探讨建筑地基处理方法及其适用的概述

【摘要】本文根据笔者多年来的经验,主要针对工程建设中经常存在着不能直接承载建筑物和构筑物全部荷载的软弱地基和不良地基问题, 探讨了常用的地基处理方法及其适用范围。

【关键词】软弱地基地基处理适用范围

建筑物和构筑物的全部荷载都是由它下面的地基来承担。地基处理的优劣, 关系到整个工程的质量、造价与工期, 直接影响着建筑物和构筑物的安全。随着城市的飞速发展, 土地利用率越来越少,一些地质较差的位置地基处理问题也越来越重要。

1地基处理的目的及其处理对象

当地基强度稳定性不足或压缩性很大, 不能满足设计要求时, 可以针对不同情况对地基进行处理。处理的目的是增加地基的强度和稳定性、减少地基变形等。地基处理的对象包括软弱地基与不良地基两方面, 软弱地基是指在地表下相当深度范围内存在的软弱土, 包括淤泥、淤泥质土、冲填土、杂填土及饱和松散粉细砂与粉土。这类土的工程特性为压缩性高、强度低、通常很难满足地基承载力和变形要求。而不良地基包括施陷性黄土地基、膨胀土地基、泥炭土地基、山区地基及岩溶与土洞地基等。

2常用的地基处理方法及其适用范围

2.1换填法

将基础底面以下处理范围内的软弱土层部分或全部挖去, 然后分层换填强度较高的砂、碎石、素土、灰土、粉质黏土、粉煤灰、矿渣及其他性能稳定和无侵蚀性的材料, 并碾压、夯实至要求的密实度为止。换填法的适用范围为: 淤泥、淤泥质土、湿陷性黄土、素填土、杂填土地基及暗沟、暗塘等的浅层处理或不均匀地基处理。当在建筑物范围内上层软弱土较薄时, 可采用全部置换处理; 对于建筑物范围内局部存在古井、古墓、暗塘、暗沟或拆除旧基础后的坑穴等, 可采用局部换填法处理。换填法的处理深度通常控制在3 m以内较为经济合理。换填法常用于处理轻型建筑、地坪、堆料场及道路工程等。

2.2预压法

预压法包括堆载预压法和真空预压法, 适用于淤泥质土、淤泥和冲填土等饱和黏性土地基。

2.2.1堆载预压法

在地基基础施工前, 通过在拟建场地上预先堆置重物, 进行堆载预压, 以达到地基土固结沉降基本完成, 通过地基土的固结以提高地基承载力。预压荷载一般等于建筑物的荷载, 为了加速压缩过程, 预压荷载也可以比建筑物的重量大, 称为超载预压。堆载预压可分为塑料排水板或砂井地基堆载预压和天然地基堆载预压。通常, 当软土层厚度小于4 m时, 可采用天然地基堆载预压法处理; 当软土层厚度超过4 m时, 为加速预压过程, 应采用塑料排水板或砂井等竖井排水预压法处理地基。

2.2.2真空预压法

通过在需要加固的软土地基上铺设砂垫层, 并设置竖向排水通道, 再在其上覆盖不透气的薄膜形成一密封层使之与大气隔绝。然后用真空泵抽气,使排水通道保持较高的真空度, 在土的孔隙水中产生负的孔隙水压力, 孔隙水逐渐被吸出, 从而使土体达到固结。真空预压法一般能形成78～92 kPa的等效荷载, 与堆载预压法联合使用, 可产生130 kPa的等效荷载。加固深度一般不超过20 m。

2.3振冲法

2.3.1振冲置换法

利用振冲器或沉桩机, 在软弱黏性土地基中成孔, 再在孔内分批填入碎石或卵石等材料制成桩体。桩体和原来的黏性土构成复合地基, 从而提高地基承载力, 减小压缩性。碎石桩的承载力和压缩量在很大程度上取决于周围软土对碎石桩的约束作用。如周围的土过于软弱, 对碎石桩的约束作用就差。振冲置换法的适用范围有: 不排水抗剪强度不小于20 kPa的黏性土、粉土、饱和黄土和人工填土地基。对不排水剪切强度小于20 kPa的地基, 应慎重对待。

2.3.2振冲密实法

其原理是依靠振冲器的强力振动使饱和砂层发生液化, 砂粒重新排列, 孔隙减少, 使砂层挤压加密。振冲密实法适用于黏粒含量小于10%的粗砂、中砂地基。

2.4强夯法

在大型的建设中强夯法运用最为广泛。强夯法是利用近十吨或数十吨的重锤从近十米或数十米的高处自由落下, 对土进行强力夯击并反复多次, 从而达到提高地基土的强度并降低其压缩性的处理目的。强夯法的适用范围有: 碎石土、砂土、低饱和度的粉土和黏性土、湿陷性黄土、杂填土和素填土等地基, 对于软土地基, 一般来说处理效果不显著。强夯法又称动力固结法或动力压实法。当需要时, 可在夯坑内回填块石、碎石等粗颗粒材料, 用夯锤夯击形成连续的强夯置换墩, 称之为强夯置换法。

2.5土或灰土挤密法

由桩间挤密土和填夯的桩共同组成的复合地基。以消除地基的湿陷性为主要目的时选用土桩挤密法; 以提高地基的承载力及水、土稳定性为主要目的时选用灰土桩挤密法。土或灰土挤密法的适用范围有: 湿陷性黄土、素填土和杂填土等地基。

