承受抗拉、抗压、抗剪或抗弯作用,以提高地基承载力,减少沉降和增加地基稳定性。它适用于各种软弱地基。
加固法的基本原理是通过土体与筋体间的摩擦作用,使土体中的拉应力传递到筋体上,筋体承受拉力,而筋间土承受压应力及剪应力,使加筋土中的筋体和土体都能发挥各自的作用。
常见的土工织物有土工格栅、土工带及土工格室,其中土工格室除了能够像土工带和土工格栅一样,能延缓或者切断地基破坏的滑动面,从而使地基承载能力提高。而且,土工格室能对处于格室内的土粒给予三维约束,使土粒与格室成为一个刚度远大于地基的整体,它能较好分布施加在它上面的荷载,使地基受力较为均匀,从而提高地基承载力。
六.桩基法
当淤土层较厚,难以大面积进行深处理,可采用打桩办法进行加固处理。钢筋混凝土预制桩(钢筋混凝土桩和预应力管桩)目前由于具有较强承载力,投资省,质量有保证,施工速度快等特点,得到普遍运用。淤泥质土层较厚地基处理还可以采用灌注桩,采用基岩或者硬土层作为持力层,灌注桩有沉管灌注桩和冲钻孔灌注桩,但两种方法灌注桩还存在一些技术难题,一是沉管灌注桩在深厚软土中存在桩身完整性问题;二是冲钻孔灌注桩存在泥浆污染问题,桩身混凝土灌注质量,桩底沉渣清理和持力层判断不易监控等问题。
参考文献:
[1]朱梅生.软土地基[M].北京:中国铁道出版社,1989.
关键词:粘土夹层 残余沉降 地基稳定 工程造价
1、引言:
近年来,在沿海地区围海造陆加固软土地基工程较多,而原海平面以下地质较为复杂,多为淤泥等软土层,对该类软土地基多采用排水固结法进行加固处理。排水固结法主要是由两大系统组成,即加压系统和排水系统。本文中的工程案例是在软土层中夹有一定厚度的粘土硬层,穿透粘土夹层对地基进行深层处理具有一定的施工难度,因而,本文对能否只对浅层软土进行处理且满足使用要求进行计算分析。
2、工程及工程地质概况:
本工程为某城市一沿海二级公路,工程路面设计标高为+13.5m,地基设计标高为6.0m,地基标高以上回填路堤7.5m。
本工程泥面平均标高约5.0m,原海底面以下第一大层为新近吹填海港池内的挖泥土,主要为①浮泥,厚度约6m;第二大层为软土层,为近代第四纪海相沉积地层,分为②1淤泥、②2淤泥质粘土,平均厚度14.6m,层底平均标高-15.6m;第三大层为上更新统陆相冲洪积成因地层,主要为③粘土,平均厚度约3.8m,层底平均高程为-19.4m;第四大层为上更新统海相地层,主要为④淤泥质粘土,平均厚度约6.3m,层底平均高程为-25.7m;第五大层,为上更新统陆相冲洪积地层,主要为⑤粗砾砂及粘土;第六大层为下伏基岩,岩性为泥制粉砂岩,主要为强风化岩。
各软土层主要物理、力学性质指标见表。
3、地基处理方案分析:
3.1 地基处理设计标准
(1)、路堤高度7.5m,地基处理设计均载按140kPa计;
(2)、使用期地基残余沉降不大于40cm。
3.2 地基处理方案
根据本工程设计条件,地基处理方案推荐采用排水固结法――堆载预压方案。主要施工工艺和技术要求:待浮泥层表层具有一定强度后,利用船运并采用泵送吹填海砂工作垫层1.5m,回填中粗砂垫层排水垫层0.6m。打设塑料排水板,排水板采用正方形布置,间距0.8m,,然后进行堆载预压,预压荷载180kPa,堆载时间约240天。
3.3 不同深度排水板方案的提出
本工程位于软土地基上,影响地基使用功能主要有两方面因素,首先是地基的稳定,包括浅层承载力和深层滑动满足使用要求;其次是使用期残余沉降(工后沉降)满足使用要求。本工程地基处理方案为排水固结法,排水板打设深度(地基处理深度)对地基稳定和使用期残余沉降均有影响。
