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1.1沉降處理
沉降處理包括加速固結沉降和減少總沉降量兩方面。加速固結沉降可采用加載預壓、豎向排水(設置砂井或芯板排水)和擠實砂樁等方法。減少總沉降量可以采用換填好土、石灰(水泥)樁、擠實砂樁等方法。
1.2穩定處理
穩定處理可以采用換填土、擠實砂樁、石灰(水泥)樁等措施增加抗滑阻力。各種加速固結沉降措施都有助于促進軟土層強度的增長;慢速或分期填筑路堤可以達到阻止地基強度降低的目的。
1.3應注意的問題
(1)地基的土質及土層構成(厚度、排水層等)條件。(2)道路的性質、路堤高度和寬度,是否為與構造物連接的地段等條件。(3)工期、材料供應、施工機械作業條件和對周圍環境的影響等條件。以上處理方法可以單獨使用,通常用幾種方法組合使用,以發揮各種方法的特長,取得良好的處理效果。
2.1換填土法
當淤土層厚度較簿時,可采用淤土層換填砂壤土、灰土、粗砂、水泥土及采用沉井基礎等辦法進行地基處理,鑒于換砂不利于防滲,且工程造價較高,一般應就地取材,以換填泥土為宜。可將軟土全部挖除,使路堤筑于基底或盡量換填滲水性土。這種方法適用于軟土厚度小于2m的路堤。換土法要回填有較好壓密特性土進行壓實或夯實,形成良好的持力層,從而改變地基承載力特性,提高抗變形和穩定能力,施工時應注意坑邊穩定,保證填料質量,填料應分層夯實。
2.2拋石擠淤法
在路基底從中部向兩側拋投一定數量的片石,將淤泥擠出路基范圍,以提高路基強度,所有片石宜采用不易風化的大石塊,尺寸一般<0.3m。其上鋪0.1m厚碎石及0.1m厚砂層后再填土。這種方法的適用范圍為:軟土厚度<3.0m,表層無硬殼,呈流動狀態、排水困難的地基狀態。
2.3反壓護道法
當軟土和沼澤較厚,路堤高度不超過極限高度的2倍時,路堤兩側填筑適當厚度和寬度的護道,在護道附加荷載的作用下,保持地基的平衡,增加抗滑力矩,防止路堤的滑動破壞。通過反壓護道法使路堤下淤泥趨于穩定。護道一般可采用單組形式,其高度為路堤高度的0.3—0.5倍。適用范圍:當路堤超過極限高度的1.5—2.0倍以內時適用。
施工時,護道盡量與路堤同時填筑,且壓實度要達到90%以上。它的特點是施工工藝簡單、費用較低,但施工用地增大。
2.4砂墊層法
在軟土地基上鋪設厚度為0.5—1.2m的砂層,可使軟土頂面增加一個排水面,促進路基底的排水固結,提高路基的強度及穩定性。砂墊層材料的選擇以透水性好的砂或砂礫(74u篩孔通過率為3%以下)為宜,以保證所需的排水能力;砂墊層的寬度以每側寬出路堤0.5—1.0m為宜。砂墊層適用于路堤高度<2倍極限高度的狀況。
2.5設置砂井法
砂井與連接的砂墊層配合使用效果較好,一般砂井直徑為0.2—0.3m,井距為井徑的8—10倍,常用范圍為2—4m,平面上呈矩形或梅花形布置。適用范圍:軟土層厚度>5m,且路堤高度超過天然地基承載力容許的高度很多時適用。
2.6攤鋪土工布法
高填土可適當分層,采用土工布加強路堤剛度,并在軟土基上隔墊,使荷載均勻,避免局部破壞,對地下水防治相當有利,也可以用土工布攤鋪軟土底層,并折向沿邊坡作防護,這樣既提高基底剛度,也使邊坡受到維護,有利于排水和因地基應力再分配而增加路基的穩定性
2.7排水固結法
排水固結法是解決淤泥軟粘土地基沉降和穩定問題有效措施,由排水系統和加壓系統兩部分組合而成。排水系統是在地基中設置排水體,利用地層本身的透水性由排水體集中排水的結構體系,根據排水體的不同可分為砂井排水和塑料排水帶排水兩種。
2.8灌漿法
是利用氣壓、液壓或電化學原理將能夠固化的某些漿液注入地基介質中或建筑物與地基的縫隙部位。灌漿漿液可以是水泥漿、水泥砂漿、粘土水泥漿、粘土漿及各種化學漿材如聚氨酯類、木質素類、硅酸鹽類等。灌漿法對加固淤泥軟土地基具有明顯效果,如福建省龍海市角美壺嶼港水閘由于淤泥軟基不均勻,沉陷閘基沉降最大達到0.63m,加固時采用單管高壓旋噴灌漿處理,每個閘墩上、下游側和中間各設5個灌漿孔,沿閘墩軸線兩側布孔,灌注水泥漿,成樁直徑0.5m,伸入閘基礎10.5m,采用灌漿壓力為20MPa,經過處理后閘基沉降基本得到控制。高壓旋噴灌漿處理原理是通過在閘基中高壓旋噴灌漿形成水泥土摩擦樁,提高閘基承載力,達到控制沉降的目的。另一種對淤泥軟土地基閘室淘空處理通常應通過水閘上游防滲如設置水平鋪蓋或垂直防滲控制閘基滲流,然后再對閘室進行灌漿處理。
3結語
總之,軟土地基的強度或變形的問題是工程土中必須十分注意的問題,過大的沉降及不均勻的沉降造成軟土地區大量的工程事故。因此,在軟土地區進行設計與施工的道路工程時,必須從地基、建筑、結構、施工、使用等多個方面綜合考慮,采取相應的措施,減少地基的不均勻沉降,保證建筑物的正常使用。
參考文獻:
[1]徐至鈞.建筑地基處理技術叢書:軟土地基和預壓法地基處理[M].機械工業出版社,2005.
