建筑工程中軟土地基的處理方法

建筑工程中軟土地基的解決辦法及其工藝要點【摘要】結(jié)合工程實踐，介紹軟土及軟土地基的定義，通過簡述軟土地基在建筑工程中的危害，進而對建筑施工中軟土地基慣用的解決辦法作具體闡明，提出強夯法、換土墊層法、粉體噴射攪拌法、漿灌樁（深層水泥攪拌樁和深層水泥攪拌樁）、砂墊層和砂石墊層換填等解決辦法及其工藝要點。【核心詞】建筑工程；軟土地基；解決辦法；工藝要點1軟土地基中的有關(guān)術(shù)語定義1.1軟土定義軟土是指天然含水量大、壓縮性高、承載力低的一種軟塑到流塑狀態(tài)的飽和黏土，多分布在沿海、內(nèi)陸、平原、山區(qū)的湖泊河灘周邊等地區(qū)，含有天然含水量高，普通液限wl值較高；天然孔隙比e＞1.0。當(dāng)軟土由生物化學(xué)作用形成e＞1.5時為淤泥，天然孔隙比1.0＜e＜1.5時為淤泥質(zhì)土；壓縮性高，壓縮系數(shù)a1-2>0.5m2／mm；強度低，不排水抗剪強度＜0.03mpa，長久強度更低；滲入系數(shù)?。╧=10-7-10-8cm/s）、固結(jié)系數(shù)小、敏捷度高、易受擾動、透水性差、土層層狀分布復(fù)雜、各層之間物理力學(xué)性質(zhì)相差較大等特點。1.2軟土地基定義軟土地基在學(xué)術(shù)界還沒有統(tǒng)一定論，中國公路行業(yè)規(guī)范對軟土地基定義是指強度低，壓縮量較高的軟弱土層，多數(shù)含有一定的有機物質(zhì)。日本高等級公路設(shè)計規(guī)范將其定義為：重要由粘土和粉土等細微顆粒含量多的松軟土、孔隙大的有機質(zhì)土、泥炭以及松散砂等土層構(gòu)成，日本在給出軟土地基定義時指出：軟土地基不能簡樸地只按地基條件擬定，因填方形狀及施工狀況而異，有必要在充足研究填方及構(gòu)造物的種類、形式、規(guī)模、地基特性的基礎(chǔ)上，判斷與否應(yīng)按軟土地基解決。在上述定義基礎(chǔ)上，結(jié)合國內(nèi)外對軟土的定義，筆者認為軟土地基系指重要由淤泥、淤泥質(zhì)土、沖填土、雜填土或其它高壓縮性土層構(gòu)成的地基。同時，在建筑地基的局部范疇內(nèi)有高壓縮性土層時應(yīng)按局部軟弱土層考慮，施工中，宜先建重、高部分，后建輕、低部分。1.3軟土地基工程的性質(zhì)重要有：（1）觸變性。軟土在未破壞時，具固態(tài)特性，一經(jīng)擾動或破壞，即轉(zhuǎn)變?yōu)橄♂尰蚱渌问降牧鲃訝顟B(tài)；（2）高壓縮性。壓縮系數(shù)大，經(jīng)理論測試，大部分壓縮變形垂直壓力峰值約為0.1mpa；（3）低透水性。軟土的透水性很低，可認為是不透水的，因此軟土排水固結(jié)需要很長時間；（4）不均勻性。軟土由微細的和高分散的顆粒構(gòu)成，土質(zhì)不均勻，當(dāng)建筑荷載不均勻時，將會使建筑物產(chǎn)生較大的差別沉降，造成建筑物裂縫或損壞；（5）流變性。在一定剪應(yīng)力作用下，含有發(fā)生緩慢長久變形的性質(zhì)，且長久強度不大于瞬時強度。