特殊黄土地基的处理与加固技术

钟赣斌

摘要:在建筑学中,地基的处理是十分重要的,地基对上层建筑是否牢固具有无可替代的作用。地基处理的对象是软弱地基和特殊土地基。文章对地基处理与加固方法与技术进行了阐述分析。常用的人工地基处理方法有换填垫层法、振冲法、挤密桩施工法、深层密实法、预压法、化学加固法等。文章对相关人员具有参考作用。

关键词:黄土地基;地基处理;加固技术

中图分类号:U416文献标识码:A文章编号:1009-2374(2009)24-0016-02

建筑物的地基不够好,上层建筑很可能倒塌,这样说一点也不为过,而地基处理的主要目的是采用各种地基处理方法以改善地基条件。我国的《建筑地基基础设计规范》(GBJ7-89)中明确规定:“软弱地基系指主要由淤泥、淤泥质土、冲填土、杂填土或其它高压缩性土层构成的地基”。特殊土地基带有地区性的特点,它包括软土、湿陷性黄土、膨胀土、红粘土和冻土等地基。

一、地基改善措施

地基处理就是按照上部结构对地基的要求,对地基进行必要的加固或改良,提高地基土的承载力,改变其变形或渗透性质,而采取的人工处理地基的方法。对于地基的改善措施主要有以下五方面:

1.改善剪切特性地基的剪切破坏表现在建筑物的地基承载力不够;使结构失稳或土方开挖时边坡失稳;使临近地基产生隆起或基坑开挖时坑底隆起。因此,为了防止剪切破坏,就需要采取增加地基土的抗剪强度的措施。

2.改善压缩特性地基的高压缩性表现在建筑物的沉降和差异沉降大,因此需要采取措施提高地基土的压缩模量。

3.改善透水特性地基的透水性表现在堤坝、房屋等基础产生的地基渗漏;基坑开挖过程中产生流沙和管涌。因此需要研究和采取使地基土变成不透水或减少其水压力的措施。

4.改善动力特性地基的动力特性表现在地震时粉、砂土将会产生液化;由于交通荷载或打桩等原因,使邻近地基产生振动下沉。因此需要研究和采取使地基土防止液化,并改善振动特性以提高地基抗震性能的措施。

5.改善特殊土的不良地基的特性主要是指消除或减少黄土的湿陷性和膨胀土的胀缩性等地基处理的措施。这些是基本的改善措施,如果要有坚固的地基就必须根据实际情况来选择合适的处理方法。

二、地基加固处理方法

常用的人工地基处理方法有换填垫层法、振冲法、挤密桩施工法、深层密实法、预压法、化学加固法等。

(一)换填法

当建筑物基础下的持力层比较软弱、不能满足上部结构荷载对地基的要求时,常采用换土垫层来处理软弱地基。即将基础下一定范围内的土层挖去,然后回填以强度较大的砂、碎石或灰土等,并夯实至密实。换填垫层法是先将基础底面以下一定范围内的软弱土层挖去,然后回填强度较高、压缩性较低、并且没有侵蚀性的材料,如中粗砂、碎石或卵石、灰土、素土、石屑、矿渣等,再分层夯实后作为地基的持力层。其作用在于能提高地基的承载力,并通过垫层的应力扩散作用,减少垫层下天然土层所承受的附加压力,减少基础的沉降量。换填垫层按其回填的材料可分为灰土垫层、砂垫层、碎(砂)石垫层等。

1.砂垫层和砂石垫层。砂垫层和砂石垫层是将基础下面一定厚度的软弱土层挖除,然后用强度较大的砂或碎石等回填,并经分层夯实至密实,作为地基的持力层。该垫层具有施工工艺简单、工期短、造价低等优点。适用于处理透水性强的软弱黏性土地基,但不宜用于湿陷性黄土地基和不透水的熟性土地基的加固,以免引起地基大量下沉,降低其承载力。

