現(xiàn)代地基處理技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用

現(xiàn)代地基處理技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用

0地基處理的發(fā)展歷程現(xiàn)代基底處理技術(shù)來(lái)自歐洲。1835年，法國(guó)工程師設(shè)計(jì)了第一個(gè)砂礫樁。20世紀(jì)30年代前后，美國(guó)人發(fā)明了砂井法。1934年，蘇聯(lián)阿貝列夫提出了土樁覆蓋法。1936年，德國(guó)斯.steula提出了振沖法的原理。1940年代前后，瑞典的齊曼和其他人發(fā)明了一種硬紙板嵌入法（c）。20世紀(jì)60年代，法國(guó)梅德?tīng)枌W(xué)會(huì)首次采用了強(qiáng)側(cè)法。20世紀(jì)70年代，日本首先采用了加壓技術(shù)加固地板和防水桿的加固技術(shù)，即ccp技術(shù)。從20世紀(jì)80年代末到90年代初，中國(guó)發(fā)明了一套完整的cpg樁處理技術(shù)，并在全國(guó)范圍內(nèi)廣泛傳播。對(duì)于新技術(shù)的梳理與綜合性研究是巖土工程界需解決的問(wèn)題,本著這種觀點(diǎn)與思想對(duì)此進(jìn)行了分析和研究。1地基處理技術(shù)地基處理的目的是利用換填、夯實(shí)、擠密、排水、膠結(jié)、加筋和熱學(xué)等方法對(duì)地基土進(jìn)行加固,用以改良地基土的工程特性,主要包括3個(gè)方面:一是提高地基的抗剪切強(qiáng)度;二是降低地基的壓縮性;三是改善地基的透水特性。地基處理技術(shù),按廣義而言,可分為以下3類(lèi):(1)各種地基加固技術(shù),其主要作用是增強(qiáng)軟土地基的承載力,減少其沉降變形;(2)各種樁基技術(shù),其主要作用是把上部荷載傳至地基深部;(3)地下連續(xù)墻技術(shù),其主要作用是提供側(cè)向支護(hù)。地基處理技術(shù)按其本身加固原理可分為:置換、排水固結(jié)、灌入固化物、振密或擠密、加筋、冷熱處理、托換和糾偏等8類(lèi)。2地基處理技術(shù)的最新發(fā)展和現(xiàn)狀我國(guó)地基處理技術(shù)經(jīng)過(guò)多年的借鑒與發(fā)展,發(fā)展勢(shì)頭迅猛,尤其是近20年來(lái),隨著巖土工程建設(shè)的不斷發(fā)展,涌現(xiàn)了許多新的地基處理方法和工藝。2.1各種處理方法的結(jié)合2.1.1充填地基處理法該法的原理是先在填土層中施工好碎石樁體,起到擠密、置換和排水固結(jié)的作用,然后布置強(qiáng)夯點(diǎn),通過(guò)強(qiáng)大的沖擊能將碎石樁體擊散,并將碎石沿徑向擠入圍護(hù)土層中,使其在地基上部形成密實(shí)的碎石二合土硬殼層和擴(kuò)徑后高置換率的碎石樁復(fù)合地基,以滿足建筑物對(duì)地基的強(qiáng)度和穩(wěn)定性要求。該方法應(yīng)用于洞庭湖畔的湖汊回填區(qū)內(nèi)的廠房地基處理取得了較好的效果。強(qiáng)夯法一般不適于單獨(dú)處理高飽和細(xì)粒土地基,當(dāng)二者聯(lián)合處理此種地基時(shí),利用強(qiáng)夯加固飽和細(xì)粒土地基,碎石樁作為預(yù)設(shè)排水措施,同時(shí)起到了很好的聚能、隔振和壓重作用。青海省察爾汗鹽湖的青海鹽湖集團(tuán)新建年產(chǎn)100萬(wàn)t鉀肥項(xiàng)目,用該方法處理地基取得了較好的效果。