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常州工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院2008級建工專業(yè)畢業(yè)設(shè)計PAGE1PAGEPAGE1常州工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計題目:淺議軟土地基上基礎(chǔ)的處理措施姓名所在學(xué)院常州工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院專業(yè)班級學(xué)號指導(dǎo)教師日期2010年1月21日[中文摘要]軟土地基處理技術(shù)發(fā)展很快,而軟土地基的復(fù)雜性、實驗技術(shù)和準(zhǔn)確度以及固結(jié)理論在設(shè)計計算中還存在一些問題。同時軟土地基的處理方法各具特點,都有一定的使用范圍和局限性,因此對軟基的處理需因地制宜地采取處理措施。要想保證建筑結(jié)構(gòu)系統(tǒng)正常工作,其中之一的必要條件就是地基的承載力,并根據(jù)不同的地質(zhì)情況,不同的投資和工期要求,采用切實可行的處理方案,施工中的應(yīng)用有關(guān)注意事項,以提高軟土地基的處理效果。近年來,隨著高速公路和一級公路的建設(shè)的迅速發(fā)展,針對軟土地基,在防止路堤失穩(wěn)定、沉降觀測控制、軟土地基處理技術(shù)等方面取得了顯著成果。對處理的軟土地基用沉降速率作為鋪筑路面時間的沉降控制方法控制,使得在軟土地基上一次建成高級路面(而不是前期鋪筑過渡路面)的關(guān)鍵技術(shù)問題得到了解決。在分析常用土巖組合地基基礎(chǔ)工程處理措施的基礎(chǔ)上,對某住宅小區(qū)的軟土和巖石地基基礎(chǔ)工程處理方法進(jìn)行了介紹。通過采用獨立基礎(chǔ)和一柱一樁基礎(chǔ)的設(shè)計,制定多種能夠及時應(yīng)對施工過程中發(fā)現(xiàn)的不良地質(zhì)問題的處治原則,加上施工過程中設(shè)計、施工、勘察和監(jiān)理各單位的密切配合,使該小區(qū)軟土和巖石組合地基上的基礎(chǔ)工程得到了及時有效的處理,取得了良好效果。地基在建筑物中起到舉足輕重的作用,地基的好壞與建筑物的安危有著密切的關(guān)系,地基的事故一旦發(fā)生,就很難進(jìn)行補(bǔ)救,因此必須對地基給予足夠的重視,也應(yīng)該清楚地基對建筑物破壞的原因。通過從地基承載力、地基沉降、土坡失穩(wěn)等方面分析地基是如何破壞建筑物的,并且提出一些有實際意義的控制方法。
關(guān)鍵詞
:軟土地基基礎(chǔ)處理措施公路建筑物樓房目錄軟土地基的定義………………………4解決軟土地基的措施…………………軟土地基基礎(chǔ)設(shè)計方法與要點………軟土地基下沉的原因及防治措施……………………提防工程軟土地基上基礎(chǔ)的處理措施………………公路工程軟土地基上基礎(chǔ)的處理措施………………樓房軟土地基上基礎(chǔ)的處理措施……………………軟土和巖石組合地基基礎(chǔ)處理方法與實例…………軟土地基不均勻沉降的對策研究地基對建筑物的破壞原因與控制措施軟土地基對基礎(chǔ)處理的影響軟土對建筑物的影響建筑抗震設(shè)計規(guī)范(液化土和軟土)總結(jié)軟土地基上基礎(chǔ)的處理措施參考文獻(xiàn)第一章、軟土地基的定義一、軟土的定義
軟土是指沿海的濱海相、三角洲相、內(nèi)陸平原或山區(qū)的河流相、湖泊相、沼澤相等主要由細(xì)粒土組成的土,具有孔隙比大(一般大于1)、天然含水量高(接近或大于液限)、壓縮性高(a1-2>0.5MPa-1)和強(qiáng)度低的特點,多數(shù)還具有高靈敏度的結(jié)構(gòu)性。軟土地基是由軟土構(gòu)成的地基,其土壤成份主要是軟土。它在工程上屬于一種不良地基。
二、軟土的主要組成成分主要包括淤泥、淤泥質(zhì)粘性土、淤泥質(zhì)粉土、泥炭、泥炭質(zhì)土等。
?淤泥:天然含水量大于液限,天然孔隙比≥1.5的粘性土;
?淤泥質(zhì)土:1.0≤天然孔隙比<1.5的粘性土;
?當(dāng)土中有機(jī)質(zhì)含量<5%時為無機(jī)土;5%≤有機(jī)質(zhì)含量≤
10%為有機(jī)質(zhì)土;10%<有機(jī)質(zhì)含量≤
60%為泥炭質(zhì)土;>60%為泥炭土.
三、軟土的成因及劃分
(一)濱海沉積
1.濱海相
2.瀉湖相
3.溺谷相
4.三角洲相(二)湖泊沉積
(三)河灘沉積
(四)沼澤沉積四、軟土地基的定義軟土地基是指壓縮層主要由淤泥、淤泥質(zhì)土或其他高壓縮性土構(gòu)成的地基。其承載能力很低,一般不超過50KN/m2.在軟土地基修筑堤防工程,必須解決好四個方面的問題:①地基的強(qiáng)度和穩(wěn)定性問題。②地基的變形問題。③地基的滲漏和溶蝕問題。④地基的振動液化與振沉問題。因此,研究堤防工程軟土地基的特征,提出相應(yīng)的處理措施就十分重要了。五、軟土地基的特征軟弱土包括淤泥、淤泥質(zhì)土、雜填土及飽和松散粉細(xì)砂與粉土。堤防工程中主要是指天然孔隙比大于或等于1.5的亞粘土、粘土組成的淤泥和天然孔隙比大于1.0小于1.5的粘土組成的淤泥質(zhì)粘土。其主要特征如下:1.孔隙比和天然含水量大我國軟土的天然孔隙比e一般在1~2之間,淤泥和淤泥質(zhì)土的天然含水量W=50~70%,高的可達(dá)200%,普遍大于液限。2.壓縮性高我國淤泥和淤泥質(zhì)土的壓縮系數(shù)一般a1~2都大于0.5MPa-1,建造在這種軟土上的建筑物將發(fā)生較大的沉降,尤其是沉降的不均勻性,會造成建筑物的開裂和損壞。3.透水性弱軟弱土盡管其含水量大,透水性卻很小,滲透系數(shù)K≤1(mm/d)。因此,土體受到荷載作用后,呈現(xiàn)很高的孔隙水壓,影響地基的壓密固結(jié)。4.抗剪強(qiáng)度低軟土通常呈軟塑~流塑狀態(tài),在外部荷載作用下,抗剪性能極差,我國軟土無側(cè)限抗剪強(qiáng)度一般小于30KN/m2(相當(dāng)于0.3KN/m2)。不排水剪時,其內(nèi)摩擦角幾乎為零,抗剪強(qiáng)度僅取決于凝聚力C,一般C<30KN/m2;固結(jié)快剪時,內(nèi)摩擦角=5°~15°。5.靈敏度高軟粘土上尤其是海相沉積的軟粘土,在結(jié)構(gòu)未被破壞時具有一定的抗剪強(qiáng)度,但一經(jīng)擾動,抗剪強(qiáng)度將顯著降低。其靈敏度(含水量不變時原狀土與重塑土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度之比)一般在3~4之間,有的甚至更高。
第二章、解決軟土地基的措施軟土地基是一種不良地基,由于軟土地基具有強(qiáng)度低壓縮性高和縮水性很小等特性,因此在軟土地基上修建建筑物,必須重視地基的變形和穩(wěn)定問題。在軟土地基上的建筑物往往會出現(xiàn)地基強(qiáng)度和變形不能滿足設(shè)計要求的問題,因而常常需要采取措施,進(jìn)行地基處理。處理的目的是要提高軟弱地基的強(qiáng)度,保證地基的穩(wěn)定,降低軟弱土的壓縮性,減少基礎(chǔ)的沉降和不均勻沉降。目前針對軟弱地基的不同構(gòu)成有很多不同的處理方法,本章對用松木樁處理軟弱地基的問題做一些探討。一、軟弱地基的種類及常見的方法:軟弱地基的種類很多,按成因一般可分為人工填土類地基;海相、河流相和湖湘沉積而成的含淤質(zhì)粘土類地基;各種山前沖積、洪積相所形成的夾卵石、漂石的粘土類地基。復(fù)雜的成因造成了他們在物理學(xué)性能上的復(fù)雜性,他們的共同特點是承載力低、壓縮性高。目前對厚度較大的軟弱地基一般采用各類鋼筋混凝土樁進(jìn)行處理,對含水量和空隙比較大的軟弱地基常采用一般采用砂樁、石灰樁,化學(xué)灌漿或堆載預(yù)壓等方法處理。各種處理方法都有較強(qiáng)的針對性,處理方法是否合理,直接影響到建筑物的設(shè)計是否安全和節(jié)約。在實際工程中,松木樁處理軟弱地基的問題較少提及,筆者認(rèn)為在條件許可的情況下采用短木樁處理某些軟弱地基不僅施工較為便捷,而且費用也較為經(jīng)濟(jì)合理。二、用松木樁處理地基的實例在實際工程中軟弱地基普遍存在,對于一些層數(shù)較低、荷載較輕的建筑物地基或遇局部暗塘的情況,大多是采用松木樁處理地基的。下面就110KV鹿山變電所主控樓的地基處理作一簡要介紹。(1)工程的地質(zhì)概況該工程位于鹿山附近,建筑面積650㎡,兩層全框架結(jié)構(gòu)。地質(zhì)剖面自上而下由雜填土、淤質(zhì)粘土、含淤質(zhì)礫砂卵石、粉質(zhì)粘土及粘土構(gòu)成。淤質(zhì)粘土呈軟塑狀,下部的含淤質(zhì)礫砂卵石呈中密狀,是較為理想的持力層。持力層的實際埋深約4米。當(dāng)時曾考慮用砼短樁或換土墊層法處理,經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定了松木樁的處理方案。(2)松木樁的設(shè)計計算在設(shè)計中短木樁用作擠密樁時可按下式設(shè)計:S=0.95d√(1+
e0)/(
e0-
e1)n=A/APS――樁的間距(m)d――樁徑(m)e0――擠密前土的天然孔隙比e1――擠密后作要求達(dá)到的孔隙比,可按地基所需的承載力設(shè)計值再根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》附錄五附表5-3或5-4確定n――每㎡樁的根數(shù)A――每㎡地基所需擠密樁面積,A=(e0-
e1)/(1+
e0)AP――單樁橫截面積(㎡)在設(shè)計中,當(dāng)樁端有硬殼層存在時,可作為端承樁,按下式計算:Pa=Ψα[σ]A
