人工地基与地基处理新技术.doc

人工地基与地基处理新技术按有关规范规定，软弱地基系指主要由淤泥、淤泥质土、冲填土、杂填土或其它高压缩性土层构成的地基。通常，软弱土也包括泥炭、松散的粉细砂等。也就是说，软弱土是指淤泥、淤泥质土、冲填土、杂填土或其它高压缩性土，包括泥炭、松散的粉细砂等。由软弱土构成的地基就称为软弱地基。在软弱土中，淤泥和淤泥质土在工程上统称为软土。由软土构成的地基称为软土地基。由于软土具有强度低、压缩性高、渗透性弱，并且具有高灵敏度和流变性等特性，因而在软土地基上建筑物，地基沉降量大、沉降稳定时间长。若不妥善处理，则往往会因不均匀沉降过大而导致建筑物开裂破坏，甚至会有因丧失稳定性而发生整体滑动和倒塌的危险。所以，若不作任何处理，则软土地基不能承受荷载较大的建筑物。本文拟介绍近年来的人工地基与地基处理新技术。可供有关工程技术人员参考。一、软弱地基处理、软土地基深层搅拌加固法据报道，冶金工业部建筑研究总院开发的软土地基深层搅拌加固法，是利用水泥作为加固剂，用特别的深层搅拌机械，在地基深部就地将软粘土与水泥浆强制拌和，使软粘土硬结成具有一定强度的水泥加固土（复合地基），从而提高地基强度。这种方法的主要技术特点是：充分利用了软土，避免了大量挖掘软土和远距离弃土；对软土地基加固效果显著，加固后即可投入使用，并可根据上部结构状况灵活采用柱状、壁状、格栅状等加固形式；地基加固过程中对周围软土无扰动，不会造成软土侧向挤出；施工中无振动、无噪音、无污染；施工机具简单，便于制造和推广使用；适合我国经济技术条件。这项技术的主要性能指标为：一次加固面积0.71平方米，最大加固深度20米，加固每立方米软土水泥耗量120180公斤，所需时间12分钟；当水泥掺量为715%时，可在短时间内将软土强度提高数十倍到上百倍，使之成为承载力高、变形小、遇水稳定的优质地基。深层搅拌法适用于加固淤泥、淤泥质土和含水量较高的粘土、粉土等地基。加固后形成的复合地基可作为兴建多层建筑物、中型工业厂房及设备基础的良好地基，同时还可用作地下挡土构筑物。、软土地基分层注浆加固法软土地基分层注浆加固法是上海市隧道工程公司隧道施工技术研究所，主要针对上海地区软土的特点研究和开发的技术成果。据报道，软土地基分层注浆加固法，主要是依靠压力的作用使浆液均匀地劈入土体，形成交叉的网络，再注入化学浆液充填缝隙，使土体形成一种复合体，从而达到加固的目的。分层注浆加固技术成果配套，它解决了在软土条件下如何控制流量、压力和注浆量等参数，做到以最佳的比例达到预期的目的；形成了一整套施工工艺，研制了专门的注浆设备，应用电脑技术对注浆的动态过程进行监视，并研制了配套的注浆材料。该项技术适用于盾构法软土隧道的施工，地铁镜框式车站的施工，城市中房屋密集地区地下工程的基础开挖，以及机场的停机坪、滑行道的基础处理等。数年来推广应用这项技术，已为建设单位和国家节省了2000余万元。工程实践证明，软土地基分层注浆加固技术，不仅可以产生良好的经济效益，而且既可保证施工安全，提高工程质量，又可控制地面沉降，保护重要建筑物和城市地下管线，其社会效益也颇为显著。、用压密注浆法处理软弱地基据报道，1995年2月，合肥古井大酒店基坑开挖证明，安徽地矿局第一水文队应用压密注浆新技术，在面积为1500平方米、开挖深度达14米的基坑周围，施工围幕、防水、抗渗、加固工程，取得了圆满成功。合肥古井大酒店建筑设计地面22层、地下2层。地基所处位置原来是古河道，有两层流砂层，地下水水量十分丰富，地下1.7米即见地下水。地基周围有合肥市3条主要交通干道和许多建筑物。