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地基加固的方法

2019-04-25 00:00:00      點擊:
地基基礎加固,就是因為天然地基軟弱無法滿足地基強度、變形等要求,那麽就需要事先對地基進行處理,利用換填、夯實、擠密、排水、膠結、加筋和熱學等方法改良地基土的工程特性,從而達到地基加固的目的。
地基處理的目的及意義主要有下麵5點:
1.提高地基土的抗剪切強度
 地基的剪切破壞表現在:建築物的地基承載力不夠;由於偏心荷載及側向土壓力的作用使結構物失穩;由於填土或建築物荷載,使鄰近地基產生隆起;土方開挖時邊坡失穩;基坑開挖時坑底隆起。地基的剪切破壞反映在地基土的抗剪強度不足,因此,為了防止剪切破壞,就需要采取一定措施以增加地基土的抗剪強度。
2.降低地基土的壓縮性
 地基土的壓縮性表現在建築物的沉降和差異沉降大;由於有填土或建築物荷載,使地基產生固結沉降;作用於建築物基礎的負摩擦力引起建築物的沉降;大範圍地基的沉降和不均勻沉降;基坑開挖引起鄰近地麵沉降;由於降水地基產生固結沉降。地基的壓縮性反映在地基土的壓縮模量指標的大小。因此,需要采取措施以提高地基土的壓縮模量,借以減少地基的沉降或不均勻沉降。
3.改善地基土的透水特性
 地基土的透水性表現在堤壩等基礎產生的地基滲漏;基坑開挖工程中,因土層內夾薄層粉砂或粉土而產生流砂和管湧。以上都是在地下水的運動中所出現的問題。為此,必須采取措施使地基土降低透水性或減少其水壓力。
4.改善地基土的動力特性
 地基土的動力特性表現在地震時飽和鬆散粉細砂(包括部分粉土)將產生液化;由於交通荷載或打樁等原因,使鄰近地基產生振動下沉。為此,需要采取措施防止地基液化,並改善其振動特性以提高地基的抗震性能。
5.改善特殊土的不良地基特性
主要是消除或減少黃土的濕陷性和膨脹土的脹縮性等。
地基處理一般有:1、換土墊層法 2、振密、擠密法 3、排水固結法 4、置換法 5、加筋法、6、膠結法 7、冷、熱處理法,7種方法。
 1、換土墊層法
 基本原理:就是挖除淺層軟弱土或不良土,分層碾壓或夯實。
 分類:按回填的材料可分為砂(或砂石)墊層、碎石墊層、粉煤灰墊層、幹渣墊層、土(灰土、二灰)墊層等。幹渣分為分級幹渣、混合幹渣和原狀幹渣;粉煤灰分為濕排灰和調濕灰。
  作用:換土墊層法可提高持力層的承載力,減少沉降量;消除或部分消除土的濕陷性和脹縮性;防止土的凍脹作用及改善土的抗液化性。常用機械碾壓、平板振動和重錘夯實進行施工。
  適用範圍:常用於基坑麵積寬大和開挖土方量較大的回填土方工程,一般適用於處理淺層軟弱土層(淤泥質土、鬆散素填土、雜填土、浜填土以及已完成自重固結的衝填土等)與低窪區域的填築。一般處理深度為2~3m。適用於處理淺層非飽和軟弱土層、濕陷性黃土、膨脹土、季節性凍土、素填土和雜填土。
  注:墊層隻解決承載力問題而無助於減少沉降。
 2、振密、擠密法
  原理:是采用一定的手段,通過振動、擠壓使地基土體孔隙比減小,強度提高,達到地基處理的目的。
  1)表層壓實法 采用人工或機械夯實、機械碾壓或振動對填土、濕陷性黃土、鬆散無粘性土等軟弱或原來比較疏鬆表層土進行壓實。也可采用分層回填壓實加固。