(a)Pa――單樁承載力Ψ―――縱向彎曲系數(shù),與樁間土質(zhì)有關(guān),一般可取1α―――樁材料的應(yīng)力折減系數(shù),木樁取0.5[σ]――樁材料的容許壓力,kPa本實例中柱下獨立基礎(chǔ)附加應(yīng)力及自重總值為950KN。選③層為樁端持力層,地基土的容許承載力經(jīng)綜合分析后取值130kPa,基礎(chǔ)埋深1.5米,經(jīng)計算基礎(chǔ)尺寸為2.6*2.9m2。持力層埋藏較淺,因而采用端承樁設(shè)計。根據(jù)(a)式,當(dāng)以松木為材料,樁直徑為15cm時,[σ]為2773.4kPaPa=1*0.5*2773.4*(0.15/2)2*π=24.5KN/根每平方米所需樁數(shù)為n=950/(2.6*2.9*24.5)=5.14根/m2實取5根/m2該工程的樁基底面積為210m2,所需樁數(shù):210*5=1050根樁的布置按梅花形:全部打樁完畢后,在樁頂面鋪設(shè)20cm厚片石灌石子,加以夯實,然后再做基礎(chǔ)。(3)經(jīng)濟(jì)效果分析根據(jù)建筑預(yù)算定額,φ15cm的松木樁2.5m長每根樁工料費為15元/根,總費用1050*15=1.575萬元。若用12cm*12cm混凝土預(yù)制短樁約需5.1萬元;若用換土墊層則需2.4萬元,并且因地下水位較高,換土施工難度很大。顯然用松木樁方案為首選。該工程1999年5月竣工兩年多來,通過使用和觀測證明,結(jié)構(gòu)穩(wěn)定安全。三、松木樁處理軟弱地基的適應(yīng)條件根據(jù)在軟土地基上工程建設(shè)的實踐經(jīng)驗,軟土地基的設(shè)計之前必須認(rèn)真進(jìn)行工程地質(zhì)勘察和土工試驗。只有查清土層和土質(zhì)的情況,才能正確地進(jìn)行設(shè)計和施工;再者,必須從場地的土層和土質(zhì)的特點出發(fā),對地基與基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)、施工及使用等方面進(jìn)行綜合考慮,通過方案比較、合理地選擇地基處理方案。一般軟土厚度小于5m時較為適宜用松木樁處理,為了便于打樁,樁長不宜超過4m。作端承樁時,為了保證樁尖能進(jìn)入持力層,上部可先開挖至基礎(chǔ)的埋深后再打樁。樁的材料必須用松木,因松木含有豐富的松脂,這些松脂能很好地防止地下水和細(xì)菌對其的腐蝕,價格也較為便宜。松木樁適宜在地下水以下工作,對于地下水位變化幅度較大或地下水具有較強(qiáng)腐蝕性的地區(qū),不宜使用松木樁。實踐證明,短木樁處理軟弱地基時,有施工方便、經(jīng)濟(jì)效益明顯的優(yōu)點,它可避免大量的土方開挖,因而在松木資源較為豐富的地區(qū),用松木樁處理軟弱地基在經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上是可行的,它不失為一種處理軟弱地基的有效手段。第三章軟土地基基礎(chǔ)設(shè)計方法與要點一、現(xiàn)有軟土地基處理方法存在的問題1.未能因地制宜合理選用處理方法在合理選用地基處理方法方面有時存在一定的盲目性。例如飽和軟粘土地基不適宜采用振密、擠密法加固。根據(jù)工程地質(zhì)條件和地基加固原理,因地制宜合理選用處理方法特別重要。在這方面,現(xiàn)在的問題是對幾個技術(shù)上可行方案進(jìn)行比較、優(yōu)化不夠。采用的不是較好的方法,更不是最好的方法。有時工程問題是解決了,但造價高和工期長。2.不能正確評價每種地基處理方法的適用性人人都承認(rèn)每種地基處理方法都有一定的適用范圍,但遇到具體問題就會盲目擴(kuò)大其應(yīng)用范圍,對這種情況施工單位更應(yīng)注意。3.施工單位素質(zhì)差影響地基處理質(zhì)量這方面最典型的例子是攪拌樁施工。幾年前上海市建委發(fā)文禁用粉噴深層攪拌法,接著不少地區(qū)也采取類似措施。深層攪拌法不能滿足地基處理要求并不是深層攪拌法工法本身不成熟,也不是深層攪拌法加固地基設(shè)計方法不對。影響施工質(zhì)量主要是施工單位素質(zhì)和施工機(jī)械兩方面問題。先分析施工單位素質(zhì)存在的問題。前些年,地基處理施工隊伍的快速膨脹,造成絕大多數(shù)施工隊伍缺乏必要的技術(shù)培訓(xùn),熟練技術(shù)工人缺乏是普遍現(xiàn)象。除此之外,還存在偷工減料現(xiàn)象。其它地基處理方或輕或重也存在類似問題。4.施工機(jī)械簡陋影響地基處理水平和質(zhì)量近二十幾年來,我國地基處理施工機(jī)械發(fā)展很快,許多已形成系列化產(chǎn)品。但應(yīng)看到與我國工程建設(shè)需要相比較,差距還很大。還以深層攪拌法為例,不能很好保證施工質(zhì)量不僅與施工單位素質(zhì)有關(guān),也與目前應(yīng)用的施工機(jī)械水平有關(guān)。簡陋的機(jī)械要保持穩(wěn)定良好的施工質(zhì)量是困難的。5.地基處理理論落后于實踐從實踐一理論一再實踐的角度看,實踐先于理論是一般規(guī)律,對土木工程更是如此。但重視理論研究,用理論指導(dǎo)實踐也是很重要的。對地基處理各種工法及一般理論缺乏深入系統(tǒng)的研究也是發(fā)展中存在的問題之一。6.不少工法缺乏完善的質(zhì)量檢驗手段完善的質(zhì)量檢驗手段是保證施工質(zhì)量的重要措施。目前不少工法缺乏完善的質(zhì)量檢驗手段。前面多次提到的深層攪拌法也是如此。二、表層處理法1.表層排水法表層排水法是在路基填筑前,在地面開挖水溝,以排除地表水,同時降低地基表層的含水量,確保施工機(jī)械的作業(yè)條件,為了使開挖水溝在施工中發(fā)揮盲溝作用,常用透水性良好的砂礫回填。2.墊層法水溝布設(shè)應(yīng)全面考慮地形與土質(zhì)情況,使排水暢通。水溝斷面尺寸一般取寬0.5m,深0.5m—1.0m。路堤填筑前,宜用砂礫回填成盲溝,若埋設(shè)孔管,必須用良好的過濾材料保護(hù)。墊層法是在軟土地基頂面鋪設(shè)厚度為0.6m—1.0m的砂墊層或土工布等化學(xué)物質(zhì)(具體厚度視路堤高度、軟土層厚度及壓縮性而定,太厚施工困難,太薄效果差)作為軟土層固結(jié)所需要的上部排水層,以加速沉降的發(fā)展,縮短固結(jié)過程的方法。砂墊層可作為路堤內(nèi)的地下排水層,以降低堤內(nèi)水位,改善施工時重型機(jī)械的作業(yè)條件。采用砂墊層,砂宜采用中砂及粗砂,要求級配良好。顆粒的不均勻系數(shù)不大于5,且含量不宜超過3%—5%。砂墊層一般用自卸汽車及推土機(jī)配合攤鋪,攤鋪應(yīng)均勻,注意不要有很大的集中載荷作用。當(dāng)路堤為粉土類土,透水性不好時,路堤坡腳附近砂墊層被路堤覆蓋,可能會阻礙側(cè)向排水,必須注意做好砂墊層端部的處理。3.穩(wěn)固劑表層處治法。穩(wěn)固劑表層處治法是用生石灰、熟石灰、水泥及土壤離子穩(wěn)固劑等穩(wěn)定材料,摻人軟弱的表層地基土中,改善地基的壓縮性和強(qiáng)度特性,保證機(jī)械作業(yè)條件,提高路堤填土的穩(wěn)定及壓實效果。三、強(qiáng)夯法強(qiáng)夯法處理軟土地基是利用重錘自山落下產(chǎn)生的沖擊波使地基密實,這種沖擊引起的振動在土中是以波的形式向地下傳播的。J.K.米切爾在1981年召開的第十屆國際土力學(xué)和基礎(chǔ)工程學(xué)會上所作的“土質(zhì)改良——技術(shù)狀態(tài)”報告中,曾對強(qiáng)夯法的加固機(jī)理進(jìn)行了概括:當(dāng)強(qiáng)夯法應(yīng)用于非飽和土?xí)r,壓密過程基本上同實驗室中擊實法(普羅克特?fù)魧嵎?相同;對于飽和無粘性土,夯擊過程中,土體可能會產(chǎn)生液化,其致密過程與爆破和振動壓密過程相似;對于飽和細(xì)粒粘土的效果尚不明確,成功和失敗的例子均有報道,對于這類飽和的細(xì)顆粒土,要求破壞土的結(jié)構(gòu)、產(chǎn)生超孔隙水壓力、山裂隙形成排水通道。強(qiáng)夯理論認(rèn)為:壓縮波大部分通過液相運動,使孔隙水壓力增大,同時使土顆粒錯位,土體骨架解體。而隨后到的剪切波使土顆粒處于更密實的狀態(tài)。四、預(yù)壓排水固結(jié)法預(yù)壓排水固結(jié)法地對天然地基,或先在地基中設(shè)置砂井、排水板等豎向排水體,然后利用建筑物本身重量分級逐漸加載,或是在建筑物建造以前,在場地先行加載預(yù)壓,使土整體的孔隙水排出,逐漸固結(jié),地基發(fā)生沉降,同時強(qiáng)度逐步提高的方法。預(yù)壓排水固結(jié)法可以解決以下兩個問題:(1)沉降問題:使地基沉降在加載預(yù)壓期間,即修筑路面之前沉降大部分或基本完成,路面在使用期間不致產(chǎn)生不利的沉降和沉降差。(2)穩(wěn)定問題:排水固結(jié)法加速地基土的抗剪強(qiáng)度的增長,從而提高地基的承載力和穩(wěn)定性,公路是條帶狀荷載,在橫斷方向受力面積較小,穩(wěn)定問題尤為重要。五、反壓護(hù)道法反壓護(hù)道法是在路提兩側(cè)真筑一定寬度的護(hù)道,使路堤下的淤泥或泥炭向兩側(cè)隆起的趨勢得到平衡,以提高路堤在施工中的滑動破壞安全系數(shù),達(dá)到路堤穩(wěn)定的目的。反壓護(hù)道法加固路基的特點是不需要特殊的機(jī)具設(shè)備和材料,施工簡易,但占地較多、用土量較,后期沉降大,養(yǎng)護(hù)工作量大。一般適用于非耕作區(qū)、取土方便的地區(qū)和路堤高度不大于(5/3—2)倍極限高度路段的軟土處理,對泥沼不宜采用。六.碎石(砂樁)樁對地基承載力和變形要求比較高的建筑先可以采用碎石樁(砂樁)進(jìn)行處理,碎石樁(砂樁)增加了地基密實度和抗剪強(qiáng)度,使地基土密室均勻,在軟土中使用碎石樁(砂樁),一般擠密作用不明顯,主要是靠置換。