・岩土工程・
湿陷性黄土地基的处理方法评述
胡彦春,和 燕
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(11焦作三建建设工程有限公司,河南焦作454000;21焦作大学,河南焦作454003)
【摘 要】 湿陷性黄土地基的处理对工程的安全十分重要。文中分析了湿陷性黄土地基处理的研究现
状,提出了不同情况下的处理方法、方案确定及施工中需要注意的问题,并分析了湿陷性黄土地基处理技术与发展情况,可在实际工作中加以借鉴参考。 【关键词】 湿陷性黄土; 地基; 处理方法 【中图分类号】 TU472 【文献标识码】 A
工期较长,。热加固法可大大提高土的抗压强,,。不过,我。近几年来,随着高层建筑的发展,我国常采用旋喷桩处理加固技术来处理饱和黄土地基。
1 问题的提出
地基与建筑物的关系极为密切,在世界各国各种土木、水利交通工程的事故中,。,地基问题包括以下4(1),地基就会产生局部和整体剪切破坏,比如滑坡问题。
(2)湿陷及不均匀沉降问题。湿陷性黄土遇水而发生剧烈的变形或当地基在上部结构的自重及外荷载作用下产生过大的变形时,会影响建筑物的正常使用。特别是超过建筑物所能容许的不均匀沉降时,结构可能开裂破坏。
(3)地基的渗流量或水力比降超过地基的容许值时,地基常常因潜蚀和管涌导致失事。
(4)动力荷载引起的问题。地震、机器以及车辆的震动,波浪作用和爆破等动力荷载可能引起地基土,特别是饱和无黏性土和沙黄土的液化,失稳和震陷等危害。
当地基存在以上问题时,必须对地基加以处理以确保建筑物的安全与正常使用。由于地基问题处理的恰当与否,关系到整个工程的质量、投资和进度,因此,地基处理的重要性已越来越多的被人们所认识。
在以上问题中,湿陷性黄土地基的处理问题是非常重要的一个大问题。
3 常见的解决问题的思路及方法
311 垫层法
垫层法即换土垫层法,是将基础底面以下一定范围内的软弱土局部或全部挖去,换填低压缩性高强度的素土、灰土、石灰粉煤灰、粉煤灰、砂、碎石、干渣以及其他性能稳定、无浸蚀性的材料,经分层夯实、振实、碾压密实作为地基持力层。当建筑物基础下持力层比较软弱,不能满足上部荷载对地基要求,或为了消除黄土地基部分湿陷性时,常采用换土垫层法处理。312 夯实法
夯实法早在2000年前就已采用,从古老小能量的夯实发展到重锤夯实,夯实深度越来越大。近年来强夯的出现,突破了原来的夯实机理,在工程实践中取得了较好的效果。在黄土湿陷性地区,当要求消除湿陷性的黄土层厚度为1～
2m时,宜采用重锤夯实法;当要求消除湿陷性的土层厚度为3～6m时,宜采用强夯法。31211 重锤夯实法
2 目前研究现状
由于湿陷性黄土地基的区域性、特殊性,目前在陕西等
西部地区研究的比较深入和细致,许多高校的研究专家结合工程一线的实例,提出不少行之有效的处理办法。其中,土(或灰土)垫层、重锤夯实和强夯、灰土井桩(或叫柱)、土桩挤密、桩基础等是我国最常用的地基处理方法。化学加固法由于造价高,一般仅用于湿陷事故处理。除此以外,预浸水、热加固、水下爆破、电火花加固等也曾用于湿陷性黄土地基处理。其中,预浸水法可以消除大厚度黄土地基的自重湿陷性,但其缺点是需水量大,要有一定的水源保证,同时,要求
该法是利用小型起重机,将重锤提升到一定高度后,让锤自由下落,重复夯实地基,达到压实作用。该法可以夯实浅层土地基,使地基表面形成一层较为均匀的硬壳层,从而提高地基表层土的强度。一般适用于处理地下水位018m以内稍湿的杂填土、湿陷性黄土、黏性土等。施工中同样应注意分层、排水、控制含水量、防冻等要求。
[收稿日期]2007-11-01
[作者简介]胡彦春(1972～),男,河南人,工程师,总
工,从事建筑管理与建筑施工工作。
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・岩
31212 强夯法
土工程・
强夯法是在重锤法基础上发展来的,但其加固机理和施工程序却截然不同。该法是用大吨位起重机,将巨型锤提至空中,从8～25m高处自由下落,形成巨大的冲击能与冲击波,在夯锤接触地面的瞬间,强制压实与振密地基。在夯击中所产生的冲击波和动应力,可提高土的强度,降低土的压缩性,改善砂土的振动液化条件,消除湿陷性。同时还能提高土层的均匀程度,减少将来可能出现的差异沉降。实践证明,该法处理湿陷性地基,质量好,工期短,造价低,具有显著的技术经济效果。313 支撑法