[2]王曉謀,袁懷宇.高等級公路軟土地基路堤設計與施工技術[M].人民交通出版社,2001.
關鍵詞:軟土地基勘察基礎設計
近幾年,經濟的發展帶動了電力建設迅速發展,同時由于國家“西電東送”工程的實施,蘇北沿海地區新建了若干輸變電工程。由于該地區地質分布有含水量大、壓縮性高、承載能力低的軟土薄弱層,對工程基礎設計帶來極為不利的影響,稍微地質勘察不詳細或基礎設計形式不對,都可能引起建筑物(構筑物)的過大沉降、傾斜甚至倒塌。
1工程案例及原因分析
案例一:在蘇北沿海地區新建某35kV變電所,主變容量31.5MVA,變壓器總重17000kg,主變基礎采用長5米,寬3.8米,厚0.6米的獨立基礎,內配Ф12@150雙層雙向鋼筋,基礎埋深1.5米,下設100厚C10混凝土墊層。就在主變就位后的第二天發現,主變基礎產生不均勻沉降,最大沉降達50mm,明顯不利于設備安全運行,基礎只得從新澆筑。新主變基礎在獨立基礎下布置了八根12米石灰樁進行地基處理,主變荷載由復合地基承擔。基礎澆筑養護成功后主變重新就位,安裝結束觀測至今發現沉降很小。
案例二:同一地區,某在建220kV變電所,配電樓共二層,框架結構,基礎采用12米Ф500(壁厚80)預制管樁,承臺埋深2米,單樁設計承載力400kN。在靜壓樁時發現,樁達到設計標高時,壓力表讀數換算為樁承載力僅為300kN,而且樁最終貫入速度一直很快,這說明樁端未進入持力層,仍然處于軟土薄弱層中。經設計、勘察、監理、施工等單位多方協同論證,反復研究,確定接樁方案,在原來12米樁基礎上加接8米同型號管樁,后來做靜載試驗發現,20米樁能滿足設計要求。
經分析研究,案例一工程主變基礎沉降過大是由于地質勘察不詳細引起的,勘察報告就沒能詳細反映該主變基礎下的軟土地基分布情況,由于潮汐對地下水位的影響,軟土在含水量高時極易壓縮變形,從而引起主變基礎過大沉降;案例二工程處地基存在9米厚的軟土層,由于設計上沒有高度重視軟土地基對樁基礎承載力的影響,導致樁設計不合格。
2軟土地基分布及地質特點
軟土地基給工程上帶來的事故、缺陷很多,要減少軟土地基的危害,工程技術人員熟悉軟土的特性就顯得非常重要。所謂軟土是在靜水或緩慢的流水環境中沉積,經生物化學作用形成的飽和軟弱粘性土。中國建筑工業出版社出版的《工程地質手冊》稱軟土為“軟土是指天然含水量大、壓縮性高、承載能力低的一種軟塑到流塑狀態的粘性土,如淤泥、淤泥質土以及其他高壓縮性飽和粘性土、粉土等”。特征指標也做了如下表述:當天然空隙比e大于1.5時,稱為淤泥;天然空隙比小于1.5而大于1.0時,稱為淤泥質土。
幾千年來,蘇北地區由于黃河淤積和改道,大陸逐步東移,形成了以粉砂、粉土為主,中間夾以粉質粘土和淤泥質粉質粘土軟土的地貌。根據工程地質勘察報告發現,蘇北沿海地區海拔在1.5~4.5米之間,整個地面從東南向西北緩緩傾斜,軟土厚度從3米至14米,地下水位受大氣和潮汐影響,一般在0.5~1.5米之間。該地區地質分布土質的一些典型物理性質指標見下表。
表一:土體物理性質指標
土層
厚度(m)
天然含水量ω(%)
天然孔隙比e
壓縮模量Es(MPa)
塑性指數IP(%)
液性指數IL
承載力fk(Kpa)
耕土
0.5~1
粉土
2.5
32
0.724
8.21
8.21
9.7
100
粉質粘土
1.5
33
0.928
4.34
4.34
13.8
90
淤泥質粉質粘土
3~14
40~55
0.899~1.348
2.57~4.12
9~14.5
1.22~2.49
60
粉土
4~9
27.3
0.767
6.23
11.0
0.6
140
粉土夾粉砂
未鉆透
24
0.598