對于飽和的軟塑——流塑的地基土,經(jīng)過處理后,必須經(jīng)過預(yù)壓后才能達(dá)到良好的效果。在施工工藝選擇上,采用振沖法施工(濕法),設(shè)計時要充分考慮場地因素和泥漿排放因素。對軟土地基的處理對策很多,但不管采用何種方法,處理后的地基必須滿足強(qiáng)度、變形、動力穩(wěn)定性和透水性要求,從而達(dá)到減小道路路基在荷載作用下引起的沉降或不均勻沉降的目的。第四章軟土地下沉的原因及防治軟土地基是指天然含水量高、孔隙比大、壓縮性高、抗剪強(qiáng)度低的細(xì)粒土軟弱地基。軟土地基極易變形,造成路基整體下沉或局部沉陷,導(dǎo)致路面破壞。公路構(gòu)造物也會由于軟土地基失穩(wěn),造成結(jié)構(gòu)物破壞、橋頭錯臺等一系列的公路病害。一、原因分析1.地質(zhì)原因在工程地質(zhì)不良、泥沼軟基豐富的地段填筑路堤,當(dāng)路堤填料不斷增加時,路基產(chǎn)生壓縮沉降或擠壓位移,致使路堤隨之沉降。2路基填料在《公路路基施工技術(shù)規(guī)范》(JTGF10-2006)中,對路基填料有以下規(guī)定:(1)含草皮、生活垃圾、樹根,腐殖質(zhì)的土嚴(yán)禁作為路基填料。(2)泥炭、淤泥、凍土、強(qiáng)膨脹土、有機(jī)質(zhì)土及易溶鹽超過允許含量的土,不得直接用于填筑路基。(3)液限大于50%,塑性指數(shù)大于26,含水量不適宜直接壓實的細(xì)粒土,不得直接作為路基填料。(4)粉質(zhì)土不宜直接填筑于路床,不得直接填筑于浸水部分的路堤及冰凍地區(qū)的路床。3地下水和地表水水是公路的天敵,對路基更是危害無窮,當(dāng)水進(jìn)入路基后導(dǎo)致路基填料含水量增大,強(qiáng)度穩(wěn)定性降低,造成路基沉陷等一系列公路病害。4設(shè)計方面由于工程前期地質(zhì)勘測資料不全、不細(xì),未能真實反映出軟土地基,或者由于設(shè)計部門設(shè)計不完善甚至未做任何地基處理措施導(dǎo)致填筑起的路基在施工過程中或者工程完工后出現(xiàn)不同程度的沉陷。5施工方面首先進(jìn)行軟地基處理時,由于加載過快,未能及時進(jìn)行沉降位移速率觀測,當(dāng)接近或超過臨界填土高度時,仍快速填筑,當(dāng)荷載超過地基承載能力,導(dǎo)致路堤失穩(wěn)。其次,軟土地區(qū)路堤施工計劃中未考慮地基固結(jié)工期以及在施工過程中,對質(zhì)量把關(guān)不嚴(yán)。未能達(dá)到軟基處理的設(shè)計要求,都會直接導(dǎo)致路基下沉。二、防治措施軟土地基具有較大的破壞性,因而只要外在荷載加在土基上出現(xiàn)有害的過大變形和強(qiáng)度不夠等現(xiàn)象都需對沉降進(jìn)行防治處理,其目的是改善地質(zhì)力學(xué)性能,增加其穩(wěn)定性。軟土地基防治首先要提高路基設(shè)計質(zhì)量,方案要切實可行。設(shè)計部門在設(shè)計前要對沿線的地質(zhì)地層情況、各類土質(zhì)、路基填料進(jìn)行全面調(diào)查和試驗,在此基礎(chǔ)上應(yīng)因地制宜,就地取材,制定出合理有效的軟基處理方案。下面介紹幾種常用的處理方法。1.砂(礫)墊層砂(礫)墊層采用砂或天然級配砂礫,經(jīng)分層壓實。作為地基的持力層,提高基礎(chǔ)下部地基強(qiáng)度,并通過墊層的壓力擴(kuò)散作用,降低對地基的壓實力。減少變形量。同時墊層可起到排水作用,地基土中孔隙水可通過墊層快速排出,能加速下部土層的沉降和固結(jié)。該方法適用于2m以內(nèi)軟弱、透水性強(qiáng)的黏性土地基。不宜用于加固濕陷性黃土地基及滲透系數(shù)極小的黏性土地基。2.拋石擠淤在淤泥厚度小于3m,表層無硬殼,呈流動狀態(tài),排水困難,石塊易于取得的條件下采用拋石擠淤的方法。這種方法是為了換填但不進(jìn)行挖掘,而是靠換填材料的自重使軟弱層遭受破壞后被強(qiáng)制擠出而進(jìn)行的換填。拋投石塊的順序應(yīng)沿路中線向前拋填,然后向兩側(cè)擴(kuò)展,以便淤泥向兩旁擠出。片石高出軟土后,應(yīng)用較小石塊填塞墊平,再用重型機(jī)械碾壓,以使填石緊密,并在其上鋪設(shè)反濾層后再進(jìn)行填土。3加固土樁法加固土樁主要是以水泥、石灰、粉煤灰等材料作為固化劑的主劑,利用深層攪拌機(jī)械和原位軟土進(jìn)行強(qiáng)制攪拌,經(jīng)過物理化學(xué)作用生成一種特殊的具有較高強(qiáng)度、較好變形特性和水穩(wěn)性的混合柱狀體。它對提高軟土地基承載能力,減少地基的沉降量有明顯效果。4土工合成材料在地下水位較高的松軟土基路堤中,采用墊隔土工布加強(qiáng)路基剛度,且利于排水。在高填路堤,可適當(dāng)分層墊隔。在軟基上墊隔土工布時可使荷載均勻分布,從而有效地避免不均勻沉降5砂樁和袋裝砂井法砂樁處理法是在軟土地基中鉆成一定直徑的孔眼,灌以粗砂或中砂。利用上部荷載作用加速軟土的排水固結(jié)的方法。袋裝砂井是事先把砂裝入長條形、透水性好的編織袋內(nèi),然后用專門的機(jī)具設(shè)備打人軟土地基內(nèi)代替普通大直徑砂井。袋裝砂井既有大直徑砂井的作用。又可以保證砂井的連續(xù)性,避免縮徑現(xiàn)象。另外由于袋裝砂井的直徑小,材料消耗小,工程造價低,施工速度快,設(shè)備輕型,更適應(yīng)在軟弱的地基中施工。6碎石樁碎石樁是利用一個產(chǎn)生水平向振動的管狀設(shè)備,以高壓水流邊振邊沖在軟弱黏性地基中成孔,在孔內(nèi)分批填入碎石加以振密制樁,與周圍黏性土形成復(fù)合地基,這種加固技術(shù)稱為振沖置換法或碎石樁法。與排水固結(jié)法相比,其加固期短,可以采用快速連續(xù)加載方法施工路堤,對縮短工期十分有利。7塑料排水板法塑料排水板是在紙板排水的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種方法,它的優(yōu)點是:單孔過水面大,排水暢通,質(zhì)量小。強(qiáng)度高,耐水性好。塑料排水板是由芯體和慮套組成的復(fù)合體,或是由單一材料的多孔管道板帶。濾膜芯帶復(fù)合結(jié)構(gòu)塑料排水板有兩種材料組合而成,中間為帶有各種通水孔道的芯板。如口琴型、城墻型、圓孔型、雙面交錯凹凸乳頭型等,外面包裹一層無紡?fù)凉た椢餅V層。目前國內(nèi)生產(chǎn)的塑料排水板均屬這一類。單一多孔管道板帶一般采用兩片聚乙烯(或其他高分子材料)微孔薄片黏合(或壓合)而成,中同具有多孔管道。這種排水板制作工藝比較復(fù)雜,國內(nèi)市場較少見。8強(qiáng)夯和強(qiáng)夯置換法強(qiáng)夯法即“強(qiáng)力夯實法”或稱“動力固結(jié)法”。它是將重錘從高處自由落下,給土體以沖擊和振動,從而提高地基的強(qiáng)度。降低土體的壓縮性。強(qiáng)夯置換法利用重錘高落差產(chǎn)生的高沖擊能將碎石、片石、礦渣等性能較好的材料強(qiáng)力擠入地基中,在地基中形成一個一個的粒料墩,墩與墩間土形成復(fù)合地基,以提高地基承載力,減少沉降。軟土地基的處理除以上幾種常用的方法外。還有真空預(yù)壓、真空堆載聯(lián)合預(yù)壓、水泥粉煤灰碎石樁、沉管灌注樁、靜壓管樁等多種方法,但目的只有一個,就是要增強(qiáng)路基的穩(wěn)定性,減少工后沉降。為此,除選擇合理的處理方案外,還要在施工中嚴(yán)格施工工序和規(guī)范要求,保證工程質(zhì)量,并在施工過程中做好穩(wěn)定性和沉降的動態(tài)觀測,以確保路堤在施工中的安全和穩(wěn)定,并能正確預(yù)測工后沉降,使工后沉降控制在設(shè)計的允許范圍之內(nèi)??傊?,軟土地基處理是一個比較復(fù)雜的問題,我們必須在取得可靠的地質(zhì)資料和試驗數(shù)據(jù)后,因地制宜,制定切實可行的處理方案,才能使這一公路病害得到有效的控制。第五章堤防工程中軟土地基上基礎(chǔ)的處理措施軟土地基是指壓縮層主要由淤泥、淤泥質(zhì)土或其他高壓縮性土構(gòu)成的地基。承載能力很低,一般不超過50KN/m2。
軟粘上中最常見的、工程地質(zhì)性質(zhì)最差的要數(shù)淤泥或淤泥質(zhì)土。通常工程上把天然孔隙比大于或等于1.5的亞粘土、粘土稱為淤泥,而把孔隙比大于1.0小于1.5的粘土稱為淤泥質(zhì)粘土。其主要特性有:一、軟土地基的特性
1、孔隙比和天然含水量大。我國軟土的天然孔隙比一般e=1~2之間,淤泥和淤泥質(zhì)的天然含水量w=50~70%,一般大于液限,高的可達(dá)200%。
2、壓縮性高。我國淤泥和淤泥質(zhì)土的壓縮系的一般都大于0.5Mpa-1,建造在這種土上的建筑物將發(fā)生較大的沉降,尤其是沉降的不均性,會造成建筑物的開裂和損壞。
3、透水性弱。軟土含水量大,可是,透水性卻很小,滲透系數(shù)k≤1(mm/d)。由于水性如此微小,土體受荷載作用后,往往呈現(xiàn)很高的孔隙水壓力,影響地基的壓密固結(jié)。
4、抗剪強(qiáng)度低。軟土通常呈軟塑一流塑狀態(tài),在外部荷載作用下,抗剪性能極差,據(jù)部分資料統(tǒng)計,我國軟土無側(cè)限抗剪強(qiáng)度一般小于30KN/m2(相當(dāng)于0.3kg/cm2)。不排剪時,其內(nèi)磨擦角∮幾乎等于零,抗剪強(qiáng)度僅取決于凝聚力C,C<30KN/m2,固結(jié)快剪時∮一般為5°~15°。因此,提高軟土地基強(qiáng)度的關(guān)鍵是排水。如果土層有排水出路,隨著有效壓力的增加而逐步固結(jié)。反之,若沒有良好的排水出路,隨著荷載的增大,它強(qiáng)度可能衰減。在這類軟土上的建筑物盡量采用“輕型薄壁”,減輕建筑荷重。
