问题
地基是指承受建筑荷载的地层。各种建(构)筑物对地基的要求主要包括以下四个方面。
1.稳定性问题
地基稳定性是指上部结构自重及外荷载作用下,主要受力层岩土体的沉降变形、深层滑动等对工程建设安全稳定的影响程度,避免由此地基产生过大的变形、侧向破坏、滑移造成地基破坏,从而影响正常使用。若地基稳定性不能满足要求,地基在上部结构自重及外荷载作用下将会产生局部或整体剪切破坏,影响上部结构的安全与正常使用,地基稳定性主要与荷载大小和地基土体的抗剪强度有关。
2.地基变形问题
地基变形问题是指在上部结构自重及外荷载作用下,地基土产生的变形(包括沉降或水平位移或不均匀沉降)是否超过相应的允许值。若地基变形超过允许值,将会影响上部结构的安全与正常使用,严重的会引起上部结构破坏。地基变形主要与荷载大小和地基土体的变形特性有关。
3.地基渗透问题
渗透问题主要为地基的渗透量或水力坡降是否超过允许值。若蓄水构筑物地基渗透量超过其允许值会造成较大水量损失,甚至导致蓄水失败;若地基中水力坡降超过允许值,地基土会因潜蚀和管涌产生稳定性破坏,导致上部结构破坏。地基渗透问题主要与地基中水力比降大小和土体的渗透性有关。
4.液化问题
在动荷载(地震作用、机器与波浪荷载、车辆振动和爆破等)作用下,会引起饱和松砂土(包括松砂、细砂、粉砂及部分粉土)产生液化,它使土体失去抗剪强度与承载力,出现近似液体特性的一种现象,并会造成地基失稳和震陷。
当天然地基不能满足上述四个方面的要求时,需要对天然地基进行处理。为提高地基强度、改善其变形性质或渗透性质等而采取的技术措施,称为地基处理。
目的
地基处理的目的是要采取适当的措施,如换填、夯实、预压、振冲、挤密和胶结等方法,对地基土进行加固,以改善地基土的强度、压缩性、透水性、振动性和特殊土地基的特性。地基处理的内容包括以下几项。
(1)提高地基土的抗剪强度,以满足设计对地基承载力和稳定性的要求。
(2)改善地基土的变形性质,防止建筑物产生过大的沉降和不均匀沉降以及侧向变形等。
(3)改善地基土的渗透性能,防止渗流过大和渗透破坏等。
(4)提高地基土的抗振(震)性能,防止液化,隔振和减小振动波的振幅等。
(5)改善特殊土的不良地基特性,如消除黄土的湿陷性、膨胀土的胀缩性等。
方法
现有的地基处理方法很多,对各种地基处理方法进行严格的统一分类很困难。这里仅讨论针对工程上常见的土类进行的一般性的地基处理方法。按照处理方法的作用原理,常用的地基处理方法见表。
编号 | 分类 | 处理方法 | 原理及作用 | 适用范围 |
1 | 复合地基处理 | (1)散体材料(碎石桩等)复合地基; (2)柔性桩(水泥土桩、旋喷桩、灰土挤密桩等)复合地基; (3)刚性桩(水泥粉煤灰碎石桩等)复合地基 |
在地基处理过程中,部分土体得 到增强或被置换,或在天然地基中 设置加筋体,由天然地基土体和增 强体两部分组成共同承担荷载的人 工地基 |
适用于处理淤泥、淤泥质土、黏性土、粉土、砂土及人工填土等地基 |
2 | 换填 垫层 |
砂石垫层、素土垫层、灰土垫层、工业废渣垫层、土工合成材料垫层 | 以砂石、碎石、灰土和工业矿渣等强度较高的材料,置换地基表层软弱土,提高持力层的承载力,扩散应力,减少沉降量 | 适用于处理淤泥、淤泥质土、湿陷性黄土、素填土和暗沟、暗塘等软弱土地基 |
3 | 预压法 | 天然地基预压、砂井及塑料排水带预压、真空预压、降水预压等 | 在地基中增设竖向排水体,加速地基的固结和强度增长,提高地基的稳定性;加速沉降发展,使基础沉降提前完成 | 适用于处理饱和软弱黏土层、淤泥质土、冲积土等 |
碾压及夯实 | 静力碾压、重锤夯实、机械碾压、振动压实、强夯和强夯置换 | 利用压实原理,通过机械碾压夯击,把表层地基土压实;强夯则利用强大夯击能,在地基中产生强烈冲击波和动应力,迫使土动力固结密实 | 适用于碎石土、砂土、粉土、低饱和度黏性土、杂填土等,对饱和黏性土应慎重采用 | |
4 | 振密、 挤密 |
