软弱地基属饱水淤泥质软塑性粘土层,但也是浅基的持力层或软弱下卧层。其特征是:含水量大,抗剪/抗压强度低,压缩性高,孔隙比大,又具施工扰动引起的土体触变性,这些特征是建筑物天然地基产生沉降量过大的主要原因。
淤泥质粘土层,多数为欠压密土,其流变时效明显,在恒载下将产生较大差异沉降和工后沉降;如不作处理,工程地基的次固结和流变沉降将持续十数年,乃至几十年,或导致地基失稳和土体结构强度破坏。
就全国大范围而言,对沿海地区的软弱地基,受各地域自然条件和当地施工经验的制约,各类软基地加固、处理方法都有很大不同。
近年最常用的几种软基处理方法的使用情况
强夯法
强夯法属快速、经济类加固手段,采用前支架方法,可只用小吊机来改吊大锤,对锤型的改造形式也已有十多种,以适应不同的地基土。对不同土基,选用不同的夯击工艺。
在深厚粘土地基上采用2次夯击工艺,其有效加固深度达(12~15m)以上,比仅作1次夯击提高约40%;而2次夯比1次夯得土体压缩量可提高约30%。
在条形地基上采用“方形插档”工序,试验得出的地基承载力>170kPa;用此法代替了桩基加固,可节约了资金投入10~20%,又在集装箱码头地基可采用“低能量排夯法”也收效明显。采用打设塑料排水板或用袋装砂井和强夯法相结合,可使加固深度提高1倍。
强夯法对粘性地层的有效加固深度,一直是一个深化探究的难点。它除取决于锤重、落距、锤底面积、夯点布置和间距、夯击遍数、和间隙时间以外,在夯击力反复冲击作用下,各类土的冲击动力特性及其影响因素均需作深化综合性探讨。
对以减小地基沉降为目的的强夯,宜按地基规范关于压缩层厚度的规定,取“每米厚土层的压缩量”占“强夯时地面总的平均沉降量”为2.5%的这一土层深度为压缩层厚度;
对粉细砂地基以抗地震液化为目的强夯,其“有效加固深度”标准,则可取经强夯后不再发生液化的土层最大深度为基准。
真空预压法
通过真空预压,大大降低了工程造价,地基承载力和变形均满足设计要求。港口码头堆场软基,发电厂粉煤灰地基上也可进行了真空预压加固的大范围试验,成果亦很满意。并堆土加载约30kPa;通过90天的抽水预压,地基固结度达80%以上,承载力和变形亦均满足要求。
真空预压排水固结(如塑料排水板)预压法和真空预压相结合的地基处理方法,以进一步提高加固后的地基承载力并减少施工后沉降。
真空预压法处理地基,首先在原地基表面铺设砂垫层及排水管道,作为水平向排水体,再在土体中打入袋装砂井或塑料排水板,作为竖向排水体。将不透气的薄膜铺设在需要加固的软土地基表面的砂垫层上,薄膜四周埋入土中。借埋设于砂垫层中的管道,将薄膜下土体间的空气抽出,使其形成相对负压;由于砂井渗透性较大,该负压能够快速传递到砂井中,从而在砂井和砂井周围土体之间形成孔压差,使土体中的孔隙水流入砂井并被排出,以达到土体固结。真空-堆载联合预压法(多采用于本来就要填土的场合)则是在真空预压施工的基础上,在膜上下压差(真空度)达到设计要求并稳定后再进行堆载预压施工,这时真空和堆载将联合作用,直到满足固结度要求为止。因此,对于堆载预压,增加的有效应力是由于土体总应力增加;而对于真空预压,则总应力不变,而孔压降低,使得土体有效应力增加。
深层搅拌桩法和复合地基
这是一种复合地基,采用双轴搅拌桩形成重力式坑壁围护结构,当时开挖深度为6.7m,搅拌桩长15m,重力挡墙式围护壁宽达6.2m,除作挡土外,又作基坑外防渗之用,现在的采用搅拌桩围护的坑挖深度已可达(10~12m)以上。在和灌注桩或土钉联合使用,可形成复合式的坑壁,对深大基坑可收到防渗、挡土双重效果。
附带一提SMW(Soil Mixing Wall)工法——在一排相互连续搭接的现地灌筑的水泥土板桩式挡墙内,插打可以拔出、回收的H型钢(或其他加强芯材)它是另一种地下墙法,这些年已多有采用。用于代替钻孔灌注排桩和地下连续墙,防渗、挡土和连续墙一样有效,而经济方便,用于的坑深稍浅,但也已达15m以上。它无泥浆污染、止水性好,噪声小而工期短、造价低,施工适应性广,能较好适应环保要求。在高层基坑、地铁敞开段、河流污水治理和轻轨高架等工程中均可用作基坑围护。进口的SMW工法为三轴,其钻头和钻扦上加有螺旋叶片和搅拌叶片,使水泥土搅拌可充分、均匀,H型钢容易插打入土。由于搅拌动力大,成桩深度已达28m左右(墙厚一般由双排桩组成整体),配合履带式打桩架,工效高,一次成墙面积大,成桩工期较短。现在更已有国产组合式SMW工法的四轴深层搅拌机。
旋喷桩法
高压喷射注浆工程的实践,表明旋喷、定喷和摆喷等三种型式,各有其不同的适用场合,实践表明:
喷只适用于粉土和砂土;
喷和旋喷则还适用于砾石和卵、碎石地层;
对淤泥质粘性土层中的桩间止水、建筑物纠偏,以及多数情况下的地基防渗加固,用三管旋喷法施工的工效可以更好、质量也更有保证。
近年来有较多采用旋喷桩法,对灌注排桩和地连墙每幅墙段间的接头等处的密封防水(如润扬大桥地连墙接头外防水)采用均不错。目前此法的费用还比较高。
振动碾压和降水联合法(吹填砂质土加固)
近年来,多采用大面积江砂、海砂吹填,形成码头堆场以及机场跑道等,都是砂质土吹填地基,此法已多有采用,并有推广采用之势。
其他,如基底原状土强度可以,只吹填部分的含水量高,要求排水和加固,则用水平分层铺设的塑料排水板,并用压路机分层滚动碾压的方法,进行吹填土的加固,可达快速、质量好的效果。
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