[資格考試]建筑工程

1、.引 言在建筑工程和土木工程中經(jīng)常會(huì)遇到軟土地基，由于高層建筑、高速公路、高速鐵路的發(fā)展，對(duì)地基的承載能力要求越來越高，天然的軟土地基遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足這些高檔次的構(gòu)造物對(duì)地基承載力的要求。我國(guó)對(duì)軟土地基的處理按時(shí)間順序分為幾個(gè)不同的階段，在20世紀(jì)70年代以前；受技術(shù)發(fā)展不成熟、經(jīng)濟(jì)條件貧乏的限制，大多是在設(shè)計(jì)中有意識(shí)地避開軟土地段進(jìn)行建設(shè),以免加大工程投資，又給建筑物的使用帶來不良后果；20世紀(jì)8090年代，由于人口膨脹土地資源日益緊張，同時(shí)軟土地基加固的技術(shù)也有了長(zhǎng)足的發(fā)展，經(jīng)濟(jì)條件有所改善，各種軟土加固理論得到了充分的應(yīng)用與驗(yàn)證，軟基加固技術(shù)也得到長(zhǎng)足發(fā)展，在不同的領(lǐng)域里均有涉獵；到20世紀(jì)

2、90年代以后,各種各樣的軟基處理技術(shù)已廣泛地應(yīng)用在各種建筑工程與土木工程中。 1 軟弱土的概念 軟弱土是指淤泥、淤泥質(zhì)土和部分沖填土、雜填土及其他高壓縮性土。由軟弱土組成的地基稱為軟弱土地基。淤泥和淤泥質(zhì)土一般是第四紀(jì)后期在濱海、湖泊、河灘、三角洲、冰磧等地質(zhì)沉積環(huán)境下沉積形成的，還有部分沖填土和雜填土。這類土的物理特性大部分是飽和的，含有機(jī)質(zhì)，天然含水量大于液限，孔隙比大于1。當(dāng)天然孔隙比大于1.5時(shí)，稱為淤泥，天然孔隙比大于1而小于1.5時(shí)，則稱為淤泥質(zhì)土。這類土工程特性甚為軟弱，抗剪強(qiáng)度很低，壓縮性較高，滲透性很小，并具有結(jié)構(gòu)性，廣泛分布于我國(guó)東南沿海地區(qū)和內(nèi)陸江河湖泊的周圍，是軟弱土的

3、主要土類，通稱軟土，一般具有下列工程特性：(1)含水量較高，孔隙比較大因?yàn)檐浲恋某煞葜饕怯烧惩亮＝M和粉土粒組組成，并含少量的有機(jī)質(zhì)。粘粒的礦物成份為蒙脫石、高嶺石和伊利石。這些礦物晶粒很細(xì)，呈薄片狀，表面帶負(fù)電荷，它與周圍介質(zhì)的水和陽離子相互作用，形成偶極水分子，并吸附于表面形成水膜。在不同的地質(zhì)環(huán)境下沉積形成各種絮狀結(jié)構(gòu)。因此，這類土的含水量和孔隙比都比較高。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，一般含水量為3580%，孔隙比為12。軟土的高含水量和大孔隙比不但反映土中的礦物成份與介質(zhì)相互作用的性質(zhì)，同時(shí)也反映軟土的抗剪強(qiáng)度和壓縮性的大小。含水量愈大，土的抗剪強(qiáng)度愈小，壓縮性愈大。反之，強(qiáng)度愈大，壓縮性愈小。建筑地基

4、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范利用這一特性按含水量確定軟土地基的承載力基本值。許多學(xué)者把軟土的天然含水量與土的壓縮指數(shù)建立相關(guān)關(guān)系，推算土的壓縮指數(shù)。由此可見：從軟土的天然含水量可以略知其強(qiáng)度和壓縮性的大小，欲要改善地基軟土的強(qiáng)度和變形特性，那么首先應(yīng)考慮采用何種地基處理的方法，降低軟土的含水量。(2) 抗剪強(qiáng)度很低 根據(jù)土工試驗(yàn)的結(jié)果，我國(guó)軟土的天然不排水抗剪強(qiáng)度一般小于20kPa，其變化范圍約在525kPa。有效內(nèi)摩擦角約為 =20°35。固結(jié)不排水剪內(nèi)摩擦角 =12°17°。正常固結(jié)的軟土層的不排水剪切強(qiáng)度往往是隨離地表深度的增加而增大，每米的增長(zhǎng)率約為12kPa。在荷載的作