2.灰土垫层。灰土垫层是将基础底面下一定范围内的软弱土层挖去,用按一定体积比配合的石灰和黏性土拌和均匀后在最优含水量情况下分层回填夯实或压实而成。灰土垫层适合于地下水位较低,基槽经常处于较干燥状态下的一般黏性土地基的加固。该垫层具有一定的强度、水稳定性和抗渗性,施工工艺简单,取材容易,费用较低,适用于处理1~4m厚的软弱土层、湿陷性黄土、杂填土等,还可用作结构的辅助防渗层。

(二)振冲法

振冲法是振动水冲击法的简称,是以起重机吊起振冲器,启动潜水电机带动偏心块使振冲器产生高频振动,同时开启水泵,通过喷嘴喷射高压水流在土中形成振冲孔,并在振动冲水过程中分批填以砂石骨料,借振冲器的水平及垂直振动,振密填料,形成的砂石桩体与原地基构成复合地基,以提高地基的承载力和改善土体的排水降压通道,并对可能发生液化的砂土产生预振效应,防止液化,减少地基的沉降和沉降差。

按不同土类可分为振冲置换法和振冲密实法两类。振冲法在粘性土中主要起振冲置换作用,置换后填料形成的桩体与土组成复合地基;在砂土中主要起振动挤密和振动液化作用。振冲法的处理深度可达10m左右。

振冲桩加固地基可节省钢材、水泥和木村,且施工简单,加固期短,可因地制宜,就地取材,用碎石、卵石和砂、矿渣等填料,费用低廉,是一种快速、经济、有效的加固方法。振冲桩适用于加固松散的砂土地基;对黏性土和人工填土地基,经试验证明加固有效时,方可使用;对于粗砂土地基,可利用振冲器的振动和水冲过程使砂土结构重新排列挤密,而不必另加砂石填料(亦称振冲挤密法)。

(三)土或灰土挤密桩法

土桩及灰土桩是利用沉管、冲击或爆扩等方法在地基中挤土成孔,然后向孔内夯填素土或灰土成桩。成孔时,桩孔部位的土被侧向挤出,从而使桩周土得以加密。土桩及灰土桩挤密地基,是由土桩或灰土桩与桩间挤密土共同组成复合地基。土桩及灰土桩法的特点是:就地取材、以土治土、原位处理、深层加密和费用较低。

灰土挤密桩适用于处理地下水位以上、天然含水量12%~25%、厚度5~15m的素填土、杂填土、湿陷性黄土以及含水率较大的软弱地基等,将土挤密或消除湿陷性,其效果是显著的,处理后地基承载力可以提高一倍以上,同时具有节省大量土方、降低造价了70%~80%、施工简便等优点。

用这些方法可以使地基比较坚固,但并没有什么是完美的,同样地基处理技术也在不断的完善与改进中。近40年来,国外在地基处理技术方面发展十分迅速,老方法得到改进,新方法不断涌现。在20世纪60年代中期,从如何提高土的抗拉强度这一思路中,发展了土的“加筋法”;从如何有利于土的排水和排水固结这一基本观点出发,发展了土工合成材料、砂井预压和塑料排水带;从如何进行深层密实处理的方法考虑,采用加大击实功的措施,发展了“强夯法”和“振动水冲法”等方法。

另外,现代工业的发展对地基工程提供了强大的生产手段,如能制造重达几十吨的强夯起重机械;潜水电机的出现带来了振动水冲法中振冲器的施工机械;真空泵的问世,才能建立真空预压法;生产了大于200个大气压的压缩空气机,从而产生了“高压喷射注浆法”。

三、结语

建筑物的全部重量和荷载是通过基础传递给地基的,而作为支承建筑物荷载的地基,必须有足够的承载力和稳定性。因此,只有充分认识地基工程的特殊性,及时采用适当的地基处理方法,才可以保证结构的安全与正常使用。

随着地基处理工程实践和发展,人们在改造土的工程性质的同时,不断丰富了对土的特性研究和认识,从而又进一步推动了地基处理技术和方法的更新,因而地基处理成为土力学基础工程领域中的一个较有生命力的分枝。

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