工程特性
软弱土一般指土质疏松、压缩性高、抗剪强度低的软土(如软黏上)、松散砂土和未经处理的填土。
1.软土
软土是含水量高和饱和度高、孔隙比大、透水性低和灵敏度高的黏性土和粉土,包括淤泥、淤泥质土、有机沉积物(泥炭土和沼泽土)和其他高压缩性的黏性土和粉土。
软土的工程特性与一般黏性土不同:
(1)软土的强度是比较低的,不排水抗剪强度一般小于20kPa。其大小与土层的排水固结条件有密切的关系;
(2)软土的透水性较差,其渗透系数一般在i×10?5~i×10?7mm/s(i=1,2,…,9)之间。因此土层在自重或荷载作用下达到完全固结所需的时间很长;
(3)软土具有显著的结构性。特别是滨海相的软土,一旦受到扰动(振功、搅拌或搓揉等),其絮状结构受到破坏,土的强度显著降低,甚至呈流动状态;
(4)软土的流变性是比较明显的。在不变的剪应力的作用下,将连续产生缓慢的剪切变形,并可能导致抗剪强度的衰减。在固结沉降完成之后,软土还可能继续产生可观的次固结沉降。许多工程的现场实测结果表明:当土中孔隙水压力完全消散后,基础还继续沉降;
(5)软土的构造较为复杂。由于软土具有强度较低、压缩性较低和透水性很小等特性,因此,在软土地基上修建建筑物,必须重视地基的变形和稳定问题。
2.冲填土
冲填土系由水力冲填泥砂而形成的填土。一般是结合整治或疏浚江河航道,用高压泥浆泵将河底泥砂通过输泥管排放到地面而形成的大片冲填土层。冲填土具有以下特点:
(1)颗粒组成随泥砂来源而不同,粗细不一,有的是砂粒,但大多数情况是黏粒和粉粒;在吹泥的入口处,沉积的土粒较粗,顺着出口方向则逐渐变细;土粒沉淀后常形成约1%的坡度;
(2)由于土粒不均匀分布,以及受表面形成的自然坡度影响,因而距入口处越远,土料越细,排水越慢,土的含水量也越大;
(3)冲填土的含水量较大,一般都大于液限;
(4)冲填前原地面形状和冲填过程中是否采取排水措施对冲填土的排水固结影响很大;如原地面高低不平或局部低洼,冲填后土内水不易排出,长期处于饱和软弱状态。
3.杂填土
由于杂填土是人类活动所形成的无规则堆填物,因而具有如下特性:
(1)成分复杂。有碎砖、瓦砾和腐木等建筑垃圾,残骨、炉灰和杂物等生活垃圾和矿渣、煤渣和废土等工业底料;
(2)无规律性。成层有厚有薄,土的颗粒和孔隙有大有小,强度和压缩性有高有低;
(3)性质随着堆填龄期而变化。填龄较短的杂填土往往在自重的作用下沉降尚未稳定,在水的作用下,细颗粒有被冲刷而塌陷的可能;一般认为,填龄达五年以上的填土,性质才逐渐趋于稳定;杂填土的承载力常随填龄增大而提高;
(4)含腐殖质及水化物。以生活垃圾为主的填土,其中腐殖质的含量常较高。随着有机质的腐化,地基的沉降将增大;以工业残渣为主的填土,要注意其中可能含有水化物,因而遇水后容易发生膨胀和崩解,使填土的强度迅速降低。
在大多数情况下,杂填土是比较疏松和不均匀的,在同一建筑场地的不同位置,其承载力和压缩性往往有较大的差异。如作为地基持力层,一般须经人工处理。
处理问题
衡量地基好坏的一个主要标准就是看其承载力和变形性能是否满足要求。地基处理就是利用换填、夯实、挤密、排水、胶结和加筋等方法对地基进行加固,用以改良地基土的特性。工程实际中建筑地基所需处理的问题表现在以下几个方面:
(一)地基的强度与稳定性问题
当地基的抗剪强度不足以支撑上部结构传来的荷载时,地基就会产生局部剪切或整体滑移破坏,它不仅影响建筑物的正常使用,还将对建筑物的安全构成很大威胁,以至于造成灾难性的后果。
(二)地基的变形问题
地基在上部荷载作用下,产生严重沉降或不均匀沉降时,就会影响建筑物的正常使用,甚至引发建筑物整体倾斜、墙体开裂、基础断裂等事故。
