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[摘要]在中國建筑行業的不斷發展中,地基變形設計是甲級、乙級建筑設計中重要一部分,同時,勘察、設計、施工每個環節中對地基變形都會產生影響,巖土工程勘察為建筑設計提供了真實、可靠的地質相關資料,主要是根據不同的建筑類型對做出正確的地基處理,控制好施工前后的地基變形。
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關鍵詞 ]地基處理;地基變形
設計等級為甲級、乙級的建筑多數類型復雜,自重較大,建造過程中,所有負荷均由地基才承擔,使得地基會產生不同程度的變化,地基的變形主要表現在沉降、傾斜等,地基的變形超過了允許值,同時也會對建筑主體造成損害。地基處理過程中有效的控制地基變形,首要環節是要巖土工程勘察,巖土工程勘察能提供出真實、可靠的地質環境資料,包括在地基設計、施工中所需要的技術參數及相關的數據指標;其次是根據巖土工程勘察提供的相關數據及要建設的建筑類型對地基進行設計;最后控制施工質量,必須嚴格按照設計及相關規范對基礎進行文明施工。
1、巖土工程勘察
巖土工程勘察是地基變形設計的有效依據。
根據擬建的建筑平面圖及地形圖,獲取相應的建筑坐標,搜集擬建建筑的相關資料對場地進行布孔,查明場地的自然地理、水文、氣象、地形地貌及地質構造等條件,詳細描述地層結構和巖性特征情況,根據區域資料及現場勘察查明場地內的不良地質作用。取水樣、土樣對進行試驗分析,做出水及土對混凝土的腐蝕性評價,根據現場原位測試數據及室內土工試驗結果,對巖土物理力學指標按場地工程地質單元和層位分別進行了分析統計,對場地地震效應影響、工程建設場地適宜性進行評價及巖土工程參數進行分析,依據相關規范并結合地方經驗綜合給出各層巖土地基承載力特征值fak,壓縮模量等參數。
2、地基處理設計
地基處理設計是控制地基變形的主要環節。
2.1對于回填土及建筑垃圾較厚時需要作為持力層時,需做出相應的處理,增加其土層的密實度及均勻性。
2.2淤泥質土層不宜做為持力層,宜用上覆較好土層作為持力層,當上覆土層較薄時,施工時需避免擾動淤泥質土層。
2.3等級為甲級、乙級的建筑,對于基巖出露較淺的場地,地基承載力較大,是基礎較好的持力層,軟土地區根據基礎底面范圍內土質成因、沉積年代、土的工程性質、工程地層分布,結合擬建建筑物結構特征,現場勘察情況,地基承載力不夠時,采取換填墊層、水泥土攪拌、加密、復合地基等方法進行地基加固處理,經檢測合格,做為基礎持力層,控制好地基變形。場地內穩定水位較高時,建筑基礎存在浮力時,需做抗浮穩定性驗算,如果抗浮穩定性驗算不符合設計要求,還需采取相關措施,如設置抗浮構件等。
3、甲級、乙級建筑基礎設計要求
3.1擴展基礎主要為獨立基礎和條形基礎。擴展基礎設計,首先可根據承載力和變形計算基礎的底面積,通過沖壓承載力驗算和受剪承載力驗算確定獨立基礎邊界高度或條形基礎高度,然后進行基礎受彎計算和配筋。
3.2筏形設計主要為梁板式和平板式。筏形其基礎尺寸應根據該場地工程地質條件、上部結構類型及荷載等情況確定,計算筏板厚度應滿足受沖切承載力及受剪承載力要求,當場地地層為軟土、液化土,或者地基土不均勻,基礎內里需按彈性地基進行分析驗算,分析驗算時應同時考慮地基、基礎和上部結構的共同作用,選用合理的地基模型和相關參數。
3.3樁基礎包括砼預制樁、預應力砼管樁和砼灌注樁等。樁基礎在甲級、乙級建筑基礎設計應用普遍,樁端持力層可選具有一定埋深的砂土層、碎石層或基巖,穩定厚度宜大于3米。
4、甲級、乙級建筑施工過程中控制地基變形
建筑施工主要包括基坑開挖、地基處理、基礎施工和上部結構施工等環節。地基變形主要出現在施工過程中和施工后。有效的控制地基變形,控制變形在允許范圍內,需要在施工的過程中,嚴格的按照勘察、設計及相關的施工規范。
4.1基坑開挖
甲級、乙級建筑淺基礎開挖過程中,根據設計和相關規范,基坑開挖到設計基底持力層。樁基礎開挖,根據相關的設計要求,開挖至樁基頂標高。嚴格按照設計施工,如在開挖過程中遇到復雜地質情況,需要聯系勘察設計等部門,可根據實際情況調整設計方案。
對于地下水位較高的場地,根據工程地質、水文地質條件、場地周邊環境及基坑支護結構形式選用合理的降水方法進行地下水控制。當周邊建筑物由于基坑降水出現變形時,應根據實際情況結合坑外回灌措施。開挖過程中同時檢測周邊建筑物的變形情況。
4.2地基處理
施工過程中,采用地基處理設計要求及施工規范的方法對地基進行加固處理,處理后通過試驗確定有效地基承載力,確保地基承載力和地基變形滿足設計要求。
4.3基礎及上部建筑施工
隨著建筑的建設,自重不斷的增大,同時地基變形也會隨之變化,合理的施工工藝有效的控制地基變形。
(1)測量放線
測量放線工作是建筑施工中的基礎性工作,精確、詳細、周密的測量能確保建筑工程順利、有效的施工,測量放線對建筑工程質量有著決定性的影響,放線過程中要充分的利用測量儀器,提升施工質量,建筑施工施工中利用新儀器和先進的技術手段可提高工作效率。
(2)建筑施工材料控制
建筑施工材料控制是確保建筑安全性的重要組成部分,材料的質量決定著整體工程的質量,在施工中要確保原材料的可靠性、達標性,原材料必須是出廠合格產品并且符合建筑工程本身的技術質量。要求建筑施工的每個環節都要嚴把質量關,控制好所有原材料的質量,提高地基工程的施工質量,保證建筑自身強度達到設計要求。在原材料把關的同時,要對原材料供應商資格審查,確保原材料的合格率和真實性。
(3)甲級、乙級建筑地基灌注樁的質量控制
甲級、乙級建筑工程多采用水泥灌注樁技術進行地基加固施工,而且鉆孔灌注樁施工中每個環節的施工工藝都對整個建筑的質量有著決定性的作用。施工中鉆孔工藝和水泥灌注樁工藝是工程質量的關鍵,鉆孔前對鉆機進行仔細的檢查,確保底座和頂端的平穩,當鉆機達到設計高程后,技術人員需對孔徑大小,鉆孔深度及垂直度進行詳細的檢查、記錄,達到設計要求后請監理工程師對鉆孔進行驗收,灌注樁原材料主要以砼為主,合格的原材料才能保證灌注樁的質量,所以就要求現場技術人員和監理對原材料嚴格把關。
5、結語
地基變形設計是甲級、乙級建筑設計中重要一部分,有效的控制地基變形,不光是設計中的計算,包括巖土工程勘察提供的可靠、真實的數據,以及在施工當中各個環節的施工工藝,每一部分都要嚴格的按照規范要求進行,才能確保地基變形值在允許范圍內,建筑物的質量得到有力的保障。
一、前言
深層攪拌法是利用特制的深層攪拌機械,在地基深處將軟土與固化劑(水泥、石灰等摻合劑)就地進行強制攪拌,經攪拌后土體與固化劑發生一系列的物理化學反應,形成具有一定整體性、水穩定性和一定強度的加固體。這種地基處理技術適用于處理正常固結的淤泥與淤泥質土、飽和黃土、粉土、粘性土、素填土以及無流動地下水的飽和松散砂土等地基。與其他施工方法相比較,深層攪拌法具有設計比較靈活、施工成本相對較低;其在施工中無振動、無噪聲、無污染,可以在市區及建筑物密集區施工;對地基土側壓力小,對附近建筑物無響應;施工工作面較小,極大地利用原有土層等優點。
二、實例的地質情況
某工業廠房占地面積為2107m2,兩端的高差較大,場址的場地自然高程(1985國家高程基準)為528.42~543.08m ,頻率為1%,高水位為532.01m。因廠地高差較大,設備的設計高程取535.9m,場地需要回填約7.48m,地基土層分布分別為:(1)層含碎石粉質粘土,地基承載力特征值fak=140kPa;(2)層碎石混粉質粘土,地基承載力特征值fak=300kPa。(3)層全風化花崗巖,地基承載力特征值fak=200kPa。以下均為花崗巖。
鑒于回填土厚度較大,范圍有限,為防止場地電氣設備及構建筑物不均勻沉降,同時考慮經濟技術條件,地基處理方案采用購買優質粘土分層壓實,回填到設計高度且達到90天后,對場地采用深層攪拌法(濕法,樁直徑?500間距1000mm長8m)加強,處理面積為2107平方米,采用復合處理地基;以減少場地沉降,提高基礎地基承載力特征值fak及彈性模量M。
三、深層攪拌法的設計
1、水泥選擇為42.5級普通硅酸鹽水泥,水泥漿水灰比0.50︸0.55,水泥摻入比(摻加的水泥重量和軟土濕土重量之比)αw=15%,根據《特種結構地基基礎工程手冊》表2-26可知:fcu=1.35MPa;由于地基持力層位于(1)層含碎石粉質粘土,地基承載力特征值較大,樁長較大,回填深度較大,預估單樁豎向承載力特征值由樁身材料強度確定控制。由《建筑地基處理技術規范》JGJ79-2002公式11.2.4-2得:Ra=μfcu Ap=0.3x1.35x2502x3.142/1000=79.53kN; μ=0.3,fcu=1.35MPa,Ap= 2502x3.142=196375mm2
2、復合地基承載力特征值預估
根據臨近項目分層壓實處理場地經驗,分層壓實且待90天后場地地基承載力特征值 ≥90kPa,根據《建筑地基處理技術規范》JGJ79-2002公式9.2.5:
fspk=mRa/Ap+β(1-m)fsk=0.196x79.53/(0.196375)+0.80(1-0.196)x90=79.4+57.9=137.3 kPa,計算得m= Ap/A=196375/10002=19.6%。
