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中圖分類號:U412.36+6 文獻標(biāo)識碼:A 文章編號:
一.引言
采用振沖碎石樁來加固松軟土地基,這樣可以形成復(fù)合土體或者符合地基,能夠有效的增強地基的穩(wěn)定性,可以提高地基的承載力,能有效防止地基的沉降,除此之外還可以增加建筑物的抗震能力。本文結(jié)合樂自高速公路的具體工程,對振沖碎石樁施工的工藝進行較全面的探討。
二.樂自高速公路工程概況
樂自高速公路是《四川省高速公路網(wǎng)規(guī)劃》中漢源-樂山-自貢橫線高速公路的重要組成部分,是連接川南樂山、自貢兩個較大規(guī)模城市的重要通道,該橫線高速公路先后與縱向布局的樂宜、內(nèi)宜高速公路以及規(guī)劃的仁壽經(jīng)沐川至新市聯(lián)絡(luò)線相交,可實現(xiàn)多條高速公路之間的相互轉(zhuǎn)換和聯(lián)系,并與國家高速公路網(wǎng)相接,對完善四川省和區(qū)域高速公路網(wǎng)、增強川南地區(qū)城市之間的聯(lián)系、增加川西南地區(qū)出省路徑的選擇具有重要意義。
樂自高速公路工程七合同段由山東省路橋集團有限公司承建,本合同段位于榮縣境內(nèi),跨越來牟、長山兩鎮(zhèn)。本合同段內(nèi)含長山互通區(qū)一處、長山停車區(qū)一處,主線全長為8.98公里。軟基處理面積9.3萬平方米,塑料排水板8.3萬延米,碎石樁3.5萬延米,換填砂礫石2.8萬方。在整個工程中存在大量的軟土地基,處理這些地基都是采用振沖碎石樁法來加固地基的。
三.軟土地基的力學(xué)特性
我們所說的軟土主要有幾個特點:透水性比較小、可壓縮性高、抗剪強度十分低,軟土主要以散泥土質(zhì)為主,其主要是在流動較慢的河流中,或者湖泊中沉積,之后由于生他作用而形成。這種土質(zhì)的天然空隙要大于1,而壓縮性系數(shù)則大于0.05平方厘米沒千克。它的不排水性抗剪強度則小于30 kpa,如果其天然孔隙比大于1.5那么就成為了淤泥,當(dāng)其天然孔隙比處于1和1.5之間時則為淤泥質(zhì)土。在軟土中含有大量的飽和水,其土質(zhì)可能成流塑的狀態(tài),這種土質(zhì)最主要的特質(zhì)是強度低、透水性小以及壓縮性高。正是因為這樣所以軟土地基的穩(wěn)定性十分差,其承載力不足,很容易發(fā)生沉降,致使工程遭到破壞。
四.振沖碎石樁的加固原理
如下圖所示,按一定間距排列打了許多樁體的土層稱“復(fù)合土層”,由復(fù)合土層組成的地基稱為“復(fù)合地基”。如果軟弱土層不太厚,樁體可以貫穿整個軟弱土層,直達相對硬層。如果軟弱土層比較厚,樁體也可不穿過整個軟弱土層,這樣,軟弱土層只有部分厚度轉(zhuǎn)變?yōu)閺?fù)合土層,其余部分仍處于天然狀態(tài)。
1.當(dāng)軟弱土層比較薄時的加固原理
當(dāng)軟土層比較薄時,這是樁體就可以直接被打到比較硬的土層,這樣就可以集中樁體的應(yīng)力作用,我們知道樁體的壓縮模量要大于軟土的壓縮模量,困而通過基礎(chǔ)傳給復(fù)合地基的外加壓力隨著樁、土的等量變形會逐步集中到樁上去,從而使軟弱土負(fù)擔(dān)的壓力相應(yīng)減少。這樣就可以有效提高復(fù)合地基的承載力,同時減少了其壓縮性,這樣就可以使軟地基加固。
2.軟弱土層較厚時的加固原理
如果遇到的軟土層比較厚時,這是樁體是不可能達到硬層深度的,也就是相對的硬層和復(fù)合土層不相接觸時。該墊層把荷載引起的應(yīng)力向周圍橫向擴散,使應(yīng)力分布趨于均勻.這樣就可以有效提高復(fù)合地基的承載力,同時減少了其壓縮性,這樣就可以使較厚軟地基得以加固。
五.振沖碎石樁施工技術(shù)分析
1.處理范圍
首排碎石樁距基礎(chǔ)外緣60cm,處理長度為基礎(chǔ)外緣50 m,第一個20 m段碎石樁間距2 m,第二個20 m段碎石樁間距2.2 m,第三個10 m段碎石樁間距2.5 m,碎石樁處理寬度為坡角以外0.5 m。每米碎石用量為:π×(0.8×0.8÷4)×1.35=0.678 平方米。填料可選用天然級配,但不能采用單級配料,含泥量不超過10%,粒徑為20至50mm。
2.施工設(shè)備
施工設(shè)備如下表:
3.施工工藝
(1)工藝流程
采用振沖碎石樁加固軟土地基的工藝流程如下:地上地下清障、地面整平;放線定樁位;樁機就位墊平、調(diào)平;閉和樁尖垂直對準(zhǔn)樁位;啟動樁錘沉管;沉管同時噴水造孔;沉到設(shè)計深度;清孔;留振10—20s拔管;反插至密實電流;成樁;移到下一根樁。
(2)施工工藝
①放線,碎石樁按正三角形布置,測量人員根據(jù)圖紙段落處理寬度及處理長度放出區(qū)域控制樁,經(jīng)測量監(jiān)理工程師確認(rèn)后,按照圖紙樁距逐點測定樁位并用長竹簽做好標(biāo)記,施工過程別注意樁位標(biāo)志。
②定位,移機到達指定樁位,閉和樁尖垂直對準(zhǔn)樁位,其偏差不大于5cm。用枕木基本墊平樁機,然后調(diào)整支腿樁管垂直地面,樁身垂直偏差不超過1.5%,施工中質(zhì)檢員進行認(rèn)真現(xiàn)場檢查并填寫檢查記錄。
③造孔,啟動供水泵及振沖器,待振沖器下端射水口出水的水壓及水量達到工藝要求時啟動振動器,使振沖器以0.5m/min至2 m/min的速度在土中徐徐下沉,造孔過程中應(yīng)始終保持振沖器處于懸掛狀態(tài),以免造成斜孔。當(dāng)造孔達到設(shè)計深度時,將振沖器提出孔口,再放至孔底,往復(fù)2至3次,使孔口泥漿變稀,清除孔內(nèi)泥土,保證填料順暢,減小樁體含泥量。
④成樁,成孔后將振沖器提離孔底30一50 cm,在孔底留振10—20 s后拔管,拔管速度控制在0.8—1.2 m/min,每次填料厚度不宜大于50cm,將振沖器下放至填料中,進行振密。這時振沖器一方面將填料振密,另一方面使填料擠入孔壁的土中,從而使樁徑過大。隨著填料的不斷擠人,孔壁土的約束力逐漸增大,當(dāng)約束力與振沖器產(chǎn)生的振力相等,樁徑不再擴大時,繼續(xù)振密,振沖器電機的電流值迅速增大,當(dāng)電流達到密實電流時認(rèn)為該深度的樁體已經(jīng)密實。樁體密實電流根據(jù)現(xiàn)場情況確定。
五.結(jié)束語
