軟土地基加固處理方案的選擇及設(shè)計(jì)計(jì)算

1 軟土地基加固處理方案的選擇及設(shè)計(jì)計(jì)算 摘摘 要要 介紹軟土地基加固處理方法 通過工程實(shí)例說明軟土 地基處案的選擇設(shè)計(jì)計(jì)算方法 關(guān)關(guān)鍵詞鍵詞 軟土地基加固處理 方案選擇 設(shè)計(jì)計(jì)算 近年來 基本建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大 軟土地基加固處理 問題越來越多 合理選擇處理方案是使建筑物安全和降 低工程造價(jià)的重要途徑之一 軟土地基處理的基本方法 多種多樣 主要原理是置換 夯實(shí) 擠密 排水 膠結(jié)等 下面介紹主要幾種方法的適用情況 如何選擇及設(shè)計(jì)計(jì) 算 一 一 軟軟土地基的土地基的處處理方法理方法 強(qiáng)夯法 強(qiáng)夯法又分為強(qiáng)夯擠密法和強(qiáng)夯置換法 主要優(yōu)點(diǎn) 是設(shè)備簡(jiǎn)單 效果顯著 經(jīng)濟(jì)和施工快 缺點(diǎn)是振動(dòng) 噪 聲大 強(qiáng)夯擠密法常用來加固碎石土 砂土 低飽和度的 粘性土 素填土 雜填土 濕陷性黃土等各類地基 強(qiáng)夯 置換法主要用于厚度小于 m 的軟粘土層 邊夯邊填碎石 等粗粒料形成深度 6m 直徑 2m 左右的碎石樁體與周 2 圍土體形成復(fù)合地基 目前這種處理方法應(yīng)用較少 強(qiáng)夯 法至今還沒有一套成熟的理論和設(shè)計(jì)計(jì)算方法 還要在 實(shí)踐中總結(jié)提高 目前強(qiáng)夯法由于振動(dòng) 躁聲大 主要應(yīng) 用在新建港口回填土的軟土地基加固 公路和鐵路軟土 地基加固 城市建設(shè)中很少應(yīng)用 排水固結(jié)法 排水固結(jié)法又稱預(yù)壓法 適用于泥質(zhì)土 淤泥 沖填 土等飽和粘性土地基 這種方法需時(shí)間長(zhǎng) 加固效果不明 顯 現(xiàn)在工業(yè)與民用建筑中很少采用 主要應(yīng)用于大面積 貨棧堆場(chǎng)對(duì)地基承載力要求較低的飽和粘性土地基處理 碎石樁法 碎石樁法分為振沖法和干振法 振沖法是利用振動(dòng) 和水沖加固地基的方法 干振法是利用干法振動(dòng)成孔器在 軟弱地基中設(shè)置碎石樁 振沖法主要用于砂土 不排水抗 剪強(qiáng)度大于 20Kpa 的粘性土 粉土和人工填土等地基 主 要缺點(diǎn)是施工過程中排放泥漿污染現(xiàn)場(chǎng) 干振法適用于 松散的非飽和粘土 松散的液化砂土 雜填土和素填土等 3 主要缺點(diǎn)是施工中噪聲污染大 選擇碎石樁法時(shí)候要根 據(jù)現(xiàn)場(chǎng)土層情況和現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境綜合考慮 4 石灰樁法 土樁 灰土樁法 石灰樁的基本加固作用有打樁擠密 樁周土脫水?dāng)D 密和樁身的置換作用 主要用于水位以下的軟土地基處 理 土樁 灰土樁在我國西北和華北地區(qū)得到廣泛應(yīng)用 適用于地下水位以上的濕陷性黃土 雜填土等地基 5 深層攪拌法 深層攪拌法是通過特制機(jī)械沿深度將固化劑與地基 土強(qiáng)制攪拌就地成樁加固地基的方法 當(dāng)固化劑為粉體 水泥或石灰 又稱粉噴樁法 深層攪拌法適用于處理淤 泥 淤泥質(zhì)土和含水量較高的地基 深層攪拌法具有施工 中無振動(dòng) 無噪聲 無地面隆起 不排污 對(duì)相鄰建筑物 不會(huì)產(chǎn)生有害影響等優(yōu)點(diǎn) 深層攪拌樁地基可按復(fù)合地 基考慮 6 高壓噴射注漿法 高壓噴射注漿法是將帶有特殊噴嘴的注漿管置于土 4 層預(yù)定深度 以高壓噴射流使固化漿液與土體混合 凝固 