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地基处理技术论文

软弱地基的处理技术及应用

摘要：我居住的伊春市小兴安岭基岩地区，地处黑龙江流域，地质多为冲击平源和丘陵山地，局部呈现海洋腹底地貌，地下水位很高，且流沙现象很多，经常需要对软弱地基进行处理。分析了软弱地基形成的原因，并针对软弱地基的实际情况，提出了一些处理的方法，从而有于减轻软弱地基对
工程建设的影响，提高建设工程的质量。
一、引言
随着我国经济发展迅速，建筑工程项目的不断增多，建筑层数逐渐增高，软弱地基的处理变的越来越重要，软弱地基不仅关系到工程建筑的速度，而且关系到工程建设的质量，因此提高软弱地基处理方法具有重要的价值和意义。
二、正文
2.1 软弱地基形成的原因
伊春市位于小兴安岭基岩地区，地下水资源的赋存十分复杂，地下水位较高，而且发搞活多为强风化岩石层和胶结砂土，松散的鹅卵石层，给地下水自然流动创造了良好的条件，软弱地基是由淤泥、淤泥质土、杂填土、冲填土、流砂或者其他高压缩性土层形成的地基，这些地基基本上很少受到地质变动或者地形的影响，也没有受到过地震、荷载等物理作用的影响，更没有受到土颗粒间化学作用的影响。但其对地下水的浸蚀是无法抗拒，从而形成软弱地基；软弱地基是一种不良的地基，其稳定性非常的差、强度较低压缩性较高、容易出现液化，沉降量也很大。施工时还容易出现裂缝，因此在工程的建设过程中，要充分考虑地基的变形和稳定等问题。在软弱地基上建设的工程，由于其地基强度不够和变形，往往不能满足工程的质量，所以要采用一定的措施，对软弱地基进行处理，从而提高地基的稳定性，减少地基的沉降的不均匀下降。
2.2 软弱地基的处理方法
（1）、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120～180公斤，所需时间12分钟；当水泥掺量为7～15%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。
（2）、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测，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。
（3）、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。
（4）、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。
（5）、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。
（6）、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。
（7）、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15～18%。
（8）、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。
2.3 建筑设计处理措施
在对各种软弱地基处理的同时，可以通过对建筑物设计进行有效的处理，来减少建筑物的不均匀沉降，这样既能节约工程建设的成本，又保证了工程建设的质量，对于复杂的建筑物，应根据建筑物的实际情况，可以吧建筑物进行适当的划分，从而形成各个较好的单元，对于建筑物的差异大的情况，可以把建筑物的距离离开一定的距离。如果拉开一定距离的两个单元需要进行连接时，可以采用自由沉降连接，或者运用其他措施进行处理。通过增强建筑物刚度和强度，增加建筑物对地基不均匀变形的调动能力。在开挖基槽时，如果发现有淤泥或淤泥质土时，不要扰动其原状结构。在建筑建设过程中，可根据具体的情况，优先先盖建筑物的重点部分，通过对各部分进行有效的调整，降低建筑物的沉降差异。
三、总结
通过对软弱地基的处理，改良各种不良地基，使得满足各种大型和高程建筑的需要。在软弱地基处理的时候，要结合拟建区域内地基土的组成及力学性质等实际情况，采用不同的地基处理方法，保证工程建设的质量，取得良好的经济效益和社会效益。
四、参考文献
【1】黄绍明，高大钊，软土地基与地下工程[M]，北京；中国建筑工业出版社，2005.
【2】叶书麟，叶观宝，地基处理与托换技术[M]，北京；中国建筑工业出版社，2005.
【3】顾晓鲁，钱鸿缙，刘慧珊等.地基与基础[M]，北京；中国建筑工业出版社，2003.
【4】马小峰，浅谈软土地基处理方法[J].山西建筑，2008
【5】杨峰，软弱地基处理方法的运用[J].工程建设与档案，20换土垫层就是将基础下面一定厚度的软弱土层挖除，然后以中砂、粗砂、砾石、碎石或卵石、灰土、粘性土以及其他性能稳定、无侵蚀性的材料。垫层应分层夯实，每层夯实后的密度应达到设计标准。
换土垫层设计包括决定垫层所应具有的最小宽度和厚度。
    在垫层的宽度方面，根据建筑经验，垫层的顶宽一般采用较基础底边每边宽出200mm，垫层的底宽一般取基础同宽（如图1）。垫层的厚度应根据作用在垫层底面处土的自重应力与附加应力之和不大于软弱土层承载力的条件确定，同时厚度不小于500mm。
在该灌站机房的基础进行设计时，由钻探资料显示，该地基为很厚的软粘土层，其承载力标准值fk=80kn/m2，重度γ=17 kn/m3，il=1.00，e=1.00。已知机房独立基础承受上部结构荷载设计值f=155 kn，设计室内外高差为0.3m，室外基础埋深d=0.80m。从以上数据可知，该地基承载力和变形不能满足设计要求。