樂自高速公路對完善四川省和區(qū)域高速公路網(wǎng)、增強川南地區(qū)城市之間的聯(lián)系、增加川西南地區(qū)出省路徑的選擇具有重要意義。在這個施工的過程中處理軟土地基是一個較大的難題,本文就以樂自高速的軟土地基處理為背景作了簡單的闡述,具體的介紹了施工的技術(shù)要點以及質(zhì)量控制方法。雖然隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展,科學(xué)技術(shù)的不斷進步,我國對于軟土地基的處理方法也有了較大的發(fā)展,振沖碎石樁加固法的應(yīng)用也越來越廣,但是在具體的施工過程中也還存在許多的問題,這需要行業(yè)的專家以及施工的工作人員,在具體的工作中不斷的探索,不斷的發(fā)現(xiàn)問題解決問題,只有這樣才能使得技術(shù)不斷的科學(xué)化。
參考文獻:
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中圖分類號:TU74 文獻標(biāo)識碼:A 文章編號:
一.引言
隨著我國科學(xué)技術(shù)的不斷進步,建筑行業(yè)技術(shù)的不斷革新,目前處理軟基土質(zhì)地基的方法有了較好的效果,當(dāng)前比較流行的方法是水泥攪拌樁加固法,這種方法對軟體地基的實用性比較輕,而且效果比較好,這樣可以形成復(fù)合土體或者符合地基,能夠有效的增強地基的穩(wěn)定性,可以提高地基的承載力,能有效防止地基的沉降,除此之外還可以增加建筑物的抗震能力。對于提高軟土地基的承載力防止地基沉降具有較好的效果。
二.路橋施工中水泥攪拌樁的成樁原理
水泥攪拌樁使用特別制造的鉆桿或者鉆頭,鉆進地基一定的深度,噴出漿,邊噴、邊攪、邊上提,從而使得水泥漿沿著鉆孔深度和地基土強行拌和,使之發(fā)生一系列的化學(xué)反應(yīng),從而產(chǎn)生固結(jié)體,這樣就可以達到軟基加固的作用。
1.水泥的水解和水化反應(yīng)
普通的硅酸鹽水泥含有水硬性膠結(jié)材料,這種材料含有的礦物主要有氧化鈣、三氧化二鋁、二氧化硅、三氧化硫以及三氧化二鐵等等。當(dāng)水和水泥一起攪拌成為水泥漿時,這時水泥顆粒表面的這些礦物會和水發(fā)生水解以及水化反應(yīng),從而生成其他的水化物。這些水化物都是迅速溶于水的,這樣會使水泥顆粒的表面暴露,使之繼續(xù)和水發(fā)生反應(yīng)。
2.水泥水化物與粘土顆粒的化學(xué)作用
水泥水化物凝膠顆粒的一部分與周圍具有一定活性的粘土顆粒發(fā)生反應(yīng),另一部分逐漸自身凝結(jié)硬化形成水泥石骨架。
(1)團?;饔?/p>
土中的二氧化硅遇到水會形成硅膠微粒,經(jīng)過一系列的化學(xué)反應(yīng),會使得較小的顆粒逐步形成較大的土團粒。且水泥水化生成的氫氧化鈣等凝膠粒子,這些物質(zhì)的表面比較大,而且具有較強的吸附活性,這樣土團粒就會進一步的互相結(jié)合。
(2)凝硬作用
當(dāng)溶液中析出的鈣離子的數(shù)量超過離子交換所需數(shù)量時.其多余部分便與粘土礦物中的一部分或大部分膠態(tài)二氧化硅或膠態(tài)三氧化二鋁進行反應(yīng).生成不溶于水的穩(wěn)定的硅或鋁鈣結(jié)晶化合物.在水中逐漸硬化.且強度增長.由于其結(jié)構(gòu)較致密。水不易侵入.使得水泥土具有一定的水穩(wěn)性.
(3)碳酸化作用
溶液中游離的氫氧化鈣與空氣和水中的二氧化碳反應(yīng)生成不溶于水的石灰石。它能增加土的強度,但其反應(yīng)速度較慢,通過上述一系列化學(xué)反應(yīng)形成具有整體性、水穩(wěn)性和一定強度的水泥樁體。
三.影響水泥攪拌樁強度的主要因素
1.土中含水量的多少
我們知道天然土中含水量越小,那么水泥土的抗壓強度就會越高,反過來在水泥摻入相對比較少時,天然土中的含水量對強度的影響相對比較小一點。所以天然土的含水量是直接影響水泥土的強度的,同時還與水泥的摻入比例有關(guān)。
2.土的化學(xué)性質(zhì)
我們知道土的化學(xué)成份中,比如土的酸堿度、土中有機質(zhì)的含量,土中硫酸鹽含量等等這些因素對加固土強度的影響都比較大。酸性的土壤(PH
四.水泥攪拌樁的設(shè)計
1.攪拌樁的設(shè)計
(1)布樁范圍:由路基中心線向兩側(cè)布置樁位,必須保證樁距。且路基范圍最外一排樁不得大于設(shè)計樁距,必要時加密。
(2)布樁型式:采用柱樁,正方形布置。
2.確定攪拌樁長及樁間距
(1)樁長L
根據(jù)樁頂設(shè)計標(biāo)高位于地面以下0.5 m。地面以下6.0m為中密砂層,故限制水泥攪拌樁加固深度。故先確定樁長L=6-0.5=5.5m,再計算單樁承載Rkd及水泥土的抗壓強度。
(2)確定樁問距a
①首先確定樁的置換率m
②再確定每根樁承擔(dān)的處理面積A
③最后確定樁間距a
五.水泥攪拌樁加固料摻入料的確定
1.水泥攪拌樁的配合比
施工前按照現(xiàn)場取土樣進行室內(nèi)配比試驗,以確定符合現(xiàn)場地質(zhì)條件及樁體強度要求的水泥摻入量。
2.提升速度
經(jīng)現(xiàn)場工藝試樁記錄和提升速度與水泥攪拌樁的均勻性和功效進行對比,采用最佳提升速度0.8 m每分鐘。單位時間內(nèi)水泥漿液的噴出量:現(xiàn)場取土樣進行試配和對其物理力學(xué)性能分析,取水泥最佳摻入比為14%.土樣的重度為18.9 KN每立方米。
3.任意一點的攪拌次數(shù)
攪拌軸葉片垂直投影高度是0.2 m,攪拌軸葉片總數(shù)是4片,根據(jù)這些提供的參數(shù)代人t=h∑z?n/v得出土體中任意一點經(jīng)攪拌軸攪拌的次數(shù)為50次。
六.水泥樁的施工工藝
在具體的施工中為加強水泥攪拌樁的密實度??梢圆捎盟臄噧蓢姷姆椒?,其效果比較明顯。具體的施工程序如下:
1.在作業(yè)時必須要保證機械的平穩(wěn),特別是在樁機就位深層攪拌機到達樁位對中,要保證機械的水平。
2.在噴漿鉆進攪拌下沉的時候必須按照摻入比以及水灰比來拌制水泥漿。并且要把水泥漿倒入集料斗備噴。
3.提高攪拌頭自樁底的反轉(zhuǎn)能力,使之一邊旋轉(zhuǎn)一邊勻速的攪拌提升,直到設(shè)計樁頂標(biāo)的高度。
4.重復(fù)噴漿鉆進攪拌水泥漿隨攪拌頭再次旋轉(zhuǎn)攪拌下沉而噴入地基,直到樁底標(biāo)高,并噴完剩余的水泥漿。
5.在施工時重復(fù)的攪拌同時提升將攪拌機,做到一邊旋轉(zhuǎn)一邊提升。之后又回到設(shè)計樁的標(biāo)高,制樁完畢,又進行下一輪的操作循環(huán)。
七.?dāng)嚢铇顿|(zhì)量控制的幾個方面
1.水泥漿體拌制完后應(yīng)防止其發(fā)生離析現(xiàn)象。
2.施工中岡故障停漿時,應(yīng)將攪拌機下沉至停漿點以下0.5 m,待恢復(fù)供漿時再攪拌提升。
3.當(dāng)噴漿口到達設(shè)計樁頂標(biāo)高時,應(yīng)停止提升,攪拌數(shù)秒,以保證樁頭的均勻密實。