硬化加固地基土體的方法 它適用于淤泥 淤泥質(zhì)土 粘 性土粉土 黃土 砂土 人工填土和碎石土等地基 注漿 形式分為旋噴 定噴和擺噴 施工方法分為單管法 二重 管法和三重管法 7 水泥粉煤灰碎石樁 CFG 樁 法 水泥粉煤灰碎石樁法是在碎石樁的基礎(chǔ)上加進(jìn)一些 石屑粉煤灰和少量水泥 加水拌和 用振動(dòng)沉管打樁機(jī)或 長(zhǎng)螺旋鉆管內(nèi)泵壓成樁機(jī)具制成的一種具有一定粘結(jié)強(qiáng) 度的樁 樁和樁間土形成復(fù)合地基 適用于粘性土 粉土 砂土和已自重固結(jié)的素填土等 另外地基處理還有灌漿法和化學(xué)處理 樁錘沖擴(kuò)樁 法等 軟土地基加固方法種類很多 而且還在不斷發(fā)展 軟土地基處理的設(shè)計(jì)和施工應(yīng)符合技術(shù)先進(jìn) 確保質(zhì)量 安全適用和經(jīng)濟(jì)合理的要求 要因地制宜 綜合考慮 二 二 軟軟土地基土地基處處理 復(fù)合地基 的理 復(fù)合地基 的設(shè)計(jì)計(jì)設(shè)計(jì)計(jì)算算 軟土地基處理后 部分土體被增強(qiáng)或置換形成增強(qiáng) 體 由增強(qiáng)和周圍地基土共同承擔(dān)荷載的地基就是復(fù)合 5 地基 復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算公式如下 fsp k m Rk Ap 1 m fk fsp k 復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值 kPa fk 天然地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值 kPa m 面積置換率 Ap 單樁截面面積 m2 Rk 單樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值 kN 樁間土強(qiáng)度提高系數(shù) 樁間土強(qiáng)度發(fā)揮系數(shù) 宜按地區(qū)經(jīng)驗(yàn)取值 無經(jīng) 驗(yàn)時(shí)可取 0 75 0 95 天然地基承載力高時(shí)取大值 三 工程實(shí)例 一 北京芍 一 北京芍藥藥居某住宅樓地基居某住宅樓地基處處理理設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) 1 工程概況 該住宅樓為一棟 26 層高 77m 基底埋深 7 340m 的 高層建筑 據(jù)工程地質(zhì)勘察報(bào)告 直接持力層為第四系粉質(zhì)粘土 承 載力為 fk 160kPa 雖然承載力較高 但建筑物荷載太大 要求處理后的地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值不小于 430 kPa 該場(chǎng)地 6 地基相對(duì)屬于軟土地基 需要進(jìn)行處理 其地層從上到下 主要為粘質(zhì)粉土 粉質(zhì)粘土 粘土 細(xì)中砂 粉質(zhì)粘土 圓 礫和砂土的交互層 2 地基處理方案的選擇 根據(jù)本工程的特點(diǎn)和地質(zhì)條件 為了滿足建筑物地 基承載力和沉降的需要 該工程可供采用的地基處理方 案有大直徑鉆孔灌注樁和 CFG 樁復(fù)合地基方案兩種 其 中前者技術(shù)可靠 在保證設(shè)計(jì)和施工質(zhì)量的前提下 基礎(chǔ) 沉降易于控制 但工程造價(jià)高 工期長(zhǎng) 還存在一定的鉆 孔泥漿污染等缺點(diǎn) 而 CFG 樁復(fù)合地基方案充分發(fā)揮樁 間土的承載能力 使工程造價(jià)低 工期短 質(zhì)量可靠 施 工振動(dòng)小 噪音低 無泥漿污染 目前該方法已被大量應(yīng) 用于高層和多層建筑的地基處理工程中 3 CFG 樁復(fù)合地基處理設(shè)計(jì) 