3、復合地基總樁數
改項目占地總面積約A=2107m2。復合地基面積置換率m=19.6%, 樁徑d=500mm ,需要處理面積A1=mA=421.9 m2,樁數n=421.9/0.196375=2148根,考慮實際布樁時誤差及邊緣布樁因素,實際樁數為在2240根。對于部分場地回填較深部分可以根據實際情況酌情補樁,以滿足設計要求。
4、復合地基的沉降計算
豎向承載深層攪拌樁復合地基的總垂直沉降S包括樁土復合層本身的平均壓縮變形S1和樁土復合層底面以下土的沉降量S2,即S=S1+S2。考慮到樁底部地基較好,同時在分層回填施工結束后一段時間的場地自沉降,樁土復合層底面以下土的沉降量S2不考慮,本工程僅考慮深層攪拌樁復合地基平均壓縮變形S1。根據《建筑地基處理技術規范》JGJ79-2002公式11.2.9-1,樁土復合層的壓縮變形S1可按下式進行計算:S1=(Pz+Pz1)l/(2Esp)。再根據公式計算出樁土復合體變形模量和樁身水泥土變形模量。最終看出經過處理后復合地基的變形模量Esp比未處理回填土壓縮模量ES是否有所提高,若有所提高則滿足基礎沉降量的規范要求。
四、施工質量控制
1、施工前已清除地上及地下的障礙物,回填分層壓實;攪拌樁施工嚴格遵照《建筑地基處理技術規范》(JGJ79-2002)及相關的規范標準進行。
2、試樁及樁位誤差:試樁3根;樁位水平成樁誤差不超過50mm,垂直度偏斜不超過1.0%H。
3、通過整袋水泥數量控制水泥用量,保證水泥摻入比。
4、對于部分攪拌下沉困難樁位,采用適量沖水,同時放慢提升速率。
5、施工記錄設有專人負責,深度記錄偏差不得大于50mm;時間記錄誤差不得大于2秒。
五、結束語
從設計、施工到現場情況,本場地采用深層攪拌法進行回填土軟土地基加固處理是成功的。經深層攪拌樁法(水泥漿攪拌)加固處理的地基,其復合地基承載力特征值、彈性模量均較天然地基有顯著提高,場地沉降量減小明顯。深層攪拌法對軟土地基的處理有著良好的加固效果,以及較好的經濟效益,希望為以后進一步的推廣及發展提供參考。
參考文獻
[1] 顧曉魯,錢鴻縉,劉惠珊,汪時編.《地基與基礎》第三版,2003年
一、液化地基的國內外研究概況
地基液化分析與處理一直是土動力學的主要研究課題之一。液化一詞最早見于1920年Hazen.A的《動力沖填壩》,用來說明卡拉弗拉斯沖填壩的毀壞。1936年casagrande首先給出了砂土液化的判別方法―一臨界孔隙比法。上世紀50年代,各國學者對砂土液化進行了廣泛研究,主要包括:砂土液化的機理,砂土液化的預估方法,砂土液化的地基處理等。
所謂液化是指由于孔隙水壓增加及有效應力降低而引起粒狀材料(砂土、粉土甚至包括礫石)由固態轉變成液態的過程。影響液化的因素有:①顆粒級配,包括粘粒、粉粒含量,平均粒徑d50;②透水性能;③相對密度;④結構,⑤飽和度,@動荷載,包括振幅、持時等。
我國《工業與民用建筑抗震設計規范》(T J11-78)根據1971年以前8次大地震的數據,參考美國、日本的有關研究成果給出了以臨界標準貫入擊數為指標的砂土液化判別公式。現行規范《建筑抗震設計規范》(GBJ11-89)通過對海城、唐山地震的系統研究,結合國外大量資料,對原規范進行了修改,采用了兩步評判原則,并對臨界標貫擊數公式進行了修改,使之更符合實際。在國標《巖土工程勘察規范》(GB50021-94)中,對此又進行了補充,給出了液化比貫入阻力臨界值和液化剪切波速臨界值公式,用來進行液化判別。在公路工程中,基本上沿用上述兩步評判原則,采用了臨界標貫擊數判別方法,并根據公路工程中的研究成果,給出了臨界標貫擊數的計算公式。這些規范在我國工程界得到了廣泛應用。
二、高等級公路可液化地基處理方案的確定
強夯法處理地基是20世紀60年代末Menard技術公司首先創立的,該方法將80~400kN重錘從落距6~40m處自由落下,給地基以沖擊和振動,從而提高地基土的強度并降低其壓縮性。強夯法常用來加固碎石、砂土、粘性土、雜填土、濕陷性黃土等各類地基土。由于其具有設備簡單、施工速度快、適用范圍廣,節約三材、經濟可行、效果顯著等優點,經過20多年來的應用與發展,強夯法處理地基受到各國工程界的重視,并得以迅速推廣,取得了較大的經濟效益和社會效益。
由于強夯處理的對象(即地基土)非常復雜,一般認為不可能建立對各類地基土均適合的具有普遍意義的理論,但對地基處理中經常遇到的幾種類型土,還是有規律可循的。實踐證明,用強夯法加固地基,一定要根據現場的地質條件和工程使用要求,正確選用強夯參數,一般通過試驗來確定以下強夯參數:
(1)有效加固深度:有效加固深度既是選擇地基處理方法的重要依據,又反映了處理效果。
(2)單擊夯擊能:單擊夯擊能等于錘重×落距。
(3)最佳夯擊能:從理論上講,在最佳夯擊能作用下,地基土中出現的孔隙水壓力達到土的自重壓力,這樣的夯擊能稱最佳夯擊能。因此可根據孔隙水壓力的疊加值來確定最佳夯擊能。
(4)夯擊遍數:夯擊遍數應根據地基土的性質確定,地基土滲透系數低,含水量高,需分3~4遍夯擊,反之可分兩遍夯擊,最后再以低能量“搭夯”一遍,其目的是將松動的表層土夯實。
(5)間歇時間:所謂間歇時間,是指相鄰夯擊兩遍之間的時間間隔。
(6)夯點布置和夯點間距:為了使夯后地基比較均勻,對于較大面積的強夯處理,夯擊點一般可按等邊三角形或正方形布置夯擊點,這樣布置比較規整,也便于強夯施工。由于基礎的應力擴散作用,強夯處理范圍應大干基礎范圍,其具體放大范圍,可根據構筑物類型和重要性等因素考慮確定。
三、強夯法設計要點
(1)強夯技術參數的確定。強夯法雖然已在工程中得到廣泛的應用,但至今尚無一套非常成熟的設計計算方法,一般應參照國內強夯法加固地基的成功經驗,初步確定各類地基的強夯參數,在強夯施工前,選擇代表性路段(夯區)進行試夯,以確定合理的強夯參數與施工工藝。強夯法的主要設計參數包括:錘重、落距、墊層材料與厚度,有效加固深度、夯擊能、夯擊次數,夯擊遍數、間隔時間、夯擊點布置和處理范圍等。
(2)施工質量控制。強夯地基的質量檢驗,包括施工過程中的質量監測和夯后地基的質量檢驗,其施工過程檢驗指標分別為施工控制夯沉量和有效處理深度。強夯施工結束后,間隔2周對地基加固質量進行檢驗,檢驗頻率為每100m一個斷面,每斷面檢驗3點,其中路中一點、左右邊坡坡腳各一點,檢驗方法可選用標準貫人試驗、靜力觸探試驗、動力觸探試驗及現場荷載試驗等方法并結合室內土工試驗。檢測深度不小于設計處理深度。
四、強夯法處理液化地基的質量控制與管理
1、施工單位選擇
對參與施工的強夯施工單位,各施工標段中標單位要先審查其施工資質,信譽和業績,并附有前業主對該單位的書面評價報告。任何單位不得將強夯分包給個人施工。
2、施工準備
編寫施工組織設計,經駐地監理組審查,監理組提出書面審查意見,報總監代表審批同意方可施工。
3、施工管理
(1)施工單位要按設計圖要求編制夯點編號圖,編號圖要清晰、規范、科學。
(2)施工單位必須制定嚴格的安全管理措施,現場操作人員必須戴安全帽,并對施工機械定期作安全檢查。在強夯區四周要設置醒目的危險警告標志和安全管理措施,不允許行人和非施工車輛進入強夯區,以確保操作員、過往行人和車輛的安全。
(3)施工單位要對強夯機械進行編號,每臺強夯機械必須持有監理組發放的《施工許可證》方可進行強夯施工。
(4)施工單位除在強夯機械上掛《施工許可證》外,還必須掛有《機械操作主要人員》和《施工技術參數》兩塊醒目的牌子,進行機械操作的主要人員必須掛牌上崗。
(5)施工單位要制定施工要點供現場人員執行。
(6)鋪設墊層前要對原地面進行清表井整平,且要按每20米一個斷面,每個斷面5個規定測點,測量清表后標高。
(7)用水準儀測量墊層鋪設前、后的對應測點標高,初步確定墊層厚度,每20米一個斷面,每個斷面5個規定測點,再按每斷面挖1處探坑,進一步確定墊層厚度(控坑必須在測點位置上)。
[ Abstract ] :The collapsible loessis a kind of foundation bearing capacity adverse structure, under a certain pressure, stable sinking, it is soaked by water, soil structure destroyed quickly, and produces significant additional settlement. So in the collapsible loess site for construction, it should be based on the importance of building foundation is soaked by water, size and probability during use of uneven settlement limit strictly, to take comprehensive measures of foundation treatment, prevent foundation collapsibility of construction hazards.