15.98
170
以上數據是經統計該地區幾個變電所工程地質勘察報告而來,從表中不難發現,作為軟土層的淤泥質粉質粘土埋深不深,但對不同的場地,該土土層厚度分布不均,這對建筑物和構筑物基礎設計提出了較高的要求。
3處理措施及設計對策
3.1細心勘察,查清場地水文地質情況。
擬建場地勘察評價很重要,如若勘測點布置過少,或只借鑒相鄰建筑物的地質資料,對建筑場地沒有進行認真勘察評價,提出的地質勘察報告不能真實反映場地條件,勘察資料不準確,結論不正確、建議不合理,就會給結構設計人員造成誤導。如淤泥質土、暗塘等沒有被發現,會使新建的建筑物和構筑物發生嚴重下陷、傾斜或開裂。
沿海地區工程現場的地質、水文勘察調查宜包括下列內容:了解工程區的地形地貌特征、微地貌類型,地層成因類型、巖土性質、產狀與分布概況,不良地質現象概況,地下水類型和分布概況,區域穩定性和歷史地震背景和震情。查明海水的侵入范圍、咸水(包括現代海水和古代殘留海水)與淡水的分界面及其變化規律;潮汐對地下水動態的影響。只有認真研究地質資料,以數據說話,才能設計出切實可行的基礎方案。
3.2認真研究、多方論證,確定最佳地基處理和基礎設計方案。
蘇北沿海地區地質是由于黃河淤積和黃海沖積而成,地貌屬于淤泥質海岸,為我國淤泥質海岸分布最廣、最典型的地區之一。淤泥質軟土的存在對工程基礎設計提出了更高的要求。淤泥質軟土地基承載力低,壓縮性大的特點,不易滿足建筑物和構筑物地基設計要求,需進行地基處理。根據軟土地基處理的原理和作用,根據多年一些輸變電工程建設實踐,可以采取以下簡單易行、經濟效益較高的軟土處理方法。
(1).換土法
此方法適用于淺層軟弱地基及不均勻地基的處理。當淤泥土層厚度在4m以內時,可采用挖除淤土層,換填砂土、灰土、粗砂、礫石、片石、卵石等辦法進行地基處理,換填淤泥土層,提高軟土地基強度,一般換填的厚度為30~100cm。換填土相對來說造價高,但可以節省工期。
(2).地基加固處理及樁基法
當淤土層較厚,難以大面積進行深處理時,可采用打樁的辦法進行加固處理。當淤土層厚度小于5m時,宜打砂樁或石灰樁,通過吸水和排水來擠密淤土,使其孔隙比小于1,以達到一般地基要求;當淤土層厚度在5~7m時,宜打預制管樁至硬土層,設承載樁臺;當淤土層厚度在7~10m時,宜打灌注樁至硬土層,設承載樁臺;淤土層厚度在10m以上時,宜采用打懸浮樁的辦法,擠密淤土層并靠摩擦承載。
(3).優化基礎法
①擴大條基底面積,增設鋼筋混凝土基礎梁。可將條形基礎淺埋,把基礎設置在地基表層的密實土層上,從而避開淤土層,適當設置鋼筋混凝土基礎梁,增大基礎的剛度,提高基礎的穩定性和抗變形的能力。
②采用筏板基礎或箱形基礎。對小型建筑物可采用擴大基礎底板的方法,如設計較薄的鋼筋混凝土底板。對大中型工程,可采用空箱底板,即在不增加建筑物造價的情況下,用加大底板高度、減輕底板自重的辦法來適應軟土地基要求。
③采用合理的樁基礎。鉆孔灌注樁應用十分廣泛,但因屬隱蔽工程,成樁后質量檢查比較困難,且由于軟土的特殊性質,經常會出現一些縮徑、斷樁、樁身孔洞和“爛樁頭”等質量問題。在潮汐地區,沒有采取措施來穩定孔內水位,灌注砼時樁孔易坍孔,在該地區基礎設計時應少使用;預制樁的承載力由樁端承力和樁側摩擦力組成,由于軟土不易固化,降低了樁的側摩擦力,使樁在工程使用中不安全,因此該地區基礎設計時也應少使用。根據施工實例統計,沉管灌注樁基礎是沿海軟土地區好的基礎設計形式,樁設計承載力和施工成樁質量均好控制,對于沉管樁較能保證質量的樁長范圍為Φ400mm在16m以內,Φ500mm在18m以內較合適,樁距最好在4d左右。
1.1排水砂墊層