4.做好每一根樁的施工記錄,深度記錄誤差不大于50mm,時間記錄誤差不大于5s。
八.?dāng)嚢铇顿|(zhì)量檢驗
1.施工允許偏差樁身垂直偏差:不大于1%。樁位偏差:不大于50 mm。樁徑偏差:不大于4%。樁頂標(biāo)高:應(yīng)超高500ram。樁底標(biāo)高:應(yīng)超深100 iIlln一200 mm。
2.施工過程檢驗。經(jīng)常檢查施工記錄,根據(jù)每一根樁的水泥用量、水泥漿液的均勻性、攪拌次數(shù)和時間及成樁深度等對質(zhì)雖進行評價。
3.施工后質(zhì)量榆查:
(1)一般在成樁后28 d齡期,抽檢總樁數(shù)的2%,用地質(zhì)鉆機鉆取芯樣觀察其連續(xù)性和攪拌均勻程度并制成試件進行無側(cè)限抗壓強度試驗;
(2)場地復(fù)雜或施工有問題的樁,進行單樁倚載試驗,檢驗其承載力;
(3)施工后28天,對攪拌樁進行抽檢。經(jīng)鉆芯取樣和靜載試驗,均達到設(shè)計要求。
九.結(jié)束語
交通是經(jīng)濟發(fā)展的先行官,國家也越來越重視道路的建設(shè)。伴隨著我國公路建設(shè)的飛速發(fā)展,也有越來越多的公路投入使用。但是調(diào)查顯示路橋地基沉降的現(xiàn)象已經(jīng)十分的普遍,高速公路尤為突出。特別是軟土地基處顯得格外嚴(yán)重,已經(jīng)嚴(yán)重的影響到道路的行車的安全。為了減少路橋地基的沉降現(xiàn)象,水泥攪拌樁在路橋施工技術(shù)中的應(yīng)用越來越廣。但是,雖然隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展,科學(xué)技術(shù)的不斷進步,我國對于軟土地基的處理方法也有了較大的發(fā)展,水泥攪拌樁加固法的應(yīng)用也越來越廣,但是在具體的施工過程中也還存在許多的問題,這需要行業(yè)的專家以及施工的工作人員,在具體的工作中不斷的探索,不斷的發(fā)現(xiàn)問題解決問題,只有這樣才能使得技術(shù)不斷的科學(xué)化。
參考文獻:
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1 預(yù)應(yīng)力管樁概述
預(yù)制混凝土樁基工程與一般基礎(chǔ)工程相比,具有樁材質(zhì)量好、施工快、對工程地質(zhì)條件適應(yīng)性強、場地文明等特點,被廣泛應(yīng)用于各類建筑物和構(gòu)造物的基礎(chǔ)工程上;預(yù)應(yīng)力管樁主要以承載力和沉降控制為主。由于預(yù)應(yīng)力管樁造價較一般的水泥土樁要高,同時樁身強度大,承載力高;預(yù)應(yīng)力管樁樁徑變化靈活,對于軟土地基常有砂層夾雜的情況,預(yù)應(yīng)力管樁樁徑選擇不宜過小,防止當(dāng)處理深度較大時出現(xiàn)樁體受彎斷裂的現(xiàn)象;管樁施工工藝一般為振動法和靜壓法,對于擴建工程施工宜采用靜壓法施工;對本項目部分軟基處理較深(15~24m)的情況,預(yù)應(yīng)力管樁不失為一個較好的選擇。
2 工程概況
佛開高速公路于1996年12月正式建成通車,是同三國道主干線中的重要組成部分。經(jīng)過多年的營運,服務(wù)己接近飽和,目前正在實施拓寬擴建,見圖1。佛開高速公路擴建范圍謝邊(K0+138)~三堡(K46+600),路線長46.462km,按八車道標(biāo)準(zhǔn)沿現(xiàn)有高速公路兩側(cè)或單側(cè)加寬。由于軟基路段長約16km,軟基深厚,軟土性質(zhì)差,因此軟基處理是工程的控制性因素。
佛開高速公路部分舊路堤為吹填砂路堤,從路肩鉆孔觀察,原填砂為細(xì)砂~中粗砂組成,松散狀,較為潮濕。針對佛開高速公路擴建謝邊(K0+138)~三堡(K46+600)段改建工程的路基特點,采用什么方法對新建軟弱路基進行處理,是本文需解決的問題。
3 管樁地基承載力設(shè)計計算
3.1 承載力計算
PHC樁復(fù)合地基承載力特征值,應(yīng)通過現(xiàn)場復(fù)合地基載荷試驗確定,初步設(shè)計時也可按下式估算:
(1)
式中:――復(fù)合地基承載力特征值,kPa;
――面積置換率;
――單樁豎向承載力特征值,kN;
――樁的截面積,m2;
――樁間土承載力折減系數(shù),宜按地區(qū)取值,如無經(jīng)驗時可取0.75~0.95,天然地基承載力較高時取大值;
――處理后樁間土承載了特征值,kPa,宜按當(dāng)?shù)亟?jīng)驗取值,如無經(jīng)驗時,可取天然地基承載力特征值。
3.2 管樁復(fù)合地基沉降量計算
在各類實用計算方法中通常把復(fù)合地基沉降量分為部分圖2所示圖中h為復(fù)合地基加固區(qū)厚度,z為荷載作用下地基壓縮層厚度。復(fù)合地基加固區(qū)的壓縮量記為s1,地基壓縮層厚度內(nèi)加固區(qū)下臥層厚度為(z-h),其壓縮量記為s2。于是在荷載作用下復(fù)合地基的總沉降為兩部分之和。
至今提出的復(fù)合地基沉降實用計算方法中,對下臥層壓縮量s2,大多采用分層總和法計算,而對加固區(qū)范圍內(nèi)土層的壓縮量s1則針對各類復(fù)合地基的特點,采用一種或幾種計算方法計算。加固區(qū)土層壓縮量s1的計算方法主要有復(fù)合模量法和應(yīng)力修正法;下臥層土層壓縮量s2的計算方法主要有壓力擴散法和等效實體法。
3.3 工程分析
結(jié)合本工程,管樁主要設(shè)計參數(shù)如下:管樁型號C80-PHC-A400,先張法薄壁預(yù)應(yīng)力混凝土管樁。托(蓋)板混凝土強度C25;褥墊層材料為碎石墊層,厚0.6m,褥墊層中鋪2層TGSG20-20雙向拉伸土工格柵。管樁單樁設(shè)計承載力300kN,各施工段大規(guī)模施工前,宜進行試樁及承載力試驗,以確定具體工藝和參數(shù)。管樁施工工藝一般為振動法和靜壓法,對于擴建工程施工宜采用靜壓法施工。
下面對佛開高速公路管樁復(fù)合地基處理段進行計算。工程地基參數(shù)采用K40+600斷面,具體見表1。該段原設(shè)計預(yù)應(yīng)力管樁間距為3.0m,按正方角形布置,樁外徑40cm,樁長16m,樁身模量36GPa,承臺面積1.2m×1.2m=1.44m2。碎石褥墊層厚60cm,墊層模量55MPa。填土高度4.68m。
4 施工質(zhì)量控制
4.1 樁長控制及檢查