  適用範圍:適用於含水量接近於最佳含水量的淺層疏鬆粘性土;鬆散砂性土;濕陷性黃土及雜填土等。
  2)重錘夯實法 利用重錘自由下落時的衝擊能來夯擊淺層土,使其表麵形成一層較為均勻的硬殼層。
  適用範圍:適用於無粘性土、雜填土、非飽和粘性土及濕陷性黃土。
  3) 強夯法 利用強大的夯擊能,迫使深層土液化和動力固結,使土體密實,用以提高地基土的強度並降低其壓縮性、消除土的濕陷性、脹縮性和液化性。
  適用範圍:適用於碎石土、砂土、素填土、雜填土、低飽和度的粉土與粘性土及濕陷性黃土。
  4)振衝擠密法 振衝擠密法一方麵依靠振衝器的強力振動使飽和砂層發生液化,顆粒重新排列,孔隙比減少;另一方麵依靠振衝器的水平振動力,形成垂直孔洞,在其中加入回填料,使砂層擠壓密實。
  適用範圍:適用於砂性土和小於0.005mm的粘粒含量低於10%的粘性土。
  5)土(或灰土、粉煤灰加石灰)樁法 是利用打入鋼套管(或振動沉管、炸藥爆破)在地基中成孔,通過”擠”壓作用,使地基土得到“加密”,然後在孔中分層填入素土(或灰土、粉煤灰加石灰)後夯實而成土樁(或灰土樁、二灰樁)。
  適用範圍:適用於處理地下水位以上濕陷性黃土、新近堆積黃土、素填土和雜填土。
  6)砂樁 在鬆散砂土或人工填土中設置砂樁,能對周圍土體或產生擠密作用,或同時產生振密作用。可以顯著提高地基強度,改善地基的整體穩定性,並減少地基沉降量。
  適用範圍:適用於處理鬆砂地基和雜填土地基。
  7)夯實水泥土樁 利用沉管、衝擊、人工洛陽鏟、螺旋鑽等方法成孔,回填水泥和土的拌和料,分層夯實形成堅硬的水泥土柱體,並擠密樁間土,通過褥墊層與原地基土形成複合地基。
  適用範圍:適用於處理地下水位以上的粉土、素填土、雜填土、粘性土和淤泥質土等地基。
  8)爆破法 這個用的不多,原理是利用爆破產生振動使土體產生液化和變形,從而獲得較大密實度,用以提高地基承載力和減小沉降。
  適用範圍:適用於飽和淨砂,非飽和但經灌水飽和的砂、粉土和濕陷性黃土。
 
  3、排水固結法
  基本原理:就是軟土地基在附加荷載的作用下,逐漸排出孔隙水,使孔隙比減小,產生固結變形。在這個過程中,隨著土體超靜孔隙水壓力的逐漸消散,土的有效應力增加,地基抗剪強度相應增加,並使沉降提前完成或提高沉降速率。
  排水固結法主要由排水和加壓兩個係統組成。排水可以利用天然土層本身的透水性,尤其是軟土地區多夾砂薄層的特點,也可設置砂井、袋裝砂井和塑料排水板之類的豎向排水體。加壓主要是地麵堆載法、真空預壓法和井點降水法。為加固軟弱的粘土,在一定條件下,采用電滲排水井點也是合理而有效的。
  (1)堆載預壓法 在建造建築物以前,通過臨時堆填土石等方法對地基加載預壓,達到預先完成部分或大部分地基沉降,並通過地基土固結提高地基承載力,然後撤除荷載,再建造建築物。
  一般臨時的預壓堆載等於建築物的荷載,但為了減少由於次固結而產生的沉降,預壓荷載也可大於建築物荷載,稱為超載預壓。
  為了加速堆載預壓地基固結速度,常可與砂井法或塑料排水帶法等同時應用。如粘土層較薄,透水性較好,也可單獨采用堆載預壓法。適用於軟粘土地基。
