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任务2.1
地基处理及加固

任何建筑物都必须有可靠的地基和基础。建筑物的全部重量(包括各种荷载)最终将通过基础传给地基,所以,对某些地基的处理及加固就成为基础工程施工中的一项重要内容。在施工过程中如果地基土质过软或过硬,不符合设计要求时,应本着使建筑物各部位沉降尽量趋于一致,以减小地基不均匀沉降的原则对地基进行处理。

在软弱地基上建造建筑物或构筑物,利用天然地基有时不能满足设计要求,需要对地基进行人工处理,满足结构对地基的要求。常用的人工地基处理方法有换土地基、重锤夯实、强夯、振冲、砂桩挤密、深层搅拌、堆载预压、化学加固等。

2.1.1 换土地基

当建筑物基础下的持力层比较软弱,不能满足上部荷载对地基的要求时,常采用换土地基来处理软弱地基。先将基础下一定范围内承载力低的软土层挖去,然后回填强度较大的砂、碎石或灰土等,并夯至密实。实践证明:换土地基可以有效地处理某些荷载不大的建筑物地基问题,如一般的三、四层房屋、路堤、油罐和水闸等地基。换土地基按其回填的材料可分为砂地基、碎(砂)石地基、灰土地基等。

(1)砂地基和砂石地基

砂地基和砂石地基是将基础下一定范围内的土层挖去,然后用强度较大的砂或碎石等回填,并经分层夯实至密实,以起到提高地基承载力、减少沉降、加速软弱土层的排水固结、防止冻胀和消除膨胀土的胀缩等作用。该地基具有施工工艺简单、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黏性土地基,以免聚水而引起地基下沉和承载力降低。

(2)灰土地基

灰土地基是将基础底面下一定范围内的软弱土层挖去,用按一定体积配合比的石灰和黏性土拌和均匀,在最优含水量情况下分层回填夯实或压实而成。该地基具有一定的强度、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 1~4 m厚的软弱土层。

2.1.2 强夯地基

强夯地基是用起重机械将重锤(一般 8~30 t)吊起从高处(一般 6~30 m)自由落下,给地基以冲击力和振动,从而提高地基土的强度并降低其压缩性的一种有效的地基加固方法。该法具有效果好、速度快、节省材料、施工简便,但施工时噪声和振动大等特点,适用于碎石土、砂土、黏性土、湿陷性黄土及填土地基等加固处理。

1)机具设备

(1)起重机械

起重机宜选用起重能力为 150 kN以上的履带式起重机,也可采用专用三角起重架或龙门架作为起重设备。起重机械的起重能力应满足:当直接用钢丝绳悬吊夯锤时,应大于夯锤的 3~4 倍;当采用自动脱钩装置,起重能力取大于 1.5 倍锤重。

(2)夯锤

夯锤可用钢材制作,或用钢板为外壳,内部焊接钢筋骨架后浇筑C30 混凝土制成。夯锤底面有圆形和方形两种,圆形不易旋转,定位方便,稳定性和重合性好,应用较广。锤底面积取决于表层土质,对砂土一般为 3~4 m 2 ,黏性土或淤泥质土不宜小于 6 m 2 。夯锤中宜设置若干个上下贯通的气孔,以减少夯击时的空气阻力。

(3)脱钩装置

脱钩装置应具有足够的强度,且施工灵活。常用的工地自制自动脱钩器由吊环、耳板、销环、吊钩等组成,由钢板焊接制成。

2)施工要点

①强夯施工前,应进行地基勘察和试夯。通过对试夯前后的试验结果对比分析,确定正式施工时的技术参数。

②强夯前应平整场地,周围做好排水沟,按夯点布置测量放线,确定夯位。地下水位较高时,应在表面铺 0.5~2.0 m中(粗)砂或砂石地基,其目的是在地表形成硬层,可用以支承起重设备,既可确保机械通行、施工,又可便于强夯产生的孔隙水压力消散。

③强夯施工须按试验确定的技术参数进行。一般以各个夯击点的夯击数为施工控制值,也可采用试夯后确定的沉降量控制。夯击时,落锤应保持平稳,夯位准确,如错位或坑底倾斜过大,宜用砂土将坑底整平,才可进行下一次夯击。

④每夯击一遍完后,应测量场地平均下沉量,然后用土将夯坑填平,方可进行下一遍夯击。最后一遍的场地平均下沉量,必须符合要求。

⑤强夯施工最好在干旱季节进行,如遇雨天施工,夯击坑内或夯击过的场地有积水时,必须及时排除。冬期施工时,应将冻土击碎。

⑥强夯施工时应对每一夯实点的夯击能量、夯击次数和每次夯沉量等作好详细的现场记录。

2.1.3 振冲地基

振冲地基,又称振冲桩复台地基,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,同时开动水泵,通过喷嘴喷射高压水流成孔,然后分批填以砂石骨料形成一根根桩体,桩体与原地基构成复合地基,以提高地基的承载力,减少地基的沉降和沉降差的一种快速、经济有效的加固方法。该法具有技术可靠,机具设备简单,操作技术易于掌握,施工简便,节省三材,加固速度快,地基承载力高等特点。