考虑本工程地质情况,在第二层②1淤泥、②2淤泥质土和第四层④淤泥质粘土之间夹着一层厚度约3.8m的粘土层,粘土层的平均标贯击数12击,若塑料排水板打设至④淤泥质粘土层底部,排水板的施工深度和施工过程的难度均较大;但是若对③粘土层和④淤泥质粘土层不进行处理,即塑料排水板打设至②1淤泥、②2淤泥质土层底部,对于地基的稳定和使用期残余沉降又难以保证,因此对两种方案进行计算比较分析。
4 不同排水板长度地基处理方案:
4.1地基处理方案
为便于比较,在预压荷载不变的情况下,对不同排水板深度方案进行分析,不同深度塑料排水板方案为:
(1)塑料排水板打设至为②1淤泥、②2淤泥质粘土层底(平均标高约-16m),长度约为24m,以下简称浅处理方案;
(2)塑料排水板打设至④淤泥质粘土层底(标高约-26m),长度约为34m,以下简称深处理方案。
4.2 沉降分析
(1)沉降计算公式
地基土的沉降计算采用分层综合法,最终沉降计算公式:
式中: Sc―固结沉降;
k1 ―沉降系数,详见《建筑地基基础设计规范》;
k2 ―考虑土的固结状态.次固结沉降和瞬时沉降等因素的沉降经验系数,本次取1.0。
当土层正常固结时, 固结沉降计算公式如下:
式中:―― 压缩指数;
――压缩层的初始高度;
――初始孔隙指数;
――附加应力;
――自重应力。
(2) 沉降计算结果
考虑地质情况,上部荷载影响等因素,沉降计算均计算至④淤泥质粘土层底面,计算结果见下表。
(4)结果分析
通过计算结果可知,深处理方案使用期残余沉降均可满足设计标准,浅处理方案在其使用期限(15年)内基本可以满足道路残余沉降要求,但深处理方案地基残余沉降在3年内即可完成,浅处理方案残余沉降处于一直增加状态。
4.3 使用期地基稳定分析
道路使用期的地基稳定计算采用交通部部审通过的《地基计算系统程序》(DJJS系统)进行计算,土体强度指标采用以地质资料提供的十字板剪指标为依据考虑地基处理后的强度增长的数值(计算时未考虑③粘土层和④淤泥质粘土的强度增长)。由于浮泥层位于地基处理深度范围内,对计算结论没有影响,未对浮泥层进行稳定计算。计算结果图示如下:
通过稳定计算结果可知,抗力分项系数最小值为1.305,其发生在第二大层上部的淤泥质粘土层,且第二大土层最小抗力分项系数自上而下逐渐增大,且第四大土层的最小抗力分项系数也均大于1.6。 根据规范中有关土坡和地基稳定的相关规定,采用十字板剪指标计算时边坡稳定抗力分项系数为1.1~1.3,由此可见经浅处理方案处理后的地基,在荷载作用下是稳定的;通过对比抗滑稳定抗力分项系数可知,地基在使用荷载作用下,即使未④淤泥质粘土进行加固处理,最不利滑动面发生在②1淤泥、②2淤泥质粘土层(未考虑浮泥层),可见浅处理处理方案和深处理方案均可满足地基稳定性要求。
4.4 造价估算
浅处理方案和深处理方案工程费区别主要在排水板本身费用和打设排水板费用上,每平方米排水板施工费用估算计算结果见下表。
4.5 方案比选
通过对使用期残余沉降、使用期地基稳定、工程造价估算三方面的比较,浅板方案和深板方案主要差别在使用期沉降和工程费用,方案比选汇总见下表。
5 主要结论
关键词:软土地基;加固处理;岩土体
中图分类号:U456文献标识码:A文章编号:1009-2374(2009)05-0147-02
在强度低,压缩性高的地基上修筑路基,往往会发生路基失稳或过量沉陷,导致公路破坏或不能正常使用的情况,这种软弱土层,就是软土地基。
地基中常见的软土,一般是指处于软朔或者流朔状态下的粘性土,其特点是天然含水量大、孔隙比大、压缩系数高、强度低,并具有蠕变性、触变性等特殊的工程地质性质,工程地质条件较差,这种土质如在施工中出现在路基填土或桥涵构造物基础中,最佳含水量不易把握,极难达到规定的压实度值,满足不了相应的密实度要求,在通车后,往往会发生路基失稳或过量沉陷。其危害性显而易见,故禁止采用。
一、软土地基处理方法
