摘要:介绍了软土地基的成因及分类,分析了软土地基的特征,全面地阐述了加固软土地基的处理办法,提出应针对具体情况选用相应的加固措施。
Abstract: The origin and classification of soft soil foundation are introduced and based upon its characteristics analysis comprehensive treatment methods are elaborated. Author points out that according to various situations corresponding proper reinforcement measures should be selected.
关键词:软土地基;加固;处理技术
Key words: soft soil foundation;reinforcement;measure
中图分类号:TU7 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)10-0093-02
0引言
随着经济的高速发展,我国的建筑用地不断扩大,但随着人口的增多和建筑用地的相对不足,如何更好的利用有限的土地资源成为当今社会发展的一个重要课题。由于高层建筑、高速公路、高速铁路的发展,对地基的承载能力要求越来越高,天然的软土地基远远不能满足这些高档次的构造物对地基承载力的要求这便要求我们能够更好地运用科学技术,将天然软弱的地基进行科学合理的改造和加固,以达到有效利用土地资源的目的。
软土地基一般指抗剪强度低、压缩性较高以及具有其它不良性质的地基。根据《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)一般包括淤泥、淤泥质土、杂填土及其它高压缩性土层构成的地基。软土地基的特性、危害及处理的必要性。软土按其成因大致可分为海洋沿岸沉积和内陆湖盆地沉积两大类。软土地基的外表特征:在土质勘探测量中可知,人工开挖探坑,如遇软土,往往难挖,具有触变性,流变性显著。经土样试验结果,可得出天然含水量高、孔隙比大、透水性差、压缩性高、抗剪强度低。软土地基下沉的一个主要原因是软土地基的沉降,包括瞬时沉降、固结沉降和次固结沉降三部分。待翻开晾晒后,水分很快流失,呈疏松状。这种土质如在施工中出现,最佳含水量不易把握,极难达到规定的压实度值,满足不了相应的密实度要求,在建筑物开始使用后,往往会发生失稳或过量沉陷。其危害性显而易见,故禁止采用。在软土地基上进行施工,很难保证达到建筑物的安全及使用要求,所以在建筑物施工前必须做必要的检测和科学的地基处理[1-2]。
1软土地基的一般处理方法
1.1 强夯法强夯是松软地基的一种有效的加固方法,由于夯击能量很大,所以加固深度深,也是一种快速加固软土地基的方法,最适用于孔隙大而疏松的碎石土、砂土及建筑垃圾,也适用于低饱和度的粉土、粘性土、湿陷性黄土和素填土,但不适用于高饱和度的粘性土及淤泥类土[2]。
强夯法加固软土地基的作用机理主要有:①冲击力(波)作用下地基土的振动压密。重锤撞击地面产生的强大的冲击力,以波的形式传播到地基内,冲击波分纵波、横波和表面瑞利波三种。②振动液化。冲击作用下饱和土体内产生很大的超静水压力,当水压力达到总应力时土的强度为零,即土发生液化。强夯法用于加固粉细砂地基主要起密实和抗地震液化作用。③动力固结。饱和粘性土的密实主要由于夯后的动力固结效应,即夯击时饱和粘性土内形成很大的残余超静孔隙水压力,夯击后随着超静孔隙水压力的消散,地基内土体产生压缩和密实,强度提高。④触变效应。夯击结束后,随着时间的增长,饱和粘性土的强度逐渐缓慢地恢复提高。
强夯的加固效果主要表现在:提高地基承载力;深层地基得到加固;消除液化;消除湿陷性;减少地基沉降量等几个方面。概括来说强夯的优点是:①设备简单、工艺方便、原理直观;②应用范围广,加固效果好;③需要人员少,施工速度快;④不消耗水泥、钢材,费用低。其缺点是:①振动大,有噪音,在失去密集建筑区难以采用;②强夯理论不成熟,不得不采用现场试夯才能最后确定强夯参数;③强夯的振动对周围建筑物的影响研究还不够。
1.2 换土垫层法换土垫层法又称换填土法。这种方法先挖除基底下处理范围的软弱土,再分层换填强度大、压缩性小、性能稳定的材料,并压实至要求的密实度,作为地基的持力层。垫层的材料一般用强度较高,透水性强的砂、碎石、石渣、矿渣、灰土和素土等。按其组成材料分为砂垫层、碎石垫层、灰土垫层和加筋土垫层等。按垫层在地基中的主要作用又分为换土垫层、排水垫层和加筋土垫层等。由此垫层的作用可简单概括为:①提高持力层承载力;②减少沉降量;③加速软弱土层的排水固结;④防止冻胀;⑤消除膨胀土的胀缩作用。这种方法具有工期相对较短、工艺简单、造价低等特点,但是施工时要重视碎石土的碾压厚度、碾压密实度,石料抛填和碾压顺序等关键工序[1,3-4]。应该特别注意的是,垫层仅对软土地基作表层处理,不论地基强度的提高、变形性质的改善和应力场应变等都是在浅层,所以所能承受的建筑物荷载不宜太大。若建筑物的荷载较大则需和其他方法联合使用。