  (2)砂井法(包括袋裝砂井、塑料排水帶等) 在軟粘土地基中,設置一係列砂井,在砂井之上鋪設砂墊層或砂溝,人為地增加土層固結排水通道,縮短排水距離,從而加速固結,並加速強度增長。砂井法通常輔以堆載預壓,稱為砂井堆載預壓法。
  適用範圍:適用於透水性低的軟弱粘性土,但對於泥炭土等有機質沉積物不適用。
  (3)真空預壓法 在粘土層上鋪設砂墊層,然後用薄膜密封砂墊層,用真空泵對砂墊層及砂井抽氣,使地下水位降低,同時在大氣壓力作用下加速地基固結。
  適用範圍:適用於能在加固區形成(包括采取措施後形成)穩定負壓邊界條件的軟土地基。
  (4)真空-堆載聯合預壓法 當真空預壓達不到要求的預壓荷載時,可與堆載預壓聯合使用,其堆載預壓荷載和真空預壓荷載可疊加計算。
  適用範圍:適用於軟粘土地基。
  (5)降低地下水位法 通過降低地下水位使土體中的孔隙水壓力減小,從而增大有效應力,促進地基固結。
  適用範圍:適用於地下水位接近地麵而開挖深度不大的工程,特別適用於飽和粉、細砂地基。
  (6)電滲排水法 在土中插入金屬電極並通以直流電,由於直流電場作用,土中的水從陽極流向陰極,然後將水從陰極排除,而不讓水在陽極附近補充,借助電滲作用可逐漸排除土中水。在工程上常利用它降低粘性土中的含水量或降低地下水位來提高地基承載力或邊坡的穩定性。
  適用範圍:適用於飽和軟粘土地基。
 
  4、置換法
  原理:其原理是以砂、碎石等材料置換軟土,與未加固部分形成複合地基,達到提高地基強度的目的。
  置換法又分為:
  (1)振衝置換法(或稱碎石樁法) 碎石樁法是利用一種單向或雙向振動的衝頭,邊噴高壓水流邊下沉成孔,然後邊填入碎石邊振實,形成碎石樁。樁體和原來的粘性土構成複合地基,以提高地基承載力和減小沉降。
  適用範圍:適用於地基土的不排水抗剪強度大於20kPa的淤泥、淤泥質土、砂土、粉土、粘性土和人工填土等地基。對不排水抗剪強度小於20kPa的軟土地基,采用碎石樁時須慎重。
  (2)石灰樁法 在軟弱地基中用機械成孔,填入作為固化劑的生石灰並壓實形成樁體,利用生石灰的吸水、膨脹、放熱作用以及土與石灰的物理化學作用,改善樁體周圍土體的物理力學性質,同時樁與土形成複合地基,達到地基加固的目的。
  適用範圍:適用於軟弱粘性土地基。
  (3)強夯置換法 對厚度小於6m的軟弱土層,邊夯邊填碎石,形成深度3~6m、直徑為2m左右的碎石柱體,與周圍土體形成複合地基。
  適用範圍:適用於軟粘土。
  (4)水泥粉煤灰碎石樁(CFG樁) 是在碎石樁基礎上加進一些石屑、粉煤灰和少量水泥,加水拌和,用振動沉管打樁機或其它成樁機具製成的一種具有一定粘結強度的樁。樁和樁間土通過褥墊層形成複合地基。
  適用範圍:適用於填土、飽和及非飽和粘性土、砂土、粉土等地基。
  (5)柱錘衝擴法 柱錘衝擴法是利用直徑為200~600mm、長度為2~6m、質量為1~6t的柱狀錘衝擴成孔,填入碎磚三合土等材料,夯實成樁,樁和樁間土通過褥墊層形成複合地基。
  適用範圍:適用於處理雜填土、粉土、粘性土、粘性素填土、黃土等地基。
  (6)EPS超輕質料填土法 發泡聚苯乙烯(EPS)的重度隻有土的1/50~1/100,並具有較好的強度和壓縮性能, 用於填土料,可有效減少作用在地基上的荷載,需要時也可置換部分地基土,以達到更好的效果。