如果按常规施工方法处理地基，采用人工开挖，积水用水泵大量排水，不仅地基周围破坏大，土方量大，造成人力、物力、财力的巨大消耗和浪费，而且还有可能造成主要交通干线和建筑物塌陷，施工更是无法进行。该队提出采用压密注浆新技术解决地基防水、抗渗、加固的难题。经过两个月施工，打了800余个钻孔，钻孔深度达23米。利用高压把水泥浆液灌入地基充填空隙，挤密土体，形成围幕，从而不仅加固了土体，防止了渗水、塌陷的发生，而且没有影响周围建筑物的正常使用和安全。经开挖地基验收表明，工程质量优秀。、用建筑垃圾夯扩超短异型桩处理软弱地基据报道，为加快建筑领域科技成果推广应用速度，建设部科技发展促进中心、中国专利技术开发公司等单位，于1998年8月，联合推广用建筑垃圾夯扩超短异型桩施工技术。据介绍，这项技术已通过建设部组织的科技成果鉴定，并被列为该部当年科技成果重点推广项目，被中国专利局列为专利技术推广示范工程项目。用建筑垃圾夯扩超短异型桩施工技术，是针对软土地基和松散填土地基的特点，研究开发出来的一种地基加固处理新技术。它充分利用天然地表硬层和浅部较好土层，避软就硬，以建筑垃圾为填料，采用特殊的施工工艺和专利施工工具，在地表及地下数米范围内，夯扩成阶梯状人造持力层，从而使地基得以加固。这项新技术适用于工业与民用建筑，对平房改造、安居工程的多层住宅建设尤其适用。此外，还适用于市政工程、中小型水利工程的地基加固。它可节约建筑材料60%以上，节约基础投资15%30%；并且由于充分利用建筑垃圾，环境效益显著。、软弱地基小口径搅拌桩搅拌固化法如何在粉煤灰、流砂土等软弱地基上兴建一般工业与民用建筑物？据报道，安徽省淮北矿业（集团）公司勘探工程处与设计处，采用的新技术是：利用水泥浆等作为固化剂，通过小口径搅拌桩搅拌，在不同深度就地将粉煤灰与固化剂强制搅拌，使软弱地基硬化，从而提高地基承载力。这种新技术可在粉煤灰、流砂土等软弱地基上使用。采用这种方法加固后的地基，一般可兴建单层工业厂房或5层以下民用建筑物。该公司曾经在由粉煤灰充填的某煤矿塌陷区内兴建了一座厂房。该厂方已使用了两年多，状况良好。经有关部门测试，该建筑物完全满足国家建设部门有关规定的要求。、游泳池底板断裂软弱地基处理据报道，广东省开平市金山公园游泳池建于1983年，工程造价60余万元。由于设计和施工不当，建成后不久，游泳池深水区中部底板产生一条横贯池宽的断裂缝，钢筋混凝土底板产生4个洞穴。向池中放水时，水从洞穴处漏掉；把水抽干清洗池区时，又从裂缝、洞穴处涌出地下水并发生涌沙。几经修补，均未成功。游泳池被闲置10年之久。广东地矿局探矿工艺研究队，采用疏水孔降低地下水位，用帷幕灌浆孔堵截山沟地下水，然后在深水区池底施工压密灌浆孔，共施工136个压密灌浆孔，压灌水泥53吨。施工半个月后，即开池放水，迎接游泳爱好者。经过两次抽干池水清洗池底表明，治理效果十分理想。、软土地基粉体喷射搅拌加固据报道，1992年9月，在湖北省地矿局召开的评审会上，专家认为，由湖北省第4地质大队完成的、粉体喷射搅拌加固软土地基的应用研究，具有国内先进水平。从1987年底开始，他们在武汉地区进行试验性生产，逐渐显示出粉体喷射搅拌技术的独特优点。1989年下半年，这项技术推广到了上海地区，并向长江三角洲广阔地带辐射。通过3年生产应用和1年应用研究，先后在武汉、郑州、上海等地，用这一方法施工了23项工程，质量良好。3年来，湖北4队用此方法，施工软土地基处理工程的总产值超过了100万元，利润保持在1518%。