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關鍵詞 粉噴樁 , 軟土加固,設計,計算
Abstract: in this paper are introduced the cement powder spray mixing and reinforcement of the soft soil foundation work mechanism, combined shanghai-chengdu expressway (shanghai-nanjing section) foundation treatment practice, this article discusses pile reinforcement of soft soil foundation calculation method. The pile reinforcement of soft foundation, can speed up the embankment filling velocity, paving the road surface settlement after work can be effectively control, ensure the engineering quality.
Key words pile, soft soil reinforcement, design, calculation
中圖分類號:S611文獻標識碼:A 文章編號:
0 引言
高等級公路跨越通航河流和上跨被交叉公路、通道的凈空要求,往往造成橋頭填土高達4~7m的路堤,這對于軟土地基來說,則存在高路堤的穩定和沉降的問題。在保證路堤穩定情況下,高速公路橋頭工后沉降量一般控制在10cm以內,若采用袋裝砂井(或塑料派水板)預壓排水固結法處理,常因需要的填土與預壓期較長,給設計工作帶來諸多難處,使得處理后地基難以達到預期效果。針對這一情況,設計采用了粉體噴射攪拌樁(簡稱粉噴樁)加固軟土地基的新技術。
1 粉噴樁技術簡介及水泥加固土原理
粉體噴射攪拌(DJMI法)是軟土地基深層攪拌加固技術的一種。近年來,粉噴樁技術的應用在我國得到工程界的重視,發展很快,已廣泛應用于公路、市政工程、工業與民用建筑軟弱地基處理和坑壁支護工程,加固深度由15m提高到了18m。
粉體噴射攪拌法是將粉粒狀加固材料(水泥、生石灰粉)攪合于軟弱地基中,與原位土進行強制攪拌,使土與加固材料產生一系列物理化學反應,在改善土質性狀的同時,提高起強度。目前采用的加固材料多是水泥,其原理如下:
1.1水泥的水解和水化反應
水泥主要有硅酸鹽、鋁酸鹽以及硫酸鹽組成,當水泥遇土中水時,水泥中的表面礦物與水發生水解、水化反應,生成氫氧化合物和含水鹽化合物,其中易溶于水中,水泥顆粒表面又暴露出來,繼續與水作用,如此反復直到水溶液飽和,形成凝膠體。這種反應減少了軟黏土中的含水量,增加土顆粒之間的粘結力。
1.2離子交換與團?;饔?/p>
水泥水化后,水泥水化產物的C a2+ 與天然土中膠體微粒的陽離子進行等量的吸附交換,使大量的土粒形成較大的土團,同時水泥水化形成的凝膠粒子的表面積遠遠大于原水泥表面能,強烈的吸附能力,結合大土團粒形成水泥土的蜂窩結構,并封閉各土團之間的孔隙形成堅固的聯結體。
1.3 硬凝反應
隨著水泥水化反應的深入,溶液中析出大量的Ca2+,當其數量超過離子交換的需要量時,在堿性環境中與粘土礦物中AL2O3與SiO2反應,生成不溶于水的穩定的結晶礦物,這種化合物在水中與空氣中逐漸硬化,增加了土的強度,且由于水分不易侵入而具有足夠的穩定性。
1.4 碳化反應
水泥中游離的Ca(OH)2或空氣中的CO2反應生成不溶于水的CaCO3使軟土固化,提高土的強度。
2水泥土的力學特性
2.1 水泥土的無側限抗壓強度及其影響因素
水泥土的無側限抗壓強度qu一般為300~400kpa,比天然軟土大幾十倍至幾百倍,變形特征隨強度不同而介于脆性和彈性體之間。水泥土受力開始階段,應力與應變關系基本上符合胡克定律。當外力達到極限強度時,對于強度大于200kpa的水泥,很快出現脆性破壞,對于強度小于2000kpa的水泥土則表現為塑性破壞。
⑴水泥土強度受水泥摻入比、齡期、土的含水量、有機質含量等因素影響。(見圖1)水泥土強度隨著水泥摻入比аw 增加而增大,當аw
⑵水泥土的強度隨土樣含水量降低而增大。另外,當土中有機含量大于10%時,加固效果差,這類土不宜純采用水泥進行加固。
2.2水泥土抗剪強度和變形模量
水泥土抗剪強度隨著抗壓強度增加而提高。當qu=500~4000kpa,其粘聚力C=100~11000kpa,一般約為qu的20%~30%;其內摩擦角變化在20?!?0。之間。水泥土受到剪切破壞時,剪切面與最大主應力夾角約為60。。
當水泥土qu=300~4000kpa時,其變形模量為E50=40~600Mpa,即E50=(120~150)qu
3粉噴樁的計算
地基處理設計工作的第一步是進行選擇和比較,一般而言,應根據工程要求、巖土特性和技術能力三方面因素,通過技術經濟分析、對比確定。
3.1 粉噴樁的單樁計算
承受垂直荷載的粉噴樁一般應使土對樁的支承力與樁身強度所確定的承載力相近,并使后著略大于前者最為經濟。因此,粉噴樁的單樁設計主要是確定樁長和選擇水泥摻入比。
當粉噴樁的樁身強度足夠大時,單樁極限承載力取決于樁側土的極限摩阻力;若受軟土的工程性質限制,粉噴樁樁身強度較小,當粉噴樁承受垂直外荷載時,在側摩阻力遠未達到極限時,樁身就開始屈服,因此,樁身強度低的粉噴單樁極限承載力取決于樁身強度。粉噴樁的單樁容許承載力可按下列二式計算,取其中較小值
Pα=1/2(fuSL+αApRu) ⑴
若Pα=1quAp⑵
式中:Pα—單樁容許承載力,KN
fu—樁側土的平均極限摩阻力,KPa
S—粉噴樁周長,m
Ap—粉噴樁截面積,m2
L—粉噴樁樁長,m
Ru—樁端土的極限承載力,kpa
qu —與粉噴樁樁身水泥土配比相同的室內水泥土的無側限抗壓強度,kpa
α—樁端天然地基土的承載力折減系數,可取0.4~0.6
l—強度折減系數,可取0.35~0.50
關鍵字:軟弱地基;換填墊層法;地基設計;施工工藝
Abstract: the foundation is building or building load ultimate bearing mechanism, the bearing capacity of foundation and foundation, the size of the main structure design and construction are closely related. If the foundation bearing capacity is insufficient, it can be determined as the weak foundation, in view of the soft soil foundation due to its low strength, compressibility, permeability of small features such as will cause the building overall quality, a series of issues such as safety, so the soft ground usually via artificial treatment after construction of the foundations, Moto Fumiaki went from foundation treatment concept, foundation treatment method, suitable scope and construction points are discussed in this paper.