2軟土地基在實際工程中的危害軟土地基在實際工程中，無論是從勘查設(shè)計還是從現(xiàn)場施工角度看，其危害均是巨大的，勘察設(shè)計不具體或不精確，造成對應(yīng)當(dāng)做軟基解決的地段未做解決設(shè)計，可能造成工程返工及經(jīng)濟上的損失，嚴(yán)重的，還會造成施工后構(gòu)建物的下沉、變形，甚至損毀。已知是軟土地基，但是未做好軟土地基解決，造成基礎(chǔ)失穩(wěn)或危及附近建筑物，或者即使做了軟土地基解決，但是方法不力，施工不當(dāng)造成基礎(chǔ)失穩(wěn)，影響整體構(gòu)造。另外，由于堆料不當(dāng)，未按規(guī)定分層填筑，填土過快，碾壓不當(dāng)，均會造成基礎(chǔ)整體受力不均而失穩(wěn)。3軟土地基的解決的基本規(guī)定3.1地基基礎(chǔ)工程施工線，必需含有完備的地質(zhì)勘查資料及項目附近管線、建筑物、構(gòu)筑物和其它公共設(shè)施構(gòu)造狀況，必要時應(yīng)作施工勘查調(diào)查以確保工程質(zhì)量及鄰近建筑的安全。3.2施工過程中，應(yīng)緊密觀察軟土地基變化狀況，如遇異常，應(yīng)停止施工，由有關(guān)單位組織勘查、設(shè)計、施工等有關(guān)單位共同分析狀況，解決問題，消除質(zhì)量隱患，并形成書面資料。4慣用軟土地基解決辦法局部軟弱土層以及暗塘、暗溝等，可采用基礎(chǔ)梁、換土、樁基或其它辦法解決。當(dāng)承載力或變形不能滿足設(shè)計規(guī)定時，可選用下述辦法，但解決后的地基承載力應(yīng)通過實驗擬定。4.1強夯法強夯法是指將數(shù)噸至數(shù)十噸的重錘從高處自由落下，對軟土地基進行強力扎實，以提高其強度。加固后的土基，承載力會明顯提高，沉降量也會減少。其原理：在強夯過程中，土體中微小氣泡的體積壓縮，土的孔隙減小，土體局部液化，土的構(gòu)造破壞并且強度下降到最低位。隨之在夯擊點周邊出現(xiàn)徑向裂隙，形成樹枝狀的排水網(wǎng)絡(luò)，使土體滲入性大大增加，孔隙水得以順利溢出，加速了土體固結(jié)，繼而使土基的強度得到恢復(fù)和增強。工藝要點：先通過試夯獲得必要的施工參數(shù)，然后根據(jù)試夯數(shù)據(jù)布置夯擊點(普通按方形布點)、擬定夯打遍數(shù)和每遍夯打次數(shù)，以及前后兩遍夯打的間隔時間。施工機可用50t～100t的吊機或三角架。錘重普通為10～20t，底面積3～6m2，自由落高10m～20m，加固深度可達10m～20m。在兩遍夯打之間，應(yīng)注意間隔的時間以及夯擊坑的回填工作。夯打完畢后，應(yīng)整平地基，用較小的能量對整個場地進行一夯搭一夯的夯打。目的是扎實表面震松層及夯坑內(nèi)松散回填土。若整個施工場地的地基為非勻質(zhì)土并與原計劃不符時，應(yīng)及時采用補夯方法，務(wù)使整個場地得到同等的夯擊效果。4.2換土墊層法其基本原理是挖除淺層軟弱土或不良土，分層碾壓或扎實土，按回填的材料可分為砂(或砂石)墊層、碎石墊層、粉煤灰墊層、干渣墊層、土(灰土、二灰)墊層等。換土墊層法可提高持力層的承載力，減少沉降量；慣用機械碾壓、平板振動和重錘扎實進行施工。