5、靈敏度高。軟粘土上尤其是海相沉積的軟粘土,在結(jié)構(gòu)未被破壞時具有一定的抗剪強(qiáng)度,但一經(jīng)擾動,抗剪強(qiáng)度將顯著降低。軟粘土受到擾動后強(qiáng)度降低的特性可用靈敏度(在含水量不變的條件下,原狀土與重塑土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度之比)來表示,軟粘土的靈敏度一般在3~4之間,也有更高的情況。因此,在高靈敏度的軟土地基上筑堤時應(yīng)盡量避免對地基土的擾動。沖填土是水力沖填形成的產(chǎn)物。含砂量較高的沖填土,其固結(jié)情況和力學(xué)性質(zhì)較好;含粘粒較多的沖填土往往強(qiáng)度較低,壓縮性較高,具有欠固結(jié)性。
雜填土大多由建筑垃圾、生活垃圾和工業(yè)廢料堆填而成,因此在結(jié)構(gòu)上具有無規(guī)律性。以生活垃圾為主的填上,腐殖質(zhì)含量較高,強(qiáng)度較低,壓縮性較大。以工業(yè)殘渣為主的填土,可能含有水化物,遇水后容易發(fā)生膨脹和崩解,使填土強(qiáng)度降低。二、軟土地基上堤防失穩(wěn)的破壞機(jī)理
引起軟土地基上堤防滑動破壞的根本原因,在于軟弱地基中某個面上的剪應(yīng)力超過了它的抗剪強(qiáng)度,穩(wěn)定平衡遭到破壞。主要有兩方面因素:一是由于剪應(yīng)力的增加,例如大堤施工中上部填土何重的增加;降雨使土體容重增加;水位降落產(chǎn)生滲流力;地震、打樁等引起的動荷載等。二是由于軟土地基本身抗剪強(qiáng)度的減小。例如孔隙水應(yīng)力的升高;氣候變化產(chǎn)生的干裂、凍融;粘土夾層因浸水而軟化以及粘性土的蠕變等。
對堤防工程進(jìn)行穩(wěn)定分析時,通常是將假想滑動面以上土體看作剛體,并以它為脫離體,分析在極限平衡條件下其上各種作用力,并以整個滑動面上的平均抗剪強(qiáng)度與平均剪應(yīng)力之比來定義它的安全系數(shù),即
TfFn=
式中:
F—堤防穩(wěn)定安全系數(shù);
Tf—滑動面處土體的平均抗剪強(qiáng)度;
T—作用于滑動面上的平均剪應(yīng)力。
Fn<1土體處于穩(wěn)定狀態(tài);Fn<1土體處于滑動狀態(tài)或有滑動的趨勢;Fn=1,土體處于臨界狀態(tài)。因此,要使處于滑動狀態(tài)或有滑動趨勢的土體達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài),必須Fn>1(堤防工程等級不同,F(xiàn)n取值也不同,通常在1.05~1.30之間),通常有兩種方法:一是提高土體的抗剪強(qiáng)度,使孔隙水應(yīng)力充分消散,如對地基進(jìn)行加固等;二是減小作用在土體上的剪應(yīng)力,如減小堤防的橫斷面積,盡量避免對堤防的擾動等。第一種方法在工程中被廣泛采用。
三、軟土地基上筑堤常用的地基處理方法及適用條件
堤防工程,常用的軟土地基處理方法有下列幾種:
1、堤身自重擠淤法
堤身自重擠淤法就是通過逐步加高的堤身自重將處于流塑態(tài)的淤泥或淤泥質(zhì)土外擠,并在堤身自重作用下使淤泥或淤泥質(zhì)土中的孔隙水應(yīng)力充分消散和有效應(yīng)力增加,從而提高地基抗剪強(qiáng)度的方法。在擠淤過程中為了不致產(chǎn)生不均勻沉陷,應(yīng)放緩堤坡、減慢堤身填筑速度,分期加高。其優(yōu)點可節(jié)約投資;缺點是施工期長。此法適合于地基呈流塑態(tài)的淤泥或淤泥質(zhì)土,且工期不太緊的情況下采用。
2、拋石擠淤法
拋石擠淤法就是把一定量和粒徑的塊石拋在需進(jìn)行處理的淤泥或淤泥質(zhì)土地基中,將原基礎(chǔ)處的淤泥或淤泥質(zhì)土擠走,從而達(dá)到加固地基的目的。一般按以下要求進(jìn)行:將不易風(fēng)化的石料(尺寸一般不宜小于30cm)拋填于被處理堤基中,拋填方向根據(jù)軟土下臥地層橫坡而定。橫坡平坦時自地基中部漸次向兩側(cè)擴(kuò)展;橫坡陡于1:10時,自高側(cè)向低側(cè)拋填。最后在上面鋪設(shè)反濾層。這種方法施工技術(shù)簡單,投資較省,常用于處理流塑態(tài)的淤泥或淤泥質(zhì)土地基。
3、墊層法
墊層法就是把靠近堤防基底的不能滿足設(shè)計要求的軟土挖除,代以人工回填的砂、碎石、石渣等強(qiáng)度高、壓縮性低、透水性好、易壓實的材料作為持力層??梢跃偷厝〔模瑑r格便宜,施工工藝較為簡單,該法在軟土埋深較淺、開挖方量不太大的場地較常采用。
4、預(yù)壓砂井法
預(yù)壓法是在排水系統(tǒng)和加壓系統(tǒng)的相互配合作用下,使地基土中的孔隙水排出。常用的排水系統(tǒng)有水平排水墊層、排水砂溝或其它水平排水體和豎直方向的排水砂井或塑料排水板;加壓系統(tǒng)有堆載預(yù)壓、真空預(yù)壓或降低地下水位等。當(dāng)堆載預(yù)壓和真空預(yù)壓聯(lián)合使用時又稱真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法?;咀龇ㄈ缦拢合葘⒌燃庸谭秶鷥?nèi)的植被和表土清除,上鋪砂墊層;然后垂直下插塑料排水板,砂墊層中橫向布置排水管,用以改善加固地基的排水條件;再在砂墊層上鋪設(shè)密封膜,用真空泵將密土膜以內(nèi)的地基氣壓抽至80kpa以上。該方法往往加固時間過長,抽真空處理范圍有限,適用于工期要求較寬的淤泥或淤泥質(zhì)土地基處理。流變特性很強(qiáng)的軟粘土、泥炭土,不宜采用此法。
5、振動水沖法
振沖法是利用一根類似插入式混凝土振搗器的機(jī)具,稱為振沖器,有上、下兩個噴水口,在振動和沖擊荷載的作用下,先在地基中成孔,再在孔內(nèi)分別填入砂、碎石等材料,并分層振實或夯實,使地基得以加固。用砂樁、碎石樁加固初始強(qiáng)度不能太低(初始不排水抗剪強(qiáng)度一般要求大于20kpa),對太軟的淤泥或淤泥質(zhì)上不宜采用。
石灰樁、二灰樁是在樁孔中灌入新鮮生石灰,或在生石灰中摻入適量粉煤灰、火山灰(常稱為二灰),并分層擊實而成樁。它通過生石灰的高吸水性、膨脹后對樁周土的擠密作用,離子交換作用和空氣中的CO2與水發(fā)生酸化反應(yīng)使被加固地基強(qiáng)度提高。
6、旋噴法
旋噴法是利用旋噴機(jī)具造成旋噴樁以提高地基的承載能力,也可以作聯(lián)鎖樁施工或定向噴射成連續(xù)墻用于地基防滲。旋噴樁是將帶有特殊噴嘴的注漿管置于土層預(yù)定深度后提升,噴嘴同時以一定速度旋轉(zhuǎn),高壓噴射水泥固化漿液與土體混合并凝固硬化而成樁。所成樁與被加固上體相比,強(qiáng)度大,壓縮性小。適用于沖填土、軟粘土和粉細(xì)砂地基的加固。對有機(jī)質(zhì)成分較高的地基土加固效果較差,宜慎重對待。而對于塘泥土、泥炭土等有機(jī)質(zhì)成分極高的土層應(yīng)禁用。
7、強(qiáng)夯法
強(qiáng)力夯實是將80KN即相當(dāng)于8tf以上的夯錘,起吊到很高的地方(一般6~30m),讓錘自由落下,對土進(jìn)行夯實。經(jīng)夯實后的土體孔隙壓縮,同時,夯點周圍產(chǎn)生的裂隙為孔隙水的出逸提供了方便的通道,有利于土的固結(jié),從而提高了土的承載能力,而且夯后地基由建筑荷載所引起的壓縮變形也將大為減小。強(qiáng)夯法適用于河流沖種層,濱海沉積層黃土、粉土、泥炭、雜填土等各種地基。
8、土工合成材料加筋加固法將土工合成材料平鋪于堤防地基表面進(jìn)行地基加大,能使堤防荷載均勻分散到地基中。當(dāng)?shù)鼗赡艹霈F(xiàn)塑性剪切破壞時,土工合成材料將起到阻止破壞面形成或減破壞發(fā)展范圍的作用,從而達(dá)到提高地基承載力的目的。此外,土工合成材料與地基土之間的相互磨擦將限制地基土的側(cè)向變形,從而增加地基的穩(wěn)定性。
四、工程實例
新津縣城區(qū)的南河右岸條石護(hù)岸基石的軟土加固。2001年南河城區(qū)護(hù)岸施工時,開挖基礎(chǔ)到設(shè)計深度時,發(fā)現(xiàn)有80米長的基礎(chǔ)夾有含水量高,強(qiáng)度低和壓縮性大的軟粘土層,最大厚度約5m,為防止堤基不均勻沉陷,增強(qiáng)堤防的穩(wěn)定性,對該80米作了振沖加固。布孔為三角形,間距1.5m。根據(jù)軟土分層情況,孔深定為2~5m,共280孔。使用30kw振沖器,加密電流50A,每孔平均施工時間20~40mm?;靥钏槭?~80mm,填料量為720m3。振沖后,堤防經(jīng)一定時間的運行考驗,經(jīng)沉陷觀測表明,沉降量很小,地層穩(wěn)定。第六章公路工程中軟土地基上基礎(chǔ)的處理措施本章介紹了軟土對高速公路的影響,著重探討了軟土地基處理的方法及施工的措施,并在最后提出軟土地基處理比較復(fù)雜,應(yīng)綜合考慮各種處理方法的優(yōu)劣,選用恰當(dāng)適宜處理措施。一、概述
軟土在我國分布廣泛,它的存在給不少的工程建設(shè)帶來難題。軟土主要具有以下特征:含水量高、孔隙比大、壓縮性高、抗剪強(qiáng)度小、承載力低。軟土還有一個重要特征是滲透性很弱,一般在10-7cm/s數(shù)量級,相當(dāng)于不透水層,因此壓縮固結(jié)過程很慢。軟土地基的強(qiáng)度、變形隨時間的變化而變化,其變化規(guī)律與土的類別、性質(zhì)、邊界排水條件、受荷載形式、時間等諸多因素有關(guān)。因此,在軟土地基上面修建公路、橋梁等工程必須重視實地調(diào)查、研究。
二、軟土對高速公路工程的影響
軟土對會影響高速公路的路基、橋梁基礎(chǔ)、涵洞基礎(chǔ)、邊坡、擋土墻等,具體包括以下幾個方面:
