軟土地基加固處理方案的選擇及設計計算

1 軟土地基加固處理方案的選擇及設計計算 摘摘 要要 介紹軟土地基加固處理方法 通過工程實例說明軟土 地基處案的選擇設計計算方法 關關鍵詞鍵詞 軟土地基加固處理 方案選擇 設計計算 近年來 基本建設規(guī)模不斷擴大 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 擠密 排水 膠結等 下面介紹主要幾種方法的適用情況 如何選擇及設計計 算 一 一 軟軟土地基的土地基的處處理方法理方法 強夯法 強夯法又分為強夯擠密法和強夯置換法 主要優(yōu)點 是設備簡單 效果顯著 經濟和施工快 缺點是振動 噪 聲大 強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 圍土體形成復合地基 目前這種處理方法應用較少 強夯 法至今還沒有一套成熟的理論和設計計算方法 還要在 實踐中總結提高 目前強夯法由于振動 躁聲大 主要應 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 城市建設中很少應用 排水固結法 排水固結法又稱預壓法 適用于泥質土 淤泥 沖填 土等飽和粘性土地基 這種方法需時間長 加固效果不明 顯 現在工業(yè)與民用建筑中很少采用 主要應用于大面積 貨棧堆場對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 和水沖加固地基的方法 干振法是利用干法振動成孔器在 軟弱地基中設置碎石樁 振沖法主要用于砂土 不排水抗 剪強度大于 20Kpa 的粘性土 粉土和人工填土等地基 主 要缺點是施工過程中排放泥漿污染現場 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 主要缺點是施工中噪聲污染大 選擇碎石樁法時候要根 據現場土層情況和現場環(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 樁周土脫水擠 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械沿深度將固化劑與地基 土強制攪拌就地成樁加固地基的方法 當固化劑為粉體 水泥或石灰 又稱粉噴樁法 深層攪拌法適用于處理淤 泥 淤泥質土和含水量較高的地基 深層攪拌法具有施工 中無振動 無噪聲 無地面隆起 不排污 對相鄰建筑物 不會產生有害影響等優(yōu)點 深層攪拌樁地基可按復合地 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上加進一些 石屑粉煤灰和少量水泥 加水拌和 用振動沉管打樁機或 長螺旋鉆管內泵壓成樁機具制成的一種具有一定粘結強 度的樁 樁和樁間土形成復合地基 適用于粘性土 粉土 砂土和已自重固結的素填土等 另外地基處理還有灌漿法和化學處理 樁錘沖擴樁 法等 軟土地基加固方法種類很多 而且還在不斷發(fā)展 軟土地基處理的設計和施工應符合技術先進 確保質量 安全適用和經濟合理的要求 要因地制宜 綜合考慮 二 二 軟軟土地基土地基處處理 復合地基 的理 復合地基 的設計計設計計算算 軟土地基處理后 部分土體被增強或置換形成增強 體 由增強和周圍地基土共同承擔荷載的地基就是復合 5 地基 復合地基承載力標準值計算公式如下 fsp k m Rk Ap 1 m fk fsp k 復合地基承載力標準值 kPa fk 天然地基承載力標準值 kPa m 面積置換率 Ap 單樁截面面積 m2 Rk 單樁承載力標準值 kN 樁間土強度提高系數 樁間土強度發(fā)揮系數 宜按地區(qū)經驗取值 無經 驗時可取 0 75 0 95 天然地基承載力高時取大值 三 工程實例 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計設計 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 據工程地質勘察報告 直接持力層為第四系粉質粘土 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準值不小于 