5、用下，如果地基能夠排水固結(jié)，軟土的強(qiáng)度將產(chǎn)生顯著的變化，土層的固結(jié)速率愈快，軟土的強(qiáng)度增加愈大。加速軟土層的固結(jié)速率是改善軟土強(qiáng)度特性的一項(xiàng)有效途徑。(3)壓縮性較高 一般正常固結(jié)的軟土層的壓縮系數(shù)約為： ，最大可達(dá)到 ；壓縮指數(shù)約為 =0.350.75，它與天然含水量的關(guān)系為 =0.0147 0.213。天然狀態(tài)的軟土層大多數(shù)屬于正常固結(jié)狀態(tài)，但也有部分是屬于超固結(jié)狀態(tài)，近代海岸灘涂沉積為欠固結(jié)狀態(tài)。欠固結(jié)狀態(tài)土在荷重作用下產(chǎn)生較大沉降。超固結(jié)狀態(tài)土，當(dāng)應(yīng)力未超過先期固結(jié)壓力時(shí)，地基的沉降很小。因此研究軟土的變形特性時(shí)應(yīng)注意考慮軟土的天然固結(jié)狀態(tài)。先期固結(jié)壓力 和超固結(jié)比OCR是表示土層固結(jié)

6、狀態(tài)的一個(gè)重要參數(shù)。它不但影響土的變形特性，同時(shí)也影響土的強(qiáng)度變化。(4)滲透性很小軟土的滲透系數(shù)一般約為 。所以在荷載作用下固結(jié)速率很慢。若軟土層的厚度超過l0cm，要使土層達(dá)到較大的固結(jié)度(如 =90%)往往需要510年之久。所以在軟土層上的建筑物基礎(chǔ)的沉降往往拖延很長(zhǎng)時(shí)間才能穩(wěn)定，同樣在荷載作用下地基土的強(qiáng)度增長(zhǎng)也是很緩慢的。這對(duì)于改善地基土的工程特性是十分不利的。軟土層的滲透性有明顯的各向異性，水平向的滲透系數(shù)往往要比垂直向的滲透系數(shù)大，特別含有水平夾砂層的軟土層更為顯著，這是改善軟土層工程特性的一個(gè)有利因素。 (5)具有明顯的結(jié)構(gòu)性軟土一般為絮狀結(jié)構(gòu)，尤以海相粘土更為明顯。這種土一旦

7、受到擾動(dòng)(振動(dòng)、攪拌、擠壓等)，土的強(qiáng)度顯著降低，甚至呈流動(dòng)狀態(tài)。土的結(jié)構(gòu)性常用靈敏度St表示。我國(guó)沿海軟土的靈敏度一般為410，屬于高靈敏土。因此，在軟土層中進(jìn)行地基處理和基坑開挖，若不注意避免擾動(dòng)土的結(jié)構(gòu)，就會(huì)加劇土體的變形，降低地基土的強(qiáng)度，影響地基處理的效果。 (6)具有明顯的流變性在荷載的作用下，軟土承受剪應(yīng)力的作用產(chǎn)生緩慢的剪切變形，并可能導(dǎo)致抗剪強(qiáng)度的衰減，在主固結(jié)沉降完畢之后還可能繼續(xù)產(chǎn)生可觀的次固結(jié)沉降。 根據(jù)上述軟土的特點(diǎn)，以軟土作為建筑物的地基是十分不利的。由于軟土的強(qiáng)度很低，天然地基上淺基礎(chǔ)的承載力基本值一般為5080kPa，這就不能承受較大的建筑物荷載，否則就可能出現(xiàn)

8、地基的局部破壞乃至整體滑動(dòng)，在開挖較深的基坑時(shí)，就可能出現(xiàn)基坑的隆起和坑壁的失穩(wěn)現(xiàn)象。由于軟土的壓縮性較高，建筑物基礎(chǔ)的沉降和不均勻沉降是比較大的，對(duì)于一般四層至七層的砌體承重結(jié)構(gòu)房屋，最終沉降約為0.20.5m，對(duì)于荷載較大的構(gòu)筑物(貯罐、糧倉、水池)基礎(chǔ)的沉降一般達(dá)0.5m以上，有些達(dá)到2m以上。如果建筑物各部位荷載差異較大，體形又比較復(fù)雜，那就要產(chǎn)生較大的不均勻沉降。沉降和不均勻沉降過大將引起建筑物基礎(chǔ)標(biāo)高的降低，影響建筑物的使用條件，或者造成傾斜、開裂破壞。由于滲透性很小，固結(jié)速率很慢，沉降延續(xù)的時(shí)間很長(zhǎng)，使建筑物內(nèi)部設(shè)備的安裝和與外部的連接帶來許多困難，同時(shí)，軟土的強(qiáng)度增長(zhǎng)比較緩慢，

9、長(zhǎng)期處于軟弱狀態(tài)，影響地基加固的效果。由于軟土具有比較高的靈敏度，若在地基施工中采取振動(dòng)、擠壓和攪拌等作用，就可能引起軟土結(jié)構(gòu)的破壞，降低軟土的強(qiáng)度。因此，在軟土地基上建造建筑物，則要求對(duì)軟土地基進(jìn)行處理。地基處理的目的主要是改善地基土的工程性質(zhì)，達(dá)到滿足建筑物對(duì)地基穩(wěn)定和變形的要求，包括改善地基土的變形特性和滲透性，提高其抗剪強(qiáng)度和抗液化能力，消除其他不利的影響。 2 軟弱土地基的特征 軟弱土系指淤泥、淤泥質(zhì)土和部分沖填上、雜填土及其它高壓縮性土。由軟弱土組成的地基稱為軟弱土地基。淤泥、淤泥質(zhì)土在工程上統(tǒng)稱為軟土,其工程特性如下： (1)含水量較高,孔隙比較大 據(jù)統(tǒng)計(jì),軟土的含水量一般為35