(1)填土速率過快引起路堤滑移。一般公路均以低矮路堤居多,而高速公路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)高,高路堤較多,特別江南水網(wǎng)地區(qū),河網(wǎng)密度大,路堤本身比較高,再加上由于地基沉降引起的沉降補(bǔ)方,實際填筑高度就更大。而軟土地區(qū)的極限填筑高度一般不大,在2~3m左右,一旦路堤填筑的高度超過了極限高度,而填筑速度又比較快的話,地基深處的軟土層就會出現(xiàn)滑移,導(dǎo)致地表隆起,路基開裂破壞。(2)軟土厚薄不一,引起橫向、縱向滑移。這類情況主要發(fā)生在山前地段??可揭粋?cè)軟土薄,離山一側(cè)軟土較厚,且軟土之下為硬層或巖層,接觸面起伏大。當(dāng)填土荷載超過地基的承載力時,軟土將沿著硬層或巖面發(fā)生橫向和縱向滑移。
(3)不均勻沉降引起路面開裂、橋頭跳車。路面開裂、橋頭跳車已經(jīng)成為軟土地區(qū)高速公路的通病,只是嚴(yán)重程度不同而已。造成路面開裂的原因,主要是由于沿路堤縱向不同的地基處理方法造成地基的不均勻沉降;橋頭跳車的原因,主要是由于橋與路堤之間的差異沉降,不管路堤下的軟土層用何種方法進(jìn)行處理,它的工后沉降總是比橋梁的工后沉降要大。路面開裂和橋頭跳車會影響行車速度和舒適度,嚴(yán)重的會影響到行車安全。(4)橋臺軟土滑移。橋臺一般采用樁基礎(chǔ),臺后填土荷載不僅會將橋臺向凌空面推移,地基深處軟土的側(cè)向擠出也會導(dǎo)致橋臺樁基礎(chǔ)的位移。
三、軟土地基處理的方法及施工措施
道路軟基處理盡可能早期進(jìn)行,有充分的間隔時間使軟基達(dá)到沉降穩(wěn)定后方可進(jìn)行填土施工。下面介紹軟基處理常用的幾種方法:
1表層處理法
表層處理法用于地表面極軟弱的情況。該法是通過排水、敷設(shè)或增添材料等辦法,提高地表強(qiáng)度,防止地基局部剪切變形,保證施工機(jī)械作業(yè);同時盡可能把填土荷載均勻地分布于地基上。屬于這類處理方法的有:表層排水法,添加劑法等。
(1)表層排水法
對土質(zhì)較好因含水量過大而導(dǎo)致的軟土地基,在填土之前,地表面開挖溝槽,排除地表水,同時降低地基表層部分的含水率,以保障施工機(jī)械通行。為了發(fā)揮開挖出的溝槽在施工中達(dá)到盲溝的效果,應(yīng)回填透水性好的砂礫或碎石。
設(shè)計、施工注意事項:
①溝槽布置要考慮利用地形自然坡度排水;填土沉降要注意坡度的變化;不使來自四周挖方部位的地表水、滲透水浸入填土;溝槽的間隔要盡可能加密,以增大排水能力,即使有部分溝槽被切斷也不會妨害整體排水。
②溝槽的構(gòu)造溝槽尺寸一般取寬0.5m,深0.5~1.0m。填土之前在溝槽內(nèi)用透水良好的砂(砂礫)回填成為盲溝??v向盲溝一般沿道路縱向或中央縱向開挖,橫向盲溝一般間距10m~15m布置。溝槽內(nèi)埋設(shè)多孔排水管時,必須用優(yōu)質(zhì)反濾層加以保護(hù)。
(2)添加劑法
對于表層為粘性土?xí)r,在表層粘性土內(nèi)滲入添加劑,改善地基的壓縮性能和強(qiáng)度特性,以保施工機(jī)械的行駛。同時也可達(dá)到提高填土穩(wěn)定及固結(jié)的效果。
添加材料通常使用的是生石灰,熟石灰和水泥。石灰類添加材料通過現(xiàn)場拌和或廠拌,除了降低土壤含水量、產(chǎn)生團(tuán)粒效果外,對被固結(jié)的土隨著時間的推移會發(fā)生化學(xué)性固結(jié),使粘土成分發(fā)生質(zhì)的變化,從而促進(jìn)土體穩(wěn)定。
設(shè)計、施工注意事項:
①、生石灰消解程度的判斷。生石灰消解過程伴隨體積膨脹,在此期間進(jìn)行碾壓,不可能獲得預(yù)期效果。因此在固結(jié)時要掌握發(fā)熱溫度、準(zhǔn)確判斷消解結(jié)束時間。
②、添加材料的配比設(shè)計。添加材料的適當(dāng)劑量,要根據(jù)所處理的土質(zhì),施工方法和試驗配比的結(jié)果來決定。一般有改良土、石灰土、水泥穩(wěn)定土較為常用。改良土是利用現(xiàn)場地基土摻石灰(一般含灰6%)后再次利用,其施工方便、造價低;石灰土是用黃土摻石灰(一般含灰10%~12%)后使用,其造價較改良土要高;水泥穩(wěn)定土是用黃土摻水泥(一般含水泥3%~5%)后使用,其造價較貴,在秋、冬季雨天施工時,工期短時不得已采用,其優(yōu)點是不需太長的養(yǎng)生時間,就可使地基固化板結(jié)達(dá)到施工要求的強(qiáng)度。
③、固結(jié)與養(yǎng)生用水泥或熟石灰處理,在拌和一結(jié)束即產(chǎn)生固結(jié)。用生石灰處理,從拌和時的初步碾壓到生石灰消解結(jié)束,要進(jìn)行二次固結(jié),若強(qiáng)度足夠可不必養(yǎng)生。但因土質(zhì)或施工條件不同,被處理過的土質(zhì)強(qiáng)度增長也各不相同,大體上以養(yǎng)生一周后的強(qiáng)度為所要求的固結(jié)強(qiáng)度。2降低地下水法
本法適用于上部,中間部位有砂層分布的地基,但粘性也仍然有效。本法的特點是與軟土層深度無關(guān)。
設(shè)計、施工注意事項:
①砂層的透水系數(shù)需測定。
②使用井點時,理論可抽水深度為10.3m,但考慮水頭損失和動力關(guān)系,能夠降低水位的最大值約5.5~6.0m左右。
③鄰近有水源(河、池、?;驕希r,需要抽水的量增多。
④降低地下水位,如對抽水區(qū)以外地域及沿線有損害時,為了既隔斷對四周的影響又達(dá)到降低地下水位的效果,可在施工區(qū)間打入鋼板樁圍護(hù)。
⑤因為需在整個固結(jié)期內(nèi)降低地下水位致使經(jīng)歷時間長,機(jī)械費用高。
3充填壓密注漿法
充填壓密灌漿工藝,一般采用粘土水泥漿進(jìn)行灌注。具體施工時,可根據(jù)不同的地質(zhì)情況合理選用相應(yīng)的漿液。施工工藝流程為:布置孔位—鉆機(jī)就位、調(diào)平—鉆進(jìn)、鉆孔結(jié)束—充填灌漿—保壓擠密—封孔
主體工程施工方法及控制要點:
①、布孔及成孔
一般采用梅花布樁形式,孔距依區(qū)間依次確定,各孔編號設(shè)標(biāo)記。
造孔一般采用回旋鉆機(jī)。如地層中土質(zhì)松軟、無卵石或密實度較大的回填層,也可采用沖擊造孔法。鉆孔前先找到核準(zhǔn)孔位,把鉆機(jī)移至鉆孔位置對準(zhǔn)孔位,用水平尺調(diào)整機(jī)身水平,立軸垂直,墊平,墊牢機(jī)架,經(jīng)驗測無誤方可開鉆,選用可取芯或全斷面合金鉆頭。
鉆進(jìn)過程中,遇到異常情況,必須查明原因;如遇空洞立即充填,并對地層變化,詳細(xì)記錄。鉆孔結(jié)束后,由在崗人員進(jìn)行質(zhì)量檢查,包括孔位、孔號、孔深等項目檢查驗收合格后,方可移位進(jìn)行下一個孔的鉆進(jìn)施工。
②、充填灌漿
安裝孔口封閉裝置,采用孔口充填法,即用粘土水泥漿液充填灌注。如遇較大空洞,可充入較大顆粒的級配骨料。此項工作,一般在鉆孔過程中進(jìn)行。自然充填直至充滿至孔口,觀察孔口的反映。
4土的加勁
(1)土工布
土工布的應(yīng)用范圍很廣,在軟土地基上鋪設(shè)土工布,可借助土工布的拉力而起到網(wǎng)兜的作用,防止填筑路基材料滲到淤泥中,起到均勻隔離的作用。另外,也有效的防止了因上部荷載而產(chǎn)生的地基不均勻沉降和側(cè)向位移。應(yīng)用土工布處理軟土地基具有工藝簡單、施工快、省工省時的優(yōu)點。
(2)土工格柵
土工格柵是以聚合物為主要原料,通過縱橫向拉伸而制成的塑料網(wǎng)絡(luò),隨著其系列產(chǎn)品的制成,其應(yīng)用范圍也不斷擴(kuò)大。土工格柵是一種以補(bǔ)強(qiáng)軟弱地基基礎(chǔ),強(qiáng)化路基基床等為目的的工程措施,由土工網(wǎng)格在現(xiàn)場組裝成簡易石籠狀的整體,網(wǎng)格框架,框架內(nèi)充填以砂、礫石、碎石等透水性材料,其具有一定的柔度,能其上部的荷載進(jìn)行分布,向周圍擴(kuò)散,提高地基承載力。采用土工格柵處理軟弱地基時,若僅鋪網(wǎng)加固則一般按圓弧法計算,加算土工網(wǎng)格產(chǎn)生的穩(wěn)定力矩即可;若鋪設(shè)土工網(wǎng)格基礎(chǔ)墊層,則目前可以利用有限元的方法進(jìn)行計算。
5置換法
本法是以優(yōu)質(zhì)土置換軟弱土,確保填土穩(wěn)定和減少沉降量。施工方法分有人工挖掘置換和借填土自重或用爆炸法將軟弱土擠出的強(qiáng)制置換。其施工都比較容易,多數(shù)情況下能在短時間內(nèi)達(dá)到所要求的目的。從可靠性來說人工挖掘置換較優(yōu)。置換材料應(yīng)采用即使受到水浸也不致降低承載力的粗粒土。但必須進(jìn)行充分壓實。
四、結(jié)論及建議
每一種地基處理方法都有其適用范圍和特點,需要采用哪一種處理技術(shù),在具體選用方案時首先應(yīng)該掌握工程地質(zhì)條件、工程特點、施工工期,以及處理軟基的能力及設(shè)備條件等。了解各種加固技術(shù)的方法及基本原理、適用范圍與效果,再根據(jù)其技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。本著就地取材的原則,綜合分析選定加固處理方案。