1 取圓礫 層為樁端持力層 根據(jù)基礎(chǔ)埋深取有效 樁長(zhǎng)為 19 50m 采用長(zhǎng)螺旋管內(nèi)泵壓砼成樁工藝 樁徑 400mm 2 計(jì)算單樁承載力 Rk 7 Rk Up qsi hi Ap qp k Up 樁的周長(zhǎng) qsi 第 i 層土樁側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值 kPa hi 第 i 層土厚度 m qp 樁端阻力標(biāo)準(zhǔn)值 kPa Ap 樁的面積 m2 K 安全系數(shù)取 2 經(jīng)計(jì)算 Rk 900 kN 3 根據(jù)實(shí)際基礎(chǔ)尺寸 按 1 68 1 65m 布樁 則面積 置換率為 m 0 1256 1 68 1 65 0 045 4 根據(jù)公式計(jì)算復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值 取 Rk 900Kn Ap 0 1256m2 1 0 8 fk 160kPa m 0 045 則fsp k 0 045 1 0 8 1 0 045 160 444 kPa 900 0 1256 滿足建筑物承載力要求 5 樁體混凝土強(qiáng)度 樁頂應(yīng)力 p Rk Ap 900 0 1256 7 17mPa 樁身強(qiáng)度 R28 3 p 3 7 17 21 51mPa 8 取樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí)為 C25 坍落度 16 20cm 6 褥墊層 復(fù)合地基通過樁頂設(shè)置褥墊層 充分調(diào)動(dòng)地基土參 與工作 達(dá)到提高地基承載力和減少基礎(chǔ)沉降的目的 褥 墊層采用 5 20mm 級(jí)配碎石 厚度 200mm 振動(dòng)密實(shí) 4 地基加固效果檢測(cè) 由于做復(fù)合地基載荷實(shí)驗(yàn)要加載到 2400kN 施工困難 所以該工程做了單樁和樁間土載荷試驗(yàn) 試驗(yàn)結(jié)果見下 表 試驗(yàn)樁號(hào)試驗(yàn)類型 終止荷載 kN 總沉降量 mm 承載力 標(biāo)準(zhǔn)值 對(duì)應(yīng)沉降 量 mm 112 單樁 14205 49860 kN3 01 387 單樁 14209 11860 kN4 98 237 單樁 14206 26860 kN3 63 112 旁 樁間土 20018 48174kPa7 00 387 旁 樁間土 20017 7177kPa7 00 通過以上試驗(yàn) 表明該工程達(dá)到設(shè)計(jì)要求 復(fù)合地基 承載力大于 430kPa 滿足建筑物荷載要求 二 唐山某 二 唐山某鋼鋼廠廠擬擬建高爐工程建高爐工程聯(lián)聯(lián)合地基合地基處處理方案理方案 9 設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) 1 工程概況 唐山某鋼廠擬建 380m2高爐工程 建筑高度 55m 鋼 型結(jié)構(gòu) 基礎(chǔ)形式為大塊式鋼筋混凝土基礎(chǔ) 基礎(chǔ)埋深 3 50m 單位荷重為 280kPa 出鐵場(chǎng)風(fēng)口平臺(tái) 單層廠房建 筑高度為 17m 排架式結(jié)構(gòu) 鋼筋混凝土獨(dú)立基礎(chǔ) 基礎(chǔ) 埋深 3 00m 單位荷重為 200kPa 根據(jù)勘察資料 擬建場(chǎng)地的地貌單元為第四紀(jì)陸相 沖積平原地貌 場(chǎng)地地形平坦 地面標(biāo)高介于 5 02 5 88m 之間 其地層上部為第四系全新統(tǒng)沖洪積層 和瀉湖相的粘土 粉土細(xì)砂地層 下部為上更新統(tǒng)粉土 細(xì)砂等地層 本場(chǎng)地在 1976 年唐山 7 8 級(jí)大地震時(shí) 其附 近發(fā)生過地震液化現(xiàn)象 經(jīng)判別第 層粉土存在液化現(xiàn) 象 液化指數(shù)為 13 92 綜合評(píng)價(jià)本場(chǎng)地為中等液化 2 地基處理方案的選擇與 CFG 樁加固方案 根據(jù)場(chǎng)地的工程地質(zhì)條件 我們根據(jù)當(dāng)?shù)氐鼗幚?