430 kPa 該場地 6 地基相對屬于軟土地基 需要進行處理 其地層從上到下 主要為粘質粉土 粉質粘土 粘土 細中砂 粉質粘土 圓 礫和砂土的交互層 2 地基處理方案的選擇 根據本工程的特點和地質條件 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 樁復合地基方案兩種 其 中前者技術可靠 在保證設計和施工質量的前提下 基礎 沉降易于控制 但工程造價高 工期長 還存在一定的鉆 孔泥漿污染等缺點 而 CFG 樁復合地基方案充分發(fā)揮樁 間土的承載能力 使工程造價低 工期短 質量可靠 施 工振動小 噪音低 無泥漿污染 目前該方法已被大量應 用于高層和多層建筑的地基處理工程中 3 CFG 樁復合地基處理設計 1 取圓礫 層為樁端持力層 根據基礎埋深取有效 樁長為 19 50m 采用長螺旋管內泵壓砼成樁工藝 樁徑 400mm 2 計算單樁承載力 Rk 7 Rk Up qsi hi Ap qp k Up 樁的周長 qsi 第 i 層土樁側阻力標準值 kPa hi 第 i 層土厚度 m qp 樁端阻力標準值 kPa Ap 樁的面積 m2 K 安全系數取 2 經計算 Rk 900 kN 3 根據實際基礎尺寸 按 1 68 1 65m 布樁 則面積 置換率為 m 0 1256 1 68 1 65 0 045 4 根據公式計算復合地基承載力標準值 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 樁體混凝土強度 樁頂應力 p Rk Ap 900 0 1256 7 17mPa 樁身強度 R28 3 p 3 7 17 21 51mPa 8 取樁身混凝土強度等級為 C25 坍落度 16 20cm 6 褥墊層 復合地基通過樁頂設置褥墊層 充分調動地基土參 與工作 達到提高地基承載力和減少基礎沉降的目的 褥 墊層采用 5 20mm 級配碎石 厚度 200mm 振動密實 4 地基加固效果檢測 由于做復合地基載荷實驗要加載到 2400kN 施工困難 所以該工程做了單樁和樁間土載荷試驗 試驗結果見下 表 試驗樁號試驗類型 終止荷載 kN 總沉降量 mm 承載力 標準值 對應沉降 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 表明該工程達到設計要求 復合地基 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聯合地基合地基處處理方案理方案 9 設計設計 1 工程概況 唐山某鋼廠擬建 380m2高爐工程 建筑高度 55m 鋼 型結構 基礎形式為大塊式鋼筋混凝土基礎 基礎埋深 3 50m 單位荷重為 280kPa 出鐵場風口平臺 單層廠房建 筑高度為 17m 排架式結構 鋼筋混凝土獨立基礎 基礎 埋深 3 00m 單位荷重為 200kPa 根據勘察資料 擬建場地的地貌單元為第四紀陸相 沖積平原地貌 場地地形平坦 地面標高介于 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 粉土細砂地層 下部為上更新統(tǒng)粉土 細砂等地層 本場地在 1976 年唐山 7 8 級大地震時 其附 近發(fā)生過地震液化現象 經判別第 層粉土存在液化現 象 液化指數為 13 92 綜合評價本場地為中等液化 2 地基處理方案的選擇與 CFG 樁加固方案 根據場地的工程地質條件 我們根據當地地基處理 經驗 結合本工程特點 選擇多種方案在可行性和經濟技 術上進行分析對比 為甲方提供經濟可行的地基處理方 10 案 1 鉆孔灌注樁法 此方案安全可靠 承載力高 能滿 足設計要求 但樁長 排污量大 場地不具備排污條件 綜合施工費用較高 甲方不能接受 不采用此工法 2 振動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 泛應用 工勘短 施工速度快 無排污等問題 復合地基 承載力為 180kPa 左右 適合甲方建設工期 但此次地基 承載力要求較高 此工法不能滿足設計要求 3 CFG 樁加固方案 根據附近 灤南 