軟土地基處理技術(shù)發(fā)展很快,而軟土地基的復(fù)雜性、實驗技術(shù)和準(zhǔn)確度以及固結(jié)理論在設(shè)計計算中還存在一些問題。同時軟土地基的處理方法各具特點,都有一定的使用范圍和局限性,因此對軟基的處理需因地制宜地采取處理措施。第七章樓房軟土地基上基礎(chǔ)的處理措施本章主要闡述了樓房軟土地基在工程中的危害性,要想保證建筑結(jié)構(gòu)系統(tǒng)正常工作,其中之一的必要條件就是地基的承載力,并根據(jù)不同的地質(zhì)情況,不同的投資和工期要求,采用切實可行的處理方案,施工中的應(yīng)用有關(guān)注意事項,以提高軟土地基的處理效果。一、深層水泥攪拌樁對淤泥、淤泥質(zhì)土、泥炭土和粉土進(jìn)行處理是深層水泥攪拌樁比較實用的方面,在進(jìn)行軟基處理的過程中也是十分有效的方法之一。(1)試樁。試樁的主要目的是為了確定最合適的施工參數(shù),例如:泵送壓力、泵送時間、攪拌次數(shù)、下鉆速度以、水泥漿的配置、攪拌機(jī)提升速度、復(fù)攪深度等等。①施工準(zhǔn)備。對于深層攪拌樁施工場地需要做的準(zhǔn)備工作具有:事先整平場地;清除樁位處的障礙物或者廢棄物:若場地存在低洼,需要回填粘土,切勿用雜土回填;對于水泥攪拌樁的選擇最好是選用合格的32.5級普通硅酸鹽袋裝水泥;所用的水泥攪拌樁施工機(jī)械的性能必須良好且穩(wěn)定,監(jiān)理工程師和項目經(jīng)理部門在鉆機(jī)開鉆之前需進(jìn)行審查和驗收。2施工重點(1)工藝流程:放樣樁位;定位鉆機(jī);檢查鉆機(jī);正循環(huán)鉆進(jìn),達(dá)到設(shè)計深度:將高壓注漿泵打開;反循環(huán)提鉆,同時噴水泥漿;至基準(zhǔn)面0.3m以下:在重復(fù)攪拌同時,噴水泥漿直至設(shè)計深度;反循環(huán)提鉆至地表;結(jié)束成樁;對新樁施工。第八章軟土和巖石組合地基基礎(chǔ)處理方法與實例在分析常用土巖組合地基基礎(chǔ)工程處理措施的基礎(chǔ)上,對某住宅小區(qū)的軟土和巖石地基基礎(chǔ)工程處理方法進(jìn)行了介紹。通過采用獨立基礎(chǔ)和一柱一樁基礎(chǔ)的設(shè)計,制定多種能夠及時應(yīng)對施工過程中發(fā)現(xiàn)的不良地質(zhì)問題的處治原則,加上施工過程中設(shè)計、施工、勘察和監(jiān)理各單位的密切配合,使該小區(qū)軟土和巖石組合地基上的基礎(chǔ)工程得到了及時有效的處理,取得了良好效果。
地基基礎(chǔ)是整個建筑物的重要組成部分,它對建筑物的安全和正常使用有著密切聯(lián)系,一旦出現(xiàn)事故,處理就比較困難,例如地基的下沉將造成室內(nèi)地坪空鼓、開裂,室外散水空鼓開裂、下沉,建筑物基礎(chǔ)受水浸泡,甚至導(dǎo)致建筑物不均勻沉降等問題。土巖組合地基是山區(qū)常見的建筑場地,常見的土巖組合地基主要有:①土層呈尖滅狀分布的地基,這是由于下臥基巖表面坡度較大形成的;②覆蓋土層厚薄極度不均勻的地基,這是由于基巖表面起伏不平導(dǎo)致的;③石芽地基,石灰?guī)r地區(qū)常見地基形式,并有可能部份石芽出露。④球狀巖塊與殘積層混雜堆積的地基;⑤崩塌體堆積的地基或崩塌休堆積物與殘積坡積物混雜堆積的地基;⑥巖石碎屑填土地基,以及礦產(chǎn)殘碴(如煤殲石堆積)或工業(yè)廢料(如爐碴或鋼碴堆積)等堆積物形成的地基。一般來說,這些地基無論巖石還是土體的承載力都比較高,因此地基的承載力一般卓有富余,但是由于土層和巖石的剛度差異巨大,因此最大的問題是容易出現(xiàn)不均勻變形,導(dǎo)致建筑開裂等問題。已有的文獻(xiàn)對這些地基的處理已有大量介紹,本文將在這些已有經(jīng)驗的基礎(chǔ)上,介紹一個軟土和巖石組合地基上的基礎(chǔ)工程處理方法和實例,供同行參考。
一、工程概況
新都住宅小區(qū)的建筑場地原為工廠廠區(qū),舊建筑物己全部拆除,場地平坦、寬闊,其中9#~15#樓為二組大底盤,三塔樓形式建筑,總高35.3m(13層),結(jié)構(gòu)類型為帶一層轉(zhuǎn)換層的短股剪力墻結(jié)構(gòu)體系,主要轉(zhuǎn)換層柱網(wǎng)尺寸為5.7×7.9m柱底最大軸力設(shè)計值6100kN。連接體部分柱網(wǎng)尺寸為75×7.8m,柱底最大軸力設(shè)計值2710kN。該場地土層厚薄不均、性質(zhì)不同,自上而下的土層分別是:①雜填土厚0.5~1.0m;②硬塑狀粘土(fak=180kpa,Es=27.5Mpa)厚1.0~1.2m;③可塑狀粘土(fak=130kpa,Es=5.5Mpa)厚0~2.2m,局部缺失;④軟塑狀粘土(fak=60kpa,Es=2.0Mpa)厚1.0~2.5m;⑤流塑狀粘土(fak=30kpa,Es=1.0Mpa)厚0~2.1m,局部缺失。土層以下為基巖,為石灰系下統(tǒng)巖關(guān)組炭巖,但是基巖面深淺不一:淺的2.5m,深的9.2m,基巖fak=4000kPa,qpk=8000kPa。基底標(biāo)高部分位于基巖下,部分位于土層上。根據(jù)地質(zhì)勘察報告,該場地巖溶發(fā)育,而且存在不均勻性,鉆探中發(fā)現(xiàn)普遍存在鷹嘴巖、溶溝、溶洞等不良地質(zhì)條件。這是一個土層厚度不均勻,還存在流塑軟土;基巖承載力較高,但又存在不良地質(zhì)的土巖組合地基,加之上部結(jié)構(gòu)為復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu),單柱荷載較大。其基礎(chǔ)工程的妥善處理,不僅事關(guān)工程造價,而且影響到建筑的安全和使用。
二、土巖組合地基常用處理方法
(1)設(shè)置褥墊法
土巖組合地基中,由于巖石地基和土地基在強(qiáng)度和剛度的差異,位于巖石地基部分的基礎(chǔ)變形小,導(dǎo)致與巖石相鄰的土層的承載力發(fā)揮不出來,使基礎(chǔ)在土巖交界處形成應(yīng)力集中,因此需要在土層和巖層頂面設(shè)置一層褥墊層,以減小土巖之間的沉降差褥墊法是通過在土巖地基上方設(shè)置一定厚度散體墊層,基礎(chǔ)設(shè)置在在墊層,通過墊層的壓縮和過渡使基礎(chǔ)變形和受力得到過渡,避免基礎(chǔ)在交界處形成大轉(zhuǎn)角。褥墊層不能提高土層的承載力,因此褥墊法一般用在土層承載力能夠滿足要求的場地。褥墊可采用爐渣、中砂、粗砂、土夾石或粘性土等材料,其厚度應(yīng)能達(dá)到能夠使地基變形平順過渡的要求,一般取300至500mm。褥墊法多用于房屋為單層排架結(jié)構(gòu)或一、二層砌體承重結(jié)構(gòu),土層的地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值一般大于應(yīng)150KPa的土巖組合地基。其夯填度應(yīng)根據(jù)試驗確定,夯填度為褥墊夯實后的厚度與虛鋪厚度的比值。
(2)設(shè)置沉降縫
對于土層厚度差異很大的土巖組合地基,尤其是地基壓縮量相差較大的位置,在建筑物上設(shè)置沉降縫是常用的處理措施。沉降縫的設(shè)置宜結(jié)合建筑物的平面形狀、地基土質(zhì)、基礎(chǔ)類型及荷載條件等設(shè)置沉降縫,一般在下列部位設(shè)置:①建筑平面的轉(zhuǎn)折部位;②高度差異或荷載差異處;③長高比過大的砌體承重結(jié)構(gòu)或鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的適當(dāng)部位;④建筑結(jié)構(gòu)或基礎(chǔ)類型不同處;⑤分期建造的房屋的交界處。沉降縫應(yīng)有足夠的寬度,房屋層數(shù)為2至3層時,沉降縫寬度為50~80mm,房屋層數(shù)為4至5層時,沉降縫寬度為80~120mm,房屋層數(shù)為5層以上時,沉降縫寬度不小于120mm,在特殊情況下可適當(dāng)加寬。
(3)后澆帶法
處理土巖地基不均勻沉降的后澆帶法是在高低層相連處設(shè)置的,具體做法是:先把高層主樓與低層裙房分開施工,從基礎(chǔ)到裙房屋頂各構(gòu)件的鋼筋均斷開,在建筑沉降穩(wěn)定后,將各構(gòu)件斷開處澆混凝土聯(lián)系起來,灌后澆帶之前需把斷開的鋼筋焊接起來。采用后澆帶法一般還會采用以下方法減少高層主樓和低層裙房的沉降差:①調(diào)整主樓基底和裙房基底的壓力差,降低主樓和裙樓的沉降差,如:主樓用整片基礎(chǔ),如箱形基礎(chǔ)或片筏基礎(chǔ),減小土壓力,裙樓用條形基礎(chǔ)及獨立柱基加大土壓力。②較準(zhǔn)確地算出主樓與裙樓的沉降值,調(diào)整沉降差使沉降后期兩者沉降相近。后澆帶法通過先施工主樓,待主樓封頂后,再施工裙樓,待沉降基本穩(wěn)定后,再澆灌后澆帶,連為整體的方法,把高層主樓和低層裙房連成整體。采用后澆帶法可避免設(shè)置沉降縫帶來建筑使用功能和防水上的問題。后澆帶一般設(shè)在裙房一側(cè),寬度不小于500mm。
(4)其他措施
在土巖組合地基,采用一些建筑設(shè)計手段和施工措施也可降低建筑因地基不均而帶來的不均勻沉降問題,例如,在選用建筑平面時,力求平面簡單,體型均勻?qū)ΨQ,而平面復(fù)雜的建筑如L形及T形等的交叉處,基礎(chǔ)密集,地基中附加應(yīng)力相互重盈,容易產(chǎn)生不均勻沉降。增加結(jié)構(gòu)的整體剛度也是處理問題的方法之一,在不均勻場地,特別是碰到軟土地基時應(yīng)適當(dāng)增加其關(guān)鍵部位的抗拉強(qiáng)度,這樣有利于利用建筑物的剛度來調(diào)整建筑物的部分不均勻沉降。在不均勻場地進(jìn)行建筑設(shè)什時,應(yīng)注意相鄰建筑物的相互影響,并盡量采用對不均勻沉降不敏感的結(jié)構(gòu)。當(dāng)建筑物有高差時,只要有可能,就應(yīng)先施工重的部分,這樣便可利用施工程序的時差,讓沉降大的部分先沉降一部分,這樣便可有效地減少不均勻沉降。
三、處理方案設(shè)計
