简述软弱土地基处理方法

摘 要:近年来许多重要的工程和复杂的工业厂房在软弱土地基上兴建,工程实践的要求推动了软弱土地基处理技术的迅速发展,地基处理的途径愈来愈多,地基处理不仅应用于拟建工程,也可用于已建工程的地基处理,例如建筑物的加层扩建或对建成后出现的一些事故进行处理。本文作者对软弱土地基的处理提出了自己的看法。

关键词:软弱土 地基处理 方法

软弱土系指淤泥、淤泥质土和部分冲填土、杂填土及其他高压缩性土。由软弱土组成的地基称为软弱土地基。淤泥、淤泥质土在工程上统称为软土,由于软土地基的承载力较低,如果不做任何处理,一般不能承受较大的建筑物荷载。所以在软土地基上修建建筑物,必须重视地基的变形和稳定问题。因此在软土地基上建造建筑物,要求对软土地基进行处理。地基处理的目的主要是改善地基土的工程性质,达到满足建筑物对地基稳定和变形的要求,包括改善地基土的变形特性和渗透性,提高其抗剪强度和抗液化能力,消除其它不利影响。下面我就介绍一下软弱土地基的特点和几种常用的地基处理方法。

1 软弱土地基的特征

软弱土系指淤泥、淤泥质土和部分冲填上、杂填土及其它高压缩性土。由软弱土组成的地基称为软弱土地基。淤泥、淤泥质土在工程上统称为软土,其工程特性如下:

1.1 含水量较高,孔隙比较大 据统计,软土的含水量一般为35%～80%,孔隙比为1～2。

1.2 压缩性较高 软土的压缩系数在0.5～1.5MPa-1之间,有些高达4.5MPa-1,且其压缩性往往随着液限的增大而增加。

1.3 抗剪强度很低 软土的天然不排水抗剪强度一般小于20kPa。其变化范围约在5～25kPa。

1.4 渗透性较差 软土的渗透系数一般在i×10-5至i×10-7mm/s(i=1,2…,9)之间。因此软土层在自重或荷载作用下达到完全固结所需的时间很长。

1.5 具有显著的结构性 特别是滨海相的软土,一旦受到扰动(振动、搅拌或搓揉等),其絮状结构受到破坏,土的强度显著降低,甚至呈流动状态。软土受到扰动后强度降低的特性可用灵敏度表示。我国东南沿海软土的灵敏度约为4～10,属高灵敏土。

1.6 具有明显的流变性 软土在不变的剪应力的作用下,将连续产生缓慢的剪切变形,并可能导致抗剪强度的衰减。在固结沉降完成之后,软土还可能继续产生可观的次固结沉降。

软土具有强度低、压缩性较高和渗透性较差等特性,必须重视地基的变形和稳定问题,如果不作任何处理,一般不能承受较大的建筑物荷载。 冲填土(吹填土)是在整治和疏通江河时,用挖泥船或泥浆泵把江河或港湾底部的泥砂用水力冲填(吹填)形成的沉积土。冲填土的物质成分比较复杂,如以粉土、粘土为主,则属于欠固结的软弱土,而主要由中砂粒以上的组颗粒组成的,则不属于软弱土。杂填土一般是覆盖在城市地表的人工杂物,包括瓦片砖块等建筑垃圾、工业废料和生活垃圾等。其主要特性是强度低、压缩性高和均匀性差。

2 几种地基处理方法的确定

2.1 碾压法与夯实法 碾压与夯实是修路、筑堤、加固地基表层最常用的简易处理方法。通过处理,可使填土或地基表层疏松土孔隙体积减小,密实度提高,从而降低土的压缩性,提高其抗剪强度和承载力。目前我国常用的有机械碾压、振动压实和重锤夯实,以及70年展起来的强夯法等。

2.1.1 机械碾压法 机械碾压法是利用压路机、羊足碾、平碾、振动碾等碾压机械特地基土压实。

2.1.2 振动压实法 振动压实法是通过在地基表面施加扳动把浅层松散土振实的方法,可用于处理砂土和由炉灰、炉渣、碎砖等组成的杂填土地基。

2.1.3 重锤夯实法 重锤夯实法是利用起重机械将夯锤提到一定高度(2.5～4.5m),然后使锤自由落下并重复夯击以加固地基。锤重一般不小于15kN,经夯击以后,地基表层土体的相对密实度或干密度将增加,从而提高表层地基的承载力。对于湿陷性黄土,重锤夯实可减少表层土的湿陷性;对于杂填土,则可减少其不均匀性。