Keywords: soft foundation; replacement cushion method; foundation design; construction technology
中圖分類號: TU47 文獻標識碼: A 文章編號:
一、軟弱地基概念、特征
1、軟弱土的概念
軟弱土是指濱海、湖沼、谷地、河灘沉積的天然含水量高、孔隙大、壓縮性高、抗剪強度低的細粒土。具有天然含水量高、天然孔隙比大、壓縮性高、抗剪強度低、固結系數小、固結時間長、擾動性大、透水性差等特點。軟土層狀分布復雜,各層之間物理力學性質相差較大。軟弱土包括淤泥、淤泥質土、沖填土、雜填土及飽和松散粉細砂與粉土。這類土的工程特性差,如何去保證在軟弱地區修建的建筑物穩定性和正常使用一直以來都是一個重大的技術課題。
2、軟土地基的特征
軟土地基指壓縮層,主要由淤泥、淤泥質土或其他高壓縮性土構成的地基。地基處理是指對天然地基進行加固改良,形成人工地基,以滿足建筑物或構筑物對地基的要求,保證其安全正常使用。建造物的地基問題包括以下三類:①地基承載力及穩定性問題;②沉降、水平位移及不均勻沉降問題;③滲流問題。當天然地基存在上述三類問題之一或其中幾個問題時,需要采取各種地基處理措施
二、地基的處理方法
地基處理方法的原則是:堅持技術先進、經濟合理、安全適用、確保質量。對具體工程來講,在選擇地基處理方法時,應綜合考慮場地工程地質和水文地質條件、建筑物對地基要求、建筑結構類型和基礎型式、周圍環境條件、材料供應情況、施工條件等因素,經過技術經濟指標比較分析后擇優采用。必須指出,地基處理方法很多,每種處理方法都有一定的適用范圍、局限性和優缺點。
常用的地基處理方法有:換填墊層法、強夯法、水泥土攪拌法、高壓噴射注漿法、預壓法、加筋法、真空預壓(塑料排水板法)、加固法等土工合成材料法等這里我具體對前面五種方法進行的論述。
1、換填墊層法
適用范圍:淺層軟弱地基及不均勻地基的處理。其主要作用是提高地基承載力,減少沉降量,加速軟弱土層的排水固結,防止凍脹和消除膨脹土的脹縮。
特征:換填墊層法就地取材、工藝簡單、不需要特殊的機械設備、一定程度上可以縮短工期。
施工工藝:墊層的施工方法、分層鋪填厚度、每層壓實遍數等宜通過試驗確定。除接觸下臥軟土層的墊層底部應根據施工機械設備及下臥層土質條件確定厚度外,一般情況下,墊層的分層鋪填厚度可取200~300mm。為保證分層壓實質量,應控制機械碾壓速度,并注意基坑排水,除采用水撼法施工砂墊層外,不得在浸水條件下施工,必要時應采用降低地下水位的措施。
2、強夯法
適用范圍:強夯法設備簡單,適用于填土、失陷黃土、飽和軟粘土地基層中夾有多層粉砂,或用于采用在夯實中回填塊石、碎礫石、卵石等粒料的地基上,這類方法只能用于含水量不太的地基處理,通過減少土體中空氣所占空隙率,增大地基土的密實提高地基的承載能力。
特征:強夯法具有地基加固效果顯著、設備簡單、施工方便、使用范圍廣、經濟易行和節省材料等優點。
施工工藝:強夯處理前,取不同深度處原狀土的天然密度、天然含水量、地基承載力、濕陷性系數,并做土的液塑限試驗。對不同夯擊能及夯擊次數處理后的地基分別取土樣,完成固結試驗和密實度試驗,同時完成不同深度處地基承載力試驗。根據試驗數據制定最佳施工控制指標。施工中預先估計強夯后可能產生的平均地面起伏,并以此確定地面高程,然后用推土機平整,遇到地表為細粒土、地下水位較高的情況,有時需在表層鋪設砂、砂礫或石,使地表形成硬層,可以用以支撐起重設備,確保機械通行、施工。又可加大地下水和表層面的距離,提高夯擊效率。
3、水泥土深層攪拌法
基本原理:利用深層攪拌將水泥和地基土原位攪拌,形成具有整體性、水穩性,以及較高強度的圓柱狀、格柵狀、或連續水泥土增強體,從而提高地基承載力、增大變形模量、減小沉降。用水泥土攪拌樁處理地基要注意水灰比的確定,明確噴漿座底的要求。噴漿分段位置要設在樁長偏下的地方。為檢驗設計和施工要進行水泥土攪拌樁的單樁靜載試驗和復合地基靜載試驗。該方法的優點是可以最大限度地利用原土,攪拌時無側向擠土,無震動,無噪聲,無污染。缺點是施工工藝要求嚴格。
加固軟土地基宜采用“二噴漿、三攪拌”的施工工序,即:機械就位一攪拌下沉一噴漿攪拌提升一重復攪拌下沉一重復噴漿攪拌提升一再重復攪拌下沉一再重復攪拌提升到孔口。
適用范圍:淤泥、淤泥質土和含水量較高,地基承載力低于120 kPa的粘性土、粉土等軟土地基。
特征:在地基深處就地將軟土和固化劑強制拌和,經一系列物理、化學反應后硬結,凝結成較高強度的水泥加固體,與天然地基形成復合地基,提高土的穩定性和強度指標。同時施工工期較短,效果顯著。
4、高壓噴射注漿法
適用范圍:處理淤泥、淤泥質土、粘性土、粉土、砂土、人工填土和碎石土地基。當地基中含有較多的大粒徑塊石、大量植物根莖或較高的有機質時,應根據現場試驗結果確定其適用性。對地下水流速度過大、噴射漿液無法在注漿套管周圍凝固等情況不宜采用。高壓旋噴樁的處理深度較大,除地基加固外,也可作為深基坑或大壩的止水帷幕,目前最大處理深度已超過30m。
5、預壓法適
適用范圍:處理淤泥、淤泥質土、沖填土等飽和粘性土地基。按預壓方法分為堆載預壓法及真空預壓法。堆載預壓分塑料排水帶或砂井地基堆載預壓和天然地基堆載預壓。當軟土層厚度小于4m時,可采用天然地基堆載預壓法處理,當軟土層厚度超過4m時,應采用塑料排水帶、砂井等豎向排水預壓法處理。對真空預壓工程,必須在地基內設置排水豎井。預壓法主要用來解決地基的沉降及穩定問題。
在確定地基處理方案時,宜選取不同的多種方法進行比選。對復合地基而言,方案選擇是針對不同土性、設計要求的承載力提高幅質、選取適宜的成樁工藝和增強體材料。
三、軟土地基設計關健
軟弱地基設計時要在保證承載力、降低其壓縮性、確?;A穩定、減少基礎的不均勻沉降的前提下, 同時考慮上部結構,基礎和地基的共同作用,必要時應采取有效措施,加強上部結構的剛度和強度,以增加建筑物對地基不均勻變形的適應能力。根據地基處理的目的(如解決穩定性或變形問題)、使用要求(如工后沉降及差異沉降)、結構類型、荷載大小等,并結合地形地貌地層結構、土質條件、地下水特征、周圍環境和相鄰建筑物等因素,選擇最佳處理方案。
對已選定的地基處理方法,宜按建筑物地基基礎設計等級,選擇代表性場地進行相應的現場試驗,并進行必要的測試,以檢驗設計參數和加固效果,同時為施工質量檢驗提供相關依據。
經處理后的地基,當按地基承載力確定基礎底面積及埋深而需要對地基承載力特征值進行修正;在受力范圍內仍存在軟弱下臥層時,應驗算軟弱下臥層的地基承載力。對受較大水平荷載或建造在斜坡上的建筑物或構筑物,以及鋼油罐、堆料場等,地基處理后應進行地基穩定性計算。地基處理后,建筑物的地基變形應滿足現行有關規范的要求,并在施工期間進行沉降觀測,必要時尚應在使用期間繼續觀測,用以評價地基加固效果和作為使用維護依據。復合地基設計應滿足建筑物承載力和變形要求,復合地基承載力特征值應通過現場復合地基載荷試驗確定,或采用增強體的載荷試驗結果和其周邊土的承載力特征值結合經驗確定。
四、結束語
綜上所述,我們可以知道軟弱地基的相關概念、工程特征以及相應的一些處理方法。也從中了解了不種方法的適用范圍及優缺點,軟土地基處理的目的是增加地基穩定性,減少施工后的不均勻沉陷,所以設計及施工的技術人員必須意識到軟土地基的危害性,根據本工程的特地環境及項目特征合理選用安全,適用,經濟的方法及施工技術措施。