振冲挤密、沉桩挤密、灰土挤密、砂桩、石灰桩、爆破挤密等 | 采用一定的技术措施,通过振动或挤密,使土体的孔隙减少、强度提高;必要时在振动挤密的过程中,回填砂、砾石、灰土、素土等,与地基土组成复合地基,从而提高地基的承载力,减少沉降量 | 适用于处理松砂、粉土、杂砂土及湿陷性黄土、非饱和黏性土等 |
5 | 置换及拌人 | 振冲置换、冲抓置换、深层搅拌、高压喷射注浆、石灰桩等 | 采用专门的技术措施,以砂、碎石等置换软弱土地基中部分软弱土,或在部分软弱土地基中掺入水泥、石灰或砂浆等形成加固体,与未处理部分土组成复合地基,从而提高地基承载力,减少沉降量 | 适用于处理黏性土、冲填土、粉砂、细砂等。振冲置换法限于不排水抗剪强度Cu >20kPa的地基土 |
6 | 加筋 | 土工合成材料加筋、锚固、树根桩、加筋土 | 在地基或土体埋设强度较大的土工合成材料、钢片等加筋材料,使地基或土体防止断裂,保持整体性,提高刚度,改变地基土体的应力场和应变场,从而提高地基的承载力,改善变形特性 | 适用于处理软弱土地基、填土及陡坡填土、砂土等 |
7 | 其他 | 注浆加固、冻结、托换技术、纠倾技术 | 通过特种技术措施处理软弱土地基 | 根据实际情况确定 |
天然地基是否需要进行地基处理取决于地基土的性质和上部结构对地基的要求两个方面。地基处理的对象是软弱地基和特殊土地基。软弱地基或不良地基是相对上部结构对地基的要求而言的。在土木工程建设中经常遇到的软弱土和不良土主要包括:软黏土,人工填土,部分砂土和粉土,湿陷性土,有机质土和泥炭土,膨胀土,多年冻土,盐渍土,岩溶、土洞和山区地基以及垃圾填埋土地基等。
准备
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。各种不同的地基处理方法,都有其适用性,没有哪一种方法是万能的,针对不同的地基情况应恰当地选择不同的地基处理方法。在选择地基处理方法前应完成下列工作。
(1)搜集详细的岩土工程勘察资料、上部结构及基础设计资料等。
(2)根据工程的要求和采用天然地基存在的主要问题,确定地基处理的目的、处理范围和处理后要求达到的各项技术经济指标等。
(3)结合工程情况,了解当地地基处理经验和施工条件,对于有特殊要求的工程,还应了解其他地区相似场地上同类工程的地基处理经验和使用情况等。
(4)调查邻近建筑、地下工程和有关管线等情况。
(5)了解建筑场地的环境情况。
步骤
地基处理方法的确定宜按下列步骤进行。
(1)根据结构类型、荷载大小及使用要求,结合地形地貌、地层结构、土质条件、地下水特征、环境情况和对邻近建筑的影响等因素进行综合分析,初步选出几种可供考虑的地基处理方案,包括选择两种或多种地基处理措施组成的综合处理方案。
(2)对初步选出的各种地基处理方案,分别从加固原理、适用范围、预期处理效果、耗用材料、施工机械、工期要求和对环境的影响等方面进行技术经济分析和对比,选择最佳的地基处理方法。
(3)对已选定的地基处理方法,宜按建筑物地基基础设计等级和场地复杂程度,在有代表性的场地上进行相应的现场试验或试验性施工,并进行必要的测试,以检验设计参数和处理效果。如达不到设计要求,应查明原因,修改设计参数或调整地基处理方法。
规范
《建筑地基处理技术规范》是2013年中国建筑工业出版社出版的图书,作者是中华人民共和国住房和城乡建设部。该书是城乡建设部所制订的建筑地基处理技术规范。
中华人民共和国行业标准:建筑地基处理技术规范 (JGJ 79-2012)》的主要技术内容是:1.增加处理后的地基应满足建筑物承载力、变形和稳定性要求的规定;2.增加采用多种地基处理方法综合使用的地基处理工程验收检验的综合安全系数的检验要求;3.增加地基处理采用的材料,应根据场地环境类别符合耐久性设计的要求;4.增加处理后的地基整体稳定分析方法;5.增加加筋垫层设计验算方法;6.增加真空和堆载联合预压处理的设计、施工要求;7.增加高夯击能的设计参数;8.增加复合地基承载力考虑基础深度修正的有粘结强度增强体桩身强度验算方法;9.增加多桩型复合地基设计施工要求;10.增加注浆加固;11.增加微型桩加固;12.增加检验与监测;13.增加复合地基增强体单桩静载荷试验要点;14.增加处理后地基静载荷试验要点。