[ Key words ] :collapsibility; pressure; foundation treatment; measures
濕陷性黃土廣泛分布于我國的東北、西北、華中和華東部分地區,其具有很強的結構性,天然狀態下處在欠壓密狀態。黃土濕陷變形的特點是變形量大,速率快且不均勻,往往使得建筑物發生嚴重的變形甚至破壞。當濕陷性黃土含水量較大時,壓力便成為影響黃土濕陷性的一個最主要的因素。
黃土濕陷系數的表示方法為,濕陷系數反映了黃土對水的敏感程度,當δs
黃土的濕陷量與所受壓力有關,存在一個壓力界限,壓力低于這個數值,黃土浸水也不會濕陷,而此壓力就是濕陷起始壓力。黃土之所以在一定壓力下受水時產生顯著附加下沉,除在遇水時顆粒接觸點處膠結物的軟化作用外,還在于土的欠壓密狀態,干旱氣候條件下,無論是風積還是坡積或洪積的黃土層,其蒸發影響深度大于大氣降水的影響深度,在其形成過程中,充分的壓力和適宜的濕度往往不能同時具備,導致土層的壓密欠佳。接近地表2-3m的土層,受大氣降水的影響,一般具有適宜壓密的濕度,但此時上覆土重很小,土層得不到充分的壓密,便形成了低濕度、高孔隙的濕陷性黃土。
濕陷性黃土主要有以下特征:
1.粒度成分以粉土顆粒(0.05~0.005)為主,約占60%;
2.含有較多的可溶性鹽類,如重碳酸鹽,硫酸鹽以及氯化物;
3.一般肉眼可見,具有垂直節理。
隨著我國社會經濟的不斷發展,對于建筑行業的要求也越來越高。濕陷性黃土是典型的對地基承載不利的結構,而地基土體是作為承擔建筑物重量的載體,其強度與穩定性直接影響到建筑物的正常使用。 在西北以及華北地區,常常會遇到黃土地基的處理問題,通常包括低濕度濕陷性黃土或減小濕陷性變形危害為主要目的,同時提高地基承載力的地基處理問題,以及高濕度軟弱黃土(指飽和黃土)以提高地基承載力,減少有害壓縮變形為目的的地基處理問題。
濕陷性黃土工程的主要特征為:在一定的壓力下,下沉穩定后,受水浸濕,土結構迅速破壞,并產生顯著附加下沉, 故在濕陷性黃土場地上進行建設,應根據建筑物的重要性,地基受水浸濕可能性的大小和在使用期間對不均勻沉降限制的嚴格程度,采取以地基處理為主的綜合措施,防止地基濕陷對建筑產生危害。
濕陷性黃土地基處理的目的主要是通過消除黃土的濕陷性,提高地基的承載力。常用的地基處理方法有:土或灰土墊層、土樁或灰土樁、強夯法、重錘夯實法、樁基礎,以及預浸水法等。而各類地基的處理方法都要因地制宜,通過技術比較后合理使用。對于二級以上的濕陷性黃土地基處理如采用土或灰土墊層、土樁或灰土樁、樁基礎預浸水法,不同程度存在工作量大、花費勞動力多、施工現場占地大,工期長,造價高等缺點。而在近幾年來,強夯法以及其他處理地基施工簡便,速度快,效果好,造價低等優點,在全國濕陷性黃土地區得到廣泛應用和推廣。
濕陷性黃土是典型的對地基承載不利的結構,為了防止建筑工程因不良的地質結構處理不當,危害工程結構安全或嚴重影響建筑物使用功能狀況的發生,根據《濕陷性黃土地區建筑規范》GB50025-2004的相關標準,從實際出發,對在濕陷性黃土場地建筑的工程提出幾點要求:
1.勘察單位和設計單位要嚴格按照《濕陷性黃土地區建筑規范》GB50025-2004以及相關規范進行勘查,設計,以確保工程地基基礎和主體的安全;
2.施工單位在濕陷性黃土場地施工時要嚴格按照設計圖紙和相關規范要求施工,嚴格控制原材料質量和施工工藝,要做好相關的施工記錄以及相關的驗收資料,其資料要準確、真實、及時;
3.監理單位要在地基處理過程中嚴格監管,在發現問題時要及時履行監理職責,督促施工單位按時整改,并進行復驗,以保證地基處理施工質量符合設計和規范要求.
4.對于實現性黃土場地的建筑工程在建筑物周圍6m范圍以內的防護和使用維護措施要嚴格按照《濕陷性黃土地區建筑規范》的有關條文執行,另外,埋地管道、雨水明溝、排水溝和水池與建筑物之間的防護距離(protection distance)和防水措施要嚴格按照規范執行,防水措施要安全可靠。
在濕陷性黃土地基上進行建筑時,要弄清地基的濕陷類型和濕陷程度。濕陷性黃土產生濕陷的主要原因是由于土體壓密性低,通常以各種施工措施增加土體的密實度,以達到消除濕陷性的目的。
濕陷性黃土會給建筑物帶來不同程度的危害,使路基、橋涵等結構物大幅度沉降、開裂和傾斜甚至嚴重影響其安全和使用。濕陷性黃土多出現在地表,因此必須對黃土地基有可靠的堅定。
在濕陷性黃土場地對建筑物及其附屬工程進行施工時,要根據濕陷性黃土的特點和設計要求采取相應的措施防止施工用水和場地雨水流入到建筑物地基引起濕陷。因此,在建筑施工時應注意:
1.統籌安排施工準備工作,根據施工組織的總平面布置和豎向設計的要求,平整場地,修通道路和排水設施,砌筑必要的護坡及擋土墻;
2.先施工建筑物的地下工程,然后在施工地上工程。對于體型比較復雜的建筑物,先施工深、重、高的部分,而后在施工淺輕低的部分;
3.在敷設管道時,要先施工排水管道,而且還要保證排水管到底的通暢。
在濕陷性黃土地區進行建設,要防止地基濕陷,保證建筑工程質量和建筑物的安全使用,并且做到技術先進,經濟合理和保護環境。
綜上所述,對于濕陷性黃土地基的處理方法的應用,隨著建筑行業的不斷發展,科學技術等級的提高,對地基的變形的要求也越來越高,而對于濕陷性黃土地基的處理必然有新的發展突破。
參考文獻:[1]《濕陷性黃土地區建筑規范》出版社:中國建筑工業出版社 出版時間:2004-5-1
1.地基的定義與不良地基的種類
1.1地基的定義及種類
地基是指建筑物下面支承基礎的土體或巖體。作為建筑地基的土層分為巖石、碎石土、砂土、粉土、黏性土和人工填土。地基有天然地基和人工地基兩類。
1.2不良地基的種類
地基土的優劣直接關系著地基處理方式的選擇及地基施工,不良地基土的種類較多,主要有雜填土、軟黏土、沖填土、飽和松散的砂土、濕陷性黃土、膨脹土、紅黏土、季節性凍土、含有機制土、泥炭土以及山區地基土等。
2.不良地基土質分類
2.1膨脹土地基
膨脹土是由親水性強的粘土礦物成分組成的,具有吸水膨脹,失水收縮的性能,主要分布在我國中南、西南地區。盡量采用對地基變形不敏感的結構形式,選用適宜的基礎形式,加大基礎埋深,加大基礎底面壓力。最后,還可以采用地基處理方式減小或消除地基脹縮對建筑物的危害等等。
2.2軟土地基
軟弱土地基指主要由淤泥、淤泥質土、沖填土、雜質土或高壓縮性土層構成的地基,也稱軟弱地基。軟土地基處理方法有:機械壓實法、強夯法、換土墊層法、預壓固結法、擠密法、振沖法、化學加固法等。
2.3多年凍土
凍土是指溫度攝氏零度以下且含有冰的土。凍土可分為多年凍土和季節性凍土。多年凍土主要分布在東北大、小興安嶺,青藏高原以及西部高山區,凍深在2.0m以上,有的可達幾十米。季節凍土主要分布于東北、華北和西北地區,其凍結深度隨
氣候條件而不同,一般為0.5~2.0m。
2.4巖溶與土洞
地表巖溶有溶槽、石芽、漏斗等,造成基巖面起伏較大,并且在凹面處往往有軟土層分布,因而使地基不均勻。在地基主要受力層范圍內有溶洞或土洞等洞穴,當施加附加荷載或振動荷載后,洞頂坍塌,使地基突然下沉。對洞穴頂板穩定性評價可根據洞穴空間是否填滿而定。
2.5斜坡巖土體移動情況
在山區建筑中,建筑物經常選在斜坡上或斜坡頂、或斜坡腳或鄰近斜坡地區,斜坡的穩定性將會影響建物的地基穩定。斜坡的穩定性是基礎選址的關鍵。工程地質工作應予對斜坡的穩定性做出評價。
2.5.1粘性土類斜坡
粘性土類斜坡的穩定性,主要決定于粘性土的性質,包括密度、抗剪強度、地下水及地表水的活動。還決定于軟弱夾層的分布。當有裂隙存在時,裂隙的分布規律和發育程度,對斜坡穩定也有影響。
2.5.2碎石類斜坡
碎石類斜坡穩定性取決于碎石粒徑的大小和形狀,膠結情況和密實程度。在山區碎石類土一般均含有粘性土或粘性土夾層,其穩定性主要取決于粘性土的性質與地下水活動情況。