參考文獻
[1] 吳邦穎 張師德 陳緒祿著. 軟土地基處理. 中國鐵道出版社 1995
[2] 楊仲元編. 軟土地基處理技術. 中國電力出版社.2009
【關鍵字】建筑;地基;注漿加固;高壓旋噴;靜壓注漿;
【中圖分類號】TU584【文獻標識碼】【文章編號】1674-3954(2011)03-0024-02
一、注漿加固的技術特點
注漿技術是指利用液壓、氣壓或電化學原理,通過注漿管把具有流動性、填充性、膠凝性的一種或幾種漿液材料,按一定的配比注入地基土中,漿液以充填、滲透和擠密等方式擠走土粒間的水分和空氣,使漿液與原來松散的土粒膠結成整體,從而提高原來土體的強度。
注漿方法按常規可以分為高壓旋噴注漿法和靜壓注漿法兩大類,這兩種注漿方法都可以應用在地基加固工程中,有其各自的優缺點和適用條件。
二、高壓旋噴注漿法的關鍵技術與應用
高壓旋噴注漿是利用鉆機把帶有噴嘴的注漿管鉆至土層的預定位置后,以高壓設備使漿液成為高壓流從噴嘴中噴射出來,沖擊破壞土體,同時鉆桿以一定速度漸漸向上提升,將漿液與土粒攪拌混合,漿液凝固后在土中形成一個固結體,固結體呈圓柱狀,從而改善土的變形性質,提高地基的抗剪強度。同時也可組成閉合的帷幕,用于截斷地下水流和治理流沙。
1、主要技術參數
(1)旋嘖樁直徑的確定
直徑一般為:單管法0.3m~0.8m;三重管法1.0m~2.0m;二重管法介于二者之間;多重管法可達2.0m~4.0m。
(2)樁位布置及樁間距
堵水防滲工程,最好按雙排或三排布孔,形成帷幕,間距為0.866R(R為旋噴樁設計直徑),排距為0.75R。加固地基,可采用矩形或梅花形布樁型式。間距以2R~3R為宜。
(3)地基承載力的確定
按復合地基進行設計計算,單樁承載力的確定,基本與鉆孔灌注樁相同,但須選用比灌汴樁更高的安全度。
2、漿液材料的要求
由于噴射注漿是靠高壓液流的沖擊力破壞土層并與土體混合構成新的固結體的,因此,對漿液的要求與靜壓注漿有所不同,對材料種類、粘度、顆粒大小的要求不象靜壓注漿那樣嚴格。
(1)材料應具有良好的可噴性
噴射注漿的漿液是通過噴嘴噴出,所以,漿液應有較好的可噴陛,若漿液稠度過大,則可噴性差,往往會導致噴嘴及管道堵塞,同時還磨損高壓泵,使噴射難以進行。
漿液基本上以水泥漿為主劑,摻入少量外加劑,一般水灰比為1:1~1.5:1,試驗表明,水灰比愈大則可噴性愈好,但過大的水灰比會影響漿液的穩定性。
(2)應具有足夠的穩定性
漿液穩定性的好壞直接影響到固結體的質量,為提高水泥漿液的穩定性,可采取如下措施:不斷攪拌漿液;水泥的細度要求在標準篩上的篩余量不超過l5%;摻入少量外加劑能明顯提高漿液的穩定性。
(3)氣泡少
若漿液帶有大量氣泡,固結硬化后就會有許多氣泡,從而降低噴射固體的密度,導致固結強度及抗滲性能降低,因此,選用外加劑要慎重。
3、施工工藝
(1)施工機具
主要由鉆機和高壓發生設備兩大部分組成。
(2)施工順序
鉆機就位鉆孔插管噴射作業沖洗移動機具。
三、靜壓注漿法的關鍵技術與應用
根據靜壓注漿對巖土層的作用方式可分為充填注漿、滲透注漿、壓密注漿和劈裂注漿。充填注漿是對巖土大孔隙的充填;滲透注漿是顆粒小的漿液在一定壓力下對巖土間隙的充填滲透;壓密注漿的結果是使巖土體在一定壓力下產生塑性變形,但不劈裂土體;劈裂注漿是在一定漿壓下使巖土體產生脈狀裂縫,由具有較高強度的脈狀漿體組成土體的骨架與周圍被加壓土體組成復合土體,從而加固地基。在加固處理土體中,上述四種方式總有一兩種以上方式互相作用土體,提高加固效果。
1、主要技術參數
(1)注漿壓力與注漿量
注漿壓力是注漿過程中的一個重要參數,壓力過低,漿液攜帶的能量小,達不到注漿效果;壓力過高,將使地表出現冒漿,注漿量不足,也達不到很好的效果。因此,根據本工程地層確定注漿壓力為不小于0.4MPa,注漿量不小于195kg/m。當附近地面冒漿或壓力大于2.0MPa時,可以終止注漿。
(2)漿液配合比
漿液的水灰比受地層地下水力條件的影響甚大。地層地下水與外界聯系密切,且水有流動現象,宜采用雙液注漿及時凝結。漿液由水泥+水玻璃調制而成,水泥應用325號,水玻璃濃度為40Be’,水玻璃摻入量為水泥量的2%~4%。水灰比為0.67,有利于漿液的有效滲透。漿液流量按每m注入195kg水泥計,冒漿時終止。
(3)確定漿液擴散半徑
人工填土層:
取值: =0.01 cm/s; =3.1; =40m; =3.2cm; =0.42; =600 s;求得: =90cm。
(4)鉆孔深度及直徑
鉆孔深度設計為進入③層粉質粘土以下1.0m,上部注漿深度以構筑物地下底板為準,底板埋深2.1m。孔徑32,花管長2m,管眼4mm,沉管到位后由下而上進行注漿。
(5)鉆孔布置
為達到良好的注漿效果,可先在構造物設置一灌漿幕墻。一方面阻斷幕墻內外的水力聯系,另一方面阻斷幕墻內注漿時漿液滲透出墻外。幕墻孔位按700×700間距沿構筑物外軸線封閉布置。幕墻內按長方形布置孔位。
2、施工設備及材料
針對地層條件和設計要求,選擇的主要施工設備機具為改裝后XY一1型鉆機,水泥漿、砂漿攪拌機,壓漿機,清水泵等配套設備;材料主要有水泥,砂、注漿花管等。
3、施工工藝
(1)施工順序
根據多臺機同時作業、現場施工條件、工程地質條件和灌漿方法等,施工順序可采取從里往外的方式進行。
(2)施工程序
鉆機及注漿設備就位鉆孔放注漿管并孔口封堵攪漿注漿清洗成孔
(3)施工技術要點
①成孔鉆頭(Φ110mm)對準孔位后,采取沖擊成孔的方法鉆進。在雜填土中鉆進時,若孔壁不穩,可下入導管護壁;當鉆進到淤泥或淤泥質土和粉、細砂時,下入導管護壁,然后采取撈砂筒取砂成孔的方法直至下臥粘性土層。
②灌漿管安放及孔口封堵;灌漿管下端設置0.7m~1.0m長且下端封口的花管,花管孔徑Φ8,孔隙率15%左右;在花管外壁包扎一層軟橡皮,以防流砂涌進花管導致灌漿無法進行。當成孔達到預定深度后,將灌漿管下到位,再用水泥袋放人孔中水穩層底部包裹灌漿管并接觸孔壁即“架橋”,然后投入粘土分層夯實至孔口。
③攪漿:先往攪拌漿筒內注入預定的水量并開動攪漿機后,再逐漸加入425#普通硅酸鹽水泥直到預定的用量,攪拌3min―5min后將漿液通過過濾網流到儲漿筒內待灌。
④灌漿:灌漿采用自上而下孔口封閉分段純壓式灌漿方法,即自上而下鉆完一段灌注一段,直到預定孔深為止。灌漿段的長度以雜填土和淤泥或淤泥質土、粉、細砂厚度來確定;灌漿壓力采取二次或三次升壓法來控制,即灌漿開始采用低壓(小于0.1MPa)或自流式灌漿,對雜填土而言,當吸漿量較大時采取間歇灌漿或用砂漿灌注,終灌時的壓力要達到設計值;灌漿結束標準嚴格按設計執行。
⑤封孔:灌漿結束后及時封孔,即第二灌漿段灌漿結束過半小時后,排除孔口封堵物,再往孔內投入砂石直到水穩層頂面,過24h后,若漿液下沉,再補充水灰比0.5的漿液至水穩層頂面。
四、結論
綜上所述,在處理建筑物地基加固的過程中,多采用靜壓注漿和高壓旋噴注漿,漿材多采用水泥在沉降的不同部位,通過控制注漿參數即注漿壓力,漿液流速,注漿量和鉆孔深度等,可達到即加固基礎,又糾偏不均勻沉降的目的。
參考文獻
【關鍵詞】基礎工程;巖溶;地基處理;穩定性評價;樁基礎
