随着中国进入工程建设的高峰期,规模宏大的建筑群、居民小区、环境工程、水利工程、港口工程、高速铁路公路、机场跑道、大型基础工程等的兴建,涉及到大量的地基建设。随着建筑设计的多样性发展,尤其是高层建筑的发展,对地基质量的要求也越来越高,目前,常规的地基处理方式不下几十种,如何根据建筑工程的用途、因地制宜的选择合适的地基处理方法成为很多技术工程师研究的主要课题。
二、地基处理方法选择的原则和考虑因素
建筑地基处理方法的选择是地基工程建设的核心。在选择时,需要综合考虑如下各种影响因素:
1、建筑物的体型、结构受力体系、建筑材料的使用要求,负荷承载的大小、布局和深度,基底压力、天然地基承载力、稳定安全系数、变形容许值;
2、地基土的类别、加固深度、上部结构要求、周围环境条件、材料来源、施工工期、施工队伍技术素质与施工技术条件、设备状况和经济指标。
3、对地基条件复杂、需要应用多种处理方法的重大项目还要详细调查施工区内地形及地质成因、地基成层状况、软弱土层厚度、不均匀性和分布范围、持力层位置及状况、地下水情况及地基土的物理和力学性质。
4、施工中需考虑对场地及邻近建筑物可能产生的影响、占地大小、工期及用料等。只有综合分析上述因素,坚持技术先进、经济合理、安全适用、确保质量的原则拟定处理方案,才能获得最佳的处理效果。
三、地基处理方法选择的基本步骤。
1、做好详细的勘察准备工作。
搜集详细的岩土工程勘察资料、上部结构及基础设计资料等;根据工程的要求和采用天然地基存在的主要问题,确定地基处理的目的、处理范围和处理后要求达到的各项技术经济指标等;结合工程情况,了解当地地基处理经验和施工条件,对于有特殊要求的工程,尚应了解其他地区相似场地上同类工程的地基处理经验和使用情况;调查邻近建筑、地下工程和有关管线等情况;了解建筑场地的环境情况。
2、制定初步方案
应根据建筑的结构类型、荷载大小及建筑的使用要求,结合第一步勘察的实际情况报告进行综合分析,初步确定可供考虑的地基处理方案;
3、分析方案
对初步成型的各种地基处理方案,分别从加固原理、适用范围、预期处理效果、耗用材料、施工方式、工期要求和对环境的影响等方面进行技术经济分析和对比,选择最佳的地基处理方法;
4、测试方案
对已选定的地基处理方法,需按建筑物地基基础设计等级和场地复杂程度,在有代表性的场地上进行相应的现场试验或试验性施工,并进行必要的测试,以检验设计参数和处理效果。如达不到设计要求时,应查明原因,修改设计参数或调整地基处理方法。
四、地基处理的常用方法介绍:
1、换填法
此法将处理范围内的软弱土层部分或全部挖去,然后分层换填强度较高的砂、灰土、素土、碎石、粉质黏土、粉煤灰、矿渣及其他性能稳定和无侵蚀性的材料,并碾压、夯实至要求的密实度为止。换填法的适用范围为:淤泥、淤泥质土、湿陷性黄土、素填土、杂填土地基及暗沟、暗塘等的浅层处理或不均匀地基处理。当在建筑物范围内上层软弱土较薄时,可采用全部置换处理;对于建筑物范围内局部存在古井、古墓、暗塘、暗沟或拆除旧基础后的坑穴等,可采用局部换填法处理。换填法的处理深度通常控制在3m以内较为经济合理。换填法常用于处理轻型建筑、地坪、堆料场及道路工程等。
2、预压法
预压法包括堆载预压法和真空预压法,适用于淤泥质土、淤泥和冲填土等饱和黏性土地基。
在地基基础施工前,通过在拟建场地上预先堆置重物,进行堆载预压,以达到地基土固结沉降基本完成,通过地基土的固结以提高地基承载力。预压荷载一般等于建筑物的荷载,为了加速压缩过程,预压荷载也可以比建筑物的重量大,称为超载预压。堆载预压可分为塑料排水板或砂井地基堆载预压和天然地基堆载预压。通常,当软土层厚度小于4m时,可采用天然地基堆载预压法处理;当软土层厚度超过4m时,为加速预压过程,应采用塑料排水板或砂井等竖井排水预压法处理地基。
3、振冲法
利用振冲器或沉桩机,在软弱黏性土地基中成孔,再在孔内分批填入碎石或卵石等材料制成桩体。桩体和原来的黏性土构成复合地基,从而提高地基承载力,减小压缩性。碎石桩的承载力和压缩量在很大程度上取决于周围软土对碎石桩的约束作用。如周围的土过于软弱,对碎石桩的约束作用就差。振冲置换法的适用范围有:不排水抗剪强度不小于20kPa的黏性土、粉土、饱和黄土和人工填土地基。对不排水剪切强度小于20kPa的地基,应慎重对待。
