试析施工技术中的地基加固技术
摘 要:为了确保建筑工程的质量,就必须要做好地基加固处理工作。在具体地基处理技术的选择使用上,需根据具体条件,将新技术与已成熟的方法相结合,以保证地基能够得到有效地加固,使地基强度提高,并确保地基承载力满足建筑物设计要求。
关键词:地基;加固;处理;方法
一、地基加固处理的重要性
1.可以解决地基承载力或稳定性的问题
地基承载力或稳定性问题是指地基在建筑物荷载(包括动、静荷载的各种组合)的作用下是否能够支持上部结构的正常使用并保持稳定。采用地基加固处理后,可以使地基承载力满足要求,这样在建筑物的荷载作用下,建筑物地基就不会产生整体或局部剪切破坏,从而保证建筑物的正常使用与质量安全。
2.可以解决水平位移、沉降、不均匀沉降的问题
在建筑物的荷载(包括动、静荷载的各种组合)作用下,其地基将产生水平位移、沉降、不均匀沉降。采用地基加固处理后,能够使地基变形(水平位移、沉降、不均匀沉降)低于允许值,从而保证建筑物的正常使用与质量安全,不会给建筑物造成严重的破坏。
3.可以解决渗透问题
渗透问题主要包括两个方面:(1)地基中的水力比降高出其允许值时,这时地基土就会因管涌与潜蚀产生破坏,甚至导致建筑物遭到破坏;(2)堤坝蓄水构筑物地基渗流量高出其允许值时,这会造成较大水量损失,严重时可以导致蓄水失败。为此,需要对这样的建筑场地进行地基加固处理,以满足建筑物对地基的要求。
二、地基加固处理的方法
1.预压法
预压法是在建筑物建造前,对建筑物进行预压,使土体中的水排除,逐渐固结,地基发生沉降,同时强度逐步提高的方法。
(1)堆载预压法
建造建筑物之前,用临时堆载的方法对地基施加荷载,给予一定的预压期.使得地基预先压缩完成大部分沉降并使地基承载力得到提高后,卸除荷载再建造建筑物。
此法适用于各类软弱地基,包括天然土沉积土层或人工充填土层,如沼泽土、淤泥水力充填土;较广泛用于冷藏库、机场跑道、集装箱码头等沉降要求高的地基。
此法的施工工艺如下:
①预压荷载一般宜取等于或大于设计荷载。
②大面积堆载可采用自卸汽车与推土机联合作业,对超软土地基的第一级堆载用轻型机械或人工作业。
③堆载的顶面宽度应小于建筑物的底面宽度,底面应适当放大。
④作用于地基上的荷载不得超过地基的极限荷载。
(2)砂井堆载预压法
此法是在软弱地基中用钢管打孔,灌砂设置砂井作为竖向排水通道,并在砂井顶部设置砂垫层作为水平排水通道,在砂垫层上部压载以增加土中附加应力,附加应力产生超静水压力,使土体中孔隙水较快地通过砂井从垫层中排出,以达到加速土体固结,提高地基土强度的目的。
此法适用于透水性底的饱和软弱黏性土加固;用于机场跑道、油罐、水水工结构、道路、堤坝码头、岸坡等工程地基的处理。
(3)袋装砂井堆载预压法
此法是在普通砂井堆载预压基础上改良和发展起来的一种新方法。其特点是:
①能保证砂井的连续性,不易混入泥沙。
②打井设备实现了轻行化,比较适应在软弱的地基上施工。
③采用小截面砂井,用砂量大为减少。
④施工速度快。
⑤工程造价低。
(4)塑料排水板堆载预压法
此法是将带状塑料排水板用插板机将其插入软弱土层中,组成垂直和水平排水系统,然后在地基表面堆载预压,土中孔隙水沿塑料板的沟槽上面溢出地面,从而加快软土地基的沉降过程,使地基得到压密加固。
适用范围同砂井堆载预压法和袋装砂井堆载预压法。
(5)真空预压法
此法是在软黏土地基表面铺设砂垫层,用土工薄膜覆盖且周围密封。用真空泵对砂垫层抽气,使薄膜下的地基形成负压。随着地基中气和水的抽出,地基土得到固结。为了加速固结,也可采用打砂井或插塑料排水板的方法,即在铺设砂垫层和土工薄膜之前打砂井或插排水板,达到缩短排水距离的目的。
此法施工要点是:先设置竖向排水系统,水平分布的滤管埋设宜采用条形或鱼刺形,砂垫层上的密封膜采用2—3层的聚氯乙烯薄膜,按先后顺序同时铺设。面积大时宜分区预压;做好真空度、地面沉降度、水平位移等观测;预压结束后,应清除砂槽和腐质土层。能够注意对周围环境的影响。