豐南等地 的 地基處理經驗 CFG 復合地基承載力值在 250 450kPa 之間 但要滿足設計要求 在樁長 樁數上都造成工程造 價相對較高 甲方難以接受 4 碎石樁和 CFG 樁聯合處理方案 根據我單位 1994 年以來在該場地的施工經驗 結合地層特點 提出采 用振動擠密碎石樁先行對地基進行加固處理 之后在擠 密樁之間加入 CFG 樁的聯合地基處理方法 此工法中碎 石樁即能起到排水固結 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 同時又能增加 CFG 樁樁周土的密實強度 提高抗剪強度 而 CFG 樁的 樁體具有較高的樁身模量和強度 能夠承受較大份額的 上部荷載 因此在經碎石樁處理后的復合地基中 加入一 些 CFG 樁 兩種樁型各自發(fā)揮其優(yōu)點 從而達到滿足設 計地基承載力的要求 經過方案和造價的對比 甲方對此 工法非常滿意 決定采用此工法 3 地基加固設計 1 碎石樁復合地基的設計 根據 1994 年以來本場地 振動擠密碎石樁的成功經驗 碎石樁設計樁體直徑 480mm 樁長 7 50m 其目的主要是消除第 層粉土的 液化問題 同時提高地基承載力 其設計按下列公式進行 復合地其承載力值計算 fsp k m fp k 1 m fs k 式中 fsp k 復合地基承載力標準值 kPa m 面積置換率 高爐部分設計樁間距為正方形 1 20 1 20m m 0 136 出鐵場部分設計樁間距為正方形 12 1 50 1 50 m 0 087 fs k 樁間土的承載力標準值 也可用加固后提高值 kPa fp k 單樁單位截面承載力標準值 kPa 經計算 高爐部分碎石樁復合地基承載力值為 140kPa 出鐵場部分復合地基承載力為 130kPa 2 CFG 樁復合地基設計 由于 CFG 樁設計時的地 基土是已經過振動擠密碎石樁處理的復合地基地土層 因此在設計是應充分考慮地基土的承載力提高和強度問 題 由碎石樁復合地基的載荷試驗和標準貫入試驗及樁 體重型動力觸探可知 加固后的復合地基土承載力值在 130 150kPa 平均承載力值為 144 kPa 根據場地土層情 況 設計 CFG 樁樁徑為 400mm 樁長分別為高爐部分 13 70m 有效長度 10m 出鐵場部分樁長 9 70m 有效樁 長 7 0m 樁端統(tǒng)一進入第 層細砂層不小于 1 00m 其復 合地基承載力按下式計算 fsp k 聯合 mRk Ap 1 m fk fsp k 聯合 聯合復合地基承載力標準值 kPa 13 m 面積置換率 高爐部分的面積置換率為 0 087 出 鐵場部分的面積置換率為 0 056 Rk 自由單樁承載力標準值 kN Ap 單樁截面面積 m2 樁間土強度提高系數 樁間土強度發(fā)揮度 取 0 75 fk 天然地基承載力標準值 取經碎石樁加固后的復 合地基承載力標準值 kPa 其中 Rk Up qsihi Apqp k 式中 Up 樁的周長 qsi 第 i 層土樁側阻力標準值 kPa hI 第 i 層土厚度 m qp 樁端阻力標準值 kPa Ap 樁的面積 m2 k 安全系數取 1 5 1 75 經計算 高爐部分 fsp k 340 kPa 280 kPa 滿足要求 出鐵場部分 fsp k 225 kPa 200 kPa 滿足設計要求 14 3 樁體材料 碎石樁體材料選擇 20 40mm 的硬質級 配碎石 最大粒徑不大于 50mm CFG 樁樁體強度不小于 C20 砼坍落度 18 22cm 4 褥墊層設計 為了調整基底以下應力分布狀況 更大程度地發(fā)揮樁間土的承載力作用 聯合復合地基的 褥墊層采用級配碎石 最大粒徑不大于 30mm 厚度為 300mm 寬度不小于褥墊層厚度 4 施工設計與地基加固效果檢測 1 為達到設計目的 聯合地基處理的施工順序為先 打擠密碎石樁 施工機械采用 DZ 60 型振動擠密樁機 樁 達到設計深度后 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 避免樁體局部擴徑過大 影響 CFG 樁的施工 質量 同時在施工中采用重型動力觸探進行樁體試驗 跟 蹤測試樁體的密實程度和均勻性 以調整施工工藝 這