、国外四种地基加固方法据报道，1993年9月，俄罗斯刊文介绍了几种行之有效的地基加固方法，为工程师们选用地基加固方法提供了思路。1、粘土灌浆法把粘土泥浆压入地基空隙。它可以填塞极小的缝隙。但是，仅限于干燥岩层使用。2、硅酸钠浆和氯化钙浆压入法把管壁上有许多孔的金属管打入地基，然后通过金属管把硅酸钠浆和氯化钙浆压入地基中；进行化学反应后，地基中的细小空隙被防水的硅酸钠凝胶堵住。该法适用于砂质地基。3、合成树脂灌注法适用于各种工程地基的加固。采用管式灌浆器灌入合成树脂。可在狭窄的空间施工，也可在50米深的地下加固地基，使地基坚固程度大幅度提高。4、水泥支柱喷射法往井中放入旋转钻杆，钻杆头部装有喷射器和研磨器，水柱从钻杆中喷出，切割、软化土层，研磨器将土磨碎。钻杆边磨边钻到达目的深度后，垂直喷射器停工，两个水平喷射器同时启动，在400个大气压力下注入水泥浆。撤出钻杆后，地下形成直径为80厘米的水泥柱，起到加固地基的作用。二、软土新分类与软土地基处理据报道，由于软土分布广泛，在闽南金三角地区的工程建筑中，工程病害时有发生。由原地质部水文地质工程地质研究所阎世骏等提出的、新的软土分类方案，为治理这类工程病害提供了定量依据。据认为，以往在对软土进行工程地质分类时，人们往往只注意了其生成环境，而忽视了其外界存在环境。因此，不能准确区分软土的性质差异。阎世骏等立足于软土的外界存在环境类型（水下环境、裸露环境、埋藏环境），再结合其生成环境，对软土进行了重新分类。该分类的可行性已为闽南软土的工程地质特征的变化规律所证实。在软土地基改良方法中，他们首次提出，排水固结法的最佳预压期为主固结稳定时间的0.230.24倍，从而避免了以往由于盲目预压而造成的浪费和损失。这项研究成果既可以指导软土地基改良措施的实施，又可以评价和预测软土分布区出现的各种地质灾害。三、岩溶区软弱地基及地面塌陷处理据报道，广西地矿局桂林水文工程地质勘察院，有不少处理岩溶区软弱地基及地面塌陷的技术方法。不仅有传统的钻孔桩、搅拌桩、沉管桩、砂石桩等施工方法，而且该院推广的高压旋喷桩和化学灌浆施工方法，因工期短、造价低廉而被认为是处理岩溶区软弱地基及地面塌陷的好方法。、高压旋喷桩技术桂林屏风花园住宅小区在地质上处于典型的漓江阶地，地表层是23米厚的填土塘泥，中间有一层24米厚的粉质粘土，再下是砂卵石。由于表层及其下层土的承载力低，若全部挖掉则不仅费工、费时，而且施工抽水还会引起塌方和地面沉降；若采用基桩施工则造价更高，而且强烈震动将会影响附近建筑物的安全。在这种情况下，该院采用了高压旋喷桩复合地基处理方法。与其它方法相比，缩短工期1个多月，节省费用30%。经桂林市质检部门采用载荷试验检测表明，处理后的软弱地基承载力提高了1倍，完全满足了设计要求。随后，建筑面积2万多平方米、高11层的桂林杉湖综合大楼等一批桂林市重点建设工程，也相继采用了这一方法。、化学灌浆技术1995年到1997年，桂林市发生了多起地面塌陷事故，引起建筑物开裂、倾斜和倒塌。该院采用化学灌浆技术，使历次抢险获得成功。1997年4月，桂林杉湖综合大楼基坑支护桩施工时，由于杂填土及淤泥层较厚，地下水流量大，孔深挖至45米时，大量地下水和淤泥涌出，严重影响施工进度和人员安全，工程被迫停工。该院采用化学灌浆方法固结淤泥土层防止流失，同时止水。结果，地下水被堵住，淤泥不再涌出，不用水泵抽水，便可直接开挖并成桩。1997年，桂林市又有一批工程，地基中都存在软弱土层或土洞、溶洞、溶槽等，经化学灌浆处理，增加了原地基的承载力，消除了地面塌陷的隐患。这样以来，还可以采用不同基础形式建房，既缩短了工期和降低了成本，也确保了安全。