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地基处理案例分析资料

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  地基处理案例分析资料_建筑/土木_工程科技_专业资料。软土地基处理方法 软土是淤泥和淤泥质土的总称。主要是由天然含水量大、压缩性高、承载能力低的淤泥沉积物及少量腐殖质所组成的土。软土 是指滨海、湖沼、谷地、河滩沉积的天然含水量高、孔隙 比大、压缩性高、抗

  软土地基处理方法 软土是淤泥和淤泥质土的总称。主要是由天然含水量大、压缩性高、承载能力低的淤泥沉积物及少量腐殖质所组成的土。软土 是指滨海、湖沼、谷地、河滩沉积的天然含水量高、孔隙 比大、压缩性高、抗剪强度低的细粒土。具有天然含水量高、天 然孔隙 比大、压缩性高、抗剪强度低、固结系数小、固结时间长、灵敏度高、扰动性大、透水性差、土层层状分布复杂、各层之间物 理 力学性质相差较大等特点。目前,软土地基处理的方法有预压法、换填法、强夯法和强夯置换法、砂石桩法、水泥土搅拌法及其他 地基处理法。本文着重介绍各个方法的施工工艺及流程,然后对于相同地质条件的软土地基提出相应的处理措施,剖析地基处理的 重点,最后根据处理结果选择合适的处理方案。 工程概况及初步分析 某地区建筑场地拟建二层框架结构房屋,建筑平面,室外标高为 8.4m(±0.000),根据地质资料,现有场地标高为 1.64m, 需填土 6.76m,土层依次如下:第一层为素填土,厚度 0.5m;第二层为淤泥,厚度为 11.4m,为高压缩性土,压缩模量 Es=1.73MPa, 固结系数 Ch=Cv=1.0x10-3c ㎡/s;第三层为粉质黏土夹碎石,厚度为 4.6m,为中压缩性土,压缩模量 Es=4.96MPa;第四层为淤泥 质黏土,厚度为 2.5m,压缩模量 Es=1.85MPa;第五层为粉质黏土,厚度为 5.4m,压缩模量 Es=4.3MPa;第六层为淤泥质黏土,厚 度为 3.2m,压缩模量 Es=1.85MPa;第七层为粗角砾土,厚度为 2.2m,压缩模量 Es=10MPa;第八层为粉质黏土,厚度为 12.9m, 压缩模量 Es=4.8MPa.按《建筑地基基础设计规范》,对于高压缩性土地基,框架结构相邻柱基沉降差为 0.003L(L 为相邻柱距), 经过初步估算,柱底内力标准值分别约为 600KN 和 1000KN,柱距 6 米,容许的沉降差为 18mm. 在施工主体结构基础前期,由于场地需要回填土而且较厚,在回填施工时期,回填土属于外加荷载,此时按荷载考虑计算场地 的沉降,总沉降量达到 1316.34mm.各层沉降量为:第一层淤泥沉降量为 946.9mm,占总沉降量的 71.9%;第二层淤泥沉降量为 131.6mm,占总沉降量的 10.0%;第三层淤泥沉降量为 189.4mm,占总沉降量的 14.4%;第四层淤泥沉降量为 48.4mm,占总沉降量 的 3.7%.此过程为固结排水沉降过程,随时间的发展场地土趋于稳定。在沉降基本完成时,进行主体结构基础施工,此时场地土体 性质发生变化,此时各层土的承载力和压缩模量均会有所增加,假设均比原来土体增加 1.1 倍。此时按回填土承载力特征值 fak=100Kpa,估算 C 轴交 5 轴及 6 轴柱基础 A、B 大小,分别为 2m×3m 和 4.0m×4.0m,柱基 A 总沉降量为 55.24mm,占回填土 沉降量的 4.2%,柱基 B 总沉降量为 71.34mm,占回填土沉降量的 5.4%,沉降差 16.1mm,小于规范容许值 18mm.