對于土巖組合地基,可用的方法很多,設(shè)計中應(yīng)根據(jù)工程的實際情況,綜合應(yīng)用上述方法,可使地基承載力和不均勻沉降均能控制在允許范圍內(nèi),達(dá)到最佳技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。例如某鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)7層建筑,建筑面積6300m2,基礎(chǔ)為人工挖孔樁基礎(chǔ),持力層為灰?guī)r。開挖后發(fā)現(xiàn)少數(shù)孔樁的樁端處70%為巖石,30%為粘土。現(xiàn)場處理措施是將粘土部分挖去后回填混凝土并夯實,該建筑竣工多年來使用正常。而某單層工業(yè)廠房,建筑面積1200m2,采用柱下獨立基礎(chǔ),持力層為硬塑狀粘土。開挖至設(shè)計標(biāo)高后局部見石筍出露,大部分為硬塑狀粘土,勘察資料反映其承載力特征值為260kPa。由于粘土層的地基承載力滿足要求,因此現(xiàn)場處理措施是將石筍打掉,挖去粘土并回填等厚的砂褥墊層,分層夯實后澆筑基礎(chǔ),該方案也取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。
第九章軟土地基不均勻沉降對策研究近年來我國建筑蓬勃發(fā)展,技術(shù)上也是不斷改善,尤其是在改善軟土地基的技術(shù)上有較為突出的改進(jìn)。一、建筑設(shè)計方面(1)根據(jù)建筑實踐經(jīng)驗,當(dāng)基礎(chǔ)沉降量大于120mm時建筑物的長高比不宜大于2.5,另外合理布置縱橫墻是增強(qiáng)建筑物剛度的重要措施之一,縱橫墻布置時磚石承重結(jié)構(gòu)的縱橫墻應(yīng)盡量貫通,橫墻間距適當(dāng),一般不大于建筑物寬度的1.5倍為妥,縱橫墻最好不轉(zhuǎn)折或少轉(zhuǎn)折,可提高建筑物的整體性。(2)設(shè)置沉降縫。用沉降縫將建筑物從屋面到基礎(chǔ)分割成若干個獨立的沉降單元,則使得建筑物的平面變得簡單、長高比減小,從而有效減輕地基的不均勻沉降。因而考慮在對平面圖形復(fù)雜的轉(zhuǎn)折處;層高高差處或荷載顯著不同的部位;在地基土的壓縮性有顯著不同處或在地基處理方法不同處及分期建筑的交接處設(shè)置沉降縫。沉降縫應(yīng)有足夠?qū)挾?,縫內(nèi)一般不填充材料,以便充分發(fā)揮其作用。(3)考慮相鄰建筑物的影響。建筑物荷載不僅使建筑物地基土產(chǎn)生壓縮變形,而且由于基底壓力擴(kuò)散的影響,在相鄰范圍內(nèi)的土層,也將產(chǎn)生壓縮變形;這種變形隨著相鄰建筑物距離的增加而逐漸減少,由干軟弱地基的壓縮性很高,當(dāng)兩建筑物之間距離較近時,常常造成鄰近建筑的傾斜或損壞。為此應(yīng)使建筑物之間相隔一定距離,距離應(yīng)滿足規(guī)范要求。(4)建筑物標(biāo)高的控制與調(diào)整。確定建筑物各部分的標(biāo)高,應(yīng)考慮沉降引起的變化。根據(jù)具體情況,可采取相應(yīng)的措施。例如室內(nèi)地坪,應(yīng)根據(jù)預(yù)估的沉降量預(yù)以提高;建筑物各部分(設(shè)備之間)有聯(lián)系時,可將沉降量大者的的標(biāo)高適當(dāng)提高;建筑物與設(shè)備之間,應(yīng)留有足夠的凈空;當(dāng)建筑物有管道通過時,管道上方應(yīng)預(yù)留足夠尺寸的空洞,或采用柔性的管道接頭。二、結(jié)構(gòu)設(shè)計方面措施。(1)增強(qiáng)建筑物的剛度和強(qiáng)度。如前所述,控制建筑物的長高比和適當(dāng)加密橫墻可增加建筑物的剛度和整體性。此外從結(jié)構(gòu)處理上應(yīng)在砌體中設(shè)置圈梁能增強(qiáng)建筑物的整體性,即使建筑物有較大的沉降,也不致產(chǎn)生過大的撓曲變形,它在一定程度上能防止或減少裂縫的出現(xiàn),即使出現(xiàn)了裂縫也能阻止裂縫的發(fā)展。多層住宅的屋面板必須一律采用現(xiàn)澆鋼筋砼結(jié)構(gòu),多層建筑的基礎(chǔ)及主體結(jié)構(gòu)必須用商品砼澆搗。(2)減輕或調(diào)整建筑物的荷載。盡量采用自重輕的結(jié)構(gòu)形式如采用輕鋼結(jié)構(gòu)、預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)以及輕型屋面等;對于磚石承重的房屋,墻身重量所占總荷載的比重較大,約55%~65%,故宜選用空心磚、輕質(zhì)混凝土墻板等輕質(zhì)墻體材料。設(shè)置地下室或半地下室也是減少建筑物沉降的有效措施,通過挖除的土重能抵消一部分作用在地基上的附加壓力,從而減少建筑物的沉降;有時,也可通過在建筑物的重、高部分下設(shè)置地下室或半地下室以調(diào)整建筑物各部分的沉降差異。(3)上部結(jié)構(gòu)采用靜定結(jié)構(gòu)體系。當(dāng)發(fā)生不均勻沉降時,在靜定結(jié)構(gòu)體系中,構(gòu)件不致引起很大的附加應(yīng)力,故在軟弱地基上的公共建筑物、單層工業(yè)廠房、倉庫等,可考慮采用靜定結(jié)構(gòu)體系,以減輕不均勻沉降產(chǎn)生的不利后果。三、地基和基礎(chǔ)設(shè)計方面措施。(1)地基基礎(chǔ)設(shè)計應(yīng)以控制變形值為主,設(shè)計單位必須進(jìn)行基礎(chǔ)最終沉降量和偏心距離的驗算?;A(chǔ)最終沉降量應(yīng)當(dāng)控制在規(guī)定的限值以內(nèi)。在建筑物體形復(fù)雜,縱向剛度較差時,基礎(chǔ)的最終沉降量必須在15MM以內(nèi),偏心距應(yīng)當(dāng)控制在15‰以內(nèi)。(2)對于3-6層民用建筑基礎(chǔ)設(shè)計時可采用薄筏基礎(chǔ),上部結(jié)構(gòu)采用輕型結(jié)構(gòu),利用軟土上部的“硬殼”層作為基礎(chǔ)的持力層,可減少施工期間對軟土的擾動。(3)當(dāng)天然地基不能滿足建筑物沉降變形控制要求的,必須采取技術(shù)措施。例如可采用打預(yù)制鋼筋砼短樁、砂井真空預(yù)壓、深層攪拌樁、新型碎石樁等方法進(jìn)行技術(shù)處理。(4)基礎(chǔ)設(shè)計時應(yīng)有意識的加強(qiáng)基礎(chǔ)的剛度和強(qiáng)度?;A(chǔ)在建筑物的最下面,對建筑物的整體剛度影響很大,特別是當(dāng)建筑物產(chǎn)生正向撓曲時,受拉區(qū)在其下部,因而必須保證基礎(chǔ)有足夠的剛度和強(qiáng)度。為此應(yīng)根據(jù)地基軟弱程度和上部結(jié)構(gòu)的不同情況,可采用鋼筋混凝土十字交叉條形基礎(chǔ)或筏形基礎(chǔ)、肋筏基礎(chǔ),有時甚至采用箱形基礎(chǔ),采用這類基礎(chǔ)形式,可被消除基礎(chǔ)的撓曲變形。(5)同一建筑物盡量采用同一類型的基礎(chǔ)并理置于同一土層中,當(dāng)采用不同的基礎(chǔ)形式時上部結(jié)構(gòu)必須斷開,尤其是地震區(qū),因為地震中軟土上各類地基的附加下沉量是不同的。四、從施工入手,切實提高施工質(zhì)量(1)砂漿的品種、強(qiáng)度等級必須符合設(shè)計要求。影響砂漿強(qiáng)度的因素是計量不準(zhǔn),原材料質(zhì)量不合格;塑化材料(如石灰膏)的稠度不準(zhǔn)而影響到滲入量;砂漿試塊的制作和養(yǎng)護(hù)方法不當(dāng)。解決的辦法是:加強(qiáng)原材料的進(jìn)場驗收,嚴(yán)禁將不合格的材料用于建筑工程上。對計量器具進(jìn)行檢測,并對計量工作派專人監(jiān)控;將石灰膏調(diào)成標(biāo)準(zhǔn)稠度后稱量,或測出其實際稠度后進(jìn)行換算。(2)磚的品種,強(qiáng)度必須符合設(shè)計要求,砌體組砌形式一定要根據(jù)所砌部位的受力性質(zhì)和磚的規(guī)格來確定。一般采用一順一丁,上下順磚錯縫的砌筑法,以大大提高砌筑墻體的整體性,當(dāng)利用半磚時,應(yīng)將半磚分散砌于墻中,同時也要滿足搭接1/4磚長的要求。(3)正確設(shè)置拉結(jié)筋。磚墻砌筑前,應(yīng)事先按標(biāo)準(zhǔn)加工好拉結(jié)筋,省得工人穩(wěn)來亂拿鋼筋;使用前地操作工人進(jìn)行技術(shù)交底;一般拉結(jié)筋按三個0.5M,即埋入墻內(nèi)0.5M,伸出墻外0.5M,上下間距0.5M.抗震構(gòu)造柱埋入長1M.半磚墻放1根,一磚墻放2根,考慮到水平灰縫為8-12MM,為保證水平灰縫飽滿度,拉結(jié)筋選用Φ6.5MM.(4)不準(zhǔn)任意留直槎甚至陰槎,構(gòu)造柱馬牙槎不標(biāo)準(zhǔn),將直接影響到墻體整體性和抗震性。為此要加強(qiáng)對操作工人的教育,不能圖省事影響質(zhì)量;為保證構(gòu)造柱馬牙槎高度;不宜超過標(biāo)準(zhǔn)磚五皮,多孔磚三皮;轉(zhuǎn)角及抗震設(shè)防地區(qū)臨時間斷處不得留直槎;嚴(yán)禁在任何情況下留陰槎。(5)加強(qiáng)建筑物的沉降檢測。施工期間,施工單位必須按設(shè)計要求及規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)埋設(shè)專用水準(zhǔn)點和沉降觀測點。主體結(jié)構(gòu)施工階段,每結(jié)構(gòu)層沉降觀測不少于一次;主體結(jié)構(gòu)封頂后,沉降觀測2個月不少于一次。監(jiān)理單位必須進(jìn)行檢查復(fù)測,并將資料列人工程質(zhì)量評估內(nèi)容。第十章地基對建筑物的破壞原因與控制措施地基在建筑物中起到舉足輕重的作用,地基的好壞與建筑物的安危有著密切的關(guān)系,地基的事故一旦發(fā)生,就很難進(jìn)行補(bǔ)救,因此必須對地基給予足夠的重視,也應(yīng)該清楚地基對建筑物破壞的原因。通過從地基承載力、地基沉降、土坡失穩(wěn)等方面分析地基是如何破壞建筑物的,并且提出一些有實際意義的控制方法。一、概述