根據(jù)地質(zhì)資料的樁長對每個樁進行配樁,同時在每個樁的施工前,對第一條樁適當(dāng)?shù)嘏溟L些,以便掌握該地方的地質(zhì)情況,其它的樁可以根據(jù)該樁的入土深度或加或減,使能合理地使用材料,節(jié)約管樁。PHC樁屬地下隱蔽工程,保證每根樁都達到設(shè)計深度。在PHC樁壓入前,檢查其長度規(guī)格和長度組合是否滿足設(shè)計文件要求,可以在PHC樁的端部用紅色油漆做出長度和樁位標(biāo)記。壓樁按“從內(nèi)側(cè)向外側(cè)、先長樁后短樁”的順序施工,在壓后一排樁之前要檢查前一排樁的偏位情況。壓樁結(jié)束后,通過錘球法來檢查樁的打入深度,并記錄每個樁位的實測深度。
4.2 樁身垂直度控制及檢查
壓樁過程中,樁身必須始終保持垂直。施工時應(yīng)在距樁機約20m處,成90度方向設(shè)置經(jīng)緯儀各1臺,檢查樁身垂直度并記錄。
4.3 施工過程控制及檢查
PHC樁起吊時,現(xiàn)場檢查堆放場地、起吊方法,防止樁斷裂或環(huán)裂。施工過程中,施工人員檢查和記錄靜壓機壓力表讀數(shù)、壓樁速度,若出現(xiàn)異常應(yīng)及時停止并報告監(jiān)理。接樁、焊接時,應(yīng)檢查樁身垂直度、焊縫質(zhì)量。送樁時應(yīng)檢查送樁深度,并復(fù)核樁頭標(biāo)高是否達到設(shè)計要求。
4.4 壓樁標(biāo)準(zhǔn)
在施工前,先詳細(xì)的研究地質(zhì)資料,選擇有代表性的三個樁位,進行試樁,第一條連續(xù)壓到設(shè)計極限單樁承壓力,第二、第三條只壓到設(shè)計值的60%左右,(每入±lm讀取壓力值),停機30~60分鐘后復(fù)壓,記錄復(fù)壓值(噸位)。等待7~15天后進行靜壓試驗,由建設(shè)、設(shè)計、勘察、監(jiān)理單位人員參加,合格后設(shè)計部門即可制定本工程的終壓條件。
4.5 終止壓樁的標(biāo)準(zhǔn)
一般情況下,對于摩擦樁以達到持力層(管樁的設(shè)計標(biāo)高)作為管樁終壓的標(biāo)準(zhǔn)。但當(dāng)靜壓力顯著增加時要注意提前終止,其標(biāo)準(zhǔn)定為:對于本工程中的PHC400A管樁,設(shè)計要求的承載力特征值為70t,靜壓力≥168t時可終壓。
5 結(jié)束語
通過該工程的設(shè)計和施工實踐,掌握了高強度預(yù)應(yīng)力混凝土管樁在高速公路拓寬中的施工技術(shù)和控制措施。雖然預(yù)應(yīng)力管樁復(fù)合地基在工程中己經(jīng)被廣泛的應(yīng)用,但理論研究還很不成熟。由于時間和能力限制,本文只是對其進行了初步的研究和探討,在很多方面需要改進和進一步提高。
參考文獻:
[1]朱紅兵,預(yù)應(yīng)力管樁豎向承載力的研究.浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文,2001年
中圖分類號: TU761 文獻標(biāo)識碼: A 文章編號:
一.前言
近年來,隨著經(jīng)濟的發(fā)展,特別是隨著改革開放的不斷深入,我國的經(jīng)濟建設(shè)取得了巨大的進步,相對應(yīng)的我國的建筑工程也在快速的發(fā)展著。建筑工程是現(xiàn)代社會中發(fā)展最為迅速的工程,但是在建筑工程中對于地基的處理一直是一個問題,這關(guān)系到建筑工程的整體質(zhì)量。因此如何處理好建筑工程中的地基問題就變得十分重要了,本文筆者主要結(jié)合自己多年來的研究經(jīng)驗及實際工作經(jīng)驗,對于建筑工程地基處理施工技術(shù)進行分析,希望對于相關(guān)方面具有一定的作用。
二.地基處理技術(shù)分類探析
根據(jù)房屋建筑地質(zhì)環(huán)境進行地基處理,其施工原理是利用換填、夯實、擠密或振密、排水圃結(jié)、膠結(jié)、冷熱處理等方法對地基進行加固。進一步細(xì)分來看,地基處理技術(shù)還包括地基加同技術(shù)、樁基技術(shù)以及輔助的地下連續(xù)墻技術(shù)。進行地基的加固技術(shù),主要就是為了能夠增加地表的承載能力,這樣就可以很大程度上防止地基發(fā)生變形或者沉降。樁基技術(shù)的運用主要是為了將來自上面的荷載力傳導(dǎo)到地基的深部位置,這樣就可以緩沖從而消除了沖擊力。
對于地下連續(xù)墻的施工技術(shù)主要是為了輔助樁基技術(shù),主要是為其提供側(cè)向的支護。在很多的地基處理方式中,其中有一些方式主要是為了改良地基土壤從而來增加地基的抗剪切能力,使得地基的壓縮性得到降低,使地基土的透水性得到一定改善,這樣多的目的就是為了使地基的環(huán)境能夠適合進行地基加固。
三.傳統(tǒng)的地基處理方法施工基本技術(shù)
以前的地基處理方式有很多,例如起源于上世紀(jì)六十年代的法國強夯法,還有上世紀(jì)七十年代的日本創(chuàng)造的高壓噴射技術(shù),以及在上世紀(jì)九十年代我國發(fā)明的樁基技術(shù)等。上世紀(jì)的一些傳統(tǒng)的地基處理技術(shù)在現(xiàn)階段仍然廣泛的使用。但是隨著建筑對于地基處理技術(shù)的要求在不斷地提高以及建筑環(huán)境的不斷變化,就對新的地基處理技術(shù)提出了希望。以前單一的地基處理技術(shù)已經(jīng)不能夠適應(yīng)時展的需要了,因此現(xiàn)代的建筑就需要多種處理技術(shù)并用的方法。
1.強夯法與碎石樁法的結(jié)合運用
該項技術(shù)的工作原理主要是指在施工過程中,首先在填土層將碎石樁體處理好,這樣做主要是為了將基土進行擠密以及進行排水固結(jié)。接著再選擇強夯點。通過強大的沖擊可以將碎石樁體擊散,這樣就可以將碎石通過樁徑擠入到周圍的護土層,這樣會使其在地基的上面形成緊密的碎石和土相混合的硬殼層,這樣就會達到建筑物對地基強度的要求。
同時在施工過程中強夯法的應(yīng)用很重要。該方法的施工技術(shù)難點在于夯擊的次數(shù)、夯擊的深度等這些方面的把握,如果把握的不好,就會很大程度上影響夯擊的效果。在理論上來說,夯擊加固的深度是根據(jù)土層的厚度進行的。單位夯擊量必須要考慮到地基土壤的性質(zhì)、土壤的結(jié)構(gòu)類型、載荷大小以及打算夯擊的深度等這些因素。對于夯擊的次數(shù)來說,這要有地基土壤的性質(zhì)來決定,但是在通常情況下,我們可以先夯擊二到三遍,最后我們可以再進行一次小的夯擊。但是在夯擊時,每兩段夯擊之間必須要間隔一定的時間段,這樣才可以保證夯擊的效果。
2.碎石樁與CFG樁的結(jié)合運用
在文章的前半部分我們講到,樁基技術(shù)的主要作用就是將沖擊力從上往地基深部進行傳導(dǎo),這樣來提高樁基的承載力,但是單一的碎石樁基的承載力是十分有限的,在這種情況下,我們可以選用CFG樁來替代碎石樁,從而提高樁基的承載能力。這樣一來,碎石樁的作用就會轉(zhuǎn)向?qū)⑸喜康耐翆右夯瘑栴}進行處理的角度。在地基處理中,發(fā)揮好這兩種方法的優(yōu)勢,就會使地基的沉降速度得到很大的降低,同時還可以保證地基的沉降很均勻。