2.1.2cfg樁、地面砂基其加固機(jī)理是碎石樁消除地基的液化,但由于其承載力有限,因此在碎石樁的基礎(chǔ)上,用CFG樁提高地基承載力,即CFG樁主要提供承載力,碎石樁主要消除上部地層液化問(wèn)題,該方法在某鍛造企業(yè)擬建管模車(chē)間地基處理中應(yīng)用,車(chē)間運(yùn)行l(wèi)a后,沉降量?jī)H為9.80—12.41mm,效果良好。2.1.3因粉噴樁而產(chǎn)生的作用得到改善其基本原理是由CFG樁、粉噴樁2種增強(qiáng)體與天然地基土體組成三元復(fù)合地基,既能發(fā)揮CFG樁高承載力的特點(diǎn),又因CFG樁的插入而使粉噴樁的側(cè)限約束作用得到增強(qiáng)。同時(shí),由于設(shè)置了粉噴樁,上部地基土的變形能力得到改善,提高土體的抗剪強(qiáng)度,避免CFG樁產(chǎn)生刺入破壞。該方法在武漢天興洲長(zhǎng)江大橋北岸聯(lián)絡(luò)線路基工程中得到應(yīng)用,處理后經(jīng)載荷試驗(yàn)復(fù)合地基承載力是原地基土承載力的3.4倍,且累計(jì)沉降量為5.33mm,效果較好。2.1.4復(fù)合地基的制備CFG樁和CS樁聯(lián)合應(yīng)用,則可與樁間土形成組合型復(fù)合地基;其中CFG樁作為高粘結(jié)強(qiáng)度樁的代表,像剛性樁一樣可全樁長(zhǎng)發(fā)揮側(cè)阻;而CS樁作為中等粘結(jié)強(qiáng)度樁的代表,屬于半剛性樁。將這兩種樁與柔性體(土)結(jié)合的復(fù)合地基既能發(fā)揮CFG樁高承載力和良好排水作用的特點(diǎn),又因CFG樁的插入而使水泥土樁的側(cè)限約束作用得到增強(qiáng)。同時(shí),由于設(shè)置了CS樁,地基土的變形能力可得到有效的改善,不僅提高了土體的抗剪強(qiáng)度,亦可避免CFG樁產(chǎn)生刺入破壞的可能,該方法在洛陽(yáng)工學(xué)院綜合試驗(yàn)樓工程應(yīng)用,封頂后沉降量?jī)H為12.8mm,取得了良好的處理效果。多種處理方法的結(jié)合,能取長(zhǎng)補(bǔ)短,使各種地基處理方法的適用性更廣,給地基處理方法的選擇提供了更大的余地,使地基處理方法應(yīng)用得更廣泛。2.2新的基本處理方法2.2.1ddc灰土擠密樁復(fù)合地基的制作DDC灰土擠密樁,就是采用孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法(簡(jiǎn)稱(chēng)DDC法)的施工工藝,用螺旋鉆機(jī)或柴油錘沉管成孔,在孔中分層填入灰土,分層夯實(shí)成樁,反復(fù)錘擊使樁徑逐步擴(kuò)大,與樁間土共同組成復(fù)合地基的地基處理方法。此復(fù)合地基主要可以改變濕陷性黃土的大孔結(jié)構(gòu),消除地基土的濕陷性,提高地基土的承載能力和減小地基土的變形。DDC灰土擠密樁處理后的復(fù)合地基承載力一般為原天然地基的2—7倍,相對(duì)于灰土樁有較大提高。其處理地基的一般深度為5—40m。2.2.2ifco強(qiáng)制固結(jié)法荷蘭IFCO公司于1998年對(duì)砂井預(yù)壓法的排水系統(tǒng)和加壓系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn),推出了一種新型的軟土地基處理方法——IFCO強(qiáng)制固結(jié)法,其系統(tǒng)如圖1所示。在IFCO強(qiáng)制固結(jié)法中,排水系統(tǒng)為一排排縱向貫通的砂墻,擴(kuò)大了排水通道,加快了固結(jié)速率,縮短了處理時(shí)間。