2.6砂石桩法

用振动或冲击荷载在软弱地基中成孔后, 将砂石挤压入土中, 形成密实砂石柱, 达到加固地基的目的。砂石柱法的适用范围有: 松散砂土、粉土、黏性土、素填土和杂填土等地基。对饱和黏性土地基上对变形控制要求不严的工程也可采用砂石桩置换处理。砂石桩法也可用于处理可液化地基。

2.7深层搅拌法

其原理是利用水泥浆、石灰或其他材料作为固化剂, 通过特制的深层搅拌机械, 在地基深处将软土和固化剂( 水泥或石灰的浆液或粉体) 强制搅拌, 利用固化剂和软土之间产生的一系列物理化学反应, 使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的优质地基, 从而达到提高地基的承载力和增大变形模量的目的。深层搅拌法的适用范围有: 淤泥、淤泥质土、粉土、饱和黄土、素填土和黏性土等地基。当用于处理泥炭土或地下水具有侵蚀性时, 应通过试验确定其适用性。深层搅拌法是水泥土搅拌法中的一种, 又称为湿法。

2.8粉体喷射法

利用生石灰或水泥等粉体材料作为固化剂, 通过特制的深层搅拌机在地基深部就地将软土和固化剂强制拌和, 利用固化剂与软土产生的一系列物理化学反应, 形成坚硬的拌和土体, 以置换部分软弱土体, 形成复合地基。适用范围同深层搅拌法。但对于含水量较小的黏性土, 处理效果欠佳。与深层搅拌法(湿法) 相比, 在固化过程中, 粉体材料能吸收周围土体更多的水分, 使土体固结。适用于7层以下的工业与民用建筑, 对高层建筑宜实验论证。粉体喷射法俗称旋喷法, 是水泥土搅拌法中的一种, 又称为干法。

2.9高压喷射注浆法

利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻到预定深度的土层, 以高压喷射直接冲击破坏土体, 使水泥浆液或其他浆液与土拌和, 凝固后成为拌和柱体。在软弱地基中设置这种柱体群, 以形成复合地基。高压喷射注浆法的适用范围有: 淤泥、淤泥质土、黏性土、粉土、黄土、砂土、人工填土和碎石土等地基。当土中含有较多的大粒径块石、坚硬黏性土、大量植物根系或有过多的有机质时, 应根据现场试验结果确定其适用程度。

2.10托换法

适用于对已有建筑物的地基和基础进行处理与加固, 或在已有建筑物基础下需修建地下工程, 以及邻近需要新建工程而影响已有建筑物安全等问题的处理。托换法可分为桩式托换法、灌浆托换法和基础加固法3种。

2.10.1桩式托换法

采用桩的形式进行托换。桩式托换法可分为坑式静压桩托换、锚杆静压桩托换、灌注桩托换和树根桩托换4种。桩式托换法的适用范围有: 软弱黏土、松散砂土、饱和黄土、湿陷性黄土、素填土和杂填土等地基。

2.10.2灌浆托换法

采用气压或液压将各种有机或无机化学浆液注入土中, 使地基固化, 起到提高地基土强度、消除其湿陷性或起到防渗堵漏作用。根据灌浆材料的不同, 可分为水泥灌浆法、硅化法和碱液法。适用范围有: 松散砂土、素填土、杂填土等地基和既有建筑物的地基处理。

2.10.3基础加固法

采用水泥或环氧树脂等浆液灌浆加固或加大基础基底面积, 或增大基础深度, 使基础支撑在较好的土层上。基础加固法可分为灌浆法、加大基础托换和坑式托换法3种。基础加固法的适用范围为建筑物基础支撑力不足的已有建筑物的基础加固。

2.11灌浆法

用气压、液压或电动化学原理, 把具有充填、胶结性能的材料注入各种介质的缝隙和孔隙中, 以增加其强度和密实度。通过钻孔, 将压浆管放入到预定深度的土层, 在较高的灌浆压力作用下, 使浓浆克服土体的初始应力和抗拉强度, 在土体内产生水力劈裂和置换作用, 形成交叉的结石网格和较高强度的空间性刚性骨架。在水力劈裂过程中, 土体中自由水和毛细水被排走, 表面水被吸收, 土体发生固化和化学硬化作用, 使土体再次得以加固。对粉土、软黏土的处理效果难以预测。

2.12CFG桩法

利用一定的成桩机械, 施工桩径300 ～ 500mm, 桩身混凝土强度一般为C15～C30, 可配筋也可不配筋的桩, 与褥垫层形成复合地基, 从而提高地基承载力。适用范围有: 淤泥、淤泥质土、杂填土、饱和和非饱和的黏性土、粉土,能使天然地基承载力提高70%以上。

3结语

地基处理是建筑施工中的重要环节, 而地基处理的方法选定直接关系到工程建设的质量优劣和经济合理性。因此, 在确定地基处理方法时, 必须搜集详勘资料和地基基础设计资料, 论证地基处理的必要性, 并调查本地区地基处理的经验和施工条件, 从诸多处理方法中选择一个最佳的地基处理方案。

参考文献

【1】 杨耀坤, 汤福南, 黄志伦, 等.工程地质手册[ M ] 13版.北京: 中国建筑工业出版社, 1992.

【2】 黄熙龄, 滕延京, 王铁宏, 等.GB 50007―2002 建筑地基基础设计规范[ S ] .北京: 中国建筑工业出版社, 2002.

【3】罗宇生, 文君, 田春显, 等.GB50025―2004 湿陷性黄土地区建筑规范[ S ] 北京: 中国建筑工业出版社, 2004