  適用範圍:適用於軟弱地基上的填方工程。
 5、加筋法
  原理: 就是通過在土層中埋設強度較大的土工聚合物、拉筋、受力杆件等提高地基承載力、減小沉降、或維持建築物穩定。
  (1)土工合成材料 利用土工合成材料的高強度、韌性等力學性能,擴散土中應力,增大土體的抗拉強度,改善土體或構成加筋土以及各種複合土工結構。
  適用範圍:適用於砂土、粘性土和軟土,或用作反濾、排水和隔離材料。
  (2)加筋土 把抗拉能力很強的拉筋埋置在土層中,通過土顆粒和拉筋之間的摩擦力形成一個整體,用以提高土體的穩定性。
  適用範圍:適用於人工填土的路堤和擋牆結構。
  (3)土層錨杆 土層錨杆是依賴於土層與錨固體之間的粘結強度來提供承載力的,它使用在一切需要將拉應力傳遞到穩定土體中去的工程結構,如邊坡穩定、基坑圍護結構的支護、地下結構抗浮、高聳結構抗傾覆等。
  適用範圍:適用於一切需要將拉應力傳遞到穩定土體中去的工程。
  (4)土釘 土釘技術是在土體內放置一定長度和分布密度的土釘體,與土共同作用,用以彌補土體自身強度的不足。不僅提高了土體整體剛度,又彌補了土體的抗拉和抗剪強度低的弱點,顯著提高了整體穩定性。
  適用範圍:適用於開挖支護和天然邊坡的加固。
  (5)樹根樁法 在地基中沿不同方向,設置直徑為75~250mm的細樁,可以是豎直樁,也可以是斜樁,形成如樹根狀的群樁,以支撐結構物,或用以擋土,穩定邊坡。
  適用範圍: 適用於軟弱粘性土和雜填土地基。
 6、膠結法
  原理:就是在軟弱地基中部分土體內摻入水泥、水泥砂漿以及石灰等物,形成加固體,與未加固部分形成複合地基,以提高地基承載力和減小沉降。
  (1)注漿法 其原理是用壓力泵把水泥或其它化學漿液注入土體,以達到提高地基承載力、減小沉降、防滲、堵漏等目的。
  適用範圍:適用於處理岩基、砂土、粉土、淤泥質粘土、粉質粘土、粘土和一般人工填土,也可加固暗浜和使用在托換工程中。
  (2)高壓噴射注漿法 將帶有特殊噴嘴的注漿管,通過鑽孔置入要處理土層的預定深度,然後將水泥漿液以高壓衝切土體,在噴射漿液的同時,以一定速度旋轉、提升,形成水泥土圓柱體;若噴嘴提升而不旋轉,則形成牆狀固結體。可以提高地基承載力、減少沉降、防止砂土液化、管湧和基坑隆起。
  適用範圍:適用於淤泥、淤泥質土、粘性土、粉土、黃土、砂土、人工填土等地基。對既有建築物可進行托換加固。
  (3)水泥土攪拌法 利用水泥、石灰或其它材料作為固化劑的主劑,通過特別的深層攪拌機械,在地基深處就地將軟土和固化劑(水泥或石灰的漿液或粉體)強製攪拌,形成堅硬的拌和拄體,與原地層共同形成複合地基。
  適用範圍:適用於淤泥、淤泥質土、粉土和含水量較高且地基承載力標準值不大於120kPa的粘性土地基。
7、冷、熱處理法 主要有凍結法、燒結法2種
  (1)凍結法 通過人工冷卻,使地基溫度低到孔隙水的冰點以下,使之冷卻,從而具有理想的截水性能和較高的承載力。
  適用範圍:適用於飽和的砂土或軟粘土地層中的臨時措施。
  (2)燒結法 通過滲入壓縮的熱空氣和燃燒物,並依靠熱傳導,而將細顆粒土加熱到100℃以上,從而增加土的強度,減小變形。
  適用範圍:適用於非飽和粘性土、粉土和濕陷性黃土。