該法慣用于基坑面積寬敞和開挖土方量較大的回填土方工程，普通合用于解決淺層軟弱土層(淤泥質(zhì)土、松散素填土、雜填土、浜填土以及已完畢自重固結(jié)的沖填土等)與低洼區(qū)域的填筑，普通解決深度為2m～3m，合用于解決淺層非飽和軟弱土層、素填土和雜填土等。4.3粉體噴射攪拌法本辦法是向軟土地基內(nèi)噴射生石灰粉、水泥粉或粉煤灰等加固材料，原位攪拌混合，通過化學(xué)反映達成改善軟土力學(xué)性能的目的。粉體攪拌樁含有較高的剛度，抗側(cè)向變形能力；能夠有效地減少軟基的壓縮量，調(diào)節(jié)橫斷面差別沉降，并且能夠承受較快的加荷速度；在路基填土過程中，不適宜使用沖擊力過大的壓路機，可適宜增加碾壓遍數(shù)，盡量使解決后的基底樁問土相對固結(jié)穩(wěn)定，以增加抗剪能力。粉體攪拌樁不能改善地基排水條件，但通過吸水固結(jié)可提高樁間土的構(gòu)造性，同時樁頂鋪墊砂層可便于地基排水，從而可適宜加速樁土的固結(jié)，減少施工后沉降量。4.4漿灌樁法運用壓力將化學(xué)溶液或膠結(jié)劑通過注漿管均勻地注入士層中，固化劑和軟土之間將會產(chǎn)生的一系列物理化學(xué)反映，使軟土硬結(jié)成含有整體性、水穩(wěn)定性和一定強度的水泥加固土，并將預(yù)制的漿液灌入事先鉆制的基礎(chǔ)柱體中，從而提高地基強度和增大變形模量，減小地基沉降，使其成為優(yōu)質(zhì)地基，漿灌樁法重要有：深層水泥攪拌樁和深層石灰攪拌樁。4.4.1深層水泥攪拌樁深層水泥攪拌樁合用于解決淤泥、淤泥質(zhì)土、泥炭土和粉土，是進行軟基解決的一種有效辦法。深層水泥攪拌樁是運用水泥作為固化劑的主劑，通過特制的深層攪拌機械在地基深部就地將軟土和固化劑強制拌和，使軟土硬結(jié)，提高地基強度。試樁。試樁是為謀求最佳攪拌次數(shù)、擬定水泥漿的水灰比、泵送時間、泵送壓力、攪拌機提高速度、下鉆速度以及復(fù)攪深度等參數(shù)，以指導(dǎo)下一步水泥攪拌樁的大規(guī)模施工。每個標(biāo)段的試樁≮5根，且必須待試樁成功后方可進行水泥攪拌樁的正式施工。試樁檢查可采用7d后直接開挖取出，或最少14d后取芯，以檢查水泥攪拌樁的攪拌均勻程度和水泥土強度。施工準(zhǔn)備。深層攪拌樁施工場地應(yīng)事先整平，去除樁位處地上、地下障礙物。場地低洼時應(yīng)回填黏土，不得回填雜土。水泥攪拌樁應(yīng)采用合格的32.5級普通硅酸鹽袋裝水泥方便于計量。水泥攪拌樁施工機械必須含有良好及穩(wěn)定的性能，鉆機開鉆之前應(yīng)由監(jiān)理工程師和項目經(jīng)理部組織檢查驗收。工藝要點。水泥攪拌樁開鉆之前，應(yīng)用水清洗整個管道并檢查管道中有無堵塞現(xiàn)象，待水排盡后方可下鉆，為確保水泥攪拌樁樁體垂直度滿足規(guī)范規(guī)定，在主機上懸掛一吊錘，通過控制吊錘與鉆桿上、下、左、右距離相等來進行控制。對每根成型的攪拌樁，質(zhì)量檢查重點是水泥用量、水泥漿拌制的罐數(shù)、壓漿過程中與否有斷漿現(xiàn)象、噴漿攪拌提高時間以及復(fù)攪次數(shù)。水泥攪拌配合比：水灰比0.45~0.5、水泥摻量12％、每米摻灰量46~25kg、高效減水劑0.5％。水泥攪拌樁施工采用二噴四攪工藝。