(三)地基的渗漏与溶蚀
水库一类构筑物的地基发生渗漏就会使库内存水渗漏,严重的会引起溃坝等破坏。溶蚀会使地面塌陷。
(四)地基振动液化与振沉
强烈地震会引起地表以下一定深度范围内含水饱和的粉土和砂土产生液化,使地基丧失承载力,造成地表、地基或公路发生破坏;会造成软弱黏性土发生振沉现象,导致地基下沉。
处理目的
地基处理的目的在于:
① 提高地基的强度,增加其稳定性;
② 降低地基的压缩性,减少其变形;
③ 减少其渗漏或加强其抵抗渗透变形的能力;
④ 改善地基的动力特性,提高其抗震性能。
处理方法
软弱地基的处理的方法主要包括为:换填垫层法、预压法、挤密法、深层搅拌法、高压喷射注浆法、灌浆法、强夯法、加筋法等。
①换填垫层法
该方法是用物理力学性质较好的岩土材料置换天然地基中的部分或全部软土层,并分层夯实成低压缩性的地基持力层,地基持力层有利于防止地基的冻胀,有利于提高地基的承载能力,也有利于加速软土的排水固结,同时也有利于减少地基的沉降量。
②预压法
预压法有两种分类方法,一种是堆载预压法,另外一种是砂井预压法。此种方法有利于利用外载作用,提高软土的排水固结,增强它的抗剪强度和能力。由于预压目的不同,需要采用不同的预压方式。如果利用预先荷载加压,能够减少建筑物的沉降量;如果利用建筑物本身的荷载分级加荷进行预压,能够增加地基强度和提高地基的承载能力。砂井预压法是在软土层中按一定距离设置砂井来改变软土层的排水边界条件,该方法可以加速软土的固结,缩短预压时间。该方法是在通过在软土层中按一定的距离设置砂井,通过设置的砂井来改变软土层的排水条件,排水条件的提高有利于加速软土的固结,有利于减少预压的时间。
③挤密法
该方法是通过望土中打入桩管成孔,并把填入孔中的砾石等材料捣实。此种方法主要针对的是含砂粒、瓦屑的杂填土等较多的松散土地基,对于粘性大的饱和软土地基不太合适。
④深层搅拌法
该方法通过水泥、石灰等建筑材料的固化剂,运用深层搅拌机械对各种材料进行搅拌,使得固化物和软土搅拌均匀,从而产生一系列的物理或者化学反应,这样就能够使得软土强度大大高于天然强度,其压缩性、渗水性比天然软土大大降低。该方法适合于各种成因的软土层,尤其是对于厚度较大的饱和软黏土。
⑤高压喷射注浆法
该方法是使用较大的压力,把水泥浆液从管路中喷射而出,该方法能够通过切割破坏土体,并能和土拌和均匀,并产生部分的置换作用,通过自然凝固后成为拌和桩体,并与地基形成良好的复合地基。
⑥灌浆法
该方法通过运用钻机成孔,根据需要灌浆的合适的深度,把注浆管慢慢放入孔中,并使得钻孔的周围和顶部用东西封死,然后开始启动压力泵,往孔隙和岩石的间隙中注入搅拌均匀的水泥浆。
⑦强夯法
该方法能够通过较大的压力和冲力对地基产生很大的作用,从而使得地基得到加固,使得的土的压缩性进一步缩小,增大了地基的强度,使得地基的抗液化的能力得到加强,大大降低和消除黄土的是湿陷性。同时,该方法有利于使得土层均匀,预防以后出现的差异沉降。
⑧加筋法
该方法是运用强度较大的条带、纤维等土工聚合物埋入土层中,它有利于增加地基的承载力,降低或者消除地基的沉降量,提高建筑物的稳定能力。对于强度较大的土工合成材料,使得地基能够承受更大的抗拉力,减少地基的断裂的可能,使得地基的整体性和刚度得到进一步增强,增强地基的承载能力,改善地基土体的应力场和应变场。该方法适合于各种软土地基和各种高填土等。
建筑措施
在满足使用和其他要求的前提下,软弱地基上的建筑体型应力求简单。当软弱地基上的建筑体型比较复杂时,宜根据其平面形状和高度差异情况,在适当部位用沉降缝将其划分成若干个刚度较好的单元;当高度差异或荷载差异较大时,可将两者隔开一定距离,当拉开距离后的两单元必须连接时,应采用能自由沉降的连接构造。