加壓系統(tǒng)為真空面設(shè)置在砂墻底部的真空法或真空一堆載聯(lián)合法,不僅真空壓力可以一次施加,堆載可以視實(shí)際情況與真空壓力同時(shí)施加,縮短了堆載時(shí)間,而且由于真空面位于砂墻的底部,而不是在砂墻的頂部,水的滲流方向與重力方向一致,從而使固結(jié)速率加快。該方法用于處理位于荷蘭西南部的一公路地基,效果較好。2.2.3結(jié)3大類(lèi)材料爆炸處理地基方法分為爆炸置換、爆炸擠密、爆炸固結(jié)3大類(lèi),主要用在砂土、軟粘土等地基上。其原理是利用炸藥在土介質(zhì)中爆炸瞬間產(chǎn)生的強(qiáng)度大的沖擊波及爆炸產(chǎn)生的高溫、高壓氣體來(lái)振實(shí)或擠密周?chē)馏w。2.3基礎(chǔ)處理新技術(shù)2.3.1配套規(guī)模大,施工成本高,不能滿足轉(zhuǎn)場(chǎng)需求對(duì)于橋臺(tái)等小型區(qū)域軟土地基處理,由于粉噴樁設(shè)備機(jī)具尺寸和自重大,不利于地基力學(xué)性質(zhì)較差或工作區(qū)域狹窄的場(chǎng)地施工,而且由于耗電量大,野外作業(yè)需要的配套規(guī)模大,轉(zhuǎn)場(chǎng)費(fèi)用高,還會(huì)由于排污造成施工區(qū)域水質(zhì)污染,所以對(duì)于小區(qū)域或復(fù)雜地形施工不便。而CFG樁需要摻用一定比例的水泥,因此工程成本高,設(shè)備機(jī)具規(guī)模大,且加固后樁間土的基本力學(xué)性質(zhì)改善有限,達(dá)不到加固的目的。而粉煤灰一石灰一硫酸鹽混凝土是一種中粘結(jié)、半剛性、更高承載力、施工機(jī)具小型化(采用施打公路護(hù)欄立柱的輕型打樁機(jī)成孔成樁)、施工方便、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的處理方法。2.3.2強(qiáng)法律裝置工作原理高真空擊密法是通過(guò)對(duì)需處理的軟土體施加數(shù)遍高真空,并與之結(jié)合施加數(shù)遍相應(yīng)的變能量擊密,達(dá)到降低土體含水量,提高土體密實(shí)度和承載力,減少地基的工后沉降與異沉降量的地基處理工法。這是一種使土體形成高真空后施加不同能量級(jí)別強(qiáng)夯的工藝,其加固原理是快速動(dòng)力排水固結(jié)。上海浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)二跑道,采用此方法加固,節(jié)約投資2000萬(wàn)元。2.3.3加固處理費(fèi)用鑒于粉煤灰的透水性較強(qiáng),如果將其用于加固處理吹填土地基,則可加速吹填土的固結(jié)過(guò)程降低加固處理費(fèi)用。過(guò)去許多吹填土地基加固處理措施,都于吹填之后采用,粉煤灰吹填在吹填過(guò)程中就開(kāi)始采取加速固結(jié)措施。具體的作法是將淤泥與粉煤灰按一定干重比混合吹填,以改善土的固結(jié)性質(zhì)。黃島黃辛路以北已廢棄的鹽場(chǎng)和海灘上應(yīng)用粉煤灰吹填,以形成大片的可以利用的土地。3基礎(chǔ)研究與發(fā)展趨勢(shì)3.1關(guān)于cfg樁和非基承載力樁在刑雖然組合型復(fù)合地基現(xiàn)在應(yīng)用較為廣泛,且取得了較好的效果,但是對(duì)于其加固機(jī)理的研究還是停留在兩者作用機(jī)理或功能的互加,而對(duì)于其綜合效應(yīng)考慮較少,同時(shí)對(duì)于其設(shè)計(jì)計(jì)算往往也是兩者的疊加,如碎石樁+CFG樁組合時(shí),一般都是在碎石樁復(fù)合地基的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)CFG樁,綜合考慮較少,因此亟待加強(qiáng)這方面的研究。