經(jīng)驗(yàn) 結(jié)合本工程特點(diǎn) 選擇多種方案在可行性和經(jīng)濟(jì)技 術(shù)上進(jìn)行分析對(duì)比 為甲方提供經(jīng)濟(jì)可行的地基處理方 10 案 1 鉆孔灌注樁法 此方案安全可靠 承載力高 能滿 足設(shè)計(jì)要求 但樁長(zhǎng) 排污量大 場(chǎng)地不具備排污條件 綜合施工費(fèi)用較高 甲方不能接受 不采用此工法 2 振動(dòng)擠密碎石樁法加固方案 此方法在 1994 1995 年 2 高爐 煉鋼車間等工程建筑中 得到廣 泛應(yīng)用 工勘短 施工速度快 無排污等問題 復(fù)合地基 承載力為 180kPa 左右 適合甲方建設(shè)工期 但此次地基 承載力要求較高 此工法不能滿足設(shè)計(jì)要求 3 CFG 樁加固方案 根據(jù)附近 灤南 豐南等地 的 地基處理經(jīng)驗(yàn) CFG 復(fù)合地基承載力值在 250 450kPa 之間 但要滿足設(shè)計(jì)要求 在樁長(zhǎng) 樁數(shù)上都造成工程造 價(jià)相對(duì)較高 甲方難以接受 4 碎石樁和 CFG 樁聯(lián)合處理方案 根據(jù)我單位 1994 年以來在該場(chǎng)地的施工經(jīng)驗(yàn) 結(jié)合地層特點(diǎn) 提出采 用振動(dòng)擠密碎石樁先行對(duì)地基進(jìn)行加固處理 之后在擠 密樁之間加入 CFG 樁的聯(lián)合地基處理方法 此工法中碎 石樁即能起到排水固結(jié) 加固軟土提高地基承載力的作 11 用 又能消除第 層粉土的液化問題 同時(shí)又能增加 CFG 樁樁周土的密實(shí)強(qiáng)度 提高抗剪強(qiáng)度 而 CFG 樁的 樁體具有較高的樁身模量和強(qiáng)度 能夠承受較大份額的 上部荷載 因此在經(jīng)碎石樁處理后的復(fù)合地基中 加入一 些 CFG 樁 兩種樁型各自發(fā)揮其優(yōu)點(diǎn) 從而達(dá)到滿足設(shè) 計(jì)地基承載力的要求 經(jīng)過方案和造價(jià)的對(duì)比 甲方對(duì)此 工法非常滿意 決定采用此工法 3 地基加固設(shè)計(jì) 1 碎石樁復(fù)合地基的設(shè)計(jì) 根據(jù) 1994 年以來本場(chǎng)地 振動(dòng)擠密碎石樁的成功經(jīng)驗(yàn) 碎石樁設(shè)計(jì)樁體直徑 480mm 樁長(zhǎng) 7 50m 其目的主要是消除第 層粉土的 液化問題 同時(shí)提高地基承載力 其設(shè)計(jì)按下列公式進(jìn)行 復(fù)合地其承載力值計(jì)算 fsp k m fp k 1 m fs k 式中 fsp k 復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值 kPa m 面積置換率 高爐部分設(shè)計(jì)樁間距為正方形 1 20 1 20m m 0 136 出鐵場(chǎng)部分設(shè)計(jì)樁間距為正方形 12 1 50 1 50 m 0 087 fs k 樁間土的承載力標(biāo)準(zhǔn)值 也可用加固后提高值 kPa fp k 單樁單位截面承載力標(biāo)準(zhǔn)值 kPa 經(jīng)計(jì)算 高爐部分碎石樁復(fù)合地基承載力值為 140kPa 出鐵場(chǎng)部分復(fù)合地基承載力為 130kPa 2 