當粘性土或碎石類土與基巖接觸構成斜坡時,其穩定性取決于接觸面的形狀、坡度的大小、地下水在接觸面的活動以及基巖面的風化情況。
2.5.3巖石類斜坡
其穩定性主要取決于:結構面的性質及其空間的組合;結構體的性質及其立體形式。
3.不良地基土的處理方法及施工工藝
3.1換土墊層法
當建筑物基礎下的持力層比較軟弱,不能滿足上部荷載對地基的要求時,常采用換土回填法來處理。施工時先將基礎以下一定深度、寬度范圍內的軟土層挖去,然后回填強度較大的砂、石或灰土等,并夯至密實。換土回填按其材料分為砂地基、砂石地基、灰土地基等。換土墊層法可提高持力層的承載力,減少沉降量;常用機械碾壓、平板振動和重錘夯實進行施工。
3.2振密、擠密法
該方法主要是借助于機械、夯錘等,使土的空隙減少,提高其承載力,減少沉降量。
3.3高壓旋噴法
以高壓力使混凝土漿噴出,直接切割破壞土體的同時與土拌和并起部分置換作用。凝固后成為拌和樁體,這種樁體與地基一起形成復合地基。也可以用這種方法形成擋土結構或防滲結構。
4.結束語
地基處理是指為提高地基土的承載力或改變其變形性質或滲透性質而采取的人工方法。采用科學合理地基處理方法,有充分發揮原地基土承載力,就地取材,施工工藝簡單,施工速度快,地基處理費用低的特點。中國地域廣闊,地質條件變化大,差異顯著,建筑工程量大,施工周期長,經濟欠發達,設計可靠度低,如使用大量樁基礎工程,必然造成施工工期延長,施工費用加大,也造成工程費用的浪費,這是國情和財力所不允許的。因此,低廉、快速的地基處理施工技術非常適合中國國情。
參 考 文 獻
《巖土工程勘察規范》(GB50021-2009);
《建筑地基基礎設計規范》(GB50007-2002);
《高層建筑巖土工程勘察規范》(JGJ72-2004);
《建筑樁基技術規范》(JGJ94-2008);
《建筑地基處理技術規程》(JGJ79-2002);
《建筑地基基礎設計規范》(遼寧省地方標準DB21/907-2005);
中圖分類號:U416.1 文獻標識碼:A 文章編號:1006-8937(2013)06-0110-02
公路工程的軟土地基施工的好壞直接影響整個公路工程的質量。筆者結合岳陽港城陵磯港區松陽湖道路工程的軟土地基處理實例,具體分析了整個工程遇到的問題以及解決問題的措施,具有一定的通用性和實際借鑒意義,并且取得了良好的經濟和社會效益。
1 工程概述
岳陽港城陵磯港區松陽湖道路工程作為港口建設的依附配套工程,是典型的河流湖泊泥質軟土地基工程。本工程以后簡稱港區工程。港區工程車行速度64 km/h,行車道寬為24 m/2幅。工程位于長江流域,水系豐富,其中荷塘水田縱橫其中,地質為典型的軟土地基工程。
本工程所處地區冬暖夏熱,四季分明,屬于亞熱帶季風氣候區,7月份溫度最高(24.6~29.2 ℃),1月份溫度最低(1.5~7.8 ℃),雨季較為集中,一般集中在春夏(4~6月)兩季,所以施工時間一般選擇在秋冬兩季(9~1月)。經過實地調查和地形勘測以后,可以知道本工程土層從下到上依次為:風化板巖(弱風化板巖和強風化板巖)、含中砂卵石、淤泥質粘土、素填土。
如圖1所示,我們可以看出地質軟土厚度約為17.5 m,屬于典型的軟土過厚情況,沿線附近多是水田、魚塘,路段土層承受能力有限而且地質極不穩定,有機地質豐富,土質疏松,力學性能極差,承重在40~55 kPa之間,地基失穩和地基下沉的情況極易發生,曾經發生過多次位于淤泥質粘土層的多級滑坡。
2 施工方法
歸根到底,軟土地基施工就是要解決兩大問題:一是地基沉降問題,二是承載力問題,整個工程主要有以下三個步驟。
{1}排水固結處理。本工程所處地域的土質較好,而且水質優良,所以首先采用排水固結的方式增強軟土地基。措施是利用地表坡度開挖溝槽有效排除地表水,溝槽一般為0.5 m寬,深度為0.6~1.2 m,并且采用透水性能良好的砂礫進行回填,形成盲溝。然后加填砂墊層、袋裝沙井等,加筋預壓處理,形成橫向和豎向的排水固結。
{2}真空堆載預壓處理。將塑料薄膜或者管道鋪設在路段頂端,然后通射真空流將空氣和水體從地基中抽出,達到排水固結的結果。
{3}復合地基處理。在傳統的用時間換取質量的拋石擠淤之后,可以打松木樁并且設置反壓護道或者工格柵,隨后在深層軟土一側打設預應力管樁提高地基的承載能力,也可以利用水泥噴柱的方式攪拌地基,達到地基沉降和承載力要求,軟土地基施工示意圖如圖2所示。
3 技術指標
本工程施工標準是一級公路和城市主干道,所以根據一些標準和規范各項技術指標否有一定的規定,主要的技術指標如表1所示。
表1給出了砂墊層、袋裝砂井、土工布質量、土工柵質量、砂井用紡織袋、粉噴樁、真空聯合堆載預壓等設備材料的技術指標,只有滿足這些技術指標,施工過程才會標準規范,施工質量才能滿足要求。
4 施工控制
4.1 表層處理排水和過渡層填筑
挖縱向排水溝的方法是經常使用的表層處理排水常用的方法,這樣可以將水完全有效的引出路基之外。挖排水溝的時候要注意利用路基的坡度和天然環境,比如周圍具有較大的水庫湖泊等自然條件,也可以將臨時排水溝和長期排水設置結合聯合使用。
過渡層的作用是用來方便原料和機械進廠,方便施工,并且以工程所使用的機械行車為基礎而填筑的。
4.2 砂墊層填筑
港區公路軟土層較厚,在表層排水和過渡層填筑之后就是砂墊層填筑,填筑的方式為填筑0.5~1.0 m厚的砂墊層,做到一次成型。砂墊層填筑不僅可以達到固結軟土層的效果,而且能夠起到排水的作用,達到降低水位的目的。
4.3 袋裝砂井施工
袋裝砂井施工是軟土地基工程中十分重要的一個步驟,施工過程必須按照設計圖紙的要求,做到事無巨細,仔細認真。施工過程中,每臺機械的負責人員要記錄機械的樁號、部位和其他技術指標,當發現粗大誤差的時候,及時通知技術人員及時處理。袋裝砂井施工要做到兩個方面的控制;砂井間距控制和傾斜度控制,前者保證豎井分布均勻,后者保證豎井在垂直方向上豎直。
4.4 粉噴樁施工
袋裝砂井之后,開挖錨固溝,然后進行土工布施工,最后進行粉噴樁施工。其中水泥用量、復攪深度、管道壓力差控制、送風量等技術參數,圖紙和規范都有明確詳細的記錄。主要的工藝流程為:防線鉆機定位、攪拌噴粉、提升鉆桿。每當攪桿到了設計的位置后重復這個工藝流程,如此往復,直到下一個樁位。整個施工過程要注意成樁速度和噴粉的均勻性,噴粉量大約為28 kg/min,噴粉壓力控制在0.27 MPa左右。土體和水泥充分混合,并且要保證一次成樁。成樁以后要將噴粉樁養護10 d左右,嚴格控制粉噴樁質量過關。施工過程中,要時常檢查鉆頭的磨損度,通常情況下不能超過1cm。
4.5 真空堆載預壓處理
在完成砂墊層和袋裝砂井之后,就要進行真空堆載預壓處理,其主要方式是在砂墊層上鋪設不透氣的PVR薄膜,利用射流真空泵將空氣和水分排出,加快軟地基固結作用,達到加固地基的作用。
5 工程檢測和監測
公路工程的軟土地基施工工程是一項復雜而且嚴峻的工程。工程檢測和監測是施工過程中不可或缺的工作步驟,不僅可以提供真實有效的實時數據,而且能夠保證整個工程有條不紊井然有序的進行,當事故或者不正常現象發生的時候,監控人員可以及時通知技術人員,馬上進行研究處理。除了工程檢測和監測以外,還要嚴格控制工程進度,不可操之過急,一切工作都要按照設計圖紙施工。比如真空堆載預壓處理過程中的周圍墻體必須按照設計規范同時砌筑,每天可砌高度不應該超過1.8 m左右。混凝土構件澆筑也要控制好力度防止重心偏離,受壓不均勻。施工人員在工作工程中一定要以標準規范為依據,切勿僅憑施工經驗,施工過程中胡干蠻干,不斷提升自己的專業施工水平,確實認識到標準規范的重要性,埋頭苦干。
6 結 語
港區軟土地基工程結束以后交付相關質檢部門檢查,其中主要技術指標完全滿足設計要求,提高了地基的質量和穩定性,有效的減小了地基沉降,取得了良好的效益,而且整個工程中積累許多經驗,具有重要的參考和借鑒價值。
參考文獻:
[1] 才.研究軟土地基對路面造成的破壞力[J].安徽道路施工,2010,(11):10-12.