从以上分析可以 看出,在未进行任何地基处理的情况下,前期沉降占绝大部分,而后期采用独立扩展基础已能满足承载力且无软弱下卧层和变形要 求。因此,地基处理的重点在于加速固结排水过程,减少回填土引起的沉降。 1 地基处理措施 1.1 选择合适的处理措施 目前,软土地基处理的方法有换填法、预压法、强夯法和强夯置换法、砂石桩法、水泥土搅拌法、 高压旋喷桩法、桩基法及其他地基处理法。 换填垫层法是挖除软弱地基土,采用砂石、粉质粘土、灰土、粉煤灰、矿渣等材料进行换填作为垫层的一种地基处理方法,通 过换填软弱地基土的变形变成垫层地基的变形,因此能够减少地基的沉降。本工程软弱地基土层埋深 0.5m,层厚 11.4m,首先需要 挖除 9725.9m3,回填土需要 9725.9m3.可见挖土及回填方量相当大,从经济上考虑该方法不适用于该工程软弱地基处理。 堆载预压法是解决淤泥软粘土地基沉降和稳定问题有效措施,堆载预压分塑料排水带活砂井地基堆载预压和天然地基堆载预 压。通常,当软土层厚度小于 4.0m 时,可采用天然地基堆载预压法处理,当软土层厚度超过 4.0m 时,为加速预压过程,应采用塑 料排水带、砂井等竖井排水预压法处理地基。本工程淤泥层厚度为 11.4m,适合用排水预压法。 强夯法适用于处理碎石土、砂土、低饱和度的粉土与粘性土、湿陷性黄土、素填土和杂填土等地基,而强夯置换法适用于高饱 和度的粉土与软塑~流塑的粘性土等地基上对变形控制要求不严的工程。此两种方法都采用夯击的方法进行地基加固,因此都有一 定的加固深度,本工程软弱土层为淤泥层,该土性质不适用夯击方法加固,而且土层深度较深。 砂石桩法适用于挤密松散砂土、粉土、粘性土、素填土、杂填土等地基,本工程软弱土层为欠固结土层,在回填土回填至设计 标高时,土层在附加应力作用下进行排水固结,土层压缩,因此不适用。 水泥搅拌法分为深层搅拌法和粉体喷搅法,水泥土搅拌法适用于处理正常固结的淤泥与淤泥质土、粉土、饱和黄土、素填土、 粘性土以及无流动地下水的饱和松散砂土等地基。当地基土的天然含水量小于 30%、大于 70%或地下水的 PH 值小于 4 时不宜采用 干法。 因此本工程合适的地基处理方法可选用堆载预压法。 软土地基常见五种处理方法 鉴于淤泥软土地基承载力低,压缩性大,透水性差,不易满足水工建筑物地基设计要求,故需进行处理,下面介绍淤泥软土地基五 种处理方法。 1、桩基法 当淤土层较厚,难以大面积进行深处理,可采用打桩办法进行加固处理。而桩基础技术多种多样,早期多采用水泥土搅拌桩、砂石 桩、木桩,目前很少使用,一是水泥土搅拌桩水灰比、输浆量和搅拌次数等控制管理自动化系统未健全,设备陈旧,技术落后,存 在搅拌均匀性差及成桩质量不稳定问题;二是砂石桩用以加固较深淤泥软土地基,由于存在工期长,工后变形大等问题,已不再用 作对变形有要求的建筑地基处理;三是民用建筑已禁用木桩基础。 钢筋混凝土预制桩(钢筋混凝土桩和预应力管桩)目前由于具有较强承载力,投资省,质量有保证,施工速度快等特点,得到普遍 运用,如本人设计龙海市角美镇金山水闸,其地质条件覆盖一层 10m 以上厚的淤泥土层,地基处理采用边长为 250mm 钢筋混凝土预 制方桩,挤密淤土层并靠摩擦承载,钢筋混凝土预制桩还具有抗水闸水压力产生水平荷载,达到水平稳定作用。 