CFG 樁復(fù)合地基設(shè)計(jì) 由于 CFG 樁設(shè)計(jì)時(shí)的地 基土是已經(jīng)過振動(dòng)擠密碎石樁處理的復(fù)合地基地土層 因此在設(shè)計(jì)是應(yīng)充分考慮地基土的承載力提高和強(qiáng)度問 題 由碎石樁復(fù)合地基的載荷試驗(yàn)和標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)及樁 體重型動(dòng)力觸探可知 加固后的復(fù)合地基土承載力值在 130 150kPa 平均承載力值為 144 kPa 根據(jù)場(chǎng)地土層情 況 設(shè)計(jì) CFG 樁樁徑為 400mm 樁長(zhǎng)分別為高爐部分 13 70m 有效長(zhǎng)度 10m 出鐵場(chǎng)部分樁長(zhǎng) 9 70m 有效樁 長(zhǎng) 7 0m 樁端統(tǒng)一進(jìn)入第 層細(xì)砂層不小于 1 00m 其復(fù) 合地基承載力按下式計(jì)算 fsp k 聯(lián)合 mRk Ap 1 m fk fsp k 聯(lián)合 聯(lián)合復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值 kPa 13 m 面積置換率 高爐部分的面積置換率為 0 087 出 鐵場(chǎng)部分的面積置換率為 0 056 Rk 自由單樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值 kN Ap 單樁截面面積 m2 樁間土強(qiáng)度提高系數(shù) 樁間土強(qiáng)度發(fā)揮度 取 0 75 fk 天然地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值 取經(jīng)碎石樁加固后的復(fù) 合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值 kPa 其中 Rk Up qsihi Apqp k 式中 Up 樁的周長(zhǎng) qsi 第 i 層土樁側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值 kPa hI 第 i 層土厚度 m qp 樁端阻力標(biāo)準(zhǔn)值 kPa Ap 樁的面積 m2 k 安全系數(shù)取 1 5 1 75 經(jīng)計(jì)算 高爐部分 fsp k 340 kPa 280 kPa 滿足要求 出鐵場(chǎng)部分 fsp k 225 kPa 200 kPa 滿足設(shè)計(jì)要求 14 3 樁體材料 碎石樁體材料選擇 20 40mm 的硬質(zhì)級(jí) 配碎石 最大粒徑不大于 50mm CFG 樁樁體強(qiáng)度不小于 C20 砼坍落度 18 22cm 4 褥墊層設(shè)計(jì) 為了調(diào)整基底以下應(yīng)力分布狀況 更大程度地發(fā)揮樁間土的承載力作用 聯(lián)合復(fù)合地基的 褥墊層采用級(jí)配碎石 最大粒徑不大于 30mm 厚度為 300mm 寬度不小于褥墊層厚度 4 施工設(shè)計(jì)與地基加固效果檢測(cè) 1 為達(dá)到設(shè)計(jì)目的 聯(lián)合地基處理的施工順序?yàn)橄?打擠密碎石樁 施工機(jī)械采用 DZ 60 型振動(dòng)擠密樁機(jī) 樁 達(dá)到設(shè)計(jì)深度后 加料 振管 留振 返插 提管高度不大 于 1 20m 留振 10 15s 返插 0 50m 保證樁體均勻垂直 連續(xù)性好 避免樁體局部擴(kuò)徑過大 影響 CFG 樁的施工 質(zhì)量 同時(shí)在施工中采用重型動(dòng)力觸探進(jìn)行樁體試驗(yàn) 跟 蹤測(cè)試樁體的密實(shí)程度和均勻性 以調(diào)整施工工藝 這