根据沉降标准,按我国现行的有关规定,除要确保新填筑路基的密实度以减少沉降外,包括原地面的地基总沉降必须达到基本稳定,沉降量大致达到总沉降量的80%以上时,才容许铺路面。软土地基沉降严重时,不仅增加填方数量,而且沉降或水平位移对临近填土的桥台、挡土墙、涵洞,甚至对附近的住宅、农田以及路线的技术标准都会产生很大的影响,因此应做好深入细致的工程地质勘探工作,充分研究已有地质资料,采取调绘、钻探、原位测试及物探等综合勘测手段。查明路段所处的地形、地质、水文、气候、径流条件等自然环境条件和路基排水条件,明确松软土层的成因、类型、分布范围及其在路线通过地带分布的具体情况,确定软土层在纵向、横向的分布厚度、层次、各层土的土质及物理力学性质。根据地基土的工程特性,选用适当的处理措施。本人经过长期的实践,对在公路中形成了多种形式的软土地基处理方法,进行总结归纳,具体如下:
1.置换法。由于深层密实法中的几种方法都有加入高抗剪强度的材料,置换软土中部分成分的加固机理,与原有的土体共同组成复合地基,达到加固地基的目的,因此深层密实法有时也称为置换法。
2.排水固结法。在软土地基上加压并配合内部排水,加速软土地基的排水,加快软土固结的处理方法称为排水固结法。适用于处理各类淤泥、淤泥质粘土及冲填等饱和粘性土地基。软土地基在附加荷载的作用下,逐渐排出孔隙水,使孔隙比减小,产生固结变形。在这个过程中,随着土体超静孔隙水压力的逐渐扩散,土的有效应力增加,并使沉降提前完成或提高沉降速度。主要加固方法:堆载预压法、砂井法、袋装砂井、真空预压法、电渗排水法、降低地下水位法、塑料排水板法。
3.换填垫层法。当软弱土层厚度不很大时,可将路基面以下处理范围内的软弱土层部分或全部挖除,然后换填强度较大的土或其它稳定性能好、无侵蚀性的材料(通常是渗水性好的中粗砂)称为换填或垫层法。此法处理的经济实用高度为2~3m,如果软弱土层厚度过大,则采用换填法会增加弃方与取土方量而增大工程成本。通过换填具有较高抗剪强度的地基土,从而达到增强地基承载力的目的,满足构筑物对地基的要求。主要加固方法:换填、抛石挤淤、垫层、强夯挤淤。垫层法根据材料的不同可分为砂(砾石)垫层、碎石垫层、粉煤灰垫层、干渣垫层、土(灰土、二灰)垫层。代表方法有砂垫层法及换填法。
4.化学加固法。通过在软土地基中加入水泥或其它化学材料,进行软土地基处理的方法称为化学加固法。适用于处理砂土、粉土、淤泥质粘土、粉质粘土、粘土和一般人工填土,也可以在处理裂隙岩体及已有构筑物地基加强中。水泥或其它化学材料注入土体后,与土体发生化学反应,吸收和挤出土中部分水与空气形成具有较高承载力的复合地基。主要加固方法:硅化法、粉喷桩、旋喷桩、注浆、水泥土搅拌法。
5.深层密实法。采用爆破、夯击、挤压和振动及加入抗剪强度高的材料等方法,对地基深层的软弱土体进行振密和挤密的地基加固方法称为深层密实法。适用于软土厚度>3m的中厚软土的加固,分布面积广的软基加固处理,其加固深度可达到30m。通过振动、挤压使地基中土体密实、固结,并利用加入的具有高抗剪强度的桩体材料置换部分软弱土体中的三相(气相、液相与固相)部分,形成复合地基,达到提高抗剪强度的目的。主要加固方法:强夯法、土(或灰土、粉煤灰加石灰)桩法、砂桩法、爆破法、碎石桩法(振冲置换法)、石灰桩法、水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩法)、粉喷桩法、旋喷桩法。代表方法有碎石桩法、强夯法、水泥粉煤灰碎石桩法、粉喷桩法。
6.其它加固方法。除了上述软土路基处理方法外,比较常用的还有桩基、沉井、侧向约束法、反压护道法。桩基与沉井常用于在软土地基中建设重要构筑物(桥梁、大型涵洞等)的基础中,根据软弱土层的厚度其下承层土质情况,桩基设计可分为柱桩与摩擦桩两种。常用的桩基有钻孔桩、挖孔桩、管桩、木桩。