　　由于该灌站交通不便，重型机械无法进入（如打桩机等），为了减少工程投资，又能达到设计要求的目的，经几个方案比较，决定采用直接用人工就可施工的换土垫层法作为该灌站基础设计。在垫层材料方面，采用中砂作为垫层，其承载力设计值按f=180 kn/m2计算（施工时砂垫层密度控制在中密程度），重度取γ=19.5 kn/m3。
按公式l = b=[f/(f-γh)]1/2确定基底长度和宽度（独立柱正方形基础）。
式中：l 、b——基础底面长和宽；
      f——上部结构的荷载设计值；
      f——换土垫层承载力；
      γ——基础及回填土平均重度，一般取γ=20 kn/m3；
      h——基础自重计算高度。
      l =b=[f/(f-γh)]1/2=[155/（180-20×0.95）]1/2=0.98m，取l =b=1.0m
下面进行砂垫层厚度的计算：
在进行砂垫层厚度计算时，一般应满足pcz+pz≤fz
式中：pcz——作用在垫层底面处土的自重应力（kn/m2）;
      pz______垫层底面处的附加应力设计值（kn/m2）;
      fz________垫层底面处软弱土层承载力设计值（kn/m2）;
采用该式确定垫层厚度时，需要用试算法,即预先估计一个厚度，然后按上式校核，如不满足要求时，必须增加垫层厚度，直至满足要求为止。
为了减少计算工作量，设计该机房基础换土垫层的厚度时，采用了查曲线图的计算方法：曲线图见《建筑地基基础》 1990 . 10；231。
首先，按下式计算出k1值
                  k1=[fk+ηbγ软（b-3）+ηdγ软（d-0.5）-γ软d]×10/p0
其次，按下式计算出k2值
                  k2= k1+15b(ηdγ软-γ垫)/ p0
式中：p0——基础底面附加应力（kn/m2）;
      fk——垫层底面处软弱土层的承载力标准值（kn/m2）;
ηb、ηd——分别为基础宽度和埋深的承载力修正系数；
      d——基础埋置深度（m）；
γ软、γ垫——分别为软弱土层和垫层的重度（kn/m3）。
然后根据k1、k2和基础底面长边与短边的比值n=l/b，由曲线图查得m值。
最后算出垫层厚度z=mb。
本基础：fk=80kn/m2、d=0.8m、γ软=17 kn/m3、γ垫=19.5 kn/m3、按表查得ηb=0、ηd=1.1。
另外，p0=（f+g）/b-γd=（155+1×0.95×20）/1-17×0.8=160.4 kn/m2，代入上两式得：
k1=[fk+ηbγ软（b-3）+ηdγ软（d-0.5）-γ软d]×10/p0