淤土层较厚地基处理还可以采用灌注桩,打灌注桩至硬土层,作承载台,灌注桩有沉管灌注桩和冲钻孔灌注桩,但两种方法灌注桩 还存在一些技术难题,一是沉管灌注桩在深厚软土中存在桩身完整性问题;二是冲钻孔灌注桩存在泥浆污染问题,桩身混凝土灌注 质量,桩底沉渣清理和持力层判断不易监控等问题。福建省龙海市发生几起灌注桩基础民用建筑不均匀沉陷,导致墙体裂缝事件, 是由于施工中存在上述技术问题造成。 2、换土法 当淤土层厚度较簿时,也可采用淤土层换填砂壤土、灰土、粗砂、水泥土及采用沉井基础等办法进行地基处理,鉴于换砂不利于防 渗,且工程造价较高,一般应就地取材,以换填泥土为宜。换土法要回填有较好压密特性土进行压实或夯实,形成良好的持力层, 从而改变地基承载力特性,提高抗变形和稳定能力,施工时应注意坑边稳定,保证填料质量,填料应分层夯实。 3、灌浆法 是利用气压、液压或电化学原理将能够固化的某些浆液注入地基介质中或建筑物与地基的缝隙部位。灌浆浆液可以是水泥浆、水泥 砂浆、粘土水泥浆、粘土浆及各种化学浆材如聚氨酯类、木质素类、硅酸盐类等。灌浆法对加固淤泥软土地基具有明显效果,如福 建省龙海市角美壶屿港水闸由于淤泥软基不均匀,沉陷闸基沉降最大达到 0.63m,加固时采用单管高压旋喷灌浆处理,每个闸墩上、 下游侧和中间各设 5 个灌浆孔,沿闸墩轴线两侧布孔,灌注水泥浆,成桩直径 0.5m,伸入闸基础 10.5m,采用灌浆压力为 20MPa, 经过处理后闸基沉降基本得到控制。高压旋喷灌浆处理原理是通过在闸基中高压旋喷灌浆形成水泥土摩擦桩,提高闸基承载力,达 到控制沉降的目的。另一种对淤泥软土地基闸室淘空处理通常应通过水闸上游防渗如设置水平铺盖或垂直防渗控制闸基渗流,然后 再对闸室进行灌浆处理, 如厦门市石浔水闸由于闸基渗流造成闸室底板多个部位被淘空, 加固时先在闸室上游侧采用帷幕灌浆防渗, 灌浆帷幕布设在闸墩上游侧 1.0m 处,孔距 0.5m,灌注水泥浆,孔深 5.0m,灌浆压力 10MPa。然后对闸室淘空部位采用钻孔灌浆处 理,先灌细砂,不吃砂后,再灌水泥砂浆,最后灌水泥浆,水闸除险加固后效果显著。 4、排水固结法 排水固结法是解决淤泥软粘土地基沉降和稳定问题有效措施,由排水系统和加压系统两部分组合而成。排水系统是在地基中设置排 水体,利用地层本身的透水性由排水体集中排水的结构体系,根据排水体的不同可分为砂井排水和塑料排水带排水两种。下面介绍 效益较高塑料排水板处理淤泥软基方法,插入软基排水板,当填筑基础及上部建筑物时,荷载作用软基,地下水由于受挤压和毛细 作用沿塑料排水板上升至砂垫层内,由砂层向两侧排出,从而提高基底承载力,塑料排水板要在砂垫层完成后施工,由测量人员测 量出需处理范围,标出每根排水板具体位置,插板机对中调平,把排水板在钻头安放好,开动打桩机锤打钻杆,将地面上塑料排水 板截断,并留有一定富余长度,在塑料排水板四周填砂后即完成本根施工。 5、加筋法 加筋土是将抗拉能力很强土工合成材料埋置于土层中,利用土颗粒位移与拉筋产生摩擦力,使土与加筋材料形成整体,减少整体变 形和增强整体稳定。福建省福清过桥山围垦工程采用打设塑料排水板,以加速淤泥层排水固结,提高地基强度,又采用砂垫层中铺 设土工织物,由于土工织物受拉作用,调整了基底应力分布,地基侧向位移和沉降却相应减少,地基稳定性就大大提高。 粉煤灰地层常用处理方法 粉喷桩是以水泥等粉体作为固化材料,用压缩空气输送到软弱土层中,通过钻头再原位进行强制搅拌,形成土与水泥等搅拌掺加料 的混合物,并具有整体性、水稳定性和一定强度的柱状加固体,从而加固了地基,是一种有效的软土地基加固方法。 