振冲地基按加固机理和效果的不同,可分为振冲置换法和振冲密实法。前者适用于处理不排水、抗剪强度小于 20 kPa的黏性土、粉土、饱和黄土及人工填土等地基。后者适用于处理砂土和粉土等地基,不加填料的振冲密实法仅适用于处理黏土粒含量小于10%的粗砂、中砂地基。

图2.1 振冲法制桩施工工艺

2.1.4 地基局部处理及其他加固方法

1)地基局部处理

(1)松土坑的处理

①当坑的范围较小(在基槽范围内)时,可将坑中松软土挖除,使坑底及四壁均见天然土为止,回填与天然土压缩性相近的材料。当天然土为砂土时,用砂或级配砂石回填;当天然土为较密实的黏性土,则用 3∶7 灰土分层回填夯实;如为中密可塑的黏性土或新近沉积黏性土,可用 1∶9 或 2∶8 灰土分层回填夯实,每层厚度不大于 20 cm。

②当坑的范围较大(超过基槽边沿)或因条件限制,槽壁挖不到天然土层时,则应将该范围内的基槽适当加宽,加宽部分的宽度可按下述条件确定:用砂土或砂石回填时,基槽每边均应按 1∶1 坡度放宽;用 1∶9 或 2∶8 灰土回填时,按 0.5∶1 坡度放宽;用 3∶7 灰土回填时,如坑的长度<2 m,基槽可不放宽,但灰土与槽壁接触处应夯实。

③如果坑在槽内所占的范围较大(长度在 5 m以上),且坑底土质与一般槽底天然土质相同,可将此部分基础加深,做 1∶2 踏步与两端相接,踏步数量根据坑深而定,但每步高不大于 0.5 m,长不小于 1.0 m。

④对于较深的松土坑(如坑深大于槽宽或大于 1.5 m时),槽底处理后,还应适当考虑加强上部结构的强度,方法是在灰土基础上 1~2 皮砖处(或混凝土基础内)、防潮层下 1~2 皮砖处及首层顶板处,加配 4 根直径为 8~12 mm钢筋跨过该松土坑两端各 1 m,以防止产生过大的局部不均匀沉降。

⑤如遇到地下水位较高,坑内无法夯实时,可将坑(槽)中软弱的松土挖去后,再用砂土、碎石或混凝土代替灰土回填。如坑底在地下水位以下时,回填前先用粗砂与碎石(比例为 1∶3)分层回填夯实;地下水位以上用 3∶7 灰土回填夯实至要求高度。

(2)砖井或土井的处理

①砖井或土井在室外,且距基础边缘 5 m以内时,应先用素土分层夯实,回填到室外地坪以下 1.5 m处,将井壁四周砖圈拆除或松软部分挖去,然后用素土分层回填并夯实。

②如果井在室内基础附近,可将水位降到最低可能的限度,用中、粗砂及块石、卵石或碎砖等回填到地下水位以上 0.5 m。砖井应将四周砖圈拆至坑(槽)底以下 1 m或更深些,然后再用素土分层回填并夯实,如果井已回填,但不密实或有软土,可用大块石将下面软土挤紧,再分层回填素土夯实。

③井在基础下时,应先用素土分层回填夯实至基础底下 2 m处,将井壁四周松软部分挖去,有砖井圈时,将井圈拆至槽底以下1~1.5 m。当井内有水,应用中、粗砂及块石、卵石或碎砖回填至水位以上 0.5 m,然后再按上述方法处理;当井内已填有土,但不密实,且挖除困难时,可在部分拆除后的砖石井圈上加钢筋混凝土盖封口,上面用素土或 2∶8 灰土分层回填、夯实至槽底。

④若井在房屋转角处,且基础部分或全部压在井上,除用以上方法回填处理外,还应对基础加强处理。当基础压在井上部分较少,可采用从基础中挑梁的方法解决。当基础压在井上部分较多,用挑梁的方法较困难或不经济时,则可将基础沿墙长方向向外延长出去,使延长部分落在天然土上。落在天然土上基础总面积应等于或稍大于井圈范围内原有基础的面积,并在墙内配筋或用钢筋混凝土梁来加强。

⑤当井已淤填,但不密实时,可用大块石将下面软土挤密,再用上述方法回填处理。如果井内不能夯填密实,上部荷载又较大,可在井内设灰土挤密桩或石灰桩处理;如果井在大体积混凝土基础下,可在井圈上加钢筋混凝土盖板封口,上部再用素土或 2∶8 灰土回填密实的方法处理,使基土内附加应力传布范围比较均匀,但要求盖板至基底的高差大于井径。