检测
目前各种地基处理方法在工程实践中得到了大量应用,取得了显著的技术效果和经济效益。但是由于地基处理问题的复杂性,一般还难以对每种方法进行严密的理论分析,还不能在设计时作精确的计算与设计,往往只能通过施工过程中的监测和施工后的质量检验来保证工程质量。因此,地基处理现场监测和质量检验测试是地基处理工程的重要环节。
地基处理施工过程中的现场监测对某些地基处理方法来说是很重要的,有时甚至是必不可少的。例如,强夯处理施工时的振动监测和排水固结法施工中的孔隙水压力监测。
为有效控制地基处理的施工质量,规范对每一种地基处理方法都规定了施工过程中的检测方法。例如,石灰桩的施工检测可采用静力触探、动力触探试验,检测部位为桩中心及桩间土。
对地基处理的效果检验,应在地基处理施工结束后,经过一定时间休止恢复后再进行。因为地基加固后有一个时效作用,复合地基的强度和模量的提高往往需要一定的时间。效果检验的方法有:载荷试验、钻孔取样、静力触探试验、动力触探试验、标准贯入试验、取芯试验等。有时需要采用多种手段进行检验,以便综合评价地基处理效果。
现场监测主要测试内容通常为地面沉降和深层沉降,地面水平位移和深层土体侧向位移,地基土强度,地基土中孔隙水压力等。对某一具体工程,需要周密计划,根据监测目的,合理确定测试项目和监测点的数量,满足信息化施工的要求。
展望
自20世纪80年代以来,在土木工程建设中遇到需要进行加固的不良地基也越来越多,对地基提出了越来越高的要求。地基处理已成为土木工程中最活跃的领域之一,地基处理在我国得到了飞速发展。地基处理技术最新发展反映在地基处理技术的普及与提高、施工队伍的壮大、地基处理机械、材料、设计计算理论、施工工艺、现场监测技术,以及地基处理新方法的不断发展和多种地基处理方法综合应用等方面。
随着地基处理工程的实践和发展,人们在改造土的工程性质的同时,不断丰富了对土的特性研究和认识,从而又进一步推动了地基处理技术和方法的更新,因而成为土力学基础工程领域中一个较有生命力的分支。
近些年,通过引进国外先进的地基处理技术,吸收其原理和方法,再加上我国各地区根据工程实际研制的独特的技术工艺,使得我国的地基处理技术迅猛发展,并已跻身世界前列。展望地基处理技术的发展,在实际工作中主要考虑下述几个方面的问题。
1.研制和引进地基处理新机械,提高各种工法的施工能力
在土木工程建设中,与国外差距较大的是施工机械能力。在地基处理领域情况也是如此。深层搅拌法、高压喷射注浆法、振冲法等工法的施工机械能力上存在较大差距。随着综合国力提高,地基处理施工机械将会有较大的发展。不仅要重视引进国外先进施工机械,也要重视研制国产先进施工机械。只有各种工法的施工机械能力有了较大提高,地基处理水平才能有较大提高。
2.加强理论研究,提高设计水平
加强地基处理和复合地基理论研究,如复合地基计算理论、优化设计理论、按沉降控制设计理论等,也要加强各种工法加固地基的机理以及设计计算理论研究。这里特别要强调优化设计理论研究。地基处理优化设计包括两个层面:一是地基处理方法的合理选用;二是某一方法的优化设计。目前在这两个层面都存在较大的差距,发展空间很大。
3.发展新技术发展
地基处理新方法和复合地基新技术,还包括发展地基处理新材料,如深层搅拌专用固化剂等。
4.发展测试技术
测试技术包括各种地基处理工法本身的质量检验,以及对地基处理加固效果的评价。
地基处理和复合地基领域是土木工程中非常活跃的领域,也是非常有挑战性的领域。挑战与机遇并存,可以相信在不远的将来,地基处理技术会在普及的基础上得到较大的提高,发展到一个新的水平,我国的地基处理技术会在施工工艺、计算方法、设备创新、信息反馈、设计理论及质量检测等方面取得更大的突破。