2.1.4 强夯法 强夯法,又称动力固结法,其用起重机械将80～300kN的夯锤起吊到6～30m高度后,自由落下,产生强大的冲击能量,对地基进行强力夯实,从而提高地基承载力,降低其压缩性,是我国目前最为常用和最经济的深层地基处理方法之一。

2.2 换土垫层法

2.2.1 换土垫层法的原理 换土垫层法是将基础下一定深度内的软弱土层挖去,回填强度较高的砂、碎石或灰土等,并夯至密实的一种地基处理方法。常用的垫层有:砂垫层、砂卵石垫层、碎石垫层、灰土或素土垫层、煤渣垫层、矿渣垫层以及用其它性能稳定、无侵蚀性的材料做的垫层等。

2.2.2 垫层的设计要点 垫层的设计不但要满足建筑物对地基变形及稳定的要求,而且应符合经济合理的原则。其设计内容主要是确定断面的合理厚度和宽度。对于垫层,既要求有足够的厚度来置换可能被剪切破坏的软弱土层,又要有足够的宽度以防止垫层向两侧挤出。

2.2.3 施工要点 ①垫层施工必须保证达到设计要求的密实度。密实方法常用的有振动法、水撼法、根压法等。这些方法都要求控制一定的含水量,分层铺砂厚约200～300mm,逐层振密或压实,并应将下层的密实度检验合格后,方可进行上层施工。②垫层的砂料必须具有良好的压实性。砂料的不均匀系数不能小于5,以中粗砂为好,容许在砂中掺入一定数量的碎石,但要分布均匀。③开挖基坑铺设垫层时,必须避免对软弱土层的扰动和破坏境底土的结构。基坑开挖后应及时回填,不应暴露过久或浸水,并防止践踏坑底。当采用碎石垫层时,应在坑底先铺一层砂垫底,以免碎石挤入土中。

2.3 排水固结预压法 排水固结须压法是利用地基排水固结的特性,通过施加顶压荷载,并增设各种排水条件(砂井和排水垫层等排水体),以加速饱和软粘土固结发展的一种软土地基处理方法。根据固结理论,粘性土固结所需时间与徘水距离的平方成正比。

2.4 桩基法 当淤土层较厚,难以大面积进行深处理,可采用打桩办法进行加固处理。而桩基础技术多种多样,早期多采用水泥土搅拌桩、砂石桩、木桩,目前很少使用,一是水泥土搅拌桩水灰比、输浆量和搅拌次数等控制管理自动化系统未健全,设备陈旧,技术落后,存在搅拌均匀性差及成桩质量不稳定问题;二是砂石桩用以加固较深淤泥软土地基,由于存在工期长,工后变形大等问题,已不再用作对变形有要求的建筑地基处理;三是民用建筑已禁用木桩基础。钢筋混凝土预制桩(钢筋混凝土桩和预应力管桩)目前由于具有较强承载力,投资省,质量有保证,施工速度快等特点,得到普遍运用。

淤土层较厚地基处理还可以采用灌注桩,打灌注桩至硬土层,作承载台,灌注桩有沉管灌注桩和冲钻孔灌注桩,但两种方法灌注桩还存在一些技术难题,一是沉管灌注桩在深厚软土中存在桩身完整性问题;二是冲钻孔灌注桩存在泥浆污染问题,桩身混凝土灌注质量,桩底沉渣清理和持力层判断不易监控等问题。

2.5 灌浆法 是利用气压、液压或电化学原理将能够固化的某些浆液注入地基介质中或建筑物与地基的缝隙部位。

2.6 加筋法 加筋土是将抗拉能力很强土工合成材料埋置于土层中,利用土颗粒位移与拉筋产生摩擦力,使土与加筋材料形成整体,减少整体变形和增强整体稳定。

3 结语

本文只介绍了较为常用软弱土地基处理的几种方法,供大家参考。设计人员不仅要选择好软弱土地基处理方法,而且还要考虑其建筑物结构优化设计,尽量采用较为轻型结构,减轻上部重量,这样会减少软弱土地基处理造价。