引言
當高速公路穿越存在巖溶暗穴區域時,由于巖溶地區的特殊工程特性,導致地基基礎的承載力及穩定性都存在不確定性,嚴重威脅公路橋梁等構筑物的使用安全。本文在對巖溶地形地貌等特征進行總結的基礎上,對影響巖溶地基穩定性的因素及其判定方法、地基加固處理技術等作進一步研究探討。
1、巖溶的地貌特征
1.1形成條件
巖溶是由石灰巖、石膏等可溶性巖層在水的化學溶解作用下,形成形態各一的溝槽、裂隙、洞穴等現象的總稱。巖溶形成的物質基礎是存在可溶性巖層,該種巖層一般存在裂隙,能透水,加上源源不斷的地下水活動,最大程度上溶解巖層中所含的碳酸鈣等物質。
1.2地貌及發育特征
根據地貌的位置情況可將巖溶地貌分為地表形態和地下形態。地表形態主要包括溶溝、溶槽、石林、落水洞、豎井及溶蝕洼地等;地下形態包括溶蝕裂隙、溶洞、暗河及鐘乳石等。若屬于巖溶地區,還需進一步調查,掌握巖溶發育特征,確定建筑物場地,避免發生坍塌等巖溶災害。
2、巖溶地基穩定性評價
2.1影響穩定性因素
巖溶地基的穩定性直接影響到構筑物的使用功能,正確評價其上地基的穩定性是保證結構安全的前提條件。影響巖溶地基穩定性的因素有很多,如巖體力學特性、發育狀況、結構面節理特征、地下水源等,人為影響因素成為影響因素中的主要外因,詳細了解以上因素是地基穩定性評價的重要依據,溶洞的幾何形態、洞內是否有填充物、地下水活動情況都對巖溶地基穩定性有一定影響。
2.2巖溶地基穩定性評價
地基穩定性評價是基礎勘察設計階段的重要工作,根據建筑場地位置及其附近巖溶情況,做出是否影響結構穩定性的綜合評價,依據評價結論確定是否進行相應的加固處理,以確保結構物安全?,F階段常用的巖溶地基穩定性評價主要有定性評價和定量評價。
(1)定性評價
通過現場勘察和觀察,根據巖溶形態、地質構造、地下水分布及洞底堆積物情況,并兼顧建筑物荷載影響來判斷其穩定性?,F場可根據表1分為四個等級。
(2)定量評價
3、加固處理措施
3.1巖溶坍塌處理方法
巖溶坍塌常用的處理方法有:填堵、灌注、強夯、跨越、深基礎等,其中深基礎法多以樁基礎形式處理穩定性問題。
(1)填堵。該法適用于單個小塌坑,主要是用碎石、砂和土對其進行填充,再加以夯實,必要時可加設鋼筋混凝土加固。(2)灌注。該法與填堵法類似,本質區別在于填充材料,灌注時將灌注材料通過灌注孔將水泥、碎石或礦渣、速凝劑等混合注入洞穴,填充巖溶裂隙,加固基礎,強化地基。(3)強夯。受到場地和強夯設備的制約,該法在小型封閉溶洞內不易使用。采用時利用夯錘自重下落時產生的能量對地基土進行夯實,消除潛在的溶洞隱患,改善地基條件。(4)跨越。當溶洞空洞較大,填堵、灌注作業困難不易采用時,可選用該法。在塌陷坑頂部穩定基巖上鋪設橫梁,類似橋梁結構。
3.2樁基礎加固處理技術
遇到一些深度較大,上述各法處理有困難時,采用深基礎加固處理建筑物地基是較為理想的一種方法,如樁基礎,沉井等。成孔前注漿預處理。主要應用于樁基礎位置有溶洞裂隙存在,樁基礎位置存在小型溶洞,洞穴走向傾斜,且受地下水影響嚴重的情況。對樁周地質預處理后,提高了樁周及樁底地基的完整性,提高的承載力。在施工時采用雙護筒形式,利用優質泥漿進行護臂,同時確保清渣滿足要求,成孔時采用鉆沖結合,鉆機穿越覆蓋層,再使用沖機進行基巖施工。一般在護筒刃角處進行加固處理,由于基巖平整度不夠,往往基巖與護筒之間存在間隙,若不做任何處理,在鉆進過程中極易發生埋鉆事故,常用方法有高壓旋噴和拋填黏土壓實。在施工中發生漏水和漏漿現象是不可避免的,發生漏漿時,應及時補充漿液,維持孔內水壓,防止產生過大的水壓差。
4、結語
高速公路穿越巖溶地區越來越普遍,溶洞整體穩定性成為關鍵。本文在總結了巖溶形成條件、特征、影響穩定性因素等方面的基礎上,分析了評價穩定性的方法,并結合實際提出了相應的加固技術,以確保溶洞穩定性,保證工程質量。
參考文獻
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關鍵詞:地基基礎施工技術灌漿加固技術
中圖分類號:TU74 文獻標識碼:A文章編號:
一、前言
進入二十一世紀第二個十年,我國建筑行業持續蓬勃發展,特別在新技術、新材料和新工藝不斷涌現的今天,建筑施工有了更加廣泛的和穩定的保障,各種類型建筑物在各地不斷涌現,形成了建筑和經濟大發展的態勢。當前,各種建筑物都需要地基工程作為基礎,在實際的建筑施工中,為了確保建筑質量,就必須從建筑物地基基礎施工抓起,地基基礎對于建筑物來說是重要的結構部分,是決定建筑物整體穩定性和功能安全實現的前提,因此,如何在地基基礎施工中科學地進行施工,有效地對地基基礎進行加固就成為十分重要的關鍵環節,并且會形成伴隨建筑工程建設的整體過程,成為建筑建設方、施工方、社會共同關注的焦點問題。
二、地基基礎施工的相關闡述
建筑地基是建筑物下方具有支撐和穩定作用的地層,對于建筑物荷載的有效傳導和分散有重要的功能性價值;建筑物基礎是建筑物的組成部分,是負責將建筑荷載向下傳遞的結構,是直接與地基相接處的建筑物下部結構。建筑物地基基礎在設計和施工過程中必須防止出現失穩、破壞和形變,因此,在施工的各個環節中要注意建筑物地基基礎的細節,應該對不合格的地基進行相應的加固處理,使其適合建筑物地基基礎的需要。
三、常見的建筑物地基基礎施工技術
常見的建筑物地基基礎施工技術有如下兩種主要應用類型:
1.靜壓力樁施工技術
靜壓力樁施工技術是相對于打樁施工技術而言,對于傳統打樁機械施工噪聲和環境污染大的缺點,靜壓力樁有著顯著的優勢,特別在當前建筑工程環境越來越復雜,建筑環保要求越來越高的時代背景下,靜壓力樁的環保、快速、高質量的優點得以充分顯現。靜壓力樁施工技術主要適用于軟弱土層的建筑物地基基礎施工中,是利用靜壓力將預制樁逐節壓入建筑物地基土中的一種沉樁法。
2.振動沉樁施工技術
振動沉樁技術是傳統的樁基技術,是利用固定在樁頂部的振動器所產生的激振力,振動沉樁施工技術通過樁身使周圍土顆粒受迫發生振動,形成土壤結構出現排列的改變或重新組織,進而產生收縮和位移,這樣樁表面與土層間的摩擦力就減少,樁體在自重和振動力共同作用下沉入土中,進而達到穩定建筑物地基基礎的作用。振動沉樁施工技術具有振動沉樁設備簡單,不需要其他輔助設備等優勢,同時,振動沉樁施工技術還兼具重量輕、體積小、適應性好、搬運方便、費用低、工效高、質量好等系統性優點,是當前進行粘土、松散砂土及黃土和軟土建筑地基基礎施工的主要技術。
四、建筑物地基基礎沉降的原因分析
1.地質因素導致的建筑物地基基礎沉降
導致建筑物地基基礎沉降的地質因素有很多,山坡沖溝、地下水豐富、軟土地質、土層分布結構等原因都會導致建筑物地基基礎出現沉降。此外,隨著建筑物規模的增大,建筑物各部位所處的地基也不盡相同,這會導致在建筑物地基基礎沉降的同時,產生建筑物不同部位的不均勻沉降,當前,建筑物地基基礎不均勻沉降對建筑物的危害的影響更為顯著,是建筑物地基基礎施工中應該注意的重點。
2.結構因素導致的建筑物地基基礎沉降
在自重大、施工范圍廣的建筑物施工中,為了確保施工速度和施工質量,在實際的施工中經常采用區別對待的原則,對不同部位采用不同的基礎形式和施工技術,在地質條件較好的地段采用省工、省時的人工挖孔樁作為基礎施工技術,而地質條件差、軟土地質的地段,則采用了靜壓樁、振動樁、基礎下砂墊層等措施,這會造成同一建筑物出現下沉量的區別,不但影響建筑物地基基礎的后續施工,更會產生建筑物整體出現不均勻沉降,直接對建筑物的建設質量帶來降低的可能,更會對建筑物安全使用帶來隱患。