当建筑物设置沉降缝时,应符合下列规定:
(1)建筑物的下列部位,宜设置沉降缝:
① 建筑平面的转折部位;
② 高度差异或荷载差异处;
③ 长高比过大的砌体承重结构或钢筋混凝土框架结构的适当部位;
④ 地基土的压缩性有显著差异处;
⑤ 建筑结构或基础类型不同处;
⑥ 分期建造房屋的交界处。
(2)沉降缝应有足够的宽度,沉降缝宽度可按表选用。
房屋层数 | 沉降缝宽度 |
2~3 | 50~80 |
4~5 | 80~120 |
>5 | ≥120 |
相邻高耸结构或对倾斜要求严格的构筑物的外墙间隔距离,应根据倾斜允许值计算确定。
建筑物各组成部分的标高,应根据可能产生的不均匀沉降采取下列相应措施:
① 室内地坪和地下设施的标高,应根据预估沉降量予以提高。建筑物各部分(或设备之间)有联系时,可将沉降较大者标高提高;
② 建筑物与设备之间应留有净空。当建筑物有管道穿过时应预留孔洞,或采用柔性的管道接头等。
结构措施
(一)减少建筑物沉降和不均匀沉降的措施
为减少建筑物沉降和不均匀沉降,可采用下列措施:
(1)选用轻型结构,减轻墙体自重,采用架空地板代替室内填土;
(2)设置地下室或半地下室,采用覆土少、自重轻的基础形式;
(3)调整各部分的荷载分布、基础宽度或埋置深度;
(4)对不均匀沉降要求严格的建筑物,可选用较小的基底压力。
(二)增强整体刚度和承载力的措施
对于建筑体型复杂、荷载差异较大的框架结构,可采用箱基、桩基础、筏基等加强基础整体刚度,减少不均匀沉降。对于砌体承重结构的房屋,宜采用下列措施增强整体刚度和承载力:
(1)对于3层和3层以上的房屋,其长高比L/Hf不宜大于2.5;当房屋的长高比为2.5<L/Hf≤3.0时,宜做到纵墙不转折或少转折,并应控制其内横墙间距或增强基础刚度和承载力。当房屋的预估最大沉降量不大于120mm时,其长高比可不受限制;
(2)墙体内宜设置钢筋混凝土圈梁或钢筋砖圈梁;
(3)在墙体上开洞时,宜在开洞部位配筋或采用构造柱及圈梁加强,圈梁应按下列要求设置:
① 在多层房屋的基础和顶层处应各设置一道,其他各层可隔层设置,必要时也可逐层设置。单层工业厂房、仓库,可结合基础梁、连系梁、过梁等酌情设置。
② 圈梁应设置在外墙、内纵墙和主要内横墙上,并宜在平面内连成封闭系统。
利用与处理
(一)利用软弱土层作为持力层时应符合的规定
1.对于淤泥和淤泥质土,宜利用其上覆较好土层作为持力层,当上覆土层较薄,应采取避免施工时对淤泥和淤泥质土扰动的措施。
2.对于冲填土、建筑垃圾和性能稳定的工业废料,当均匀性和密实度较好时,可利用其作为轻型建筑物地基的持力层。
(二)局部软弱土层及暗塘、暗沟等的处理方法
当地基承载力或变形不能满足设计要求时,地基处理可选用机械压实、堆载预压、真空预压、换填垫层或复合地基等方法。处理后的地基承载力应通过试验确定。
1.机械压实,包括重锤夯实、强夯、振动压实等方法,可用于处理由建筑垃圾或工业废料组成的杂填土地基,处理有效深度应通过试验确定。
2.堆载预压,可用于处理较厚淤泥和淤泥质土地基。预压荷载宜大于设计荷载,预压时间应根据建筑物的要求及地基固结情况确定,并应考虑堆载大小和速率对堆载效果和周围建筑物的影响。采用塑料排水带或砂井进行堆载预压和真空预压时,应在塑料排水带或砂井顶部做排水砂垫层。
3.换填垫层(包括加筋垫层),可用于软弱地基的浅层处理。垫层材料可采用中砂、粗砂、砾砂、角(圆)砾、碎(卵)石、矿渣、灰土、黏性土,以及其他性能稳定、无腐蚀性的材料。加筋材料可采用高强度、低徐变、耐久性好的土工合成材料。
4.复合地基设计应满足建筑物承载力和变形要求。