(3)局部软硬土的处理

①当基础下局部遇基岩、旧墙基、大孤石、老灰土、化粪池、大树根、砖窑底等,均应尽可能挖除,以防建筑物由于局部落于较硬物上造成不均匀沉降,而使上部建筑物开裂。

②若基础一部分落于基岩或硬土层上,一部分落于软弱土层上,基岩表面坡度较大,则应在软土层上采用现场钻孔灌注桩至基岩;或在软土部位做混凝土或砌块石支承墙(或支墩)至基岩;或将基础以下基岩凿去 0.3~0.5 m,填以中粗砂或土砂混合物做软性褥垫,使之能调整岩土交界部位地基的相对变形,避免应力集中,出现裂缝;或采取加强基础和上部结构的刚度,来克服软硬地基的不均匀变形。

③如果基础一部分落于原土层上,另一部分落于回填土地基上时,可在填土部位用现场钻孔灌注桩或钻孔爆扩桩直至原土层,使该部位上部荷载直接传至原土层,以避免地基的不均匀沉降。

2)其他地基加固方法

(1)砂桩地基

砂桩地基是采用类似沉管灌注桩的机械和方法,通过冲击和振动,把砂挤入土中而成的。这种方法经济、简单且有效。对于砂土地基,可通过振动或冲击的挤密作用,使地基达到密实,从而增加地基承载力,降低孔隙比,减少建筑物沉降,提高砂基抵抗震动液化的能力。对于黏性土地基,可起到置换和排水砂井的作用,加速土的固结,形成置换桩与固结后软黏土的复合地基,显著地提高地基抗剪强度。这种桩适用于挤密松散砂土、素填土和杂填土等地基。对于饱和软黏土地基,由于其渗透性较小,抗剪强度较低,灵敏度又较大,要使砂桩本身挤密并使地基土密实往往较困难,相反地,却破坏了土的天然结构,使抗剪强度降低,因而对这类工程要慎重对待。

(2)水泥土搅拌桩地基

水泥土搅拌桩地基是利用水泥、石灰等材料作为固化剂,通过特制的深层搅拌机械,在地基深处就地将软土和固化剂(浆液或粉体)强制搅拌,利用固化剂和软土之间所产生的一系列物理、化学反应,使软土硬结成具有一定强度的优质地基。该法具有无振动、无噪声、无污染、无侧向挤压,对邻近建筑物影响很小,且施工期较短,造价低廉,效益显著等特点。适用于加固较深较厚的淤泥、淤泥质土、粉土和含水量较高且地基承载力不大于 120 kPa的黏性土地基,对超软土效果更为显著。多用于墙下条形基础、大面积堆料厂房地基,在深基开挖时用于防止坑壁及边坡塌滑、坑底隆起,以及做地下防渗墙等工程。

(3)预压地基

预压地基是在建筑物施工前,在地基表面分级堆土或设置其他荷重,使地基土压密、沉降、固结,从而提高地基强度和减少建筑物建成后的沉降量。待达到预定标准后再卸载,建造建筑物。该法使用材料、机具方法简单直接,施工操作方便,但堆载预压需要一定的时间,对深厚的饱和软土,排水固结所需的时间很长,同时需要大量堆载材料。适用于各类软弱地基,包括天然沉积土层或人工冲填土层,较广泛用于冷藏库、油罐、机场跑道、集装箱码头、桥台等沉降要求较低的地基。实践证明,利用堆载预压法能取得一定的效果,但能否满足工程要求,则取决于地基土层的固结特性、土层的厚度、预压荷载的大小和预压时间等因素。因此,在使用上受到一定的限制。

(4)注浆地基

注浆地基是指利用化学溶液或胶结剂,通过压力灌注或搅拌混合等措施,将土粒胶结起来的地基处理方法。该法具有设备工艺简单、加固效果好、可提高地基强度、消除土的湿陷性、降低压缩性等特点。适用于局部加固新建或已建的建(构)筑物基础、稳定边坡以及防渗帷幕等;也适用于湿陷性黄土地基,对于黏性土、素填土、地下水位以下的黄土地基,经试验有效时也可应用,但长期受酸性污水侵蚀的地基不宜采用。化学加固能否获得预期的效果,主要决定于能否根据具体的土质条件,选择适当的化学浆液(溶液和胶结剂)和采用有效的施工工艺。

总之,用于地基加固处理的方法较多,除上述介绍几种以外,还有高压喷射注浆地基等。 af3hRrG3eugDCJ3WdBQD6ag122GJGovrOiHhF5KrrcZiukW92+cjAyq/XU8NBk47

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