      =[80+1.1×17×(0.8-0.5)-17×0.8] ×10/160.4

.      =4.49
    k2= k1+15b(ηdγ软-γ垫)/ p0
  =4.49+15×1×(1.1×17-19.5)/160.4
  =4.42
根据k1=4.49、 k2=4.42和n=1查曲线图得m=0.82。
则砂垫层厚度：z=bm=1.0×0.82=0.82 m，取
z=0.85 m ，如图2所示。
3、结语
　　该灌站工程建成且连续安全运行已有五年多，经观测，机房基础沉降<2mm（基本无沉降），机房上部结构无任何异常情况，运行良好。因此采用“换土垫层法”处理软弱地基，满足规范要求，满足运行要求，是经济和安全的。
参考文献：
[1].郭继武 . 建筑地基基础（按新规范）. 高等教育出版社，1990 . 10
软弱土是指淤泥、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。软弱土地基一般含水量较高，孔隙大，有明显的结构性、流变形。处理软弱土地基一般有几种方法：碾压及夯实法、换土垫层法、排水固结法、振密挤密法、置换及拌入法、加筋锚固法等等。
换土垫层法是将基础下一定深度内的土层挖去，然后回填以强度较高的砂、碎石或灰土等并夯至密实。适用于荷载不大的建筑物地基处理。砂和砂石地基（垫层）采用砂或砂砾石（碎石）混合物，经分层夯实，作为地基的持力层，提高基础下部地基强度，并通过垫层的压力扩散作用，降低地基的压实力，减少变形量，同时垫层可起排水作用，地基土中孔隙水可通过垫层快速地排出，能加速下部土层的沉降和固结。
1 砂垫层的施工要点
1.1 砂垫层采用中粗砂，经过化验含泥量必须在5%以内，操作前要验槽，将基底表面浮土、淤泥、杂物清除干净，两侧应设一定坡度，防止振捣时塌方。
1.2 应按级配合砂料，人工级配的砂、碎石应先将砂、碎石拌合均匀后再铺开压实，铺设的级配砂石在碾压前应根据其干湿程度和气候情况，适当洒水使其达到最佳含水量，（转载自文章资源库，请保留此标记。）以利碾压密实。
1.3 砂垫层要分层铺设、分层夯实，控制每层砂垫层的铺设厚度。每铺好一层垫层经密实度检验合格后方可进行上一层施工。每层砂石在碾压前，应按每100m2设一纯砂检查点，机械碾压后，在纯砂点取样，测定砂的干密度，经检查合格后方可进行上层砂石垫层施工。
1.4 砂垫层和砂石垫层的底面应在同一标高，不同标高时应先深后浅。最后一层碾压结束后，对上表面不平整及标高误差较大之处，用人工进行适当平整、修补，然后用平板振动器在上表面交叉振动不少于两遍。
1.5 砂石施工时应控制含水量，遇有地下水阍基槽浸泡要采取措施先铺一层碎石或毛石。在地下水位高于基坑底面施工时，要对这层土层一次性开挖，以避免水中作业。
当地下水位较高或在饱和的软弱地基上铺设垫层时，应加强基坑内及外侧四周的排水工作，防止砂垫层泡水引起砂的流失，保持基坑边坡稳定；或采取降低地下水位措施，使地下水位降低到基坑底500mm以下。
1.6 大面积砂垫层施工分流水段作业，交叉处应做成台阶式斜坡。
1.7 冬季施工时要除掉砂石中的冰块，并应采取措施防止砂石内水分冻结。
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2.1 施工前应检查砂、石等原材料质量、配比，砂、石拌合均匀程度。
2.2 施工过程中必须检查分层厚度，分段施工时搭接部分的压实情况、加水量、压实遍数、压实系数。
2.3 施工时要分层找平，碾压密实。
2.4 施工结束后，应检查砂及砂石地基的承载力。
3 应注意的几点事项
3.1 砂垫层的施工方法应视地基土质和地下水位及施工条件来确定，水位低，采用碾压法，水位高，采用水撼法施工。
3.2 砂石垫层下土层不应被扰动，作业应连续进行，尽快完成。冻结的砂石不应使用。
3.3 应控制砂石级配、虚铺厚度、夯压遍数，洒水等工艺操作指标。
3.4 当地下水或地表水将槽底浸泡，难以清净淤泥土，撼砂（转载自文章资源库，请保留此标记。）时砂泥混在一起，从而使砂中含泥量加大降低砂垫层承载能力，必须在槽底铺一层粒径不大于10cm的、粒径是均匀的毛石或碎石，避免基底产生不均匀压缩。
3.5 大面积水撼砂，分层交叉处应以大于2m为宜。
3.6 规范规定应在无积水状态下撼砂，但如果在水撼砂施工时能有效控制泥砂混杂，基槽可以在积水状态下施工。
4 结语
砂垫层法适于处理3.0m以内的软弱、透水性强的粘性土地基，包括淤泥、淤泥质土；不宜用于加固湿陷性黄土地基及渗透系数小的粘性土地基。
砂垫层不适于冬季施工以及在湿陷性黄土地基、不透水的粘性地基上施工，但也是人工加固地基建造浅埋基础的很重要的一种方法，具有施工工艺简单，工期短、工程成本低，就地取材方便，减少基础沉降，提高地基强度和稳定性，减少基础埋深的优点，值得推广运用。
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