四、建筑物地基基础托换法加固已建建筑物的地基处理和基础加固方法，包括已建建筑物加固、加层或扩建时的地基处理和基础加固方法，在已建建筑物基础下面修建地下工程时的地基处理和基础加固方法，以及在邻近新建工程或深基坑开挖时受影响的已建建筑物的地基处理和基础加固方法，总称为托换法。常用的托换法有：、桩式托换法：坑式静压桩托换、锚杆静压桩托换、灌注桩托换、树根桩托换等；、灌浆托换法：水泥灌浆法、硅化法、碱液法等；、基础加固法：灌浆法、用素混凝土套或钢筋混凝土套加大基础、坑式托换加固法等。、住宅楼基础托换、纠偏工程据报道，浙江省岩土基础公司土建分公司，圆满完成两幢住宅楼基础托换、纠偏工程。该工程采用锚杆静压桩托换，并与沉井冲淤纠偏技术相结合，完成基础托换率达30%，两幢楼纠偏倾斜分别为30厘米和20厘米。整个工程历时半年。、高楼倾斜扶正工程两栋多方向扭曲、最大倾斜量达33厘米的7层高楼，经辽宁水工院治理已复位。大连市某重点安居工程于1995年建成后，由于地基不均匀沉降，造成4栋楼房基础下沉，楼房倾斜，墙体开裂，最大倾斜量达33厘米。该院提出采用基础托换的高压注浆新技术，治理地基不均匀沉降。经试验，他们摸索出一套在杂填土地层中注浆的工艺并计算出施工参数。采用这套工艺，只用了两个多月时间，便使两栋高楼地基不均匀沉降和楼体倾斜得到了有效控制。随后，采用掏土、排石、振捣、浸水等技术工艺联合施工，使倾斜33厘米的两栋高楼回归原位，其回倾指标远远大于原定的纠倾指标。在工程鉴定会上获高度评价。专家认为，该工程的成功，对于探索在杂填土地基中进行建筑物纠倾扶正具，有重要的理论和实践意义。、办公大楼扶正加固工程辽宁抚顺石油一厂的办公大楼已倾斜711毫米，最大倾斜率达3.5%，并且仍在以每年0.1%0.3%的速度倾斜。由于受相邻厂区和抚顺露天煤矿采煤的影响，造成该厂深部岩层位移，在厂区内产生一条宽20米、长数百米的断裂带，使地面沉陷，数幢建筑物及有关装置设备损坏，特别是该厂办公大楼倾斜711毫米。为了治理地面沉陷和扶正办公楼，辽宁水文工勘院采用新的技术和施工方法，历时4个月，使办公大楼扶正，最大回倾量达800毫米，还预留了0.2%的防复倾的备用量。、高压旋喷注浆法治理地基沉降据报道，四川地勘局101探矿工程队，采用高压旋喷注浆法，成功地治理了四川宜宾酿酒厂502车间的大面积地基沉降。早在1997年，该队就曾经采用高压旋喷注浆法，对岩质或土质滑坡体的软弱破裂带或滑移带，进行过加固处理，并获得成功。502车间地处丘陵地带，地基底部地质构造十分复杂。1998年前几年来，该车间5、6、7、8号楼变形、沉降日趋严重。其中，7号楼向外倾斜35厘米，累计沉降24.5厘米；5、6号楼一年平均沉降57厘米。如果停产治理或新建车间，都将造成巨大的经济损失。该队采用了三重管和单管压浆泵、施喷机组合施工方法，将泥浆注入不同地层固结松散岩体。在不停产的情况下，仅用半年时间，就完成了这一全国罕见的地基沉降治理工程。经有关部门取样验证表明，该车间的四栋楼没有再发生沉降，个别点沉降仅为1厘米。五、高层建筑地下室深基坑工程、静力压桩深基坑围护技术据报道，1995年前几年，上海的住宅建设已从外围空旷地多层住宅群，转向棚户房成片旧区改造。由于受周围环境的制约，因而锤击打桩和灌注桩施工工艺，正在被静力压桩所替代。而且，向地下要空间，又带来了深基坑围护施工技术的发展。上海市旧区改造的任务很繁重。由于居家密度高、地块小，因而只有利用地上空间建设高层住宅，利用地下空间建造地下室，方能有利可图。然而，在上海滩的软土地基上建造高层住宅就必须打桩。