3. CFG樁與粉噴樁的結(jié)合運用
CFG樁法與粉噴樁法結(jié)合的作用是利用二者的圃結(jié)能力與天然地基土混合組成復(fù)合地基。這樣既能發(fā)揮CFG樁高承載力的特點,又能因為CFG樁的嵌人而使粉噴樁的側(cè)限約束作用得到增強。
另外,由于采用了粉噴樁,上部地基土的變形能力得到改善,這無疑有助于提高土體的抗剪強度,避免了CFG樁的嵌入對原先固結(jié)好的土體形成破壞。
在樁身混凝土的澆筑過程中,首先要消除水的影響,樁基水病害一般表現(xiàn)為孔底積水和孔壁積水。對孔底積水的處理可采取水泵抽取的方式,也可以采用部分干拌混凝土混合料或干水泥填入孔底的方式。而對孔壁滲水的處理,可采取在樁身混凝土澆筑前采用防水材料封閉滲漏部位。主要目的是保證混凝土質(zhì)量,提高樁身混凝土強度。
另外,樁身混凝土的密實性對混凝土的強度影響也非常重要。施工中一般采用串流筒下料及分層振搗澆筑的方法,必須力求在最短的時間內(nèi)完成樁身的澆灌,以便快于混凝土自身重量壓住水流的滲入。
四.地基處理新方法探究
1.DDC灰土擠密法技術(shù)要求
DDC灰土擠密法的原理是采用孔內(nèi)深層強夯法的施工工藝。用螺旋鉆機在孔中分層注入灰土,分層夯實成樁。同時反復(fù)錘擊使樁徑逐步擴大,最終與樁間部分土組成符合地基。復(fù)合地基主要日的是改變濕陷性黃土的打孔結(jié)構(gòu),消除地基土的濕陷性,從而提高地基土的承載力和減小地基土的變形。分析來看,DDC灰土擠密樁處理后的符合地基承載力是原天然地蕈的2倍到7倍。相較于單一的灰土樁有明顯的提高,而且其處理地基的深度大5m一40m,具有一定的推廣意義。DDC灰土擠密法主要適用于濕陷性黃土地地區(qū)的建筑施工。在非黃土地區(qū),其效果不夠顯著。
2. IFC0強制固結(jié)法
IFCO強制固結(jié)法優(yōu)勢在于大大提高困結(jié)速率。在IFC0強制圃結(jié)法中,存在排水系統(tǒng)與加壓系統(tǒng)等環(huán)節(jié)。排水系統(tǒng)為一排排縱向貫通的砂墻,有助于擴大排水通道,加快圃結(jié)速率;而加壓系統(tǒng)利用真宅壓力,大大縮短了堆載時間,而且由于真率面位于砂墻的底部。水的滲流方向與承力方向一致,從而使固結(jié)速率加快。兩個系統(tǒng)同時保證同結(jié)速率的順暢,這有助于大大縮短工期,而且混凝土質(zhì)量也得到保證。
3.粉爆灰吹填法技術(shù)要求
粉煤灰透水性強,倘若將其用于加同處理吹填土地基,可以加速吹填土的同結(jié),降低加同處理費用,縮短工期。具體的做法是,在施工中將淤泥與粉煤灰按一定的比例混合吹填,確保均勻,從而逐漸改善土的同結(jié)性質(zhì)。此種方法在青島以北廢棄已久的鹽場和灘涂上得以成功運用,開發(fā)出大片可以利用的土地。
五.結(jié)束語
建筑工程中對于地基的處理是一項關(guān)鍵的技術(shù),是建筑工程中的重要環(huán)節(jié),做好這方面的處理技術(shù),可以有效的保證建筑工程的質(zhì)量,提高工程施工的安全性和可靠性。同時做好地基施工的處理也可以使整個建筑工程的性價比得到很大的提升,提升建筑施工企業(yè)的形象。
參考文獻:
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中圖分類號:TU74 文獻標(biāo)識碼:A 文章編號:
一、房屋建筑地基質(zhì)量的施工特點
保證房屋建筑地基質(zhì)量的基礎(chǔ)是要進行認(rèn)真、科學(xué)的地址勘探工作,其特點如下:
對房屋地基的勘探要客觀、準(zhǔn)確
因為我國幅員遼闊,不同地區(qū)的地址特點差異十分巨大,比如:同樣是北方,東北主要是軟黏的黑土,而西北沙土更多些。所以針對這種情況,在進行房屋建筑施工前必須對當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)特點進行客觀、科學(xué)、合理、準(zhǔn)確的勘探,并及時記錄真實的勘探結(jié)果,確保設(shè)計人員能全面了解要施工地區(qū)的實際土質(zhì)條件。
2.對房屋整體施工的設(shè)計要科學(xué)、合理
設(shè)計者要根據(jù)當(dāng)?shù)氐奶厥獾刭|(zhì)條件,結(jié)合房屋建筑要求,通過精確的計算、分析,合理選擇施工方式、施工步驟和房屋結(jié)構(gòu),確保高質(zhì)量房屋建筑的落成。建筑地基的設(shè)計工作是建筑整體施工的重要部分,地質(zhì)勘查人員、設(shè)計人員和施工單位必須共同對地基設(shè)計的科學(xué)性、安全性、合理性做出會商。首先,勘查人員要對具體的地質(zhì)構(gòu)造、土壓力做出準(zhǔn)確判斷和計算;設(shè)計人員根據(jù)勘查報告進行具體設(shè)計,并有權(quán)對勘查報告中的數(shù)據(jù)進行質(zhì)疑,要求二次勘查;施工人員在建筑地基具體施工時,可根據(jù)具體施工時的進度、狀況隨時要求設(shè)計人員對房屋建筑的設(shè)計方案進行詳細(xì)的反思,對出現(xiàn)的問題共同協(xié)調(diào)解決。
二、房屋建筑地基基礎(chǔ)工程施工技術(shù)的應(yīng)用
1、地基基礎(chǔ)的選型
基礎(chǔ)是建筑物和地基之間的連接體,基礎(chǔ)把建筑物豎向體系傳來的荷載傳給地基。如果地基的承載力足夠,則基礎(chǔ)的分布方式可與豎向結(jié)構(gòu)的分布方式相同,但由于土質(zhì)或荷載的原因,需要采用滿鋪的片筏形基礎(chǔ)。片筏基礎(chǔ)有地基接觸面廣的優(yōu)點,但與獨立基礎(chǔ)相比,它的造價要高,基礎(chǔ)的概念都是把集中荷載分散到地基上,使荷載不超過地基的長期承載能力。如果地基非常軟弱,且建筑物較高的情況下,則需要采用片筏形基礎(chǔ),多數(shù)建筑物的豎向結(jié)構(gòu)墻、柱都可以用各自的基礎(chǔ)分別支承在土地基上。
假設(shè)地基承載力不足,屬于軟土地基,必須采取措施對軟弱地基進行處理。軟弱地基系由淤泥質(zhì)土沖填土、雜填土或其它構(gòu)成的地基,那么在勘查時應(yīng)查明軟弱土層的均勻性組成,分布范圍和土質(zhì)泥沙,根據(jù)采用的地基處理方案提供相應(yīng)參數(shù)。在初步計算時最好計算房屋結(jié)構(gòu)的大致重量,假設(shè)它均勻的分布在全部面積上,從而得到平均的荷載,可以和地基本身的承載力相比較,如果地基的容許承載力大于4 倍的平均荷載值,則用單獨基礎(chǔ)可能比伐形基礎(chǔ)更經(jīng)濟。如果地基的容許承載力小于2 倍的平均荷載值,建議采用片筏基礎(chǔ),如果介于在二者之間,則用樁基。一般情況下采用樁基的情況較多。