此法适于饱和均质黏性土及含薄层砂夹层的黏性土,特别适于新淤填土、超软土地基的加固。
2.换土垫层法
是将表层不良地基土挖除,然后回填有较好压密特性的土进行压实或夯实,形成良好的持力层。从而改变地基的承载力特性,提高抗变形和稳定能力。
根据所用的材料不同,有素土垫层换层法、灰土垫层换土法、砂和沙砾石垫层换层法、碎石和矿渣垫层换层法、碎砖三合土垫层换层法等,施工方法一般采用机械碾压法、重锤夯实法和平板振动法,对于沙石垫层还可以采用插振法、水撼法等。
换垫层施工要点:
①施工前应先验槽,清除松土,并打底夯两遍,要求平整干净,如有积水、淤泥应晒干。
②灰土垫层土料的施工含水量宜控制在最优含水量范围内,垫层的分层铺填厚度可取200—300mm。垫层施工可根据不同的换填材料选择施工机械,灰土宜采用机械夯打或碾压,沙石宜采用振动碾和振动压实机械。
③沙石垫层垫层底宜设在同一标高上,如深度不同,基坑底土面应挖成阶梯或斜坡搭接,并按先深后浅的顺序进行换层施工,搭接应夯压密实。灰土垫层分段施工时,不得在柱基、墙角及承重窗间墙下接缝,上下两层的缝距不得小于500mm。灰土应拌合均匀并当日铺填夯实,灰土夯实后3天不得受水侵泡。
④垫层宽度的确定,视材料不同按计算取用。
⑤冬季施工,必须在垫层不冻的状态下进行,冻土及夹有冻块的土料不得使用,当日拌合灰土要在当日铺填夯完,表面要用塑料薄膜覆盖,以防受冻。
⑥垫层竣工后,应及时进行基础施工与基础回填。
3.强夯法
强夯法是一种软弱地基加固的技术,该方法一般采用80~300KN的重锤,以8~20米的落距自由落下,对土体进行强力夯实。其作用机理是用很大的的冲击能(一般为500~800千焦),使土中出现冲击波和很强的应力,迫使土中孔隙压缩,土体局部液化,夯实点周围产生裂隙形成良好的排水渠道,土体迅速固结,同时,强夯技术可显著减少地基的不均匀性,降低基础差异沉降。
强夯法适用于处理碎石、砂土、低饱和度的粉土与粘性土、湿陷性黄土、杂填土和素填土等地基。
强夯施工前,应在施工现场有代表性的场地上选取一个或几个试验区,进行试夯或实验性施工。试验区数量应根据建筑场地的复杂程度、建设规模及建筑类型确定。
夯锤底面形式宜采用圆形、锥底面积按土的性质确定,锥底静压力值可取25~40kPa,对于细颗粒土锥底静压力宜取小值。锤的底面宜对称设若干个与其顶面贯通的排气孔,孔径可取250~300mm。强夯施工采用带自动脱钩装置的履带式起重机或其他专用设备。采用履带式起重机时,可在臂杆端部设置辅助门架,或采用其他安全措施,防止落锤时机架倾覆。
当地下水位较高,夯坑底积水影响施工时,客采用人工降低地下水位或铺设一定厚度的松散型材料。夯坑内或场地积水应及时排除。强夯施工前,应查明场地内范围的地下构筑物和各种地下管线的位置及标高等,并采取必要的措施,以免因强夯施工造成破坏。当强夯施工所产生的振动,对临近建筑物或设备产生有害的影响时,应采取防振或隔振措施。
强夯施工可按下列步骤进行:
①清理并平整施工场地。
②标出第一遍夯点位置,并测量场地高程。
③起重机就位,使夯锤对准夯点位置。
④测量夯前锤顶高程。
⑤将夯锤起吊到预定高度,待夯锤脱钩自由下落后,放下吊钩,测量锤顶高程,若发现因坑底倾斜而造成夯锤歪斜时,应及时将坑底平整。
⑥按设计规定的夯击次数及控制标准,完成一个夯点的锤击;重复步骤③至⑥,完成第一遍全部夯点的夯击。用推土机将夯坑填平,并测量场地高程。
⑦在规定的时间间隔后,按上述步骤逐次完成夯击遍数,最后用低能量满夯,将场地表面松土夯实,并测量夯后场地高程。
4.挤密法
挤密法是在软弱地基中成孔后,在孔中填入砂、石、土等材料,并分层振实成桩,从而使桩挤密其周围的软弱或松散土层,土与桩组成复合地基,共同承受荷载。根据填入材料及施工方法的不同,挤密法有以下几种:
(1)土桩、灰土桩法。
对地下水位以上的湿陷性黄土、素填土、杂填土地基,可用此法进行处理,施工时将钢管打入土中,使土层得以挤密,然后在孔中分层填入素土或灰土,边拔管边振实填料而成桩,桩与土组成复合地基,灰土按体积2:8或3:7加适量水拌合均匀,夯实后具有一定的胶凝性,故灰土挤密桩比素土桩承载力高。桩距一般取2~3天。长度取决于需要加固土层的厚度及桩管的有效长度。桩群加固宽度不小于基础宽度的1.2倍,且每边各放出500,呈梅花行或正方形布置。
(2)砂石桩法。
沙石桩是采用振冲或冲击的方法,在软弱地基成孔,填入沙石料且挤压入土中,形成大直径挤实沙石桩的地基处理方法。主要包括砂桩挤密法、碎石桩挤密法和生石灰桩挤密法等。
①砂桩挤密法。砂桩挤密法施工时宜用捶击或振动沉管方法成孔。施工方法:a.定位;b.沉管灌砂;c.提升;d.下沉振实;e.再次提升;f.振实成桩。桩径d=300-600mm,桩距取3.5d,其他同石灰桩。砂桩挤密法适用于处理松砂、杂填土、素填土及黏粒含量不高的黏性土地基。但对饱和软黏土地基,挤密效果较差,施工时易破坏土的天然结构,采用时应慎重。同时,挤密的砂桩与排水砂井的作用相同,这样可加速地基土的固结。
②碎石桩法(振动水冲法)。在沙石中加入适量水后,经振动可使其更加密实。振冲法就是根据这一原理而发展起来的。施工步骤:a.定位;b.振冲下沉;c.加填料;d.振密;e.成桩。当振冲器下沉至设计深度后进行清孔,用循环水带水较稠的泥浆,然后向孔中填入沙石料同时喷水振动,自下向上逐段提升振实直至地面,形成密实的振动桩,一般称为碎石桩.
③灰桩挤密法.在下沉钢管成孔后、灌入生石灰碎块或在生石灰中加入20-30%的粉煤灰或火山灰,就形成了生石灰桩。由于生石灰的水比膨胀、放热、离子交换。胶凝反应等作用及成孔时的挤压等对桩周围土的作用,所以改善了土的性质,从而达到处理地基的目的。
5.深层搅拌法
深层搅拌法是通过特制的深层搅拌机,在地基深处就地将软土和固化剂强行搅拌,利用固化剂与软土之间所产生的一系列物理化学反应,使软土硬结成具有整体性、水稳性和一定强度的桩体,形成良好的复合地基。固化剂主要采用水泥、石灰等材料。深层搅拌桩在施工中一般采用二次搅拌工艺,即预搅沉钻喷浆提钻搅拌复搅沉钻复搅提钻。施工工艺:① 定位;② 预搅下沉;③ 制备水泥浆;④ 提升喷浆搅拌;⑤ 重复搅拌下沉、喷浆提升;⑥ 清洗、移位。
6.高压喷射注浆法
该法是利用钻机钻到预定深度,然后用高压泵把浆液通过钻杆端头的特殊喷嘴,以高压水平喷入土层。喷嘴在喷射浆液是,一面缓慢旋转,一面徐徐提升,借助高压浆液的喷液不断消切土层并与消切下来的土充分搅拌混合,胶体硬化后即在地基中形成直径比较均匀,具有一定强度的圆柱体即旋转桩,从而使地基得到加固。该法适用于处理淤泥、淤泥质土、黏性土、粉土、黄土、砂土。人工填土、碎石土等地基加固,也可以用于既有建筑地基处理,深基坑侧壁挡土或挡水、基坑底部加固、防止管涌与隆起、坝的加固等工程。
三、结束语
地基加固处理在整个建筑工程中有着十分重要的意义,它是一个建筑工程的基础,是建筑工程后期质量安全的重要保障。地基加固处理技术方法与措施有很多,而且目前还处在不断发展当中。随着新材料与新技术的大量产生,地基加固处理技术也必然在不断更新发展,主要表现在地基加固处理设计的计算理论、机械、地基处理材料、现场监测技术、施工工艺以及多种地基加固处理方法进行综合应用等。做好地基加固处理工作能够使建筑物的安全使用得到有效保障,只有准确掌握地基构造的施工方法、基本原理与适应土层范围,才能够在具体的应用中灵活使用地基加固处理技术。
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