第一次下鉆時為避免堵管可帶漿下鉆，噴漿量應(yīng)不大于總量的1/2，嚴(yán)禁帶水下鉆。第一次下鉆和提鉆時一律采用低檔操作，復(fù)攪時可提高一種檔位，每根樁的正常成樁時間應(yīng)≮40min，噴漿壓力0.4mpa。4.4.2深層石灰攪拌樁深層石灰攪拌樁合用于解決塑性指標(biāo)較高的軟黏土地基，在相似條件下，石灰作為固化劑解決的臨時加固效果比水泥好。深層石灰攪拌樁是在軟土地基中將石灰和地基土進行強制攪拌混合，地基土和石灰發(fā)生化學(xué)反映，在穩(wěn)定地基土的同時，提高強度的辦法。這種辦法含有技術(shù)簡樸可行且經(jīng)濟合理的特點，能有效地加固軟弱地基，減少軟土層沉降和整體工程工后沉降，提高軟土層的承載力。材料特性。石灰應(yīng)當(dāng)是細磨的，在攪拌過程中，為避免樁體中石灰聚集，石灰最大粒徑應(yīng)＜2mm。石灰應(yīng)盡量選用純凈無雜質(zhì)的，石灰中氧化鈣和氧化鎂含量最少應(yīng)為8.5%，其中氧化鈣含量最佳≮80%。石灰的儲存期不適宜超出三個月，石灰的液性指數(shù)≮70%。工藝要點。工作場地表層硬殼很薄時，需先鋪填砂、礫石墊層，方便機械在場內(nèi)順利移動和施鉆；配備鉆機、粉體發(fā)送器、空氣壓縮機、攪拌鉆頭等；通過原位測試及室內(nèi)實驗獲得地基土、灰土的物理力學(xué)及化學(xué)指標(biāo)，選用最佳含灰量作為設(shè)計摻灰量；擬定設(shè)立攪拌范疇，選擇樁長、截面及根數(shù)。攪拌樁的排列普通呈等邊三角形，也可四方形布置，樁徑為0.5m~1.5m，樁距約1m?？諌簷C的壓力不需要很高，風(fēng)量不適宜過大，鉆機及桅桿安裝在載體上，在地面上進行操作，要滿足耐壓力規(guī)定。在施工現(xiàn)場要設(shè)立石灰池，石灰粉要遮蓋，一是避免飛粉污染，二是避免遇雨水產(chǎn)生化學(xué)反映，濺傷皮膚及眼睛，施工人員要配戴防護眼鏡。鉆頭提高距地面30cm~50cm應(yīng)停止噴粉，以防溢出地面。4.5砂墊層和砂石墊層換填法砂墊層和砂石墊層是使用夯（壓）實的砂或石墊層替代基礎(chǔ)下部一定厚度的軟土層，以提高基礎(chǔ)下地基強度、承載力，減少沉降量，加速軟土層的排水固結(jié)，現(xiàn)在使用較為廣泛。材料特性。砂墊層和砂石墊層所用材料，宜采用級配良好、質(zhì)地堅硬的中砂、粗砂、礫砂、碎（卵）石、石屑或其它工業(yè)廢粒料。在缺少中、粗砂和礫砂地區(qū)，也可采用細砂，但亦同時摻入一定數(shù)量的碎石或卵石，其摻量按設(shè)計規(guī)定（含石量≯50%）。所用砂石材料，不得含有草根、垃圾等有機雜質(zhì)。用作排水固結(jié)地基的材料，含泥量宜≯30％，碎石和卵石最大粒徑宜≯50mm。工藝要點。施工前應(yīng)驗槽，先將浮土去除，基槽（坑）的邊坡必須穩(wěn)定，草地和兩側(cè)如有孔洞、溝、井等應(yīng)加以填實。在地下水位高于基槽（坑）地面施工時，應(yīng)采用排水或減少地下水的方法，使基槽（坑）處無積水狀態(tài)。人工級配的砂、石材料，應(yīng)按級配拌合均勻，再行鋪填搗實。