任何建筑物都是建在地層上,建筑物的全部荷載都是由它下面的地層來承擔(dān),建筑物向地基傳遞荷載的下部結(jié)構(gòu)部分稱為基礎(chǔ);而受建筑物影響的那一部分地層則稱為地基。地基可以分為兩大類,開挖后可以直接修筑基礎(chǔ)的地基,稱為天然地基;那些不能滿足要求而需要事先開挖處理的地基,稱為人工地基。地基的功能決定了地基在設(shè)計和施工中必須滿足以下三個基本要求:
1.強(qiáng)度要求。通過基礎(chǔ)而作用在地基上的荷載不能超過地基的承載力,才能保證地基不因地基土中的剪應(yīng)力超過地基土的強(qiáng)度而破壞,而且還應(yīng)有足夠的安全儲備。
2.變形要求?;A(chǔ)的設(shè)計還應(yīng)該保證基礎(chǔ)沉降或其他特征變形不超過建筑物的允許值,才能保證上部結(jié)構(gòu)不因沉降或其他特征變形過大而受損或影響建筑物正常的使用。
3.其他要求。地基除了滿足上面的要求外,還應(yīng)滿足基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度、和耐久性要求。二、地基對建筑物破壞的影響1.地基承載力。當(dāng)?shù)鼗试S承載力大于建筑物對地基的壓應(yīng)力時,地基工作是安全的、正常的,在建筑物荷載的作用下是不會遭受破壞。然而,當(dāng)建筑物產(chǎn)生的壓應(yīng)力大于地基允許承載力時,在地基四周的地面會出現(xiàn)隆起,地基土體甚至?xí)鼗瑒用骈_始滑移,這時地基已經(jīng)發(fā)生了整體剪切破壞,會造成建筑物傾斜或倒塌。因此,在建筑基礎(chǔ)設(shè)計中,必須認(rèn)真考慮地基承載力這一問題。影響地基承載力的因素有:(1)地基承載力與土顆粒間的內(nèi)聚力有關(guān),因此,粘性土的承載能力較大,粘性土顆粒間吸附力較強(qiáng)。(2)地基承載力與土的含水量有關(guān),當(dāng)土中含水量過大時,土體的內(nèi)聚力就會被破壞,土顆粒間的摩擦力減少。(3)地基承載力與土顆粒間摩擦阻力有關(guān),土體越密實,級配越合理,土顆粒越大,顆粒表面越粗糙,形狀越不規(guī)則,摩擦阻力越大,因此,土的承載力越大。
2.地基沉降。引起基礎(chǔ)沉降的原因很多,主要是地基土的可壓縮性。土體在外部壓力作用下,土顆粒和水自身壓縮量是很微小的,地基土真正被壓縮的原因是在外力作用下土體中的孔隙被壓縮和孔隙中的水被擠出。如果地基的沉降量不滿足規(guī)范的要求,會造成建筑物整體下沉或傾斜甚至倒塌。
3.土坡失穩(wěn)。土坡失穩(wěn)是指土坡在一定范圍內(nèi)整體地沿某一滑動面向下和向外移動而喪失其原來的穩(wěn)定性,即改變了原來的平衡狀態(tài)。影響土坡失穩(wěn)的原因有:(1)內(nèi)部因素。a.土坡土質(zhì):由于各種土質(zhì)的抗水能力、抗剪強(qiáng)度是不一樣的,如鈣質(zhì)或石膏質(zhì)膠結(jié)的土、濕陷性黃土等,這種土遇水后會慢慢軟化,土體的強(qiáng)度降低很多。b.土坡外形:突肚形的斜坡由于重力作用,比上陡下緩的凹形坡易于下滑;粘性土有粘聚力,當(dāng)土坡不高時是穩(wěn)定的,但隨氣候和時間的變化,也會逐漸塌落。c.土坡結(jié)構(gòu):如在斜坡上堆有較厚較重的土層,并且當(dāng)下層土不透水時,容易在交界上發(fā)生滑動。(2)外部因素。a.人為影響:不合理的施工開挖,如開挖坡腳;開挖基坑、溝渠、道路邊坡時將棄土堆在坡頂附近;在斜坡上建房或堆放重物時,都可引起斜坡變形破壞而產(chǎn)生滑坡。b.振動的作用:對于砂土,在地震的反復(fù)作用下,砂土極易發(fā)生液化;對于粘性土,振動時易使土的結(jié)構(gòu)破壞,從而降低土的抗剪強(qiáng)度;而在斜坡附近施工打樁或爆破,由于振動也可使鄰近土坡失穩(wěn)或滑坡。c.降水或地下水的作用:持續(xù)的降雨或地下水滲入土層中時,土中含水量就會增高,土中易溶鹽溶解,土質(zhì)變軟,土的強(qiáng)度會降低,會導(dǎo)致滑坡的產(chǎn)生。
三、預(yù)防措施
地基基礎(chǔ)缺陷的處理應(yīng)綜合考慮下列因素:一是地基基礎(chǔ)缺陷的種類及其對建筑物使、用、安全、耐久性等方面的影響;二是上部結(jié)構(gòu)的整體性、安全度、使用要求等具體情況對地基基礎(chǔ)變形的適應(yīng)性;三是地基基礎(chǔ)變形、結(jié)構(gòu)變形的數(shù)值,發(fā)展速度和趨勢;四是地基基礎(chǔ)缺陷和加固上部結(jié)構(gòu)的可能性和經(jīng)濟(jì)性。
地基基礎(chǔ)缺陷處理的一般原則如下:當(dāng)?shù)鼗A(chǔ)的變形已經(jīng)趨于穩(wěn)定時,一般可不作地基或基礎(chǔ)的加固。當(dāng)?shù)鼗痪鶆虺两瞪形蹿呌诜€(wěn)定時,一般考慮“等待沉降穩(wěn)定”、“加速沉降穩(wěn)定”和“制止沉降”三種方法處理。
地基基礎(chǔ)處理的措施有:對上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行維護(hù);對上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固或減荷,基礎(chǔ)加固、地基加固。上述幾種措施有時不單獨采用,有時需多種措施綜合采用。這些措施的選擇,往往需要對上部結(jié)構(gòu)和地基基礎(chǔ)作全面的考慮,提出不同的方案,進(jìn)行經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上的比較,從而選擇合理的方案。必要時還應(yīng)對缺陷形成的原因及現(xiàn)實,從使用和維護(hù)上采取相應(yīng)的防范措施。
1.提高地基承載力。(1)換填墊層法:換填墊層法的加固原理是根據(jù)土中附加應(yīng)力的分布規(guī)律,讓墊層承受上部較大的應(yīng)力,通過抗散作用使傳到墊層下面軟土層的應(yīng)力減小,從而提高地基承載力,滿足設(shè)計對地基的要求。(2)排水固結(jié)法:對于天然地基,該法是先在地基中設(shè)置砂井或塑料排水體,然后利用建筑物本身的重量將地基中的水逐漸排除;也可以在建筑物建造之前,在場地先加載預(yù)壓,使土體中空隙水排出,逐漸固結(jié),從而加速地基土的抗剪強(qiáng)度的增長,提高地基的承載力(3)強(qiáng)夯法:在重復(fù)強(qiáng)夯的作用下,施加于土體的夯擊能迫使土體結(jié)構(gòu)破壞,空隙水壓力上升,使空隙水中的氣體逐漸受到壓縮,從而使土體的抗剪強(qiáng)度得到提高。(4)CFG樁復(fù)合地基:CFG樁復(fù)合地基能夠改善土體的特性,改善地基的變形特性,減小在荷載作用下可能發(fā)生的沉降和不均勻沉降,并且CFG樁復(fù)合地基技術(shù)較充分地發(fā)揮了樁間土的承載能力,達(dá)到提高地基承載力的目的。
2.減少地基沉降量。(1)基礎(chǔ)措施:應(yīng)從基礎(chǔ)的剛度、強(qiáng)度與建筑物的剛度、強(qiáng)度相適應(yīng)來選擇基礎(chǔ)方案;同一建筑物宜采用同一種基礎(chǔ)形式,并取相同的埋深,持力層也相同;調(diào)整基底壓力以調(diào)整地基沉降;根據(jù)計算有意識地通過調(diào)整基礎(chǔ)面積大小以達(dá)到調(diào)整基底壓力使地基沉降均勻。(2)地基措施:在軟土地區(qū),充分利用硬殼層做淺基持力層,采用“寬基淺埋”方案,利用硬殼層的應(yīng)力擴(kuò)散作用達(dá)到減少附加應(yīng)力,以達(dá)到減少沉降的目的;優(yōu)先考慮淺層處理方案,然后再考慮深層處理或深基礎(chǔ)方案;地基處理方法有:強(qiáng)夯置換、換填墊層、排水固結(jié)等幾種,它們都能達(dá)到減少土體沉降的目的。
3.提高土坡穩(wěn)定性。(1)施工措施:選擇適當(dāng)?shù)倪吰聰嗝?,采取合理的施工方法。?)支檔措施:選用重力式抗滑擋土墻、阻滑樁及其它抗滑結(jié)構(gòu),以阻擋滑坡的產(chǎn)生。(3)排水措施:應(yīng)設(shè)置排水溝以防止地面水進(jìn)人滑坡地段,必要時還應(yīng)采取防滲措施。在地下水影響較大的情況下,應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件,做好地下排水工程。(4)反壓措施:在阻止滑體滑動的區(qū)域增加豎向荷載以增大滑體的下滑阻力。
四、結(jié)論
綜上所述,在建筑工程中由于地基不良導(dǎo)致建筑物沉降甚至倒塌的事故很多。因此,在實際的工程中應(yīng)重視和加強(qiáng)對不良地基的處理,應(yīng)根據(jù)不同建建筑物、不同的地理環(huán)境、不同的土質(zhì)采用不同的方法進(jìn)行地基處理,從而使地基承載效果達(dá)到最佳,為建筑物提供安全的保障。
1.當(dāng)建筑物的重量較大或是地基處于軟弱土層時,一般的地基難于滿足承載力要求,可以采用換填墊層、排水固結(jié)、強(qiáng)夯、CFG樁復(fù)合地基來提高地基承載力。
2.當(dāng)建筑物重量較大或是地基處于軟弱土層時,地基的沉降量會很大,可以從基礎(chǔ)的剛度、強(qiáng)度與建筑物整體剛度、強(qiáng)度、充分利用硬殼層、軟土地基加固、相鄰建筑物基礎(chǔ)的處理等措施來減少地基沉降量。
3當(dāng)建筑物附近的土坡出現(xiàn)失穩(wěn)滑動時,可以通過采用施工、支擋、排水、反壓等措施來提高土坡的穩(wěn)定性。
第十一章軟土地基對基礎(chǔ)處理的影響近幾年,經(jīng)濟(jì)的發(fā)展帶動了電力建設(shè)迅速發(fā)展,同時由于國家“西電東送”工程的實施,蘇北沿海地區(qū)新建了若干輸變電工程。由于該地區(qū)地質(zhì)分布有含水量大、壓縮性
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