噪音很大的锤击桩施工受到限制；无噪音的钻孔灌注桩，由于施工质量保证程度差、排污困难，因而设计人员大都对其持否定态度。1995年前几年来出现的静力压桩施工新技术，既无噪音、又能保证施工质量，而且每根桩的承载力是多少，压力表上一目了然。压桩产生的土体侧向压力和超孔隙水压力对周围的影响问题，已有防挤沟、砂井、抽土孔等相应措施加以解决。所以，静力压桩施工新技术正在受到上海建筑设计人员的青睐。为了向地下空间进军，在岩土工程施工中，深基坑围护施工技术已被大量采用。这种新型施工技术质量要求高，施工中的监测工作任务繁重而且要求严格。1995年，在上海建筑市场上，采用静力压桩和基坑围护技术施工的项目及其相应的施工监理项目的日益增加，为在上海进行建筑施工的地勘单位开辟了一个新天地。、基坑降排水及边坡抢险加固2000年8月，北京地勘局101队成功地完成了当年北京市政府第一号抢险工程北京市民源大厦基坑降排水及边坡抢险加固。该工程位于北京市朝阳区东大桥路与光华桥路十字路口东北角。原基坑深17.1米，边坡采取插筋补强方法护坡。因多种原因已搁置3年；基坑边坡已呈现位移和局部坍塌；西边坡、南边坡埋有天然气、电缆、通信等7条市政管线，且临近使馆区。存在极大的不安全隐患。101队共完成加固面积8000多平方米，施工预应力锚杆1371根，土钉210根，锁定槽钢4300米，地面硬化200多平方米，历时66天。经多次检查、观测、抽查，质量优良。、深基坑灌注桩组合拱挡土防渗帷幕墙高层建筑的地下室是重要的基础建设。在它的施工中必须解决好深基坑四周的挡土防渗问题。由江苏地质基桩工程公司完成的、南京最大的深基坑边坡保护工程友谊大厦灌注桩组合拱挡土防渗帷幕墙，于1991年9月14日，在南京市建委主持召开的工程现场会上，获得专家们一致好评，盛赞其工程质量堪称一流。地处南京市中心繁华地段的友谊大厦主楼设计15层，建筑面积3万平方米，地下室2层，深8米。其深基坑面积和挡土防渗帷幕墙周长，均为全市第一。并且，在横截古河道的地质环境中建设，更加增大了施工难度。该公司经过反复论证，选取了灌注桩组合拱挡土防渗帷幕墙的设计方案。仅用近2个月时间，完成灌注桩总砼量1879立方米，共用浆液335立方米，工程总造价约为132万元。随后，对保护好的友谊大厦基坑范围内进行机械开挖，成功地显露出了一个近4000平方米、深8米的深基坑。由于其工程质量过硬，基坑周边建筑物和道路没有产生裂缝，基坑边坡稳定，没有坍塌和渗水。、高楼基坑支护降水工程华东有色金属地质勘查局工勘公司，完成了南京市最深的高楼基坑支护降水工程。1993年2月20日，南京市建委召开工程现场会，推广这家公司的施工技术和经验。这座名为“金銮大厦”的高楼，位于南京市最热闹的新街口附近。总面积3.6万平方米，地面29层，地下2层。在开挖的巨型基坑里，总计施工了334根直径为800毫米的支护桩，35根直径为325毫米的钢管支撑桩，28口深度为1620米的降水井，20口深度为1012米的回灌井和观测井。经测定，工程质量完全达到了设计要求。高楼周围的7层住宅楼、艺术大楼和东风剧场的局部险房均未发现裂缝。、解决深基坑渗水涌砂流沙难题1、深基坑涌砂流沙处理武汉地区高层建筑深基坑开挖施工中的渗水、涌沙、流沙处理，一直是困扰建筑专家和开发商的辣手问题。中国地质大学（武汉）丰达地质工程公司，大胆采用深井降水法，成功地解决了这一难题。1994年10月，汉口中原大厦施工开挖到10米时，出现大量涌砂、流沙，危及周围建筑物的安全，业主和施工单位束手无策。该公司副总工程师冯晓腊博士，在科学分析水文地质条件的基础上，大胆采用深井降水法。