隨著我國工農業的飛速發展,對石油的需求也與日俱增。同時,石油作為一種重要的戰略儲備,更是關系到國家的長治久安以及在國際社會上的命運。而作為儲存原油與成品油的油罐建設也順勢蓬勃發展,而且直徑也越來越大。這就對油罐的地基提出了更高的要求。畢竟石油屬危險化工品,一旦發生事故后其后果難以想像。
2. 工程背景及地質概況
(1)本工程屬三期擴建工程,為4座直徑56米儲量50000m3成品油罐及其附屬設施。施工場地周邊全部為正在運營的成品油罐區。
(2)依據地質勘察報告,該場地的地層情況依次為松散的素填土、飽和松散的細砂(平均厚度7.29m)、飽和軟塑狀的黏土(平均厚度3.00m)、飽和可塑狀的粉質黏土(平均厚度5.04m)、第四系殘積(Q4el)層(為礫質黏性土,呈飽和硬塑性)、燕山期侵入花崗巖(γy)層(強風化層、中風化層)。場地地下水屬潛水類型,主要埋藏在場地第四系海陸交互相細砂層中;下伏風化花崗巖所含地下水為裂隙水,其主要補給來源為大氣降水及地表水體。勘察期間地下水位深度為2.60~5.70m,絕對標高為2.31~5.43m。
(3)由于上部松散的細砂層、飽和軟塑狀的黏土層及飽和可塑狀的粉質黏土層滿足不了設計提出的承載力要求,故需對上述軟弱地層進行加固處理。
3. 基礎處理方案及變更
3.1 由于施工場地離成品油罐區較近,采用強夯處理會對已有儲油罐造成危害,故原設計方案對4個儲油罐采用樁筏基礎,其中1#油罐采用沖孔灌注樁,2#、3#、4#油罐采用預應力管樁。但管樁在實際施工中按設計要求承載力壓入到細砂層5~6m后很難再被壓入,且間隔幾天復壓后,仍能壓入較大深度(九十公分左右)。面對如此狀況,工程一時陷入僵局。
3.2 對于靜壓管樁難以壓入的原因,作者認為主要是由于勘察時,對砂層密實程度的判定有誤。這可能是勘察期間,由于泥漿對下部砂層的浸泡,同時由于鉆頭對砂層的擾動,使得標準貫入錘擊數與實際相比相差較大,這就直接導致了對砂層密實度的判定失誤,進而導致設計方案與實際施工情況存大較大背離。
3.3 為使工程能順利進行,項目部采取了以下幾種解決方案:
(1)引孔:先用鉆機在樁位處進行鉆孔,鉆至設計深度,再用靜壓樁機把管樁壓至設計深度。但引孔施工存在費時費力增加工程成本的問題,且引孔后能否壓至設計深度,達到預期限效果仍不確定。考慮到工程工期問題,本方案被否決。
(2)用高壓水通過管樁中間孔沖擊樁底,邊沖邊壓。這種方式存在返出的泥漿如何處理的問題,處理不好會對周邊環境造成污染。由于周邊全部為已經投產的成品油罐區,且道路與綠化相對規整,本方案也被否決。由此得出,管樁在本場區是不適宜的。依據我施工單位的豐富經驗,提出CFG樁的處理方案,并為業主所采納。
圖1 單樁靜載Q-S曲線 3.4 之所以采用CFG樁復合地基,是因為它具有適用性廣、承載力提高幅度大、沉降量小、施工簡便、工期短以及保護環境等優點。這種技術非常適用于非飽和及飽和的粉土、粘性土、填土、砂土、淤泥質土等地質條件,且處理后復合地基的承載力與原地基承載力相比,可提高2~5倍。同時,CFG樁施工方法一般為長螺旋成孔泵送混凝土法,施工時沒有鋼筋籠制作等工序,成孔成樁一次完成,減少了成樁時間,加快了施工速度。此外, CFG樁施工時不需泥漿護壁,沒有泥漿外運,它能很好的保護施工環境,這既節約了資金,又無環境污染,對市內施工非常適合。
4. CFG樁設計及施工
(1)CFG樁設計主要為確定單樁承載力及復合地基承載力,并驗算復合地基的沉降量及充水試壓時罐體的不均勻沉降能否滿足規范要求。通過驗算,最終確定本工程樁徑為600mm,正方形布樁,每罐布樁1286根,樁間距1.5m,樁身混凝土強度為C25,以礫質黏性土或強風化層為樁端持力層。對CFG樁粗骨料可采用卵石或碎石,最大粒徑不宜大于30mm。同時CFG樁壓灌充盈系數不小于1.3,超灌高度不宜小于1倍樁徑,樁位偏差不應大于0.25倍樁徑,垂直度偏差不應大于1%。
(2)CFG樁施工:本工程投入兩臺樁基施工設備,于2012年6月9日開工,由于施工季節恰為南方季節的雨季,對工程進展造成不利影響,施工進度有所滯后,至2012年8月31日完工。CFG樁施工中,最常遇到的不利情況是堵管與竄孔。實際施工中,通過嚴格控制混凝土坍落度、采取隔樁隔排跳打方法等措施來減少CFG樁施工中的不利因素。
(1)依據設計要求,完成后的單樁豎向承載力特征值不小于450KN,處理后的復合地基承載力特征值不小于260KN/m2。
(2)樁基完工后,由當地質檢部門對單樁及復合地基進行抽檢,以確定單樁及復合地基承載力是否滿足設計要求。
(3)依據規范及設計要求對三個罐的27根單樁進行了靜載試驗,檢測結果顯示:最大沉降量為13.22mm,沉降量在規范允許范圍內,Q-S曲線平緩,無陡降段,S-lgt曲線呈平緩規則排列,該復合地基增強體單樁緊身抗壓承載力Qu≥900KN。典型的單樁靜載曲線如圖1~圖2。
(4)依據規范及設計要求對三個罐的復合地基進行了27個點的靜載試驗,采用1.5m×1.5m的壓板,檢測結果顯示,當加載到520KPa時,最大沉降量為9.48mm,試驗點的承載力特征值fak滿足設計提出的260KPa的要求。復合地基典型的靜載曲線如圖3、圖4。
圖4 復合地基靜載S-lgt曲線(5)通過采用CFG樁處理方式,無論是單樁承載力還是復合地基承載力均滿足設計要求,這說明采用CFG樁方案是可行的。
(6)地基處理形式由管樁改為CFG樁復合地基后,上部罐基礎也由原來的樁筏基礎改為CFG復合地基加環墻基礎,雖然在施工中增加了混凝土用量,但減少了鋼筋用量、減輕了工人勞動強度。更為重要的是,它解決了管樁施工中存在的壓樁困難問題,使工程順利開展。
6. 結論
本工程通過更改方案,管樁改為CFG樁,成功解決了管樁壓樁困難,且處理后的地基滿足了油罐基礎對承載力的要求,為日后油罐的正常運營打下了堅實的基礎,并為以后類似場地的地基處理提供了借鑒。同時也從本工程中吸取到:任何工程,只有勘察資料詳盡、真實,才能避免后續施工中對方案的重復設計,才能避免浪費時間、造成工程窩工現象這一深刻教訓。
參考文獻
[1] 盛志戰,蘇振興,陳彬,曹建方.擴頂CFG樁在大型油罐地基處理中的應用.北京:建筑科,2013.