反压护道法:当软土和沼泽较厚,路堤高度不超过极限高度的2倍时,路堤两侧填筑适当厚度和宽度的护道,在护道附加荷载的作用下,保持地基的平衡,增加抗滑力矩,防止路堤的滑动破坏。施工时,护道尽量与路堤同时填筑,且压实度要达到90%以上。它的特点是施工工艺简单、费用较低,但施工用地增大。
侧向约束与反压护道的加固机理均是限制软弱土体向旁挤出,以增加路堤的抗剪能力。侧向约束法适合软土层厚度较小,软土体面积较大的软土地基的加固。反压护道法适合软土体分布面狭窄而软土体厚度较大的软土地基的处理。
二、我国现阶段高速公路软土地基处理中存在的问题
综上所述,目前公路软土地基处理的研究已经达到了相当的水平和规模,但仍存在着一些不容忽视的问题:
1.公路软基处理的设计与施工中,智能化水平不够;
2.地基加固新技术的研究还不够;
3.地基处理效果的检测技术有待进一步发展:任何一种先进的设计理论和施工方法都有待于质量检验来保证,传统的方法往往费工费时且价格昂贵,虽然有关规范给出了质量检验方法,但在实际工作中予以实施的实例很少;
4.地基处理方案的决策分析研究不够,目前的方案选择基本上停留在人为凭经验选取阶段。
结合当前公路软基处理研究的现状,应加强研究以下方面:
1.应加强地基加固新技术的研究;
2.加强地基处理方案的决策分析研究,使目前人为定性决策方法数值化、科学化和智能化;
3.继续深入开展软土地基沉降计算方法的研究,这是公路软基处理研究的核心问题之一,特别是开展数值计算方法的实用研究;
4.继续深入地研究公路软土的基本特性,这方面的研究应从工程的角度出发,着重研究对工程有严重影响的特性指标,进而研究不同地区、不同地段软土的差异,为其沉陷计算,处理方法选择提供依据;
5.加强公路软基处理的系统化研究,近年来,大量出现的实例研究为系统性的理论研究提供了基础。应着手对这些实例研究资料进行系统化的研究,这对软土的工程评价,处理方法的选择等都具有重要的理论和实践意义。
关键字:软土地基;基础建设;加固措施;公路工程
Abstract: "to get rich, first build roads", along with our country economic development, countries pay more and more attention to infrastructure construction, highway construction has obtained rapid development. Highway is banded structures across space distance is large, restricted by geographical condition, inevitably many roadbed construction on poor geological location, especially in the soft soil foundation. According to the engineering properties of soft soil, this article sums up the damage of soft soil of highway engineering and the necessity of the implementation of the soft soil foundation, analyzed the problems faced by highway soft soil foundation construction, thus provides some software foundation reinforcement measures, only for the colleague reference.