强夯法是众多地基处理手段中的一种,可分为强夯法和强夯置换法两种。强夯法适用于处理碎石土、砂土、低饱和度的粉土与粘性 土、湿陷性黄土和杂填土等地基;强夯置换法适用于高饱和度的粉土与软塑 -流塑的粘性土等地基上对变形控制要求不严的工程。 强夯加固作用与土层在被处理过程中的三种不同机理有关。加密作用,以空气和气体的排出为特征;固结作用,以孔隙水的排出为 特征;预加变形作用,以各种颗粒成分在结构上的重新排列和颗粒结构与形态的改变为特征。 灌浆法 案例分析 2:湿陷性黄土地基处理方法 (1)强夯法 垫层法 (动力置换原理) 挤密法 (动力密实、动力固结原理) 强夯法最好,该地区位于郊区,周围无任何建筑物和管线,采用强夯法不会对周围环境造成影响,而且这种方法施工便利、经济, 被广泛采用) (2)桩基础法 (价格昂贵) 桩基础既是一种基础形式也可看作是一种地基处理措施,是在地基中有规则的布置灌注桩或钢筋混凝土桩,以提高地基承载能力 打桩过程中将桩周土挤密,从而提高地基土的抗剪强度。 (3)预浸水法(施工不便) 预浸水法可用于处理湿陷性土层厚度大于 10m,自重湿陷量大于 50cm 的场地,以消除土的自重湿陷性。离地面下 6m 以内的土层, 有时因自重应力不足而可能仍有湿陷性,尚应采用垫层等处理方法。 (4)单液硅化或碱液加固法(处理过程复杂) 单液硅化加固法是将硅酸钠溶液注入土中。对已有建筑物地基进行加固时,如果是非自重湿陷性黄土地基,宜采用压力灌注;自重 湿陷性黄土地基,应让溶液通过灌注孔自行渗入土中。 碱液加固法是将碱液通过灌注孔渗入土内,适宜加固非自重湿陷性黄土场地上已有的建筑物地基。 案例分析 1: 可采用打预制钢筋砼短桩、砂井真空预压、深层搅拌桩、新型碎石桩等方法地基土不均匀沉降的处理。 (1)强夯法 (动力固结原理) 强夯法又叫动力固结法。是利用起重设备将 80~400 kg 的重锤起吊到 10~40m 高处,然后使重锤自由落下,对黄土地基进行强力 夯击,以消除其湿陷性,降低压缩变形,提高地基强度,但强夯法适用对地下水位以上饱和度 Sr≤60%的湿陷性黄土地基进行局部 或整片处理,可处理的深度在 3~12m。土的天然含水率对强夯法处理至关重要,天然含水量低于 10%的土,颗粒间摩擦力大,细 土颗粒很难被填充,且表层坚硬,夯击时表层土容易松动,夯击能量消耗在表层土上,深部土层不易夯实,消除湿陷性黄土的有效 深度小,夯填质量达不到设计效果。当上部荷载通过表层土传递到深部土层时,便会由于深部土层压缩而产生固结沉降,对上部建 筑物造成破坏。 垫层法 (动力置换原理) 土(或灰土)垫层是一种浅层处理湿陷性黄土地基的传统方法,我国已有 2000 多年的应用历史,在湿陷性黄土地区使用较广泛, 具有因地制宜,就地取材和施工简便等特点。实践证明,经过回填压实处理的黄土地基湿陷性速率和湿陷量大大减少,一般表土垫 层的湿陷量减少为 1~3cm,灰土垫层的湿陷量往往小于 1cm,垫层法适用于地下水位以上,对湿陷性黄土地基进行局部或整片处 理,可处理的湿陷性黄土层厚度在 1~3m,垫层法根据施工方法不同可分为土垫层和灰土垫层,当同时要求提高垫层土的承载力及 增强水稳定时,宜采用整片灰土垫层处理。 (1)素土垫层法。素土垫层法是将基坑挖出的原土经洒水湿润后,采用夯实机械分层回填至设计高度的一种方法,它与压实 机械做的功、土的含水率、铺土厚度、及压实遍数存在密切关系。压实机械做的功与填土的密实度并不成正比,当土质含水量一定 时,起初土的密实度随压实机械所做的功的增大而增加,当土的密实度达到极限时,反而随着功的增加而破坏土的整体稳定性,形 成剪切破坏。