五、建筑物地基的加固技術
隨著我國經濟的迅猛發展,建筑行業也呈現出高速發展的態勢。人們對建筑工程的質量和性能也提出了更高的要求。但是目前建筑工程質量的實際情況而言,其中還存在著諸多的質量問題。出現這些質量問題的主要原因是由于每個區域的施工條件差異性大,就算是在同一個建筑施工場地,也會存在土質上的差異問題。建筑施工的過程中,如果對地基的實際情況掌握不準確和處理不恰當,就很容易給工程留下質量隱患,并且很可能進一步影響到工程的安全性,威脅到人們的生命財產安全。所以,要想對建筑工程的質量進行有效的保障,就必須科學合理的進行地基工程施工。在當前的地基基礎施工中,建筑物地基的加固通常采用如下的施工方法:
1.建筑物地基的灌漿加固技術
灌漿加固技術的主旨是通過對地基土壤的改良進而達到加固建筑物地基的目的,灌漿加固利用鉆機,將鉆孔鉆入設定的軟土基礎層,然后用高壓灌漿設備將配制好的水泥化學漿液從鉆孔灌入軟土基礎地層,使土層與漿液產生物理化學反應而膠結,通過劈裂、擠壓、凝結等綜合作用,從而達到改善土體結構和性能的目的,進而確保建筑物地基提高土體的強度,達到使建筑物地基滿足地基基礎施工和建筑施工的需要,確保建筑物地基的穩定,整體上形成對建筑物的有效支撐。灌漿加固技術在應用時要做好前期的準備,要確定軟土的類型、分布和特點,選擇好適于灌漿加固施工的化學漿液,通過科學的施工做到對建筑物地基的有效加固。
2.建筑物地基的靜壓力樁加固技術
靜力壓樁加固技術是利用建筑物的承重柱重力作為反力,通過自重裝置或液(油)壓設備,將靜力壓樁預制樁分節壓入土中,在改變土壤顆粒組成、結構、間隙等基礎上,實現建筑物地基的加固,靜力壓樁加固技術的應用工程中要確保上下節靜力壓樁接駁處用預埋角鐵焊接,以確保靜力壓樁的連續和穩定。靜力壓樁加固施工中要控制好壓樁的液壓和壓力,當壓力達設計荷載并基本滿足計劃樁長要求時則終樁,終樁時的單樁承載力可直接從壓樁設備的儀表中反映出來,這時要做好終樁的后續工作,特別要重視安全,靜力壓樁加固終樁后將壓入樁的樁頭鋼筋與原基礎鋼筋焊接,并澆注砼承臺與基礎連為一體,這樣就可以有效地將上部結構的荷載通過樁直接傳遞到堅硬土層之中,進而達到加強建筑物地基的目的。
3.建筑物地基加固的技術應用
當前,建筑物地基出現軟土或弱強度地質的情況會越來越多,因此,掌握建筑物地基的加固技術就顯得尤為重要。灌漿加固處理技術和靜力壓樁加固處理技術尤其應用的范圍和條件,合理、科學地應用加固技術,對灌漿加固處理技術和靜力壓樁加固處理技術的環節和工序流程有效把握,形成建筑物地基加固的有效措施和方法,提高建筑物地基加固的效果,防止可能出現的建筑物地基基礎的沉降和不均勻沉降,切實達到保障建筑物總體施工的質量。
關鍵詞:樹根樁 地基加固 托換
中圖分類號:TU4 文獻標識碼:A 文章編號:
1 概述
樹根樁是一種小型鉆孔灌注樁,直徑為13~30厘米,樁長5~25米。它是利用小型鉆機按設計直徑,鉆進至設計深度,然后放入鋼筋籠,同時放入灌漿管,注入水泥漿或水泥砂漿,結合碎石骨料成樁。樹根樁可以根據需要,做成垂直的,也可以是傾斜的,可以是單根的,也可以是成束的,可以是端承樁,也可以是摩擦樁。樹根樁適于荷載小而分散的中小型工業與民用建筑。它不僅可用于新建工程的地基處理,也可用于現有工程的基礎托換,特別是對于場地狹窄,凈空低矮的工程現場,其優點尤為突出。樹根樁不僅可以承受壓力,也可用以承受拉力或拉壓交替的荷載。一束不同方向的小樁便可稱為樹根樁。我國從八十年代初開始研究應用樹根樁于古建筑和現代建筑物的地基加固工程中,用該技術為蘇州虎丘塔地基加固獲得成功,近年來廣泛應用于軟土地基加固和基礎托換工程中。
2 樹根樁的應用范圍
2.1 建筑物需要加層(或上部增加荷載),地基和基礎承載力不足時;2.2 由于地質勘察、設計和施工原因,建筑物建成后,發生不均勻沉降;2.3 由于市政工程,如地鐵或隧道通過建筑物下面地基土層時,為防止建筑物的不均勻沉降;2.4 古建筑的地基基礎加固;2.5 對巖石和土體邊坡穩定加固等。
3樹根樁托換的優點
3.1 所需施工場地較小,一般平面尺寸0.6M×1.8M,凈空高度2.2M就能施工;3.2 施工時噪音小,振動小,對已損壞需托換的建筑物比較安全;3.3 所有操作都可在地面上進行,比較方便;3.4 壓力灌漿使樹根樁與地基土緊密結合,樁和承結成一整體;3.5 樁徑很小,因而施工對承臺和地基土幾乎不產生擾動;3.6 可在各種類型的土中制作樹根樁。
4樹根樁的設計4.1 樹根樁作為支承樁時,單樁承載力可采用下述方法確定:①單樁荷載試驗;②參考同類工程資料;③按摩擦樁設計:Rkd=Σqili•Up/K式中:Rkd —— 單樁容許承載力(KN);Up —— 樁周長(m);qi —— 第i層土的極限摩阻力(KPa);li —— 第i層土中的樁長(m);K —— 安全系數,一般可取2。4.2 設計樹根樁樁身強度時,樁身混凝土軸心抗壓強度應滿足下式要求:Rkd /Ap≤250fcu,k式中:Rkd —— 單樁容許承載力(KN)Ap —— 樁身截面積(m2)fcu,k—— 邊長為15cm的樁身混凝土標準抗壓強度(MPa)。樁身混凝土標號應不小于C15級。
4.3 樹根樁采用的碎石骨料粒徑宜在10~25mm范圍內,鋼筋籠外徑宜小于設計樁徑40~60mm。對作為支承樁的樹根樁,宜注水泥砂漿,配比為:水:水泥:砂=0.5:1.0:0.3(重量比),砂粒粒徑不宜大于0.5mm。樹根樁成樁時可根據需要摻入適量的早強劑和減水劑。
5 樹根樁的施工工藝
5.1 成孔
樹根樁的成孔,一般是采用小型鉆機鉆孔,采用水或泥漿作為循環冷卻鉆頭和除渣手段。同時循環水在鉆進過程中,水和泥土攪拌混合在一起亦變成泥漿狀。有時為了提高樹根樁的承載力,多采用正循環方法,當遇到較硬土層時,換上水力擴孔鉆頭,以達到擴孔目的。在飽和軟土層鉆進時,經常遇到流砂層,鉆進時,進尺速度要慢,依靠巖心管在流砂層表面磨動旋轉,加上孔內泥漿,使其孔壁表面形成泥皮,以達到護孔目的。表土層松散時,用套管護孔,套管口一般高出地面10厘米。鉆至設計標高時,進行清孔,到溢出較清的水為止。5.2 鋼筋籠的制作
鋼筋籠根據設計荷載確定其含鋼量,每段鋼筋籠的長度可以視現場條件和機具的吊放能力而定,一般每節長5~6米,鋼筋籠的接頭采用綁扎或焊接均可,其搭接長度應符合規范要求。由于樹根樁的直徑均較小,故鋼筋的混凝土保護層1.5~2.0厘米,對于特殊要求另作處理。
5.3 灌漿管的制作
灌漿管的制作,當考慮拔出時,接頭處采用外縮節,使外管壁光滑,容易從砂漿(或混凝土)中拔出。為防止泥漿進入管內,需在管底口用黑膠布或聚乙烯膠布封住,在管底口以上1.0米范圍做成花管形狀,其孔眼直徑0.8厘米,縱向間距10厘米,豎向四排,灌漿管一般放在鋼筋籠內,一起放到鉆孔內。
5.4 灌漿成孔
在鋼筋籠和灌漿管沉入鉆孔之后,壓入水泥砂漿,灌漿管在灌注過程中,一般要埋入水泥漿中2~3米,以保證樁體的質量。灌漿后,立即投入碎石(5~25厘米),用鋼筋插搗,使骨料均勻分布于樁身。
