探討建筑地基處理方法及其適用的概述

黃彥平

【摘要】本文根據(jù)筆者多年來的經(jīng)驗,主要針對工程建設中經(jīng)常存在著不能直接承載建筑物和構筑物全部荷載的軟弱地基和不良地基問題, 探討了常用的地基處理方法及其適用范圍。

【關鍵詞】軟弱地基地基處理適用范圍

建筑物和構筑物的全部荷載都是由它下面的地基來承擔。地基處理的優(yōu)劣, 關系到整個工程的質量、造價與工期, 直接影響著建筑物和構筑物的安全。隨著城市的飛速發(fā)展, 土地利用率越來越少,一些地質較差的位置地基處理問題也越來越重要。

1地基處理的目的及其處理對象

當?shù)鼗鶑姸确€(wěn)定性不足或壓縮性很大, 不能滿足設計要求時, 可以針對不同情況對地基進行處理。處理的目的是增加地基的強度和穩(wěn)定性、減少地基變形等。地基處理的對象包括軟弱地基與不良地基兩方面, 軟弱地基是指在地表下相當深度范圍內存在的軟弱土, 包括淤泥、淤泥質土、沖填土、雜填土及飽和松散粉細砂與粉土。這類土的工程特性為壓縮性高、強度低、通常很難滿足地基承載力和變形要求。而不良地基包括施陷性黃土地基、膨脹土地基、泥炭土地基、山區(qū)地基及巖溶與土洞地基等。

2常用的地基處理方法及其適用范圍

2.1換填法

將基礎底面以下處理范圍內的軟弱土層部分或全部挖去, 然后分層換填強度較高的砂、碎石、素土、灰土、粉質黏土、粉煤灰、礦渣及其他性能穩(wěn)定和無侵蝕性的材料, 并碾壓、夯實至要求的密實度為止。換填法的適用范圍為: 淤泥、淤泥質土、濕陷性黃土、素填土、雜填土地基及暗溝、暗塘等的淺層處理或不均勻地基處理。當在建筑物范圍內上層軟弱土較薄時, 可采用全部置換處理; 對于建筑物范圍內局部存在古井、古墓、暗塘、暗溝或拆除舊基礎后的坑穴等, 可采用局部換填法處理。換填法的處理深度通常控制在3 m以內較為經(jīng)濟合理。換填法常用于處理輕型建筑、地坪、堆料場及道路工程等。

2.2預壓法

預壓法包括堆載預壓法和真空預壓法, 適用于淤泥質土、淤泥和沖填土等飽和黏性土地基。

2.2.1堆載預壓法

在地基基礎施工前, 通過在擬建場地上預先堆置重物, 進行堆載預壓, 以達到地基土固結沉降基本完成, 通過地基土的固結以提高地基承載力。預壓荷載一般等于建筑物的荷載, 為了加速壓縮過程, 預壓荷載也可以比建筑物的重量大, 稱為超載預壓。堆載預壓可分為塑料排水板或砂井地基堆載預壓和天然地基堆載預壓。通常, 當軟土層厚度小于4 m時, 可采用天然地基堆載預壓法處理; 當軟土層厚度超過4 m時, 為加速預壓過程, 應采用塑料排水板或砂井等豎井排水預壓法處理地基。

2.2.2真空預壓法

通過在需要加固的軟土地基上鋪設砂墊層, 并設置豎向排水通道, 再在其上覆蓋不透氣的薄膜形成一密封層使之與大氣隔絕。然后用真空泵抽氣,使排水通道保持較高的真空度, 在土的孔隙水中產(chǎn)生負的孔隙水壓力, 孔隙水逐漸被吸出, 從而使土體達到固結。真空預壓法一般能形成78～92 kPa的等效荷載, 與堆載預壓法聯(lián)合使用, 可產(chǎn)生130 kPa的等效荷載。加固深度一般不超過20 m。

2.3振沖法

2.3.1振沖置換法

利用振沖器或沉樁機, 在軟弱黏性土地基中成孔, 再在孔內分批填入碎石或卵石等材料制成樁體。樁體和原來的黏性土構成復合地基, 從而提高地基承載力, 減小壓縮性。碎石樁的承載力和壓縮量在很大程度上取決于周圍軟土對碎石樁的約束作用。如周圍的土過于軟弱, 對碎石樁的約束作用就差。振沖置換法的適用范圍有: 不排水抗剪強度不小于20 kPa的黏性土、粉土、飽和黃土和人工填土地基。對不排水剪切強度小于20 kPa的地基, 應慎重對待。

2.3.2振沖密實法

其原理是依靠振沖器的強力振動使飽和砂層發(fā)生液化, 砂粒重新排列, 孔隙減少, 使砂層擠壓加密。振沖密實法適用于黏粒含量小于10%的粗砂、中砂地基。

2.4強夯法

在大型的建設中強夯法運用最為廣泛。強夯法是利用近十噸或數(shù)十噸的重錘從近十米或數(shù)十米的高處自由落下, 對土進行強力夯擊并反復多次, 從而達到提高地基土的強度并降低其壓縮性的處理目的。強夯法的適用范圍有: 碎石土、砂土、低飽和度的粉土和黏性土、濕陷性黃土、雜填土和素填土等地基, 對于軟土地基, 一般來說處理效果不顯著。強夯法又稱動力固結法或動力壓實法。當需要時, 可在夯坑內回填塊石、碎石等粗顆粒材料, 用夯錘夯擊形成連續(xù)的強夯置換墩, 稱之為強夯置換法。

2.5土或灰土擠密法

由樁間擠密土和填夯的樁共同組成的復合地基。以消除地基的濕陷性為主要目的時選用土樁擠密法; 以提高地基的承載力及水、土穩(wěn)定性為主要目的時選用灰土樁擠密法。土或灰土擠密法的適用范圍有: 濕陷性黃土、素填土和雜填土等地基。