支撑法也叫井桩法,实为大直径的成孔桩,因其外形似井而得名。它按材料的不同,可分为灰土井桩及混凝土井桩(也叫墩基础),需要根据具体的地质条件和工程要求而分别选用。31311 灰土井桩
灰土井桩适用于处理4～8m厚的湿陷黄土,可用于处理7层以下一般建筑,或跨度在15m以下的一般单层工业厂房。施工方法是先开挖直径大于1m,较好的持力层后,用2:8或3:7桩。实践证明,,靠、施工简便、工期短,、费用较低,比。但由于采用人工挖井及人工夯填灰土,劳动强度大。
31312 墩基础
土桩;当以消除湿陷性,降低压缩性,提高承载力为主时,宜
采用灰土挤密桩。316 预浸水法预浸水法是在建筑物修建前预先对湿陷性黄土场地大面积浸水,使黄土在饱和自重压力作用下产生湿陷和压密,以消除全部黄土湿陷性及深层黄土的外荷湿陷性。上部仍具有外荷湿陷性的土层须另作处理,如采用土垫层、重锤夯实等。
预浸水法一般适用于湿陷性黄土厚度大、湿陷性强烈的自重湿陷性黄土场地。由于浸水时场地周围地表下沉开裂,并容易造成“跑水穿洞”,影响附近建筑物的安全,所以此法宜在空旷的新建地区使用。此法用水量大,工期长。处理12
m面积需水5t以上,在一般情况下,一个场地从浸水起至下沉稳定以及土的含水量降低到一定要求时所需的时间,至少为1年左右。因此,预浸水法只能在具备充足水源,且有31,采用压入灌注、高、深层搅拌或电化学加固方法使浆液与土颗粒胶结起来,以改善地基土的物理和力学性质的地基处理方法。在化学加固法中,灌浆法发展最早,应用也最为广泛。但由于该法成本高,常用于加固范围较小,或用其它方法不能解决的某些特殊工程项目中。除此以外,混合搅拌法也被广泛使用。混合搅拌法包括高压喷射法和深层搅拌法两种。前者是利用高压射水切削地基土,通过注浆管喷出浆液,就地将土和浆液进行搅拌混合,形成一种加固地基土的新方法;后者通过特制的深层搅拌机械,在地基深部将黏土和水泥浆强制拌合,使软黏土硬结成具有整体性水稳性和足够强度的地基土。所有采用化学灌浆法加固的地基,普遍都存在附加下沉问题。应注意合理安排施工顺序,控制施工进度,杜绝大面积浸湿,就可以有效控制附加下沉,保证建筑物的安全。
墩基础是一种大直径灌注桩,它利用机械或人工方法在地基中开挖出直径较大的孔,灌注混凝土而成,由于柱径粗大如墩,故名墩基础。它适用于地下水位埋藏较浅,厚度大于8m的湿陷性较低的黄土及杂填土。
314 复合地基
复合地基是指多种深层加固方法形成的桩和被挤密的桩间土构成的地基。它不同于未经处理的天然地基,也不同于一般桩基。有如下分类:按处理方法有物理处理和化学处理;按桩所用材料有碎石桩和石灰桩等;按桩强度有柔性桩(散体材料桩)、半柔性桩(水泥桩)和刚性桩(钢筋混凝土预制桩);按地基处理原理有固结、挤密、振挤、置换和化学加固。复合地基的桩体材料不同,施工方法不同,复合地基的效应也不同。在工程中应充分利用复合地基的效应(即桩体效应、垫层效应、排水效应、挤密效应),同时应该避免各种破坏形式(即刺入破坏、上部鼓胀破坏、整体剪切破坏)。315 挤密桩
挤密桩是一种人工复合地基,属于深层加固地基的一种方法。它利用沉管的方法在地基中形成桩孔,通过在桩孔内填夯灰土、素土、粉煤灰、水泥石灰等材料来挤密加固地基。该类桩可以以土治土、就地取材、工期较短、费用较低,对湿陷性黄土可以消除浅层和深层部分或全部湿陷性。在我国西北、华北地区应用广泛。灰土桩、土桩及石灰粉煤灰桩适用于地下水位以上,处理深度5～15m,黄土含水量介于14%～23%的黄土地基或人工填土地基。当以消除地基湿陷性为主要目的时,宜采用
4 湿陷性地基处理中需要注意的问题
411 湿陷性地基处理方案的确定
由于地基处理意义重大,方法很多,因此,一定要认真研究工程现状,根据实际情况选用合适的处理方案。41111 准备工作
(1)搜集详勘资料和地基基础设计资料。
(2)论证地基处理的必要性。了解采用天然地基存在的主要问题;是否可用建筑物移位、修改上部结构设计或其他简单措施来解决;明确地基处理的目的、处理范围和要求处理后达到的技术经济指标。
(3)调查本地区地基处理经验和施工条件。
41112 地基处理方法确定的步骤
(1)初选几种可行性方案。根据结构类型,荷载大小及
使用要求,结合地形地貌,地层结构土质条件地下水及环境情况和对临近建筑的影响进行选择。
(2)选择最佳方案。对初选的各方案,从加固原理、适用
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6 湿陷性黄土地基处理发展展望
发展地基处理技术,应在提高上做文章,具体讲应重视下述几个方面。