1.3 排水预压法对于饱和的粘性土地基,其透水性很小,往往采用砂井堆载预压的方法来加速土中孔隙水的排除,加快土的固结,达到挤紧土颗粒和提高强度的目的。为了缩短预压时间,在砂井上部铺设砂垫层,使砂井与砂垫层构成地基的排水系统,在填土荷载的作用下加速排水固结,效果甚好。此法即利用软土自然沉降,让软土地基排水固结。如工期不紧,通常采用堆载预压或超载预压,并分期加压逐渐填筑达到预期的路基标高。这是最经济的方法,但需要较长的时间,预压期一般都要半年至一年,占地多、投资大,在项目未经批准不能征地、资金也无着落时难以提早施工[3,6]。对于砂井堆预压法,在施加荷载时,还应注意,加荷速率以及分级加荷的大小,应与原地基强度及地基固结增长的强度相适应。这种方法我们主要是用在桥头处,预压时效果比较明显,加速了高塑性土的排水固结速度;缺点是受预压时间限制,工期长,沉降不易趋于稳定,因而我们采用了与其他方法综合使用。要求在使用时要严格控制加载速率,防止地基侧向变形,出现失稳破坏,实践证明,预压法是可行的,有效的。此外,在预压的技术方面国内外有了长足的发展:①真空预压法代替堆载预压法,可节省大量工程量与造价;②袋装砂井代替砂井,可节省几倍砂料,且可避免砂井成空是颈缩,提高质量,加快进度;③塑料排水带代替袋装砂井,使投资与工期进一步减小。
1.4 深层搅拌法深层搅拌法是一种新型地基处理方法,适用于处理淤泥、龄铌质土、高饱和度的粉土和含水量牧高且地基承载力标准值不大于120Kpa的粘性土地基。它利用水泥、石灰等材料作为固化剂的主剂,通过特别的深层搅拌机械,在地基深处就地将软土和固化剂强制搅拌混合,利用固化剂和软土之间所产生的一系列物理—化学反应,使软土硬结成具有稳定性、水稳性和一定强度的优质地基。其加固深度通常超过5cm ,国外施工实际已达60cm。
深层搅拌法的施工工艺:利用水泥、石灰为固化剂,从不断回转的中心轴端向四周被搅拌松的土中喷出浆体或粉体固化剂,硬化而成柱。从而提高软土地基承载力,减少沉降量,提高边坡稳定性。该法施工过程中无振动、无污染,对周围环境及建筑物无不良影响,尤其适用于公路工程中桥头两端的软土地基路段[1,2,6]。
1.5 振冲碎石桩法振冲碎石桩是通过振冲以碎石置换置部分软土的地基处理方法,使碎石与原地基土一起构成复合地基,形成的碎石桩变形模量远较软土大,以加速地基土的排水固结来达到提高地基承载力的目的。振冲碎石桩适用于处理不排水抗剪强度较大的粘土、粉土、砂土、饱和黄土和人工填土地基。振冲法加固后的地基,仍作为复合地基来考虑。当地基土强度较高时,振冲法加固效果很好;当地基土很软时,例如强度小于30kPa 时,振冲法的加固效果就较差。主要原因是很软的土难以振密,排水固结慢,强度难以提高。振冲碎石桩一般仍按三角形或正方形进行平面布桩体[1-3]。
1.6 化学加固法通过在软土地基中加入水泥或其它化学材料,进行软土地基处理的方法称为化学加固法。适用于处理砂土、粉土、淤泥质粘土、粉质粘土、粘土和一般人工填土,也可以在处理裂隙岩体及已有构筑物地基加强中。水泥或其它化学材料注入土体后,与土体发生化学反应,吸收和挤出土中部分水与空气,形成具有较高承载力的复合地基。化学加固法加固地基的化学浆液种类很多,按主剂性质分无机系和有机系。
常用材料如下:①水泥浆液,通常采用高标号的硅酸盐水泥,用水灰比1:1.为调节水泥浆的性质,可掺入速凝剂或缓凝剂等外加剂。水泥浆为无机系浆液,取材充足,配方简单,价格低廉又不污染环境,是各国最常用的浆液材料。②以水玻璃为主剂的浆液,其在酸性固化剂作用下可以产生凝胶。③以丙烯酰胺为主剂的浆液,以水溶液状态注入地基,使它与土体发生聚合反映,形成具有弹性而不溶于水的聚合体。④以纸浆为主的浆液,其属于“三废利用”,源广价廉,能够大大降低成本[1,5]。
根据地基土颗粒大小、化学浆液的性状不同,国内外常用压力灌浆法、高压旋喷桩、粉喷桩、注浆、水泥土搅拌法。
2结论
近几年来,各地因地制宜发展了许多新的地基处理方法,各种地基处理方法综合应用水平的不断提高。地基处理领域是土木工程中非常活跃的领域,也是非常有挑战性的领域。重视多种地基处理方法的综合应用可取得较好的社会经济效益。
参考文献:
[1]陈希哲主编. 土力学地基基础(第四版).清华大学出版社,2003.
[2]朱祖梁,黄光明. 软土地基处理方法的实例分析,2005,17(增刊):1.
[3] 李明坤,肖海泉. 浅谈软土地基的处理,呼伦贝尔学院学报2004,12(6):1.
[4]宫旭东,汪东兰. 关于软土地基处理的几点建议,黑龙江交通科技,2003,9:1.
[5]杨鑫.软土地基处理技术[J].西部探矿工程,2003,3:2.
[6]黄冬梅.软土地基处理之浅见[J].山西建筑,2004,30(3):2.