2.6砂石樁法

用振動或沖擊荷載在軟弱地基中成孔后, 將砂石擠壓入土中, 形成密實砂石柱, 達到加固地基的目的。砂石柱法的適用范圍有: 松散砂土、粉土、黏性土、素填土和雜填土等地基。對飽和黏性土地基上對變形控制要求不嚴的工程也可采用砂石樁置換處理。砂石樁法也可用于處理可液化地基。

2.7深層攪拌法

其原理是利用水泥漿、石灰或其他材料作為固化劑, 通過特制的深層攪拌機械, 在地基深處將軟土和固化劑( 水泥或石灰的漿液或粉體) 強制攪拌, 利用固化劑和軟土之間產(chǎn)生的一系列物理化學反應, 使軟土硬結成具有整體性、水穩(wěn)定性和一定強度的優(yōu)質地基, 從而達到提高地基的承載力和增大變形模量的目的。深層攪拌法的適用范圍有: 淤泥、淤泥質土、粉土、飽和黃土、素填土和黏性土等地基。當用于處理泥炭土或地下水具有侵蝕性時, 應通過試驗確定其適用性。深層攪拌法是水泥土攪拌法中的一種, 又稱為濕法。

2.8粉體噴射法

利用生石灰或水泥等粉體材料作為固化劑, 通過特制的深層攪拌機在地基深部就地將軟土和固化劑強制拌和, 利用固化劑與軟土產(chǎn)生的一系列物理化學反應, 形成堅硬的拌和土體, 以置換部分軟弱土體, 形成復合地基。適用范圍同深層攪拌法。但對于含水量較小的黏性土, 處理效果欠佳。與深層攪拌法(濕法) 相比, 在固化過程中, 粉體材料能吸收周圍土體更多的水分, 使土體固結。適用于7層以下的工業(yè)與民用建筑, 對高層建筑宜實驗論證。粉體噴射法俗稱旋噴法, 是水泥土攪拌法中的一種, 又稱為干法。

2.9高壓噴射注漿法

利用鉆機把帶有噴嘴的注漿管鉆到預定深度的土層, 以高壓噴射直接沖擊破壞土體, 使水泥漿液或其他漿液與土拌和, 凝固后成為拌和柱體。在軟弱地基中設置這種柱體群, 以形成復合地基。高壓噴射注漿法的適用范圍有: 淤泥、淤泥質土、黏性土、粉土、黃土、砂土、人工填土和碎石土等地基。當土中含有較多的大粒徑塊石、堅硬黏性土、大量植物根系或有過多的有機質時, 應根據(jù)現(xiàn)場試驗結果確定其適用程度。

2.10托換法

適用于對已有建筑物的地基和基礎進行處理與加固, 或在已有建筑物基礎下需修建地下工程, 以及鄰近需要新建工程而影響已有建筑物安全等問題的處理。托換法可分為樁式托換法、灌漿托換法和基礎加固法3種。

2.10.1樁式托換法

采用樁的形式進行托換。樁式托換法可分為坑式靜壓樁托換、錨桿靜壓樁托換、灌注樁托換和樹根樁托換4種。樁式托換法的適用范圍有: 軟弱黏土、松散砂土、飽和黃土、濕陷性黃土、素填土和雜填土等地基。

2.10.2灌漿托換法

采用氣壓或液壓將各種有機或無機化學漿液注入土中, 使地基固化, 起到提高地基土強度、消除其濕陷性或起到防滲堵漏作用。根據(jù)灌漿材料的不同, 可分為水泥灌漿法、硅化法和堿液法。適用范圍有: 松散砂土、素填土、雜填土等地基和既有建筑物的地基處理。

2.10.3基礎加固法

采用水泥或環(huán)氧樹脂等漿液灌漿加固或加大基礎基底面積, 或增大基礎深度, 使基礎支撐在較好的土層上?；A加固法可分為灌漿法、加大基礎托換和坑式托換法3種。基礎加固法的適用范圍為建筑物基礎支撐力不足的已有建筑物的基礎加固。

2.11灌漿法

用氣壓、液壓或電動化學原理, 把具有充填、膠結性能的材料注入各種介質的縫隙和孔隙中, 以增加其強度和密實度。通過鉆孔, 將壓漿管放入到預定深度的土層, 在較高的灌漿壓力作用下, 使?jié)鉂{克服土體的初始應力和抗拉強度, 在土體內產(chǎn)生水力劈裂和置換作用, 形成交叉的結石網(wǎng)格和較高強度的空間性剛性骨架。在水力劈裂過程中, 土體中自由水和毛細水被排走, 表面水被吸收, 土體發(fā)生固化和化學硬化作用, 使土體再次得以加固。對粉土、軟黏土的處理效果難以預測。

2.12CFG樁法

利用一定的成樁機械, 施工樁徑300 ～ 500mm, 樁身混凝土強度一般為C15～C30, 可配筋也可不配筋的樁, 與褥墊層形成復合地基, 從而提高地基承載力。適用范圍有: 淤泥、淤泥質土、雜填土、飽和和非飽和的黏性土、粉土,能使天然地基承載力提高70%以上。

3結語

地基處理是建筑施工中的重要環(huán)節(jié), 而地基處理的方法選定直接關系到工程建設的質量優(yōu)劣和經(jīng)濟合理性。因此, 在確定地基處理方法時, 必須搜集詳勘資料和地基基礎設計資料, 論證地基處理的必要性, 并調查本地區(qū)地基處理的經(jīng)驗和施工條件, 從諸多處理方法中選擇一個最佳的地基處理方案。

參考文獻

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