在大面积的素土夯填施工中时常遇到,运输土料的重型机械容易对已夯筑完毕的坝体表面形成过度碾压,造成剪切破 坏,同时对含水率过高的地区形成“橡皮泥”现象,从而出现渗漏。这些都将是影响夯填质量的主要因素。 (2)灰土垫层法。灰土垫层法是采用消石灰与土的 2∶8 或 3∶7 的体积比配合而成,经过筛分拌合,再分层回填,分层夯实 的一种方法,要保证夯实的质量必须要严格控制好灰土的拌制比例,土料的含水率,这对夯填质量起主要的影响因素。在实际施工 过程中,不可能用仪器对每一层土样进行含水率测定,只能通过“握手成团,落地开花”的直观测定法来测定,但这种方法对于湿 陷性黄土测定范围过于偏大,经过实验测定大致在 14%~19%,存在测定偏差,且土质湿润不够均匀,往往有表层土吸水饱和,下 层土干燥的现象,给施工带来很大的难度。当处理厚度超过 3m 时,挖填土方量大,施工期长,施工质量也不易保证,严重影响工 程质量和工程进度。所以垫层法同样存在着施工局限。 挤密法 (动力密实原理) 挤密法是利用沉管、爆破、冲击、夯扩等方法在湿陷性黄土地基中挤密填料孔再用素土、灰土、必要时采用高强度水泥土、分层回 填夯实以加固湿陷性黄土地基,提高其强度,减少其湿陷性和压缩性。挤密法适用于对地下水位以上,饱和度 Sr≤65%的湿陷性黄 土地基进行加固处理,可处理的湿陷性黄土厚度一般为 5~15m。但通过实践证明:挤密法对土的含水量要求较高(一般要求略低 于最优含水率),含水量过高或过低,挤密效果都达不到设计要求,这在施工中很难控制,因为湿陷性黄土的吸水性极强且易达到 饱和状态,在湿陷性黄土进行洒水湿润时,表层土质饱和后容易形成积水,下部土质却很难受水接触而呈干燥状态,对于含水量< 10%的地基土,特别是在整个处理深度范围内的含水量普遍偏低的土质中是不易采用的。 桩基础法 桩基础既是一种基础形式也可看作是一种地基处理措施,是在地基中有规则的布置灌注桩或钢筋混凝土桩,以提高地基承载能力。 桩根据受力不同可分为端承桩和摩擦桩,这种地基处理方法在工业与民用建筑中使用较多,但桩基础仍然存在浅在的隐患,地基一 旦浸水,便会引起湿陷给建筑物带来危害。在自重湿陷性黄土中浸水后,桩周土发生自重湿陷时,将产生土相对桩的向下位移对桩 产生一个向下的作用力即负摩擦力。而且通过实践证明,预制桩的侧表面虽比灌注桩平滑,但其单位面积上的负摩擦力却比灌注桩 大。这主要是由于预制桩在打桩过程中将桩周土挤密,挤密土在桩周形成一层硬壳,牢固的黏附在桩侧表面上,桩周土体发生自重 湿陷时不是沿桩身而是沿硬壳层滑移,硬壳层增加了桩的侧表面面积,负摩擦力也随着增加,正是由于这股强大的负摩擦力至使桩 基出现沉降,由于负摩擦力的发挥程度不同, 导致建筑物地质基础产生严重的不均匀沉降, 构成基础的剪切应力, 形成剪应力破坏, 这也正是导致众多事故发生的主要因素。 预浸水法 湿陷性黄土地基预浸水法是利用黄土浸水后产生自重湿陷的特性,在施工前进行大面积浸水使土体预先产生自重湿陷,以消除黄土 土层的自重湿陷性,它只适用于处理土层厚度大于 10m,自重湿陷量计算值不大于 500mm 的黄土地基,经预浸法处理后,浅层黄 土可能仍具外荷湿陷性,需做浅层处理。 预浸水法用水量大、工期长,一般应比正式工程至少提前半年到一年进行,浸水前沿场地四周修土埂或向下挖深 50cm,并设置标 点以观测地面及深层土的湿陷变形,浸水期间要加强观测,浸水初期水位不易过高,待周围地表出现环形裂缝后再提高水位,湿陷 性变形的观测应到沉陷基本稳定为止。