10、%80%,孔隙比為12。 (2)壓縮性較高 軟土的壓縮系數(shù)在0.51.5MPa-1之間,有些高達(dá)4.5MPa-1,且其壓縮性往往隨著液限的增大而增加。 (3)抗剪強(qiáng)度很低 軟土的天然不排水抗剪強(qiáng)度一般小于20kPa。其變化范圍約在525kPa。 (4)滲透性較差 軟土的滲透系數(shù)一般在i×10-5至i×10-7mm/s(i=1,2,9)之間。因此軟土層在自重或荷載作用下達(dá)到完全固結(jié)所需的時(shí)間很長(zhǎng)。 (5)具有顯著的結(jié)構(gòu)性 特別是濱海相的軟土,一旦受到擾動(dòng)(振動(dòng)、攪拌或搓揉等),其絮狀結(jié)構(gòu)受到破壞,土的強(qiáng)度顯著降低,甚至呈流動(dòng)狀態(tài)。軟土受到擾動(dòng)后強(qiáng)度降低的特性可用靈敏度表示。我

11、國(guó)東南沿海軟土的靈敏度約為410,屬高靈敏土。 (6)具有明顯的流變性 軟土在不變的剪應(yīng)力的作用下,將連續(xù)產(chǎn)生緩慢的剪切變形,并可能導(dǎo)致抗剪強(qiáng)度的衰減。在固結(jié)沉降完成之后,軟土還可能繼續(xù)產(chǎn)生可觀的次固結(jié)沉降。 軟土具有強(qiáng)度低、壓縮性較高和滲透性較差等特性,必須重視地基的變形和穩(wěn)定問題,如果不作任何處理,一般不能承受較大的建筑物荷載。 沖填土(吹填土)是在整治和疏通江河時(shí),用挖泥船或泥漿泵把江河或港灣底部的泥砂用水力沖填(吹填)形成的沉積土。沖填土的物質(zhì)成分比較復(fù)雜,如以粉土、粘土為主,則屬于欠固結(jié)的軟弱土,而主要由中砂粒以上的組顆粒組成的,則不屬于軟弱土。雜填土一般是覆蓋在城市地表的人工雜物,

12、包括瓦片磚塊等建筑垃圾、工業(yè)廢料和生活垃圾等。其主要特性是強(qiáng)度低、壓縮性高和均勻性差。2.1軟弱地基形成的原因軟弱地基是由淤泥、淤泥質(zhì)土、雜填土、沖填土或者其它高壓縮性土層形成的地基，這些地基基本上很少受到地質(zhì)變動(dòng)或者地形的影響，也從沒有受到過地震、荷載等物理作用的影響，更沒有受到土顆粒間化學(xué)作用的影響。軟弱地基是一種不良的地基，其穩(wěn)定性非常的差、強(qiáng)度較低、壓縮性較高、容易出現(xiàn)液化，沉降量也很大。因此在工程的建設(shè)過程中，要充分考慮地基的變形和穩(wěn)定等問題。在軟弱地基上建設(shè)的工程，由于其地基強(qiáng)度不夠和變形，往往不能滿足工程的質(zhì)量，所以要采用一定的措施，對(duì)軟弱地基進(jìn)行處理，從而提高地基的穩(wěn)定性，減少

13、地基的沉降和不均勻下降。2.2軟弱地基的處理方法 軟弱地基的處理的方法主要包括為：換填墊層法、預(yù)壓法、擠密法、深層攪拌法、高壓噴射注漿法、灌漿法、強(qiáng)夯法、加筋法等。2.3換土墊層法 2.3.1 換土墊層法的原理換土墊層法是將基礎(chǔ)下一定深度內(nèi)的軟弱土層挖去,回填強(qiáng)度較高的砂、碎石或灰土等,并夯至密實(shí)的一種地基處理方法。常用的墊層有:砂墊層、砂卵石墊層、碎石墊層、灰土或素土墊層、煤渣墊層、礦渣墊層以及用其它性能穩(wěn)定、無侵蝕性的材料做的墊層等。 2.3.2 墊層的設(shè)計(jì)要點(diǎn)墊層的設(shè)計(jì)不但要滿足建筑物對(duì)地基變形及穩(wěn)定的要求,而且應(yīng)符合經(jīng)濟(jì)合理的原則。其設(shè)計(jì)內(nèi)容主要是確定斷面的合理厚度和寬度。對(duì)于墊層,既要求有足夠的厚度來置換可能被剪切破壞的軟弱土層,又要有足夠的寬度以防止墊層向兩側(cè)擠出。 2.3.3 施工要點(diǎn)墊層施工必須保證達(dá)到設(shè)計(jì)要求的密實(shí)度。密實(shí)方法常用的有振動(dòng)