排水砂墊層主要是在地基的地表鋪一層砂石,這樣做可以將土層中的水分進行很好的控制,不會使水量發生重大變化,保證土層的良好排水,影響土質結構,同時鋪設一層砂石可以增加軟土層的承載力。在鋪設砂石層時,砂石層的厚度以0.6~1.0m為宜,在進行軟土地基的排水改造的同時還要進行地基兩側的排水系統的修建,保證良好的外部排水中間,在軟土地基的土壤顆粒和置入材料產生摩擦力,將整個的軟土層和抗拉力材料形成一個整體,增加整個軟化土層的穩定性。例如:在福建省的圍墾工程中間,就是采用的朔料排水板,加強土層中水分的排除,將剩下的土壤固結成可以承受高強度的土層,同時還在其中放置土工織物,將整個拉力均勻的分布在基地中,這樣可以使得基地均勻承受力,同時增加軟土地基的穩定性。
1.2預壓砂井法
預壓砂井法是利用壓力系統和排水系統的相互結合,在軟土地基中,將空隙中的水分排除來,同時將剩下的土壤進行加壓,增加土層的承壓能力。在這種兩種方法相結合的系統中,常用的排水系統是水平的排水墊層或者利用排水溝將水排除,還采用豎直方向的排水砂井和排水板;在加壓系統中,常用的方法是推載預壓、真空預壓和降低低下水位等等。當在清除加固范圍內的植被和土壤后將上面鋪上砂層,再插入垂直的排水板,在砂層中放置橫向的排水管,最后在砂墊層封膜,將膜內的空氣抽出,這種方法我們稱為真空聯合堆載預壓法。但是這種方法的作用范圍有限,適用于工期較寬泛的工程。
1.3旋噴法
旋噴法是將帶有噴嘴的機械作用到預訂的土層深度后,從噴嘴中噴射出水泥,通過高速的旋轉將土壤和水泥混合到一起,最后整個固結硬化成樁,這樣的方法可以將整個的地基變成土壤和水泥混合硬化而成的樁,最后可以達到提高地基承載力的效果。這種方法對于有機質含量較多的土層作用很小,在塘泥等土層中要慎用。
1.2換土法
換土法是軟土地基處理技術中比較常用的一種方法,這種方法簡單有效,在實施過程中,通過對軟土本質的改變,改變土質特性,達到水利地基建設的標準。例如:在水利施工中遇到軟土地基問題,可以用水泥、灰土等替換軟土,使土壤的承載力達到水利施工的標準。換土法可以直接的有效的提高土壤的承載力,但是這種簡單直接的方法卻很容易收到地理位置的制約,影響這種方法的使用,在比較偏遠的位置,交通運輸不便的情況下,這種方法就會加大工程的成本,因此,在采用換土法的同時,也要充分考慮到當地的實際,在交通便利的情況下采用這種方法。
1.5排水固結法
排水固結法是采用排水板將土壤中間的水分排出,然后提高土壤的穩定性,增加土壤的承載力。
1.6振動水沖法
振動水沖法是將軟土地基打孔,然后將水泥等原料填充到其中,在采用分層夯實的方法,加固地基,一般在采用這種方法之前不要利用排水系統進行排水。
1.7硅化加固法
硅化加固法是將氯化鈣和氧化鈉等溶液通過兩側有洞的管注入到地基中間,通過這些化學溶液融入到土壤中間,在和土壤產生化學反應,在土壤之間生成一種膠狀物,將土壤凝結在一起,從而增加土壤的承載力。在使用這一技術的過程中間,采用電化的方式可以加大硅化的范圍,這種方法叫電動硅化法。
1.8人工材料加筋法
人工材料加筋法是采用人工合成材料覆蓋在地基表層,這一工作要在工程施工之前完成,這樣做主要是為了將整個建筑物的重量均勻的分布在地基的各個地方,不會出現某些地方承載的壓力大,有的地方承載的壓力小的情況,另外,這種方法可以有效的增加建筑物和地基之間的摩擦力,防止建筑物出現傾斜的現象。
1.9樁基法
基法在面對含水量大,軟土地基層后等水利工程的建設中間使用的較多,將鋼筋混凝土樁置入到軟土地基中,代替傳統的砂石樁。
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