[2] 建筑地基處理技術規范 JGJ79-2002.北京:中國建筑科學研究院,2002.
1、工程概況
某圍墾工程圍區海堤總長為6527m,圍區面積為1367hm2,海堤堤基主要由海相沉積的軟土地層和沖灘海相沉積的硬土層共同組成,軟土地層主要由淤泥或淤泥質粉質粘土構成,而硬土層主要由粉質粘土地、粉土、粘土構成。實踐可知,軟土層由于具有含水量高、壓縮性強、靈敏度大等特點,是工程應用中邊坡穩定和堤壩壓縮變形需要嚴格進行質量監督的控制層;而硬土層是分布在軟土層以下的土層,其含水量為中等,壓縮性、可塑性、力學穩定性均比軟土層高。因此,軟土層的加固處理是本工程地基處理過程中的重點和難點。
2、軟土地基處理方法選擇
由于該工程的海堤堤基全程范圍內大多為新近淤積土層,其淤泥厚度平均達5.1m,最厚高達9.4m.由于新近淤積土層綜合性能穩定性較差,加大了整個筑堤的施工難度,若在施工過程中不采取有針對性的合理加載控制措施,很容易造成施工期發生失穩現象,為工程安全高效施工埋下巨大安全隱患;同時受提前交付的影響,本圍墾造地工程整體施工進度緊,施工強度高,這就給海堤地基處理提出了更高要求。為此,在施工前必須結合地質情況,采取實際可行的軟土地基加固處理方案及相關加載控制措施,保障工程安全穩定的高效施工。
2.1考慮因素
2.1.1海堤工程安全 圍墾工程的主要目的是圍海造地,其工程的關鍵項目是修建具有防汛功能的圍海大堤。若采取的技術措施不當將對海堤帶來巨大安全隱患。因此,在制定軟土地基處理方案時,海堤安全是制定其他任何處理方案的基礎,是整個工程具有高效質量水平的重要保障條件。
2.1.2地基處理效果 圍墾工程中的海堤是在軟土土質的海灘上修建較高的防汛擋水壩,堤壩如此大的荷載直接或間接作用在地基軟土層中的附加應力相當大,而且整個衰減過程比較緩慢,需要的壓縮厚度較大,故淺層的地基加固對減少海堤由于自重導致沉降的作用效果十分有限。因此。制定處理方案時,必須考慮其所能達到的效果滿足相關規范要求。
2.1.3施工時間 圍墾工程由于涉及防汛問題,時間要求嚴格,時間性強。若地基處理方案采取不當,將導致工程施工不能在汛前完成計劃的施工項目,其在強大的海潮等沖擊破壞力作用下,必然會產生嚴重后果。
2.1.4工程總體造價控制 在制定地基處理方案時,除了要滿足工程施工安全、省時、有效性等功能需求外,同時還要充分考慮工程總體造價控制,良好的社會經濟效益是工程建設過程中各企業追求的整體目標。因此,所制定的海堤地基處理方案中必須滿足安全、省時、有效、快捷、經濟實惠等要求。
2.2處理方法
2.2.1換填
換填軟土地基處理方法是利用土質性能較好的土體將具有軟弱性能的土體置換掉。在圍墾工程中,由于灘涂的淤泥面較寬,淤泥量較大,要進行大面積的淤泥置換,不僅整個施工難度較大、成本較高,而且還違背灘涂軟基處理促淤的目的。
2.2.2打樁注漿加固手段
打樁注漿軟土地基加固手段是通過打樁、注漿等技術手段對海堤軟土地基進行加固處理,通過重構地基的內部力學結構分布、提高其承載力和壓縮模量。壓密注漿或水泥土攪拌等軟土地基加固方法對淺層地基處理較為有效,而對軟土層較厚的淤泥土處理效果較差,同時打樁加固手段雖然對深層地基有很好的加固作用,但由于樁體原材料及打樁過程需要巨大的造價成本,就本工程的實際特性來看,違背了前面的經濟實惠原則。
2.2.3增加土方
增加土方是水利工程中處理軟土地基常用的方法之一,同時也是一種比較經濟實惠的方法。該方法是通過對海堤平臺加寬,并在海堤與促淤壩間設置相應的鎮壓層來提高海堤的綜合穩定性能。但此方法更加適合于淤泥層比較淺的地基工程,對于淤泥較厚的地基,由于其施工后海堤的沉降量及差異沉降度均較大,其安全性能得不到保障。
2.2.4塑料排水板排水固結
通過在軟土層中按照一定排列方式插入塑料排水板,從而有效縮短軟土層的排水路徑,加快軟土地基的固結速度,有效減少施工后的海堤沉降量。豎向塑料排水板的制造是根據相關規范的模板進行加工獲得,生產工藝成熟,產品質量容易控制,制造成本較低,可大大降低海堤軟土地基處理的綜合成本。同時施工過程中在軟土地基中插入的豎向塑料排水板,結構十分均勻,不會出現排水堵塞等不利情況,加上斷面較小,所需要的打入設備機械較輕,對海堤地基的擾動較小,能夠有效保持軟土地基原始構筑特性,提高軟土地基綜合處理效率。綜上所述,結合本工程的實際工況特性,海堤軟土基礎處理采用豎向塑料排水板與碎石墊層相結合的處理方法,軟土基礎的設計斷面從下到上分別為:3T的土工布1層、1m厚的碎石墊層、6T的土工布1層及石料堆壓填筑層4個主要斷面。
3、豎向塑料排水板施工質量控制
在施工過程中,需要嚴格按照前面所述的施工工藝流程,并采取逐層逐項施工質量控制原則,保證豎向塑料排水板施工具有良好質量水平。
3.1下層3T的土工布鋪設 下層3T的土工布層是整個排水板施工的重要保證基礎,通常采用人工手動鋪設,碎石袋鎮壓措施.在施工過程中,由于灘涂表面相當平滑,在潮水反復漲落沖擊過程中,容易造成土工布發生平面滑動,造成下層土工布搭接偏差較大,不能滿足設計或相關規范要求。針對上述問題,工程中常采取在水平和垂直兩個方向進行系統控制,即采用在下層土工布上敷設相應的碎石袋進行鎮壓,控制其在垂直方向的位移變化。為了防止其在水平方向發生位移變化,可在土工布搭接處采用毛竹垂直插入軟土地基中進行位移質量控制。
3.2厚的碎石墊層鋪設 在圍墾工程中,碎石墊層作為塑料排水板重要的透水層,在鋪設過程中應該嚴格控制墊層厚度不應小于設計要求。同時為保證排水板的綜合效率,作為排水板插入軟土層的找平層,需要對灘涂面局部的坑凹面進行局部人工平整,保證排水板敷設的綜合質量水平。在施工過程中,為防止因墊層鋪設后涂面發生沉降,影響排水板插入工序的質量控制,在施工前應制作多個鋼筋框架,其高度應與設計的碎石墊層厚度相同,這樣就可以以平整后的鋼筋框架高度作為碎石層敷設高度的基準面。若兩者等高,則說明敷設厚度滿足要求,否則需要根據具體特性進行重新敷設或補鋪工序。
1 引言
近年來,隨著城市化進程的加快,一批高層建筑物拔地而起,而傳統的一些地基處理方法(水泥土攪拌樁、灰土樁、人工挖孔夯擊碎石樁等)和基樁類型(鉆孔灌注樁、沉管灌注樁、鋼筋混凝土預制樁等)已不能滿足城市現代建筑既經濟又安全的需求,在此背景下,CFG樁作為一種新的地基處理方法于2004年12月被應用到廊坊高層建筑。其中,某工程高層住宅樓群是應用CFG樁復合地基處理的較有代表性的典型工程之一。
CFG樁復合地基處理技術是一種高粘結強度的半剛性樁,單樁承載力高,采用褥墊層和樁間土緊密結合形成復合地基,以達到良好的地基處理效果,并且具有施工速度快,工期短,質量容易控制,造價低,施工文明等優點,近年來,在全國大中城市得到推廣應用。特別是在CFG樁被正式納入《建筑地基處理技術規范》JOJ79-2002中之后,使得該種地基處理方法進一步規范化、推廣化。筆者試圖通過廊坊某高層住宅樓群應用CFG樁復合地基處理的實例,以期其施工更加完善,在本區更好的推廣應用。
2 工程和地質概況
2.1 工程概況
廊坊某工程位于廊坊市內,地理位置優越,交通便利。該工程共包括6棟樓,為高層住宅樓,高度22層,框剪結構,基礎埋深為自然地表下4.5米。
2.2 地質概況
本工程最大勘探深度為自然地表下31.0米,在此勘察深度范圍內場區地基土為第四系全新統河流相沖洪積物,其主要巖性成份主要為粉土和粘性土組成,自上而下共劃分為14層。
3 CFG樁復合地基設計
3.1 地基處理方案的優化比較