灌漿技術參數:①水灰比 w/c=0.4~0.5②灌漿壓力 P=0.3~0.5MPa③減水劑摻量 0.4 (3%)④中砂 30%⑤碎石
6 工程應用實例
6.1 某六層框架結構樹根樁基礎托換工程
該宿舍樓原設計為五層框架結構,基礎采用打樁及獨立柱基礎。在施工過程中進行加層,結果發現建筑物出現不均勻沉降,沉降量達十幾厘米。根據此情況,采用樹根樁進行基礎托換,每個樁基設四條樹根樁,樁徑Φ150,樁長8米。該工程于2002年11~12月施工,施工后,建筑物沉降穩定。
關鍵詞:水工建筑物,地基,加固,防滲,技術
中圖分類號: TU441 文獻標識碼: A
前言:在我國的眾多堤壩中,采用高科技防滲技術的堤壩不在少數。而在以后的堤壩建設和管理過程中,必須需要投入更多的先進科技因素,以達到加固和穩定的目的,這對于我國水利工程的發展和進步同樣具有重要的意義。
1、水工建筑物的地基加固防滲的重要性
建筑物的地基是支撐建筑整體重量的重要基礎部分, 是直接關系到建筑物使用過程中的穩定性和安全性。 而水工建筑物的地基還涉及到防滲的問題, 對于工程的效益影響十分嚴重, 經常出現因為地基緣故導致的水工建筑失事的問題。 因此, 做好水工建筑物的地基加固防滲技術措施, 是確保水工建筑物安全的基本保障。 自然形態下的地基無論其地質組成是土基還是巖基都存在著不同程度的缺陷, 必須經過人工技術處理后才能滿足建筑施工要求。 針對不同地質情況采用不同的人工技術處理措施是本文研究的重點。
2、水工建筑物的地基加固防滲透技術
結合實踐經驗和一些文獻資料可知: 水工建筑物的地基加固防滲技術根據地基地質情況的不同, 所采用的技術也是不同的。 軟土類地基通常采用的方法有: 換土夯實法、 沙井預壓法和脈沖加密法以及打樁法等技術手段; 而巖基類的地基處理則以開挖、 回填和灌漿等技術手段為主, 具體的技術應用方式方法, 見以下詳細內容。
2.1水工建筑地基為土基類型的加固防滲技術應用
2.1.1換土夯實技術應用
通常來講, 當地基的地質組成以土基為主, 且厚度不大時, 可以將上層軟土質全部挖除, 然后用砂土、 粘土或者沙壤土等強度相對比較高且含水量比較適中的土質進行填充。 此類的換土厚度宜控制在1~2米范圍內, 在開挖過程中, 需要根據基坑的開挖深度情況和土質的自然傾角信息確定開挖的范圍。 回填過程中嚴格按著分層填筑, 層層夯實的質量原則進行, 并且要確保施工過程的預留排水設計, 常用的水閘、 涵洞地基設計, 將原土質置換成壓縮性較低的砂墊層, 既可以增加地基的穩固性, 同時還可以提高地基的防滲透能力。
2.1.2沙井預壓技術應用
該技術應用主要針對地基軟土層較厚的情況, 具體的操作方法是在軟土層中設計砂井, 砂井通過水射法進行造孔后, 清除孔內的一些堆積物, 然后在其中灌注潔凈度較高的良性中砂、 粗砂等材質。 一般情況下砂井的設計頂部都是高出地面的, 通過在砂井間鋪設厚的砂墊層, 從而形成頂層排水層設計。 當砂井施工完成后, 需要在墊層上加注荷載, 荷載力的控制最好在可取荷載的1.2~1.5倍。 加注速度和加注荷載力必須在地基的承載力范圍之內, 避免過壓造成地質結構的破壞。
2.1.3振沖技術應用
振沖技術是一種比較好的水工建筑物的地基加固防滲措施, 其操作首先用起重機將振沖吊裝到指定位置上, 打開下噴水口, 然后啟動電機和水泵, 振沖器就會震動著在噴水作用下深入地層。 當振沖到一定深度后, 關閉噴水口, 并且一邊震動一邊對振孔進行填料, 從而形成具有排水和加固作用的振沖樁。 此方法施工簡單, 無需開挖土方, 加固防滲效果較好。
2.1.4打樁技術和鉆孔灌注樁技術的應用
打樁技術通常是采用大型機械設備將樁沉入到地基中, 從而進行荷載力的傳遞, 增加地基土質的密實程度, 降低地基的沉降量, 提高地基的穩固能力和承載能力, 確保建筑物的穩定性和安全性。 該方法主要應用在水工建筑閘口、 涵橋等建筑物的地基加固防滲工作中。 當地基的土層較軟時, 就要采用鉆孔加注混凝土灌注樁的方法作為打樁技術的優化措施加固建筑物地基, 我國的珠三角地區的水工建筑地基的處理經常采用此種方法。
2.2水工建筑地基為巖基類型的加固防滲技術應用
2.2.1巖基灌漿技術應用
巖基灌漿技術實際上有多種形式, 其包括帷幕灌漿技術、 固結灌漿技術、 接觸灌漿技術、 粘土灌漿技術和化學灌漿技術。 主要是將一些具有流動性和膠凝性的漿態物質按一定的比例通過機械設備靠壓力加入巖層之內, 隨著時間的推移漿液就會凝結硬化成如同石頭一般的物質,起到地基的加固防滲作用。 現代的灌漿主要以水泥灌漿為主, 水工建筑物的重力壩設計就是采用的灌漿技術將巖層凝結起來形成具有較高強度和彈性模量的填充物, 起到良好的地基加固和防滲作用。
2.2.2破碎帶技術應用
破碎帶技術實際上對于建筑物的穩定性和受力情況的影響很大,應用比較局限。 通常是需要在一定深度的范圍下, 將破碎巖層清理到相對完全的基巖地基上, 再用水泥砂漿進行找平。 在實際的應用中通常在截水槽的施工和截水墻的施工中會有所應用, 最后宜采用灌漿技術進行輔助。
2.2.3斷層裂隙的技術處理措施對于水工建筑物地基施工中出現斷層裂隙的情況, 如果采用的填充物可以較好的凝結斷層, 則不需要過多處理。 當填充物出現破碎、 密實度不夠、 孔隙率較大的情況, 此時就需要進行斷層的處理工作。 如果斷層較淺, 可以先將斷層清除干凈后, 采取回填混凝土技術進行處理;如果是水位差較大的堤壩建筑, 其斷層的透水性較高, 寬度較大時, 就要相應的采用混凝土塞或者混凝土截水墻的技術設計, 截水墻和混凝土塞的施工開挖土方深度至少要在斷層寬度的3~5倍; 如果填充物的滲水能力較強, 此時就要適當增加技術處理深度, 再采用砂漿或者混凝土進行封閉處理。 當斷層或者裂縫貫穿區域較廣時, 通常要采用預埋灌漿管的技術, 對斷層進行封閉加固處理。
2.2.4水工建筑物的地基含水量較為豐富的技術處理措施
一般情況下, 深基坑施工經常會遇到含水量過于豐富的情況, 地層深處的地下水就會通過巖層裂縫和孔隙涌出地面, 形成泉眼, 對地基造成很大的破壞。 對于這種情況有以下幾種技術處理措施:
(1) 直接堵塞技術, 對于巖層表面局部出現小孔的無壓力裂隙水的處理, 可以直接用水泥或者水泥加速凝結劑堵塞泉眼出口, 同時對周邊的要進行內部圍堵, 最后封死漏水點。
(2) 排水技術處理, 在泉眼區域進行挖坑處理, 然后, 再進行反濾層鋪填, 泉水經過過濾后就會通過排水溝匯集到集水井中抽出, 或者引導到田間用作灌溉使用。
(3) 埋管引出技術, 當地層水量較大, 壓力較大時, 就需要采用埋設管道的方式, 將水引導到不影響建筑物地基的區域。
3、 結語
綜上所述, 水工建筑物的地基施工類型復雜, 影響因素眾多, 處理措施相對也都有各自的優缺點, 因此, 在實際的水工建筑的地基加固防滲工作中需要充分結合建筑工程的地質施工條件、 施工采用的機械設備類型、 材料質量和來源、 施工工期限制等關鍵因素進行考慮, 設計出最佳的解決方案。 在實踐中通過不斷的學習積累豐富的經驗和掌握先進的地基加固防滲技術, 對于提高水工建筑地基的穩固和防滲性能, 增加建筑物的使用安全性和長期性有著十分重要的意義。
參考文獻