Key words: soft soil foundation; Infrastructure construction; Reinforcement measures; Highway engineering
中图分类号:TU471.8 文献标识码:A文章编号:2095-2104(2013)
引言
公路跨越的空间距离大,而我国地理地貌结构又丰富,软土在我国分布十分广泛,其中沿海地区、长江、珠江三角洲等滨海和湖沼地带尤为普遍,从而不可避免地带来公路路基穿过软土地区的情况。文章首先从软土的工程特性出发,总结概括软土对公路工程的危害及实施软土地基的必要性,分析公路软土地基施工所面临的问题,探讨软土地基常见的加固方法。
一、软土的工程特性
(1)高压缩性。一般正常固结的软土的压缩系数约为α1-2=0.5~1.5MPa-1,最大可达α1-2=4.5MPa-1;压缩指数约为Cc=0.35~0.75。软土含水量较高,孔隙比大。一般含水量为35%~80%,孔隙比为1~2。在压力作用下,容易发生压缩变形,大部分压缩变形发生在垂直压力100KPa左右。
(2)抗剪强度很低。根据土工试验的结果,我国软土的天然不排水抗剪强度一般小于20kPa,其变化范围在5~25kPa;有效内摩擦角约为20°~35°;固结不排水剪内摩擦角12°~17°。正常固结的软土层的不排水抗剪强度往往是随距地表深度的增加而增大,每米的增长率约为1~2kPa。
(3)触变性——原状土受扰动以后,破坏了原有结构,降低了土的强度,经过一段时间沉积,强度又会恢复的性质。
(4)渗透性很小。软土的渗透系数一般约为1×10-6~1×10-8cm/s,不利于排水。
(5)非均匀性——因沉积环境变化,常夹有厚薄不等的粘土层,使地层在垂直和水平分布上不均匀。
(6)具有明显的流变性。在荷载作用下,软土承受剪应力的作用产生缓慢的剪切变形,并可能导致抗剪强度的衰减,在主固结沉降完毕之后还可能继续产生可观的次固结沉降。
二、软土对于公路工程的危害
根据上述软土的特点,以软土作为公路的地基是十分不利的,具体危害概括为如下几点:
(一)影响交通安全。出现路基的滑移,开裂,路面起伏不平,桥涵通道等人工构造物处的跳车颠簸等质量通病,给公路行车安全带来不同程度的危害。
(二)损害构造物。造成地基失稳,使构造物沉降过大或不均匀沉降,对构造物造成不同程度的危害。路基施工时要对软土地基进行处理,保证公路的稳定性,使来往车辆及司乘人员安全,快速,舒适地行驶在公路上。
(三)浪费资源,损害公共财物,增加工程造价。公路建设需要耗费大量的人力、物力,是一件浩大的工程,地基出现问题,公路又要重新返工补救。又需再次投入大量的人力物力。造成大量财物及资源的浪费。
三、公路工程实施软土地基的必要性
据以上软土的工程特性及对公路的危害,对软土实施加固地基,是十分必要的:
(一)增加地基的不透水性,常用于防止流砂、钢板桩渗水、坝基漏水、隧道开挖时涌水以及改善地下工程的开挖条件;截断渗透水流,增加边坡、堤岸的稳定性。
(二)提高地基承载力,减少地基的沉降和不均匀沉降,增强压密稳定力度和较短时间达到最终沉降,消除侧向滑动位移,以免路堤向两侧膨胀挤出,确保路基及其外侧建筑物、或其他农田、虾池、鱼塘的安全。
(三)对公路软土地基的成功处理,已经成为提高建设速度、确保工程质量、降低工程造价的重要措施之一。软土地基的加固处理质量直接影响到路基的基础承载力,也是保证道路建成后安全、高效运营的关键。
四、现有软土地基处理方法存在的问题
(一)未能因地制宜合理选用处理方法。
在合理选用地基处理方法方面有时存在一定的盲目性。例如饱和软粘土地基不适宜采用振密、挤密法加固。根据工程地质条件和地基加固原理,因地制宜合理选用处理方法特别重要。在这方面,现在的问题是对几个技术上可行方案进行比较、优化不够。采用的不是较好的方法,更不是最好的方法。有时工程问题是解决了,但造价高和工期长。
(二)不能正确评价每种地基处理方法的适用性。