本工程勘察報告中就地基基礎方案評價中高層住宅樓共給出復合地基和樁基礎各兩種類型,其中復合地基分別為:高壓噴射注漿復合地基和CFG樁復合地基;樁基礎分別為:鉆孔灌注樁和混凝土預應力管樁,就本工程地基處理方案,委托方、設計單位和勘察單位參與了論證。基本分析如下:
(1)鉆孔灌注樁和墻下承臺粱基礎:鉆孔灌注樁為本區較為傳統的基樁類型,其優點設備簡單,便于安裝,移動方便,無振動,噪音低,鉆進速度快。缺點是廢漿處理困難,污染場區,施工質量易產生縮徑、斷樁或泥皮過厚,影響樁的承載力。基礎采用墻下承臺梁基礎,開間小,墻多,墻下布樁,造價高。
(2)混凝土預應力管樁和墻下承臺梁基礎:預應力管樁是本區較為新型的基樁類型之一,其優點是制樁統一,節約材料,施工速度快,單樁承載力高,質量容易控制。其缺點是樁側土層的不均勻性和樁端持力層強度不夠理想和不均勻性,會造成施工時樁長的難以控制,造成樁的浪費。這在臨近的類似工程中已表現比較突出,本工程引以為戒。另外樁直徑大時,沉樁困難。
(3)高壓噴射注漿法復合地基和筏板基礎:高壓噴射注漿法復合地基形式本區應用較少。施工質量不宜控制,且地基處理強度偏低,強度增長速度較慢。
(4)CFG樁復合地基和筏板基礎:CFG樁復合地基在本區是新的地基處理形式之一,但考慮到在全國大中城市應用于處理高層和超高層建筑物的經驗已很成熟,結合場區地質和周邊環境條件,本著安全經濟的原則,綜合分析確定本場區比較適合采用具有穿透能力強、低噪音,無振動,無污染、無泥漿,施工效率高和質量容易控制的長螺旋鉆孔管內泵壓成樁工藝。
3.2 CFG樁復合地基設計
CFG樁復合地基主要設計參數包括樁長、樁徑、樁距、樁體強度和褥墊層等。
樁徑:按一般施工經驗樁徑d=400mm;
樁長:根據場區地層結構特點,以樁長適中、樁端取相對較好的土層作為樁端持力層為基本思路,取第粘土層土作為持力層,確定樁長L=13m;
樁距:考慮到樁側范圍內的土質主要為粉土,且已飽和,所以樁距盡量加大,最后按單樁承載力和要求的復合地基結合地層結構反算置換率后綜合確定樁間距,最終確定樁間距s=1.3m。
單樁豎向承載力特征值Rs的取值:當無單樁載荷試驗資料時,根據《建筑地基處理技術規范》,經計算Ra=557KN。
因基礎類型為筏板,所以CFG樁布置采用正方形布樁。
樁體試塊抗壓強度平均值應滿足下式要求:fcu≥13.6kpa。工程實際設計混凝土強度等級為C20,滿足要求。
褥墊層:厚度取300mm,材料為級配砂石,粗砂占30%,碎石占70%,碎石粒徑小于30mm。
4 CFG樁施工
根據建筑場區周邊環境條件和場區土質情況,綜合分析采用長螺旋鉆孔管內泵壓成孔工藝。考慮到樁長范圍內地下水位相對較高,且淺部多以粉土為主,故在施工時,采用隔行隔樁跳打,很好的避免了鄰樁竄樁的現象,確保CFG樁的施工質量,整體工程施工較為順利。
5 CFG樁的檢驗
5.1 CFG樁復合地基檢測
施工完畢28天后,甲方委托具備相應資質的單位進行了單樁復合地基載荷試驗和低應變檢測。
從上單樁復合地基載荷試驗結果,結合報告中的p-s曲線來看,加荷均沒有達到極限荷載,單樁復合地基沉降量均小于25mm,復合地基承載力滿足要求。低應變檢測結果表明樁身質量滿足設計要求。部分樁淺部斷裂系機械開挖不當所致。
建筑物施工過程中對建筑物均進行了沉降觀測。各建筑物主體封頂時的沉降量均小于8mm。
5.2 CFG樁復合地基驗槽時存在的問題
本工程在地基驗槽時發現有以下異常情況:樁位偏移、淺部斷裂、縮徑、擴徑、樁頭松散等。分析原因主要有以下施工原因分別造成的。樁位偏移-施工時上部空樁長,鉆機垂直度掌握不夠;淺部斷樁-機械開挖造成;縮徑、擴徑-鉆機提升速度、泵壓等沒有掌握好;樁頭松散-樁頂標高控制偏低,并夾泥。
6 結束語
(1)廊坊城市?某工程采用CFG樁復合地基處理效果較好,大大提高了地基承載力,控制和減小了建筑物地基變形,達到了預期設計目的。
(2)通過本工程施工,說明CFG樁施工方便,施工速度快,造價低廉,對高層建筑來說是一種比較理想的地基處理形式,應進一步在廊坊對廣應用。
(3)本工程說明用CFG樁處理以粉土為主的新近沉積地基土是適宜的。
(4)一支有經驗的施工隊伍和好的施工管理對保證CFG樁的施工質量尤為重要。
參考文獻
[1]《建筑地基處理技術規范》(JGJ79 -2002)
Abstract: This paper discusses the determination of CFG pile composite foundation bearing capacity, the main points of CFG pile construction techniques and how to process the common problems.
Keywords: CFG pile composite foundation; bearing capacity; construction technology
中圖分類號: TU473.1文獻標識碼:A文章編號:
一、引言
CFG樁復合地基技術已在全國廣泛推廣應用,國家行業標準《建筑地基處理技術規范》(JGJ79-2002)的頒布,為工程技術人員進行 CFG樁復合地基設計、施工及檢測提供了技術依據。但在復合地基承載力的確定及CFG樁施工方面,在不同地區基于某些地區性經驗,存在一些差異。
二、復合地基承載力的確定
CFG樁是英文Cement Fly-ash Grave的縮寫,意為水泥粉煤灰碎石樁,由碎石、石屑、砂、粉煤灰摻水泥加水拌合,用各種成樁機制成的可變強度裝。CFG樁和樁間土一起,通過褥墊層形成CFG樁復合地基,是地基處理的一種常見方法。
根據《建筑地基基礎設計規范》(GBJ79-2002)(簡稱地基規范)和《建筑地基處理技術規范》(JGJ79-2002)(簡稱地基處理規范),復合地基承載力確定可分為設計階段和竣工驗收階段進行討論。
1、設計階段
在設計階段,地基規范規定:復合地基承載力特征值應通過現場復合地基載荷試驗確定,或采用增強體的載荷試驗結果和其周邊土的承載力特征值結合經驗確定;地基處理規范規定:復合地基承載力特征值,應通過現場復合地基載荷試驗確定。初步設計時,也可按下式估算:
fspk=mRa/Ap+β(1-m)fsk(1)
式中:fspk— 復合地基承載力特征值(kpa);
m — 面積置換率;
Ra— 單樁豎向承載力特征值(kN);
Ap— 樁的截面積(m2);
β— 樁間土承載力折減系數,宜按地區經驗取值,如無經驗時可取0.75~0.95,天然地基承載力較高時取大值;
fsk — 樁間土承載力特征值(kPa),宜按當地經驗取值,如無經驗時,可取天然地基承載力特征值。
實際工程中,有條件時先在擬建場地做現場載荷試驗,可為設計提供可靠的設計參數。而很多情況是在無試驗資料條件下按(1)式估算復合地基承載力,但要結合工程實踐經驗,合理確定Ra、fsk、β等參數的取值。
2、竣工驗收階段
由以上討論可知,在復合地基設計階段,確定復合地基設計參數時,用公式(1)估算復合地基承載力是符合規范要求的。在竣工驗收階段,能否只做單樁靜載試驗。用單樁承載力Ra和地質報告提供的天然地基承載力fak(或樁間土靜載試驗結果fsk)按公式(1)計算確定復合地基承載力特征值,是需要說明的一個重要問題。