2、地基基礎(chǔ)施工技術(shù)與措施
當(dāng)?shù)鼗临|(zhì)為淤泥,上層土層又較薄時,應(yīng)采取避免施工中對淤泥和淤泥土擾動的措施。如果是沖填土、建筑物垃圾廢料,當(dāng)均勻性和密實度較好時均可利用作為持力層,對于有機質(zhì)含量較多的生活垃圾和對基礎(chǔ)有侵蝕性的工業(yè)度料等雜填土,未經(jīng)處理不能作為持力層。在選擇地基處理方法時,應(yīng)綜合工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件、建筑物對地基要求,建筑結(jié)構(gòu)類型和基礎(chǔ)型式,周圍環(huán)境條件、材料供應(yīng)情況,施工條件等因素,經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)比較分析后擇優(yōu)采用。
地基處理時,必須采取有效措施,加強上部結(jié)構(gòu)的剛度和強度,以增加建筑物對地基不均勻變形的適應(yīng)能力,對已確定的地基處理方法,進行必要的測試,同時為施工質(zhì)量提供相關(guān)依據(jù)。地基處理后,建筑地基變形應(yīng)滿足現(xiàn)行有關(guān)規(guī)范要求,并在施工期間進行沉降觀測;如果地基上欠固結(jié)土、膨脹土,濕陷性黃土,則選用適當(dāng)?shù)脑鰪娞钔恋鼗庸檀胧┑氖┕すに嚒?/p>
房屋基礎(chǔ)處理方案應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件,建筑物型式與功能要求,荷載大小和分布情況,相鄰建筑基礎(chǔ)情況,施工條件和材料供應(yīng)以及地區(qū)抗震裂度等綜合考慮,選擇合理的基礎(chǔ)型式。結(jié)合該房屋地基的實際情況,地基較差,荷載較大,為增強建筑物的整體性,減少不均勻沉降,同時滿足地基沉降要求,可以采用樁基或人工處理地基,但人工挖孔樁適用于地下水位較深,而持力層以上無流動性淤泥質(zhì)土者,因此采取樁基礎(chǔ)作為建筑的基礎(chǔ)比較理想。
三、常見建筑地基施工方法
1、強夯法
在采用強夯法時,首先要進行準(zhǔn)確的測量定位。在操作上,應(yīng)由施工單位試夯,確定夯點布置圖,并逐一測放夯點位置。在進行強夯前,事先要用推土機預(yù)壓2 遍,才能保證場地平整,再對場地高程進行測量,夯點布置測量放線控制確定點。如果遇到地下水位較高的情況,則使用降低地下水水位的策略?;蛟诒砻驿佋O(shè)0.5~ 2.0 m厚的砂石墊層或中粗砂,從而有效防止施工設(shè)備以及基礎(chǔ)下陷和減小夯實帶來的超孔隙水壓力。
此外,要采用分段施工的方式,堅持以一邊夯向另一邊或以邊緣夯向中央的順序。在處理地基時先夯實一遍,用推土機整平場地,并進行放線定位后即可接著進行下一次夯擊。一般來說,強夯法的加固是順序是:先深后淺,也就是先加固深層土,然后加固中層土,再加固表層土。在夯完一遍后,通常要以低能量再滿夯一遍,假如條件允許,用小型夯錘擊為最佳。另外,在夯擊時必須要按照試驗確定的實驗數(shù)據(jù),落錘應(yīng)保持平衡,保證夯位準(zhǔn)確,但是如果夯擊坑內(nèi)有積水的現(xiàn)象,必須要及時采取措施予以排除。如果夯擊地段含水量過大,先要鋪一層砂石,然后再進行夯擊。每一遍夯擊完成之后,都要用周圍的土或新土將夯擊坑填平,再開始下一遍夯擊。
2、注漿法
當(dāng)采用注漿法進行施工時,是硅化加固了的土層,通常要保留厚度約為1 m的不加固土層,以防止?jié){液上冒,必要時還要打灰土層或夯填素土。在一般情況下,灌注時漿液的壓力
應(yīng)控制在0.2~ 0.4 MPa(始)和0.8~ 1.0MPa(終)的范圍內(nèi)。對于土的加固程序:一般要堅持自上而下的原則,但是如果越往下土的滲透系數(shù)越大,則應(yīng)改為自下而上。此外,還要經(jīng)常抽查漿液里的配比和性能指標(biāo)、孔徑、注漿孔位、孔深注漿的壓力值要求等,并對檢查結(jié)果進行審核。除此之外,還要及時在編好號的孔位平面圖上對已注漿孔標(biāo)記并且注明鉆孔日期。在施工過程中,要特別注意避免出現(xiàn)漏孔的情況,如果出現(xiàn)問題,必須立即停止注漿并查找原因,調(diào)整注漿參數(shù)。
結(jié)語
施工技術(shù)的措施直接影響工程質(zhì)量和成本。在實際施工中應(yīng)該結(jié)合工程的氣候條件、工程結(jié)構(gòu)狀況、工期緊迫程度等因素,采取相應(yīng)的施工技術(shù)對策,才能有效地應(yīng)對施工問題,保證工程的進度及工程質(zhì)量。如果不提前做好應(yīng)急對策,以及制定出合理的施工流程和施工工藝,就會影響工程的質(zhì)量、進度。合理的施工技術(shù)和施工流程是保證工程質(zhì)量的前提。
【參考文獻】
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我國在利用碳纖維加固技術(shù)的研究和應(yīng)用起步較晚,發(fā)展卻很迅猛。1997年國家工業(yè)建筑診斷與改造工程技術(shù)研究中心率先開始了“碳纖維材料加固修補混凝土結(jié)構(gòu)”的試驗研究開發(fā)與應(yīng)用,并被定為國家“九五”重點科技攻關(guān)項目.隨后通過采用進口的碳纖維材料在北京、上海、遼寧、江蘇等省市進行了一些實際工程結(jié)構(gòu)的補強加固,并取得了較好的效果。
1.2纖維復(fù)合材料嵌入式加固技術(shù)
纖維復(fù)合材料嵌人式加固技術(shù)是將加固材料放人結(jié)構(gòu)表面預(yù)先開好的槽中,并向槽中注人粘結(jié)材料使之形成整體。目前國外已經(jīng)有了一定規(guī)模的研究和應(yīng)用,國內(nèi)在國家工業(yè)建筑診斷與改造技術(shù)研究中心開展了這項技術(shù)的試驗研究,但尚未應(yīng)用于工程實踐。
2.磚混結(jié)構(gòu)裂縫種類及其產(chǎn)生的原因
2.1干縮裂縫:多發(fā)生在墻面抹灰層內(nèi),一般沿墻面長度方向每隔一段距離形成一條裂縫,這種裂縫開始隨時問而發(fā)展,以后逐漸穩(wěn)定。另一種干縮裂縫則呈不規(guī)則的龜裂或呈放射狀裂縫,此類裂縫寬度較小。產(chǎn)生的原因有:①抹灰用砂過細(xì)或含泥量較大;②水泥安定性不好;③砂漿過稀,抹灰不實;④抹灰層失水過快,養(yǎng)護不好等造成抹灰層收縮較大而形成裂縫。