4、强夯法
在大型建设中强夯法运用最为广泛。强夯法是利用近十吨或数十吨的重锤从近十米或数十米的高处自由落下,对土进行强力夯击并反复多次,从而达到提高地基土的强度并降低其压缩性的处理目的。强夯法的适用范围有:碎石土、砂土、低饱和度的粉土和黏性土、湿陷性黄土、杂填土和素填土等地基,对于软土地基,一般来说处理效果不显著。强夯法又称动力固结法或动力压实法。当需要时,可在夯坑内回填块石、碎石等粗颗粒材料,用夯锤夯击形成连续的强夯置换墩,称之为强夯置换法。
5、土或灰土挤密法
由桩间挤密土和填夯的桩共同组成的复合地基。以消除地基的湿陷性为主要目的时选用土桩挤密法;以提高地基的承载力及水、土稳定性为主要目的时选用灰土桩挤密法。土或灰土挤密法的适用范围有:湿陷性黄土、素填土和杂填土等地基。
6、砂石桩法
用振动或冲击荷载在软弱地基中成孔后,将砂石挤压入土中,形成密实砂石柱,达到加固地基的目的。砂石柱法的适用范围有:松散砂土、粉土、黏性土、素填土和杂填土等地基。对饱和黏性土地基上对变形控制要求不严的工程也可采用砂石桩置换处理。砂石桩法也可用于处理可液化地基。
7、层搅拌法
其原理是利用水泥浆、石灰或其他材料作为固化剂,通过特制的深层搅拌机械,在地基深处将软土和固化剂(水泥或石灰的浆液或粉体)强制搅拌,利用固化剂和软土之间产生的一系列物理化学反应,使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的优质地基,从而达到提高地基的承载力和增大变形模量的目的。深层搅拌法的适用范围有:淤泥、淤泥质土、粉土、饱和黄土、素填土和黏性土等地基。当用于处理泥炭土或地下水具有侵蚀性时,应通过试验确定其适用性。深层搅拌法是水泥土搅拌法中的一种,又称为湿法。
8、高压喷射注浆法
利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻到预定深度的土层,以高压喷射直接冲击破坏土体,使水泥浆液或其他浆液与土拌和,凝固后成为拌和柱体。在软弱地基中设置这种柱体群,以形成复合地基。高压喷射注浆法的适用范围有:淤泥、淤泥质土、黏性土、粉土、黄土、砂土、人工填土和碎石土等地基。当土中含有较多的大粒径块石、坚硬黏性土、大量植物根系或有过多的有机质时,应根据现场试验结果确定其适用程度。
9、托换法
适用于对已有建筑物的地基和基础进行处理与加固,或在已有建筑物基础下需修建地下工程,以及邻近需要新建工程而影响已有建筑物安全等问题的处理。托换法可分为灌浆托换法和基础加固法两种。
灌浆托换法采用气压或液压将各种有机或无机化学浆液注入土中,使地基固化,起到提高地基土强度、消除其湿陷性或起到防渗堵漏作用。根据灌浆材料的不同,可分为水泥灌浆法、硅化法和碱液法。适用范围有:松散砂土、素填土、杂填土等地基和既有建筑物的地基处理。
基础加固法采用水泥或环氧树脂等浆液灌浆加固或加大基础基底面积,或增大基础深度,使基础支撑在较好的土层上。基础加固法可分为灌浆法、加大基础托换和坑式托换法3种。基础加固法的适用范围为建筑物基础支撑力不足的已有建筑物的基础加固。
10、灌浆法
用气压、液压或电动化学原理,把具有充填、胶结性能的材料注入各种介质的缝隙和孔隙中,以增加其强度和密实度。通过钻孔,将压浆管放入到预定深度的土层,在较高的灌浆压力作用下,使浓浆克服土体的初始应力和抗拉强度,在土体内产生水力劈裂和置换作用,形成交叉的结石网格和较高强度的空间性刚性骨架。在水力劈裂过程中,土体中自由水和毛细水被排走,表面水被吸收,土体发生固化和化学硬化作用,使土体再次得以加固。对粉土、软黏土的处理效果难以预测。
五、结论
地基处理方法很多,各种处理方法部有它的局限性、适用范围和优缺点,没有一种方法是万能的。具体工程情况不同,地质条件千变万化,而每个工程对地基的处理方法也不尽相同。因此,在建筑和施工时,应根据以上步骤综合考虑,选择合适的地基处理方法。
参考文献
[1] 马小峰 . 浅谈软土地基处理方法[J].山西建筑,2008 (01)
[2] 莫启亮 . 浅谈软弱地基的处理方法[J]. 山西建筑,2009 (12)
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