人人都承认每种地基处理方法都有一定的适用范围,但遇到具体问题就会盲目扩大其应用范围,对这种情况施工单位更应注意。
五、软土地基加固措施
软土由于具有含水量高、压缩性大、透水性差和流变性强等工程特性,一般不能直接作为天然地基使用,需经过加固处理以减小道路路基在荷载作用下引起的沉降或不均匀沉降。不同的措施是有其针对性的,有时需要采用综合治理,软土路基处理方法较多,分类也各有不同,常用的处理方法主要有:
(一)浅层软弱地基的处理
《建筑地基处理技术规范》中规定:垫层法适用于淤泥、淤泥质土、湿陷性黄土、素填土、杂填土地基及暗沟、暗塘等浅层软弱地基及不均匀地基的处理。换填垫层法按其换填材料的功能不同,又分为垫层法和褥垫法。
1. 垫层法——又称开挖置换法、换土垫层法,简称换土法。通常指当软弱土地基的承载力和变形满足不了建(构)筑物的要求,而软弱土层的厚度又不很大时,将基础底面以下处理范围内的软弱土层的部分或全部挖去,然后分层换填强度较大的砂(碎石、素土、灰土、矿渣、粉煤灰)或其它性能稳定、无侵蚀性的材料,并压(夯、振)实至要求的密实度
2. 褥垫法——是将基础底面下一定深度范围内局部压缩性较低的岩石凿去,换填上压缩性较大的材料,然后分层夯实的垫层作为基础的部分持力层,使基础整个持力层的变形相互协调。褥垫法是我国近年来在处理山区不均匀的岩土地基中常采用的简便易行又较为可靠的方法
(二)深层软弱地基的处理
1.强夯法。对于地质分层较为均匀,上部结构较为密实、下部软土已经固结的地基,可以采用强夯处理,这种方法是反复将夯锤(质量一般为100~400kN)提到一定高度使其自由落下(落距一般为10~40m),给地基以冲击和振动能量,从而提高地基的承载力,降低土的压缩性、改善砂土的抗液化条件、消除湿陷性黄土的湿陷性等。同时,夯击能还可提高土层的均匀强度,减小将来可能出现差异沉降。处理后地基沉降也比较均匀,地基差异小,能有满足路基的稳定性要求。
2.排水固结法。对于下部软塑、流塑、淤泥等未固结的饱和软粘土,建议采用排水固结法进行排水,加快软土地基固结沉降。采用预压、降低地下水位、电渗等方法促使土层排水固结,以减少地基的沉降和不均匀沉降,提高承载力。主要用于处理软弱粘性土地基。
3.加筋法是在土中埋设土工聚合物(即土工织物)或拉筋,形成加筋土或各种复合土工结构,或沿不同方向设置直径为75mm-250mm的桩,形成树根状桩群,即所谓树根桩,以减小地基沉降,提高地基承载力或增强土体稳定性。土工聚合物还可起到排水、反滤和隔离作用。如下图。
土工格栅加筋挡墙
4.桩基法。当淤土层较厚,难以大面积进行深处理,可采用打桩办法进行加固处理。而桩基础技术多种多样,早期多采用水泥土搅拌桩、砂石桩、木桩,目前很少使用,一是水泥土搅拌桩水灰比、输浆量和搅拌次数等控制管理自动化系统未健全,设备陈旧,技术落后,存在搅拌均匀性差及成桩质量不稳定问题;二是砂石桩用以加固较深淤泥软土地基,由于存在工期长,工后变形大等问题,已不再用作对变形有要求的建筑地基处理;三是民用建筑已禁用木桩基础。
5.反压护道法是在路提两侧真筑一定宽度的护道,使路堤下的淤泥或泥炭向两侧隆起的趋势得到平衡,以提高路堤在施工中的滑动破坏安全系数,达到路堤稳定的目的。反压护道法加固路基的特点是不需要特殊的机具设备和材料,施工简易,但占地较多、用土量较,后期沉降大,养护工作量大。一般适用于非耕作区、取土方便的地区和路堤高度不大于(5/3—2)倍极限高度路段的软土处理,对泥沼不宜采用。
结语
地基的质量对工程产品的使用性能影响较大,软土地基的加固处理质量直接影响到路基的基础承载力,也是保证道路建成后安全、高效运营的关键,施工的技术人员必须意识到软土地基的危害性,认真测定基底的承载力,并根据不同的地质情况,采用切实可行的处理方案,同时一定要采集施工后的沉降数据,积累经验,为今后的施工打下坚实的基础。软土地基的处理方法很多,前辈们的工程实践经验很宝贵,值得我们借鉴,在实际工程中需要我们也要勇于探索,力求用最简单 最经济的施工方法完成任务!