只用20天时间，就成功地解决了深基坑的涌砂、流沙问题，使基坑顺利开挖到位，缩短工期2个月，节省投资150万元。这引起了武汉市工程界、学术界的极大关注。2、深基坑渗水处理佳丽广场是1995年9月正在兴建的武汉市最高建筑，共53层。由于该广场位于汉口闹市，周围建筑物密集，市政设施交错，深基坑施工防渗难度极大。1995年初，业主香港陆氏集团经过反复论证，决定将该广场的基坑止水任务交给该公司。为了尽可能减少因深基坑降水而引起的周围地面沉降，该公司采用深井降水与地面回灌相结合的方法，经过5个月的精心施工，又成功地解决了该广场的深基坑降水问题，节约投资2000万元，缩短工期5个月，没有危及周围建筑物的安全，受到市政主管部门、武汉有关专家和业主的高度赞扬。、深基坑降水深基坑降水就是采用一定数量的井点连续抽水，将开挖区地下水位降至设计开挖深度底面，并且稳定一定的周期，以利于大型机械开挖。这是深基础开挖施工顺利进行的重要保证。河南煤田一队承包了郑州金博大城主楼深基坑降水工程。该深基坑开挖深度设计为22米，面积6060平方米。降水工程设计600毫米井点12个。1995年5月，已成井点8个。通过抽水试验，中心孔观测水位已降至21.5米，接近设计开挖底面。、用地下连续墙工艺施工围护桩随着房建工程逐步向高层建筑（大多附建地下室）发展，采用到1996年时最先进的地下连续墙工艺，进行高层建筑的基础施工，已成为设计部门的优选方案。基础灌注桩施工在通常情况下，均采用普通桩机设备。若遇到高层建筑并附建地下室、工程设计需在场地周围施工围护桩时，采用地下连续墙工艺施工可大大提高工效；用连续墙代替围护桩，还可降低工程施工成本。福建地矿建设工程公司于1995年初，投资2000多万元，首家引进了两台德国宝峨公司生产的BS640地下连续墙挖掘机，很快在天津、上海等地揽到了大工程。该公司于1995年9月，以最快的速度完成了天津金融科技中心全部61个连续墙槽段的施工任务，为整个基础工程施工赢得了时间。当年11月下旬，该公司又投入上海港汇广场围护桩工程施工。施工近1个月后，完成连续墙槽段18个，进尺100多米，灌注量1800立方米。1996年1月，又在北京工艺美术中心工地投入施工。、广场大型建筑物基坑支护工程1998年10月，由河南省岩土工程公司施工的、广州市中水广场大型建筑物基坑支护工程完工，各项技术指标均达到设计要求。该工程位于广州东站前，楼高50层、地下室4层，基坑面积达3796平方米，基坑深达17米。基坑南距8层高的建筑物仅1.2米，东距公路5米，北距一家饭店0.6米。基坑地质条件复杂，上为杂填土、粉质粘土，下为强风化、中风化、微风化砂岩，地下水丰富，成孔困难，极易坍塌。该公司在基坑东、西两侧，采用护坡桩加上两排预应力锚索支护；在南侧针对设有变电站的8层建筑物，采用护坡桩加上三排预应力锚索强力支护；在北侧采用土钉（喷锚）支护。按以上设计施工，共设置不同规模的锚索443根，总长1.105万米，单根锚索平均长25米，最长达40余米；施工土钉总长4400米。据了解，该工程在施工的深度、面积、难度和规模等方面，都算得上是地矿系统少数大型基坑工程之一。边坡位移、变形监测表明，该工程的边坡垂直度、锚索张拉荷载、稳定锁定荷载、周边建筑物沉降量、地表沉降量等技术指标，均达到了设计要求。 一般将不经过人工加固处理就能在变形、强度（承载力）和稳定性等方面满足设计要求的地基，称为天然地基；而将只有经过人工加固处理才能在变形、强度（承载力）和稳定性等方面满足设计要求的地基（如软弱地基），称为人工地基。