3.2復(fù)合樁基承載力的計(jì)算方法復(fù)合地基設(shè)計(jì)計(jì)算理論包括各類(lèi)復(fù)合地基荷載傳遞機(jī)理,荷載作用下應(yīng)力場(chǎng)、位移場(chǎng)的分布特性,各類(lèi)復(fù)合地基承載力、沉降計(jì)算方法及計(jì)算參數(shù)的確定,復(fù)合地基的優(yōu)化設(shè)計(jì)理論,動(dòng)力荷載作用下復(fù)合地基的性狀分析等。目前復(fù)合樁基承載力計(jì)算通常有以下幾種方法:(1)試驗(yàn)與半經(jīng)驗(yàn)法;(2)簡(jiǎn)化法;(3)彈性理論法等。它們不是參數(shù)多、不易確定.就是實(shí)際工程中難以應(yīng)用或是不夠準(zhǔn)確。而復(fù)合地基變形計(jì)算往往采用復(fù)合模量法、應(yīng)力修正法或現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)等方法,復(fù)合模量法按面積置換率進(jìn)行復(fù)合,而應(yīng)力修正法則根據(jù)面積置換率和樁土應(yīng)力比計(jì)算其樁土各自分擔(dān)的荷載,將樁土分開(kāi)考慮或簡(jiǎn)單復(fù)合,導(dǎo)致變形計(jì)算不太準(zhǔn)確,而現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)雖然準(zhǔn)確,但耗時(shí)較長(zhǎng)且費(fèi)用較高,因此,也應(yīng)加強(qiáng)這方面的研究。3.3新型計(jì)算方法的研究與推廣復(fù)合地基的數(shù)值計(jì)算分析是計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)值方法和地基基礎(chǔ)工程基本理論三者的結(jié)晶。針對(duì)各類(lèi)復(fù)合地基的承載力和沉降計(jì)算,國(guó)內(nèi)外學(xué)者都提出一些新的計(jì)算方法,要重視這些方法的驗(yàn)證和推廣工作。擴(kuò)大電子計(jì)算機(jī)在復(fù)合地基中的應(yīng)用,如三維數(shù)值計(jì)算、設(shè)計(jì)軟件等,提高設(shè)計(jì)水平和效率。3.4深層攪拌樁加筋設(shè)計(jì)隨著地基處理新工藝及新方法的出現(xiàn),地基處理工藝的改進(jìn),為提高地基處理施工效率,地基處理施工設(shè)備也發(fā)展較快。如針對(duì)深層攪拌樁依靠芯材自重下沉相當(dāng)困難的問(wèn)題,在深層攪拌樁加筋施工設(shè)備在原深層攪拌樁施工設(shè)備的基礎(chǔ)上加裝輕型振動(dòng)錘,利用振動(dòng)錘提供的豎向振動(dòng)力及采用導(dǎo)向設(shè)備將剛性材料插入深層攪拌樁中;如衡陽(yáng)探礦機(jī)械廠研制的SJ4一500型深攪鉆機(jī)采用兩噴兩攪四軸一次成墻工藝,成墻最大深度達(dá)18m,一次成墻工寬度1.6m,日均生產(chǎn)效率達(dá)270m2,提高了施工效率。4基本成分研究潛力大。在此展的基礎(chǔ)上也有我國(guó)地基處理技術(shù)經(jīng)過(guò)幾十年發(fā)展,取得了較大的成果,一些技術(shù)方面接近甚至領(lǐng)先于國(guó)際水平。地基處理技術(shù)是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的技術(shù),往往是實(shí)踐領(lǐng)先于理論,發(fā)展至今還是不夠嚴(yán)謹(jǐn)、