参考文献
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关键词:CFG桩水泥碎石桩软土地基
我国地域辽阔,自然环境不同,土质各异,地基条件区域性较强,随着现代化建设步伐的加快,交通土木工程面临的地基问题日益复杂,地基处理新工艺、新技术、新材料不断涌现,地基处理的对象软弱地基和特殊土地基,目前处理地基的方法有多种每种方法都有一定的适用范围、局限性和优缺点,20世纪80年代,中国建筑科学研究院开始立项研究CFG桩复合地基成套技术,1995年将其列为国家级重点推广项目。目前,CFG桩可加固公路软土地基,同时房屋建筑从多层建筑至30层以下的高层建筑地基,民用建筑及工业厂房地基均可适用。就土性而言,CFG桩可用于填土、饱和、非饱和黏性
1 桩体材料
CFG桩的骨料为碎石,掺入石屑可填充碎石的孔隙,使其级配良好,对桩体强度起重要作用。碎石和水泥掺量相同时,掺入石屑的桩体强度可比不掺石屑的桩体强度增加50%左右。碎石粒径一般为20mm~50mm;石屑粒径一般为2.5mm~10mm。粉煤灰时燃煤发电厂排出的一种工业废料,既是CFG桩中的细骨料,又有低标号水泥的作用。可是桩体具有明显的后期强度。水泥一般采用42.5#普通硅酸盐水泥。
2 加固机理
CFG桩加固软弱地基、桩和桩间土一起通过褥垫层形成CFG桩复合地基。
加固软弱地基主要有3种作用。
2.1桩体作用。CFG桩体具有一定黏结强度,在荷载作用下桩体的压缩性明显比其周围软土下,基础传给复合地基的附加应力随着地基变形逐渐集中到桩体上,出现明显的应力集中现象,复合地基的CFG桩起到桩体的作用。
2.2挤密作用。施工时,由于震动和挤压作用,使得桩间土得到挤密,加固前后桩间土的物理力学性质明显改善。
2.3褥垫层作用。CFG桩复合地基的许多特性都与褥垫层有关,因此褥垫层技术是CFG桩复合地基的一个核心技术。由级配砂石、粗砂碎石等散体材料组成的褥垫层可保证桩、同承担上部荷载,并有效调整桩、土荷载分担比。结合大量的工程实践,褥垫层厚度一般取10cm~30cm。
3 施工要点
CFG桩常用的施工设备及施工方法有:振动沉管灌注成桩。长螺旋钻孔灌注成桩,泥浆护壁钻孔灌注成桩,长螺旋钻孔泵压混合料成桩等。实际工程中振动沉管机成桩施工多,以下介绍振动成桩工艺。
3.1沉管。桩机机场就位,调整沉管与地面垂直,确保垂直度偏差不大于1%,启动电机,3.2投料。混合料按设计配比经搅拌机加水拌和均匀,带沉管至设计标高后尽快投料,直至管内混合料面与钢管料口齐平。
3.3振动拔管。启动马达留振5s~10s开始拔管,拔管速度控制为1.2m/min~1.5 m/min左右,边振动边拔至地面。当确认成桩复核设计原理后,用粒状材料或湿黏土封顶,然后移机进行下一根桩施工。
3.4施工顺序。应考虑打桩对已打桩的影响。连续施工可能造成桩体被偏或缩颈,若采用隔桩跳打,则先打桩的桩径较少发生缩小或缩颈现象。但土质较硬时,在已打桩中间补打新桩,已打桩可能产生被震裂或震断。