(1)研制和引进地基处理新机械,提高各种工法的施工能力。目前,我们与国外有很大的差距,因此不仅要重视引进国外先进机械,也要重视研制国产先进施工机械,只有各种工法的施工能力有了很大提高,地基处理水平才能有较大的提高。
(2)发展地基处理理论。地基处理实践的发展势必促进地基处理的进步,理论的进步又将指导地基处理实践的进一步发展。
理论方面的发展有两类:一类是各种工法加固地基的机理以及设计计算理论,如强夯法的有效加固深度及影响范围分析等。另一类是一般理论,如各类复合地基承载力和沉降计算理论,优化设计理论,。
3)、机械、工艺,。同时,发展新方法也。
(4)提高地基处理技术综合应用水平。近年来,多种地基处理技术的综合应用得到重视和发展,随着处理水平的提高,今后在综合应用方面肯定会有较大发展。
(5)发展地基处理测试技术。地基处理测试技术包括地基处理工法本身的质量检验,以及地基处理效果的评价。发展地基处理原位测试、现场实验、以及监测技术对提高地基处理技术水平有非常重要的意义,应予以重视。
(6)深化施工管理体制改革,重视专业化施工队伍建设。地基处理施工是专业性很强的行业,要加强专业分工。对每种工法的施工队伍不仅要求现场技术人员需要掌握地基处理理论和实践知识,而且对技术工人也应有一定要求。技术工人需要通过培训对加固机理、加固工艺有比较全面、系统的了解。通过定期考核,建设一大批相对固定,有资质的专业化施工队伍。
综上所述,对湿陷性地基问题,只要尊重实际情况,合理选择处理方法,认真完善施工,完全可以得到妥善处理,从而保证建筑物和构筑物的使用安全。同时,随着各方面的进步,湿陷性地基问题一定能得到更好的处理。
参考文献
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范围、预期处理效果、材料来源与消耗、机具条件、施工技术
与进度和对环境的影响,进行全面技术经济比较,从中选择一个最佳的地基处理方案。通常集中各方案的优点,采用一个综合处理方案。
(3)现场试验。对已选定的地基处理方法,按建筑物安全等级和场地复杂程度,选择代表性场地进行试验并进行必要的测试。检查处理效果,必要时修改处理方案。412 地基处理施工注意事项
地基处理是一项技术复杂、难度大的非常规工程,必须精心施工,并注意以下几个环节。
(1)技术交底与质量监理。在地基处理开始前,应对施工人员进行技术交底,讲明地基处理方法的原理、技术标准和质量要求。施工处理要有人跟班,负责质量监理。
(2)作好监测工作。在地基处理施工过程中,应有计划地进行监测工作,根据测试数据来指导下一个阶段地基处理工作,提高技术水平。
(3)处理效果检验。在地基处理施工完成后,经必要的间隔时间,采用多种手段检验地基处理的效果。同一地点,用地基处理前后定量指标发生的变化加以说明。
5 (1)在合理选用。根据工程地质条件和地基加固原理,因地制宜合理选用处理方法特别重要。在这方面,现有的问题是对几个技术上可行的方案进行比较优化不够,采用的方法不是较好的方法,更不是最好的方法。有时工程问题是解决了,但多化了钱和工期。
(2)不能正确评价每种地基处理方法的适用性。人人都承认每种地基处理方法都有一定的适用范围,但遇到具体问题就会盲目扩大其应用范围,对这种情况施工单位更应注意。
(3)施工单位素质差影响地基处理质量。以深层搅拌桩施工为例,影响施工质量主要是施工单位素质和施工机械的问题。近年来,地基处理施工队伍快速膨胀,造成绝大多数施工队伍缺乏必要的技术培训,熟练技术工人缺乏是普遍现象。此外,还存在偷工减料现象。其他地基处理方法或多或少也存在类似问题。施工队伍素质低与体制和管理也有关系。现行体制重视总包单位是否高资质,而忽视具体施工实体的资质考核和管理,难以形成熟练的专业化施工队伍。
(4)施工机械简陋影响地基处理水平和质量。近20年来,我国地基处理施工机械发展很快,已形成许多系列化产品,但与我国工程建设需要相比,差距还很大。在这种情况下要保持稳定良好的施工质量是困难的。
(5)地基处理理论落后于实践。从实践-理论-再实践的角度看,实践先于理论是一般规律,但重视理论研究,用理论指导实践也是很重要的。对地基处理各种工法及一般理论缺乏深入系统的研究也是发展中存在的问题之一。
(6)不少工法缺乏完善的质量检验手段。完善的质量检验手段是保证施工质量的重要措施,目前我们仍需提高。
社,2000.
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