预浸水法用水量大,对于缺水少雨、水资源贫乏地区,不易采用,当土层下部存在隔水层时, 预浸时间加大,工期延长,都将是影响工程的因素。 深层搅拌桩法 深层搅拌桩是复合地基的一种,近几年在黄土地区应用比较广泛,可用于处理含水量较高的湿陷性弱的黄土。它具有施工简便、快 捷、无振动,基本不挤土,低噪音等特点。 深层搅拌桩的固化材料有石灰、水泥等,一般都采用后者作固化材料。其加固机理是将水泥掺入粘土后,与粘土中的水分发生 水解和水化反应,进而与具有一定活性的粘土颗粒反应生成不溶于水的稳定的结晶化合物,这些新生成的化合物在水中或空气中发 生凝硬反应,使水泥有一定的强度,从而使地基土达到承载的要求。 深层搅拌桩的施工方法有干法施工和湿法施工两种,干法施工就是“粉喷桩”,其工艺是用压缩空气将固化材料通过深层搅 拌机械喷入土中并搅拌而成。因为输入的是水泥干粉,因此必然对土的天然含水量有一定的要求,如果土的含水量较低时,很容易 出现桩体中心固化不充分、强度低的现象,严重的甚至根本没有强度。在某些含水量较高的土层中也会出现类似的情况。因此,应 用粉喷桩的土层中含水量应超过 30%, 在饱和土层或地下水位以下的土层中应用更好。 对于土的天然含水量过高或过低时都不允许 采用。 湿陷性黄土地基处理 消除地基的全部湿陷量(对甲类建筑物)或部分是限量(对乙、丙类建筑物),常用的地基处理方法有: 1)垫层法:将湿陷性土层挖去,换以素土或灰土(2:8 或 3:7 灰土),分层夯实。并可将其分为局部垫层和整片垫层,可处理 垫层厚度以内的湿陷性。不能用砂土或其它粗粒土换垫。此法适用于地下水位以上的地基处理。 2)夯实法 夯实法有重锤夯实法和强夯法。重锤夯实法可处理地表下厚度 1~2m 土层的湿陷性。强夯法可处理 3~6m 厚度土层的湿陷性,可局 部或整片处理。适用于处理饱和度 Sr<60%的湿陷性黄土地基。 3)挤密法 采用素土或灰土挤密桩,可处理地基下 5~15m 土层的湿陷性。适用于地下水位以上的地基处理,可局部或整片处理。 4)桩基础 桩基础是起荷载传递作用,而不是消除黄土的湿陷性,故桩底端应支撑在压缩性较低的非湿陷性土层上。计算单桩承载力时,除不 计湿陷性土层范围内的桩周正摩擦力外,尚应扣除桩侧的负摩擦力。 5)预浸水法 预浸水法可用于处理湿陷性土层厚度大于 10m,自重湿陷量大于 50cm 的场地,以消除土的自重湿陷性。离地面下 6m 以内的土层, 有时因自重应力不足而可能仍有湿陷性,尚应采用垫层等处理方法。 6)单液硅化或碱液加固法 单液硅化加固法是将硅酸钠溶液注入土中。对已有建筑物地基进行加固时,如果是非自重湿陷性黄土地基,宜采用压力灌注;自重 湿陷性黄土地基,应让溶液通过灌注孔自行渗入土中。 碱液加固法是将碱液通过灌注孔渗入土内,适宜加固非自重湿陷性黄土场地上已有的建筑物地基。 设备基础不均匀沉降处理方法 压力注浆是在既定的位置上,通过钻机成孔方法,把带有喷嘴的注浆管置入加固范围后,再向地层中注入水泥浆液。其机理是通过水泥 浆液在地层空隙中的充填—凝固—胶结作用, 使桩裂隙空洞得到填充,成为一体,亦可使桩周土与浆液搅拌混合结为水泥—土的固结 体,从而改善桩侧空隙状态,增大土对桩的摩擦力,还可把灌注桩底的软土层洞隙固化,使持力层变好,达到提高地基承载力和减少或消 去沉降的目的。


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