在软土中,桩距较大可采用隔桩跳打,在饱和的松散粉土中,如桩距较小,不再采用隔桩跳打方案。满堂布桩,无论桩距大小,均不宜从四周向内推进施打。施打新桩时已打桩间隔时间不应小于7d。
3.5保护桩长与桩头处理。成桩时应预先设定加长的一段桩长,待基础施工时将其剔掉,即为保护桩长。设计桩顶标高离地表距离不大于1.5m时,保护桩长可取50cm~70.cm,上部用土封顶。桩顶标高离地表距离较大时,保护桩长可设置为70cm~100cm,上部用粒状材料封顶直至地表。
CFG桩施工完毕,待桩体达到一定强度,一般需要3d~7d。方可进行基槽开挖。可采用机械和人工开挖方式进行。但人工开挖控制留厚度一般不宜小于70cm。多余桩头需要剔除。凿开桩头。并适当高出桩间±1cm~2cm。
3.6铺设褥垫层。褥垫层所用材料多为级配砂石,最大粒径一般不超过3cm,或粗砂、中砂等。褥垫层厚度一般为10cm~30cm,需铺后多采用静压压实,当桩间土含水量不大时方可夯实。
3.7质量检验。施工前可进行工艺试验,在考查设计的施打顺序和桩距能否保护桩身质量施工过程中,要特别做好施工场地标高观测、桩顶标高观测,对桩顶上升量较大的桩或怀疑发生质量事故的桩要开挖检查。一般施工结束28d后做桩、土及复核地基的检测,以进行地基加固效果的鉴定。 1软基处理原则
4 沉降控制指标
路面采用沥青砼路面,厚16cm ,工后沉降控制年限为15年;一般路段工后剩余沉降量不大于30cm ;与桥涵等构造物相邻路段,差异沉降不小于10cm;桥头路基与一般路基的过渡段长度不小于50m。
4.1桥头地基处理范围
桥头处理长度取5-7H(H 为填土高度 ) ,起点从桥台中心线开始起算;桥前护坡地基处理,从桥台中心线起算,护坡底宽2/3 范围;小型构造物两侧考虑一定的过渡段,处理范围一般在10m 以内。
4.2软基处理方法:
在软土地基上填筑路堤首先应考虑的两个问题是路堤稳定性和路堤的沉降。
公路软基处理方法较多,一般有:砂垫层、置换法、塑料排水板、挤密砂桩等。为了保证软土地基能正常承载,发挥其使用功能,正确的加固方法是十分重要的。
施工工艺和程序控制在加固处理软基过程中,施工技术人员必须严格按照操作和工艺要求施工。
施工工序:清除表土排除积水挖除淤泥分层换(抛)填石头泥垫层压实压实度检验路基分层填筑压实度及弯沉检测路面施工等工序。
注意事项及质量控制在进行软基清挖回填前,必须做好回填前的人员、机械等准备工作,做到清底、回填、碾压一次成型。石头泥分层回填松铺厚度可控制在50cm以内,压实前要注意使砂砾及泥土等细骨料填满石块间空隙。确定当天作业段石头泥的填筑应填至地下水位以上。当软基处理完毕后方可进行路基的正常填筑。严格监理程序,每道工序必须经监理人员检验认可后方可进行施工;同时设立沉降观测点,做好软基施工段沉降观测。
工程实效分析该工程共清淤回填石头泥约6万m3,对处理后的路基填土层进行压实度及弯沉检测,压实度95%以上,弯沉145mm1/100以内,结果均达到一级公路标准。
实践证明,使用石头泥处理软基后,在较短的时间内达到含水量、固结和密实度等各项指标要求。