首先,加固后樁間土承載力特征值fsk與然地基承載力特征值fak是不同的,通常fsk=fak。為樁間土承載力提高系數,對擠密效果好的土采用振動擠土成樁工藝,由于土密度的增加和樁對土的側向約束作用,fsk遠大于fak,用單樁承載力Ra和天然地基承載力fak確定復合地基承載力與實測值相比會有較大誤差。即使用單樁靜載試驗的Ra和樁間土靜載試驗結果fsk按公式(1)計算復合地基承載力,β的取值可能會因人而異,對于同一復合地基,得出不同的計算結果,這樣就不能保證復合地基承載力的準確性和唯一性。因此,地基處理規范用強制性條文規定復合地基竣工驗收時,承載力檢驗應采用復合地基載荷試驗確定。
三、CFG樁施工技術要點
(一)CFG樁施工可根據現場條件選用下列施工工藝:
1、長螺旋鉆干成孔灌注成樁;
適用于地下水以上、提鉆不塌孔的土層條件;
2、長螺旋鉆孔、管內泵壓混合料灌注成樁;
適用于粘性土、粉土、砂土、粒徑不大于60mm厚度不大于5m的卵石層(卵石含量不大于30%),以及對噪聲和泥漿污染要求高的場地;
3、振動沉管灌注成樁;
適用于粘性土、粉土、素填土,對夾有較厚卵石、砂和孔隙比小液性指數較低的粘土層無合理有效的輔助措施不宜采用,軟土地基應通過現場試驗確定其適用性;
4、泥漿護壁鉆孔灌注成樁;
對遇有較厚卵石、砂和孔隙比小液性指數較低的粘土層以及飽和軟土,樁端持力層具有水頭很高的承壓水,長螺旋鉆孔、管內泵壓混合料灌注成樁容易發生竄孔,對噪聲污染要求嚴格的場地,不宜采用前述施工工藝時,可采用該工藝。
(二)當采用擠土成樁工藝,新打樁對已打樁可能產生不良影響時,可選用非擠土成樁工藝,或擠土和非擠土成樁工藝聯合使用的施工方案,擠土和非擠土成樁工藝聯合施工時,宜先打擠土樁、后打非擠土樁;在有較厚軟土的地基上施工時,混合料宜用低塌落度(3~5cm),以防止樁體自身塌落發生斷樁;
(三)振動沉管CFG樁施工要點
1、通過在樁機卷揚系統加動滑輪,調整拔管線速度控制在規范建議的范圍;
2、打樁前、打樁過程中測地表標高,觀測地表隆起或下沉量;
3、通過試成樁,觀測地面標高變化和測定新打樁對已打樁的影響,確定合理的施打順序;
4、軟土中可采用靜壓振拔技術,沉管過程可不啟振動錘、靜壓沉管,減少對樁間土的擾動,拔管啟錘使混合料振密;
5、軟土中可采用大直徑予制樁尖,以獲得較大的端阻力,而保持樁身混合料用量不變;
6、經施工監測確認樁體斷裂并脫開,應逐樁靜壓(跑樁)將脫開的上下樁接起來;
7、拔管不宜長時間留振,防止粗骨料與水泥漿發生分離。
(四)長螺旋鉆孔、管內泵壓混合料灌注成樁施工要點:
1、基礎埋深較大時,宜在基坑開挖后的工作面上施工,工作面宜高出有效樁頂標高300~500mm。基坑較淺在地表打樁或部分開挖打樁空孔較長時,應加大保護樁長,并嚴格控制樁位偏差和垂直度;
2、基坑降水應控制在標高最低的電梯井、集水坑底標高以下500~1000mm;
3、軟土地基中施工宜通過摻加減水劑、泵送劑制備泵送性能好塌落度較低的混合料,以防止樁體自身塌落發生斷樁、或充盈系數過大。
4、樁體配比碎石最大粒徑不宜大于25mm,粉煤灰選用Ⅱ級或Ⅲ級細灰,每立方米混合料摻量70~90kg為宜;
5、樁端為飽和粉土、砂土和卵石層時,應選用下開式專利鉆頭(專利號ZL 00 2 63200.4),以防止鉆頭活門打不開、樁端有虛土不能發揮土的端阻;
6、嚴禁先提鉆后灌料;
7、樁徑400mm時提鉆速度宜為2.5~3.5m/min,樁徑增大鉆頭活門斷面應相應增大,若樁徑增大而鉆頭活門斷面不變時應相應降低提鉆速度;
8、夾有松散飽和粉土、粉細砂的土層,成孔時在剪切荷載作用下,土體液化,導致剛打完處于流動狀態樁的樁周土喪失對樁的側向約束能力,樁體側向澎出、樁頂下沉,產生竄孔,液化區域連成片甚至導致基坑失穩或周邊建筑物傾斜開裂、道路破壞,在這類地基上施工應采取如下措施:
(1)降飽和粉土、粉細砂中的水;
(2)采用小葉片螺旋鉆桿成孔,減少剪切能積累并對樁間土具有擠密作用;
(3)合理設計施打順序和控制日成樁數量,避免在某個區域產生成片的液化區,也可采用跳打等方法減少剪切能量的積累;
(4)快速鉆進,減少剪切能量在可液化土層上的積累;
(5)選用下開式專利鉆頭,防止閥門打不開在同一樁位多次復鉆;
(6)混合料盡量采用較小的塌落度;
(7)把施工因素作為基坑支護的設計條件;
(8)設計宜采用大樁距大樁長。
注:當上述措施仍無效時,可采用泥漿護壁鉆孔灌注成樁工藝。
(五)清土、剔樁頭防斷樁和防擾動樁間土措施
1、打樁棄土和預留保護土層可采用人工清除、或機械人工聯合清除方案。當采用機械人工聯合清除方案時:
(1)對基坑開挖后打樁的場地,采用人工予斷樁、挖掘機清土。
(2)在地表打樁后再進行基坑開挖的場地,由現場試挖確定預留人工開挖深度,以保證樁的斷裂部位高于有效樁頂標高以上。
2、截樁頭宜用無尺鋸在有效樁頂標高處切深1~2cm的園環,再用兩鋼釬相對同時敲擊斷樁。
3、清土、截樁頭后禁止對樁間土產生擾動的施工設備(如輪胎式運土車等)在施工場地內通行,防止產生“橡皮土”。
(六)混合料試塊的制作和現場養護
施工過程,應隨機選取具有代表性的混合料制作試塊(邊長為150mm的立方體)并搗實,送實驗室前應在現場按標準養護條件對試樣進行養護,特別在冬期,不得將試樣隨意放置在施工現場或工棚里,避免養護條件不標準導致試驗結果不能反映樁體的真實強度。
四、CFG樁施工常見問題及處理
(1)堵管
堵管是長螺旋鉆管內泵壓CFG樁成樁工藝常遇到的主要問題之一。
若因混合料配合比不合理,和易性不好而發生堵管,需注意細骨料和粉煤灰兩種材料的摻入量,特別是注意粉煤灰摻入量宜控制在60-80kg/m3。
若因混合料攪拌質量有缺陷,需確保混合料能順利通過剛性管、高強柔性管、彎管和變徑管到達鉆桿芯管內,同時控制好混合料坍落度,宜控制在16-20cm。
若因設備缺陷而導致堵管,需保證管件連接順暢,確保彎管與高強柔性管等連接緊密,保證墊圈無破損。
此外施工人員操作不當也會導致堵管現象發生。
(2)竄孔
在飽和細砂層、粉砂層中施工常遇竄孔現象。
可采取大樁距的設計方案,增大樁距的目的在于減少新打樁機器的剪切擾動,避免不良影響。改進鉆頭,提高鉆進速度。減少打樁推進排數,必要時采用隔樁、隔排跳打方案,但跳打要求及時清除成樁時排出的棄土,否則會影響施工進度。
(3)斷樁
樁基施工完畢,發現樁身裂縫的所在部位,應分析原因,得出自身問題是在施工時,由于提鉆速度較快,空氣未全部釋放出來,致使樁身產生斷面裂縫,另外是混合料的攪拌時間不夠,和易性差,出現蜂窩麻面樁。外部原因是土建施工時機械挖基坑平整土方時,被挖掘機和鏟車碰斷。
解決方案是:淺部斷樁,對斷樁單獨進行處理,剔除上部斷樁,用與樁身相同的混合料按樁徑設計標高補樁。樁頭斷樁后進行接樁,當樁頂高程低于施工圖標識高程時,如開槽或剔除樁頭必須進行補樁,可采用比樁體強度高一等級的豆石混凝土接樁至施工圖標識樁頂標高,注意在接樁過程中保護好樁間土。
四、結語
1.設計階段,CFG樁復合地基承載力應通過現場復合地基載荷試驗確定,初步設計時可按公式(1)估算復合地基承載力特征值。復合地基竣工驗收時,承載力檢驗應采用復合地基載荷試驗確定。
2.復合地基靜載試驗前,首先做樁的低應變檢測,靜載試驗后再做低應變檢測和樁頂部開挖探查,對分析判斷復合地基施工發生的問題具有重要意義。
3. 螺旋鉆孔、管內泵壓混合料灌注成樁,先提30~50cm再灌料是一種錯誤的施工方法,應嚴格禁止。下開式專利鉆頭可避免發生閥門打不開的情況發生。
參考文獻:
[1] 建筑地基基礎設計規范(GB5007-2002).北京:中國建筑工業出版社,2002