2.2磚墻溫度裂縫:一般有如下規(guī)律:① 頂層重,下層輕;兩端重,中間輕;向陽重,背陽輕;且這類裂縫與溫度變化有關(guān)。②磚墻溫度裂縫隨部位不同而呈不同的形狀。產(chǎn)生的原因有:① 屋面保溫層,隔熱保溫性能差;② 磚墻砂漿標(biāo)號較低,砌筑質(zhì)量較差;③結(jié)構(gòu)構(gòu)造上處理不當(dāng),如采用半圈梁 。
2.3地基下沉裂縫:一般共同規(guī)律是:下層多,上層少;縱墻多,橫墻少;外墻多,內(nèi)墻少;斜向多,豎向少。產(chǎn)生的原因有:①地基不均勻下沉;②房屋過長未留縫,沉降不一;③平面復(fù)雜,轉(zhuǎn)角較多;④ 高低層相差較大,未留沉降縫;⑤荷載與分布不均勻;⑥ 使用不當(dāng),地基浸水或地下水位上升(多發(fā)生于濕陷性黃土地區(qū));⑦ 地基施工質(zhì)量。
3.砌體裂縫的類型和防治方法
砌體結(jié)構(gòu)裂縫的類型有斜裂縫、水平裂縫和豎向裂縫三種。斜裂縫有的發(fā)生在有現(xiàn)澆混凝土挑檐的平屋頂房屋和無保溫屋蓋的房屋頂層縱墻面的兩端,一般長度在1開間~2開間范圍內(nèi),外縱墻兩端有窗時,裂縫沿窗口對角方向裂開。有的發(fā)生在底層至二層外縱墻的兩端,斜裂縫通過窗口的兩個對角向沉降量較大的方向傾斜,裂縫下大上小。水平裂縫有的發(fā)生在平屋頂屋檐下或頂層圈梁下2皮~3皮磚的灰縫位置,一般沿外墻頂部連續(xù)分布,兩端較中間嚴(yán)重。有的發(fā)生在底層至二層窗間墻的上下對角處,成對出現(xiàn),沉降量大的一邊裂縫在下,沉降量小的一邊裂縫在上。豎向裂縫發(fā)生在縱墻中央的頂部和底層窗臺處,裂縫上寬下窄。
根據(jù)裂縫產(chǎn)生的原因,要消除砌體裂縫。必須從根源上進行防治,盡可能在夏季或溫暖季節(jié),澆灌屋頂挑檐及圈梁混凝土,一般不要冬季施工。挑檐上最好做保溫層,并達到規(guī)定的厚度:這樣就能減小鋼筋與混凝士和砌體之間的溫差,避免頂部出現(xiàn)裂縫。根據(jù)建筑物的實際情況設(shè)置沉降縫、伸縮縫,提高結(jié)構(gòu)剛度和施工質(zhì)量,都能減少裂縫的發(fā)生。當(dāng)然,處理好地基是防止墻體底部出現(xiàn)裂縫最有效的方法。
4.常用建筑補強加固方法
4.1 加大截面加固法
加大截面加固法是采用與原有構(gòu)件同類的材料,通過增大截面的面積,提高構(gòu)件的承載能力和剛度,達到對原構(gòu)件進行加固的目的。
4.2 外包鋼加固法
外包鋼加固法是把型鋼或鋼板等材料包在被加固(鋼筋混凝土)構(gòu)件的外側(cè),通過外包鋼與原有構(gòu)件的共同作用,提高構(gòu)件的承載能力和剛度,達到加固的目的。
4.3 外加預(yù)應(yīng)力加固法
外加預(yù)應(yīng)力加固法是采用外設(shè)預(yù)應(yīng)力拉桿或撐桿對結(jié)構(gòu)構(gòu)件或整體進行加固的方法。它通過改變原結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布、降低結(jié)構(gòu)原有應(yīng)力水平來間接提高結(jié)構(gòu)的承載能力。
4.4 改變受力體系加固法
粘鋼加固法方法是以減小結(jié)構(gòu)的計算跨度和變形,間接提高承載能力的一種加固方法。為了減小構(gòu)件的計算跨度,常采用增設(shè)支點(包括柱支座和彈性支座)和采用托梁技術(shù),從而改變結(jié)構(gòu)的受力體系,使承載能力得以提高。
4.5 粘鋼加固法
粘鋼加固法是將鋼板用結(jié)構(gòu)膠粘貼在混凝土構(gòu)件的外部,以提高結(jié)構(gòu)承載能力的一種方法。論文參考。這相當(dāng)于構(gòu)件的體外配筋。該項技術(shù)目前已趨于成熟。
4.6粘貼纖維復(fù)合材料法
粘貼纖維復(fù)合材料加固方法與貼鋼加固法相似,只是加固用的材料是纖維復(fù)合材料,如玻璃纖維(GFRP)、碳纖維(CFRP)、芳綸纖維(AFRP)等。
強夯法常用來加固砂土、粘性土、雜細(xì)土等各類地基,可提高地基的強度并降低其壓縮性,并改善其抗振動液化能力和消除土的濕陷性。在雨水充沛的廣東地區(qū)1個新建500KV變電站的地基加固中,采用強夯法來加固新回填粘土的地基,尚屬首次。由于用強夯法加固新回填粘土地基,其加固效果存在一些質(zhì)量缺陷。在進行了原因分析后,結(jié)合工程的實際情況,提出了切實可行的處理方法。
地基基礎(chǔ)缺陷的處理應(yīng)綜合考慮下列因素:一、地基基礎(chǔ)缺陷的種類及其對建筑物使用、安全、耐久性等方面的影響;二、上部結(jié)構(gòu)的整體性、安全度、使用要求等具體情況對地基基礎(chǔ)變形的適應(yīng)性;三、地基基礎(chǔ)變形、結(jié)構(gòu)變形的數(shù)值,發(fā)展速度和趨勢;四、地基基礎(chǔ)缺陷和加固上部結(jié)構(gòu)的可能性和經(jīng)濟性。
地基基礎(chǔ)處理的措施有:對上部結(jié)構(gòu)進行維護;對上部結(jié)構(gòu)進行加固或減荷,基礎(chǔ)加固、地基加固。上述幾種措施有時不單獨采用,有時需多種措施綜合采用。這些措施的選擇,往往需要對上部結(jié)構(gòu)和地基基礎(chǔ)作全面的考慮,提出不同的方案,進行經(jīng)濟和技術(shù)上的比較,從而選擇合理的方案。必要時還應(yīng)對缺陷形成的原因及現(xiàn)實,從使用和維護上采取相應(yīng)的防范措施。
地基基礎(chǔ)缺陷處理的一般原則如下:當(dāng)?shù)鼗A(chǔ)的變形已經(jīng)趨于穩(wěn)定時,一般可不作地基或基礎(chǔ)的加固。當(dāng)?shù)鼗痪鶆虺两瞪形蹿呌诜€(wěn)定時,一般考慮“等待沉降穩(wěn)定”、“加速沉降穩(wěn)定”和“制止沉降”三種方法處理。
等待沉降穩(wěn)定的目的是不對地基基礎(chǔ)進行處理,而僅對上部結(jié)構(gòu)進行修補,從而減少地基處理費用,并避免上部結(jié)構(gòu)的再度處理造成浪費。
加速地基沉降的目的和適用條件基本上與等待地基沉降穩(wěn)定的方法相同,但可以縮短消極等待沉降穩(wěn)定所需的時間。一般適用于獨立基礎(chǔ)下的地基處理,具體做法是臨時的增加載荷,人為的有控制的進行地基浸水等。
制止沉降的目的是終止地基和上部結(jié)構(gòu)的發(fā)展。具體做法是上部結(jié)構(gòu)減荷或加固,基礎(chǔ)加大底面積,地基加固等。這些措施的單獨采用或綜合采用應(yīng)根據(jù)有關(guān)措施的適用條件并做經(jīng)濟比較后予以選定。