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土木建筑普遍存在與人們的居住環境中,與人們的生活之間存在十分密切的關聯,對其機構以及地基進行加固處理,有利于土木建筑長期發展,為我國社會發展鋪筑良好的工程基礎。
關鍵詞:
土木工程;結構加固;地基加固;技術研究
隨著我國社會以及科學技術的快速發展,土木工程建設的發展逐漸向多樣化、復雜化以及大型化靠攏,我國社會城市化建設進程的深入發展,促使我國城市人口數量大幅度上漲,城市居民對建筑項目的要求越來越迫切,就此方面可見,土木工程項目與人們的生活息息相關,而其實際建設質量在很大程度上體現于結構層面,如果項目的建設結構缺失穩定性,將會給人們的生命健康以及財產安全造成巨大的威脅,因此,采取有效的加固技術,強化土木工程結構質量非常必要且重要。
一、土木工程結構加固的原因
(一)舊物改造
隨著我國社會整體功能的快速發展,舊有的建筑物難以滿足人們的需求,如果對其進行拆除處理,需要耗費大量資金成本,因此,很多施工單位會通過加固處理,對其進行重新改造與修葺,這樣不僅可以提高建筑的施工效率,縮短施工周期,還能節約大量施工成本。例如,上海世博會展示館,原身為上海市的工廠聚集地,例如,江南造船廠、發電廠等,這些工廠搬遷后,該區域遺留大范圍規模、規格以及功能不同的建筑項目,經過改造后,成為世博會中的城市未來館,經濟效益以及社會效益非常顯著。
(二)結構老化
施工單位在設計建筑項目過程中,都會明確其使用年限范圍,一般而言,建筑項目的使用年限為50年,因此,一旦建筑項目使用年限較為長久后,其結構便會逐漸老化,難以支持各項使用功能,甚至演變為危樓,不僅影響人們的正常生活,還會威脅人們的生命健康與財產安全,此時,便需要施工人員對其進行有效的加固處理。
(三)質量問題
土木工程施工過程中,基于多種因素的綜合作用,建筑項目普遍會存在一些質量問題,這些質量問題如果沒有得到及時且有效的處理,極易誘發安全事故,如果施工單位及時針對這些問題進行加固處理,經過適當改造后,這些質量問題便不會對項目整體造成不良影響,可以繼續投入使用。
(四)自然災害
我國自然災害的發生頻率相對較多,例如,地震、火災以及水災等,據相關數據統計,我國受風災影響而損壞的建筑項目年量近30萬座,而受火災影響而損壞的土地年面積約為1億萬畝。例如,上世紀末,我國遭受了巨大洪災,全國近30個省受到不良影響,土木建筑項目的損壞數量高達近690萬座,經濟損失逾2億元。自然災害是不可抗因素,具有非常強的破壞性,只有對建筑項目進行加固處理,才能強化其抗災能力,減少我國社會的經濟損失。
二、土木工程結構加固措施
土木工程建設過程中,施工人員要想對建筑項目的結構進行有效的加固處理,首要,要對其結構進行準確鑒定,然后再擇取針對性的加固措施進行處理,這樣可以保證加固效果良好,符合實際需求。施工人員要充分考慮項目結構的實際情況,選擇加固方案,促使建筑修改幅度實現最小化。一般情況,項目結構主要有兩種加固方案:其一,直接加固,該方法又可以細分為四種加固方法,分別為外部粘貼加固法、預應力加固法、外包鋼加固法以及增大橫截面法。其二,間接加固,該方法可以細分為五種加固方法,分別為卸荷加固法、改變結構剛度比加固法、增加結構整體性加固法、增設支點加固法以及增設構建加固法。土木工程最常見的結構為鋼筋混凝土結構,因此,在加固過程中,施工人員首先要設計鋼筋混凝土結構的加固方案。鋼筋混凝土結構主要有兩種材料,即混凝土、鋼筋,混凝土骨料取材便捷,且構建成形便易,但是其抗拉強度較差,因此,使用性能并不顯著,鋼筋具有非常強的抗拉強度,而混凝土具有較好的承壓能力,有機結合鋼筋與混凝土,可以強化建筑項目的結構荷載能力。由于鋼筋混凝土結構的材料不同,性能不同,導致其受力構造也存在一定的差異性,正因此,形成了一種結構系統,該系統主要有七個組分:鋼筋構件延性與抗震設計、纖維增強混凝土與高性能混凝土性能結構設計、裂縫控制與耐久性設計、扭曲截面承載力計算、預應力混凝土結構、正截面承載力計算、斜截面承載力計算。由于工程性能存在差異,因此,結構也各不相同,在實際施工過程中,施工人員嚴格按照建筑項目的實際用途,有機結合鋼筋與混凝土。
三、土木工程地基加固措施
對于很多土木工程師而言,地基加固均屬于施工難點,例如,我國的青藏鐵路,該工程雖然取得了令世界矚目的技術成就,但在實際施工過程中,施工人員所面臨的最大難點便是地基加固問題,由此可見,當代土木工程施工技術要想實現全面革新與發展,必須不斷加大對地基加固問題的科研力度,攻破地基加固難點。現階段,我國土木工程施工過程中,廣泛應用的地基加固技術有加筋法、膠結法、擠壓法、排水法以及換填法等,由于不同土木工程施工現場所處的地段、地質環境各不相同,施工人員在對工程項目進行地基加固時,要結合工程實際,采取因地制宜的加固方法。本文簡要分析三種應用最為廣泛的地基加固方法:其一,換填法,該方法屬于最為常見的地基加固技術,如果施工現場的自然地質與當前工程建設項目的施工需求不符,施工人員多采取此方法進行地基加固處理,其中,以置換技術、換土墊層技術最為主要。換土墊層技術即以性能、質量較好的泥土替換施工現場原有的自然土,這種施工技術適用于整體置換;而置換技術中含有多種操作技術,例如,水泥置換技術、碎石置換技術以及石灰置換技術等,其具體應用顧名思義。其二,排水加固法,該方法被廣泛應用于濕地地帶以及沼澤地,由于施工現場的土質含水量較為豐富,實際建設過程中,極易導致工程項目嚴重缺失穩定性,降低工程項目的安全性,因此,施工人員需要通過排水加固法排除土質內的多余水分,提高土層的堅硬度。排水加固法有兩種施工技術,分別是真空預壓法、提案載預壓法,施工人員需要結合實際工程量,擇取適宜施工技術。其三,加筋法,該方法可以提高土質的穩定性,避免施工過程中出現移動情況。被廣泛應用于難度性較大的工程項目以及高層工程項目中。
結語:
土木工程建設不僅在很大程度上加快了我國社會城市化建設進程,還帶動了我國國民經濟的整體發展,具有非常顯著的貢獻價值。而且土木工程建設項目緊密聯系著人們的日常生活,時刻影響著人們的生活質量,因此,工程設計人員必須對工程結構給予高度重視,在設計過程中合理融入加固技術,提高其整體質量,只有這樣,才能促使土木工程建筑項目的整體能效得以進一步提升,為人們提供更加優良的社會服務。
作者:周鵬 汪樂鋒 單位:鄂州職業大學 上海協恒工程管理有限公司
參考文獻
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關鍵詞:地基加固,技術,分析解決
Abstract: stable foundation is the foundation and prerequisite to ensure the safety of building, combining with the actual, elaborated the general principles, measures to deal with the basic defect treatment of foundation, the foundation of several commonly used reinforcement technology construction method are introduced.