砂墊層和砂石墊層的底面宜鋪設(shè)在同一標(biāo)高上，如深度不同時，施工應(yīng)按先深后淺的程序進行。土面應(yīng)挖成臺階或斜坡搭接，搭接處應(yīng)注意搗實。分段施工時，接頭處應(yīng)作成斜坡，每層錯開0.5m~1m，并應(yīng)充足搗實。采用碎石墊層時，為避免基坑底面的表層軟土發(fā)生局部破壞，應(yīng)在基坑底部及四側(cè)先鋪一層砂，然后再鋪碎石墊層。墊層應(yīng)分層鋪墊，分層夯（壓）實。扎實法合用木夯或機械夯，一夯壓半夯，全方面扎實，每層鋪設(shè)厚度為150mm~200mm，施工時最優(yōu)含水量為8％~12％。此法較合用于砂石墊層。5新型軟土地基解決辦法除以上傳統(tǒng)軟土地基解決辦法，結(jié)合當(dāng)代工程工藝，現(xiàn)簡述以下兩種新辦法：5.1現(xiàn)澆薄壁筒樁現(xiàn)澆薄壁筒樁是近年來新發(fā)明的一種新型樁型，它是運用一種壓入式成孔器，通過成孔、灌注、振動、拔管一次成樁。它含有經(jīng)濟高效、承載力高、穩(wěn)定性好、抵抗軟基礎(chǔ)不均勻沉降強、不污染環(huán)境、縮短工期等特點。筒樁采用薄殼混凝土構(gòu)造，承載力高，屬剛性樁。它重要作用是將路基的荷載大部分由筒樁傳遞到深處。隨即，再通過土工格柵將上部路基荷載均勻傳遞給樁土復(fù)合地基。當(dāng)樁問土通過土工格柵與樁身發(fā)生緊密作用時，外荷載開始由樁身承當(dāng)，此時的樁問土沉降就基本逐步達成穩(wěn)定，從而提高了地基強度，減少路基的沉降。另一項重要作用是群樁的側(cè)向水平總體效應(yīng)，它能明顯制止路基軟土的水平方向位移，從而大大增加路基的穩(wěn)定性。5.2“y”形樁“y”形灌注樁,又稱異型樁，是建立在圓柱形沉管灌注樁技術(shù)之上的新型樁基施工技術(shù)，它繼承了沉管灌注樁的特點，發(fā)揮了變截面樁的優(yōu)勢，從而能夠充足運用材料特性，減少工程成本。由于異型樁的樁身帶有突起的三條側(cè)棱及樁帽的特殊構(gòu)造，使其含有比普通圓管樁更大的側(cè)表面積，因此，它不僅秉承了普通沉管樁的優(yōu)點和特點，并且在消耗等量混凝土的狀況下，異型樁承載力比普通沉管樁可提高20％～25％，同等條件下，還可節(jié)省成本，在施工中，“y”型沉管灌注樁也無需專用打樁設(shè)施，只需將模具更換成“y”形鋼模即可。其施工規(guī)范和驗收原則均可借鑒原有的沉管灌注樁，即垂直打人軟土地基，達成設(shè)計深度后，灌注混凝土并小幅度間隙振動，拔出樁模后，在地下就會留下一種“y”形的砼樁。6結(jié)語在施工中碰到軟弱地基時，應(yīng)進行必要的補充勘探工作，提高沉降計算的精度和設(shè)計的合理性。只要設(shè)計和施工方法得當(dāng)，就能夠?；A(chǔ)工程的穩(wěn)定和使用效果。軟土地基的設(shè)計與施工方案，應(yīng)結(jié)合地質(zhì)條件、材料供應(yīng)、投資環(huán)境、工期規(guī)定和環(huán)保等因素，因地制宜、就地取材、分期修建、綜合處治的原則進行充足論證，使設(shè)計和施工方案達成技術(shù)上先進、經(jīng)濟上合理。軟土地基的解決辦法諸多，總