Keywords: reinforcement of foundation, technology, analysis
中圖分類號: TU74文獻標識碼:A文章編號:2095-2104(2013)
隨著我國改革開放和現代化進程的加快,我國的建設規模正日益增大,建筑工程設計和施工中,建筑物所承受的各種作用,包括有各種荷載、各種外加的變形以及自身約束變形等,都將通過基礎傳送到地基上。在眾多的土木工程建設中,地基的處理是不容小覷的。因此,如何確保地基的穩定性是施工技術人員需要重點考慮和研究的一個問題。
1. 地基的基礎建設
1.1對概念的理解
基礎指建筑底部與地基接觸的承重構件,它的作用是把建筑上部的荷載傳給地基。因此地基必須堅固、穩定而可靠。
基礎下面承受建筑物全部荷載的土體或巖體稱為地基。地基不屬于建筑的組成部分,但它對保證建筑物的堅固耐久具有非常重要的作用。是地球的一部分。
1.2關于地基的處理分析
地基處理設計時,應考慮上部結構,基礎和地基的共同作用,必要時應采取有效措施,加強上部結構的剛度和強度,以增加建筑物對地基不均勻變形的適應能力。例如:真空預壓法
真空預壓法的全稱為砂井真空預壓法,其基本施工原理就是在總壓力不變的條件下,使孔隙水壓力減小、有效應力增加而使土體壓縮和強度增長。對已選定的地基處理方法,宜按建筑物地基基礎設計等級,選擇代表性場地進行相應的現場試驗,并進行必要的測試,以檢驗設計參數和加固效果,同時為施工質量檢驗提供相關依據。
2.不同地基類型的技術方法
2.1應對沖填土地基
2.1.1沖填土的概念:沖填土是由水力沖填而形成的土。
2.1.2解決辦法:
近年來多用于沿海灘涂開發及河漫灘造地。沖填土形成的地基可視為天然地基的一種。它的工程性質主要取決于沖填土的性質。地基基礎缺陷處理的一般原則如下:當地基基礎的變形已經趨于穩定時,一般可不作地基或基礎的加固。當地基不均勻沉降尚未趨于穩定時,一般考慮“等待沉降穩定”、“加速沉降穩定”和“制止沉降”三種方法處理。沖填土地基一般具有如下一些重要特點:①顆粒沉積分選性明顯,在入泥口附近,粗顆粒較先沉積;遠離入泥口處所沉積的顆粒變細,同時在深度方向上存在明顯的層理。②沖填土的含水率較高,一般大于液限,呈流動狀態。停止沖填后,表面自然蒸發后常呈龜裂狀,含水率明顯降低,但下部沖填土當排水條件較差時仍呈流動狀態,沖填土顆粒愈細,這種現象愈明顯。③沖填土地基早期強度很低,壓縮性較高,這是因為沖填土處于欠固結狀態。沖填土地基隨靜置時間的增長逐漸達到正常固結狀態。其工程性質取決于顆粒組成、均勻性、排水固結條件以及沖填后的靜置時間。
2.2換土法
常見的有換填砂卵石和灰土法。其主要作用表現為以下幾個方面: ①換填強度較高的墊層材料后, 可以有效地提高地基的承載力。②換填壓縮性較低的材料后, 可減少建筑物的沉降量。③換填透水性較大的材料(砂石) , 可使基礎下面的孔隙水壓力迅速消散, 避免基土的塑性破壞, 并可加速墊層下軟弱土層的固結及其強度提高。另外換填砂石等材料, 因其顆粒粗大、孔隙大、無毛細水現象, 可以防止材料受凍而造成的凍脹, 如很多建筑物的散水和臺階以及道路的面層下均鋪一定厚度的砂石,就是這個道理。④在濕陷性黃土地基中, 用素土或灰土材料置換黃土, 可消除濕陷變形, 同時, 換填后的材料因其密實度增加, 還可做為防水層, 減少下臥天然黃土層被水浸泡的可能性。⑤換填法除能滿足上述要求外, 在對環保要求較高的現代社會, 它基本對周邊環境不構成噪聲、水質污染、大氣污染、地面泥漿污染等, 只有一定的振動感, 但波及范圍較小。
2.3加筋法
加筋法常用的材料有土釘、加筋土擋墻、錨定板和土工合成材料等,用于加筋土的筋材則主要分為金屬、非金屬和組合材料三種。其中金屬材料由于性能方面的原因,在實際施工中的使用量不大,而以土工合成材料為主的非金屬筋材,如土工格柵、土工織物和土工帶等,則獲得了較為廣泛的應用。除此之外,鋼筋混凝土網格、鋼筋混凝土格柵等高性能材料也有非常好的應用前景。在土體中放置了筋材,構成了土和筋材的復合體,當受外力作用時,將會產生體變,引起筋材與其周圍土之間產生相當位移趨勢,但兩種材料的界面上有摩擦阻力和咬合力,等效于給土體施加一個側壓力增量,使土的強度和承載力有所提高,限制了土的側向位移。
3.技術應用
3.1加固機理
當地基承載力或基礎面積不足時,通過增加基礎底面積,減少作用在地基上的接觸壓力,降低地基土中的附加應力水平,以減小沉降量或滿足承載力和變形要求.適用于場地允許,基礎埋置較淺的基礎加固。
在施工前, 首先把好材料的質量關,對于砂卵石, 有時設計人員在圖紙中會明確相關要求, 特別是材料的粒徑和比例。在某些施工現場, 從河床中直接挖采的砂卵石可以滿足設計要求,運至工地可直接使用, 給施工帶來極大的方便。
3.2技術應用條件特點
改善壓縮特性:地基的高壓縮性表現在建筑物的沉降和差異沉降大,因此需要采取措施提高地基土的壓縮模量。改善透水特性:地基的透水性表現在堤壩、房屋等基礎產生的地基滲漏;基坑開挖過程中產生流沙和管涌。因此需要研究和采取使地基土變成不透水或減少其水壓力的措施。改善動力特性:地基的動力特性表現在地震時粉、砂土將會產生液化;由于交通荷載或打樁等原因,使鄰近地基產生振動下沉。因此需要研究和采取使地基土防止液化,并改善振動特性以提高地基抗震性能的措施。在飽和粘性土中采用類擠土樁尚應考慮擠土效應對于環境和質量的影響,必要時采取預鉆孔。設置消散超孔隙水壓力的砂井、塑料插板、隔離溝等措施。鉆孔灌注樁適用范圍最廣,通常適用于持力層層面起伏較大,樁身穿越各類上層以及夾層多、風化不均、軟硬變化大的巖層。
結語:地基的處理是否合理直接影響了基礎的選型和造價,所以必須采用科學的技術手段進行施工,并制訂有效的保證質量和安全措施,做到安全適用、技術先進、經濟合理、確保質量、保護環境、質量檢驗規范和地基處理施工中做到因地制宜、就地取材、節約資源等,使工程建設取得良好的經濟效益和社會效益。
參考文獻:
[1]建筑施工技術 大連理工大學出版社【M】2003