采用減少上部荷重的措施時,應(yīng)考慮生產(chǎn)和使用條件的具體要求,并通過地基強度、地基變形的驗算確定減荷的具體數(shù)據(jù)。在地基強度破壞喪失穩(wěn)定以及上部結(jié)構(gòu)嚴(yán)重?fù)p壞威脅安全的情況下,減荷亦可作為緊急情況下的安全措施后加固施工期間的安全措施。
上部結(jié)構(gòu)加固是當(dāng)上部結(jié)構(gòu)安全度不足時采取的必要措施。而在地基基礎(chǔ)加固比較困難時,亦可考慮用上部結(jié)構(gòu)加固替代或配合地基基礎(chǔ)的加固。其具體方法有增設(shè)圈梁等措施。
基礎(chǔ)擴大底面積的加固,適用于地基承載力不足等情況。增大底面積應(yīng)由地基強度驗算確定。當(dāng)?shù)鼗鶑姸葷M足要求而缺陷僅僅表現(xiàn)為不均勻沉降,變形過大時,采用增大基礎(chǔ)底面積的加固,主要由地基變形計算來加以確定。
在建筑結(jié)構(gòu)修繕中,地基加固常用的方法有;分批分段更換病弱地基土、加樁加固、用挖鉆孔灌樁加固、壓力灌漿加固(包括硅化法加固地基)等。地基加固方法的選定應(yīng)充分了解地基范圍內(nèi)的地質(zhì)情況。地基加固工作是在建筑物存在情況下進行的,因而施工比較困難。它既應(yīng)保護地基的加固質(zhì)量,收到極地加固的效果,又應(yīng)采取措施保證上部結(jié)構(gòu)的安全。
更換地基和震動打樁加固都可能引起地基附加沉降,上部結(jié)構(gòu)變形會有新發(fā)展。采用此類方法應(yīng)對生產(chǎn)附加地基沉降有所估計,必要時采取相應(yīng)措施,挖鉆孔灌樁,壓力灌漿加固地基不使用權(quán)地基避免受到附加影響,但施工也比較復(fù)雜。地基加固后應(yīng)做必要的質(zhì)量檢查,如貫入度實驗等。加固前加固后都應(yīng)作好沉降的觀測記錄工作。
更換病變的地基是基礎(chǔ)加固中比較直觀的一種。它適宜病變地基土層分布較淺,厚度較小的情況下采用。這種方法加固可導(dǎo)致地基的進一步沉降和破壞。因此加固施工的組織應(yīng)視具體情況分期分段逐步進行。挖除軟弱土層后常用砼、磚砌體或碎石夯實等材料加以填充。
打樁加固地基的設(shè)計原理有的是在打樁時使周圍土壤加密,有的是用樁承重,也有兩者同時采用的。被打入的樁可為木樁、鋼管樁、鋼筋砼樁等。在加固量較大時宜將樁拔出重復(fù)使用,而在樁孔內(nèi)填實粗砂、砼、石灰等材料。
挖鉆孔樁加固地基的原理相似于打樁加固地基。挖孔樁的典型方法是石灰灌樁,它用挖孔代替了打樁拔樁成孔,用生石灰吸水膨脹的原理是周圍土加密。生石灰熟化吸水也不降低地基的含水量,該方法適用于加固濕陷性黃土地基及含水率較高的軟弱地基。
壓力灌漿加固地基是將某種液體灌入地基基礎(chǔ)中,填塞孔洞,縫隙,膠結(jié)土壤顆粒,從而達到減少增大強度的目的。壓力灌漿加固地基基礎(chǔ)的具體方法很多,應(yīng)用十分廣泛。其中硅化法加固已有建筑物的地基效果很好,但費用較高,一般僅用于重要部位的加固,其原理是將硅酸鈉等溶液壓入到地基中,發(fā)生化學(xué)反應(yīng),產(chǎn)生硅膠,將土的顆粒膠結(jié)起來,從而增大地基的強度,減少其壓縮性和透水性。硅化適用于粉質(zhì)土和有一定滲透系數(shù)的粘質(zhì)土。視土紙滲透性的大小可選用三種方法:一、壓力雙液硅化法;二、電動雙液硅化法;三、壓力單液硅化法。壓力雙硅化法是將水玻璃與氯化鈣輪流壓入土中,適用滲透系數(shù)為0.1—80米/晝夜以下的各類土加固。壓力單液硅化法是將水玻璃壓入土中,適用滲透系數(shù)為0.2—2.0米/晝夜的地下水位以下的濕陷性黃土和粉沙土加固。硅化法不適用于為瀝青、油脂、石油化合物所浸透的土壤以及PH值大于0.9的土壤。施工前須作出硅化加固的施工組織設(shè)計,其內(nèi)容包括:注液管及電相管的布置和打入深度、化學(xué)溶液濃度和用量、注液方法、灌注速度以及硅化后的加固效果的估計等,必要時硅化設(shè)計前應(yīng)先做實驗。
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一.引言
軟土地基特點包括下面幾點:壓縮性強、孔隙比大、承載能力低、天然含水量高等。所以在軟弱土地基上建造起來的建筑物通常會出現(xiàn)地基變形以及強度不能滿足設(shè)計要求等問題,這就需要采取相應(yīng)的措施,對軟土地基進行有效的處理。而處理的目的就是要確保軟土地基的穩(wěn)定性,增強軟弱地基的強度,有效降低軟弱土的壓縮性,從而能夠消減地基基礎(chǔ)的沉降或者是非均勻性沉降, 使建筑物在修建完成能夠拖入正常使用,滿足對地基穩(wěn)定性和強度等方面的要求。
二.軟弱地基的處理的方法
軟弱地基的處理方法主要包括為以下:預(yù)壓法、換填墊層法、振沖法、強夯法、水泥粉煤灰碎石樁法(CFG 樁)、砂石樁法、夯實水泥土樁法、水泥土攪拌法灰土擠密樁法、高壓旋噴樁法、柱錘沖擴樁法、石灰樁法等。本文所主要研究樁基礎(chǔ)在地基處理中的應(yīng)用,是指研究CFG 樁地基的處理形式。
CFG 樁主要是指由水泥、粉煤灰、石屑、碎石以及砂經(jīng)過加水?dāng)嚢柚蠖傻母邚姸鹊恼承詷叮窃谶^去的碎石樁技術(shù)的基礎(chǔ)上逐步發(fā)展起來的一門地基處理技術(shù)。它是一種復(fù)合樁,主要樁間土、樁以及褥墊層等成分構(gòu)成。由于有效的利用這種復(fù)合樁技術(shù),就很好的改善了碎石樁的剛性標(biāo)準(zhǔn)。這樣就使得全樁的端組和側(cè)組能夠更加充分的發(fā)揮自身的作用,這種復(fù)合樁的特點主要表現(xiàn)在地基承載力高、地基的變形較小、復(fù)合模的量較高等。雖然樁體不配筋,但卻能夠使樁間土的承載力很好的得到發(fā)揮,更為重要的是,它的造價僅僅在樁基的一半上下。因此在建造過程中廣泛運用了這種復(fù)合樁,并得到了很好的經(jīng)濟效益與社會效益。
三.CFG樁施工方法
1.測量放線。根據(jù)設(shè)計的要求以及施工項目的實際特點,在建設(shè)單位所提供的水準(zhǔn)點和相應(yīng)的坐標(biāo),在施工的現(xiàn)場進行控制網(wǎng)的布置,主要包括了:水準(zhǔn)點和軸線,只有在軸線和灰線等進行嚴(yán)格的復(fù)查審核之后方可進行動工。
2.放線布樁。在這個過程當(dāng)中,需要根據(jù)建筑平面圖進行放線以及布樁。樁位一般使用厚20mm 的鋼釬打入地下約200mm的地方,然后再拔出鋼釬并灌注石灰粉,這就些形成了施工的樁位點。通過仔細(xì)的復(fù)查和測量軸線,使得其誤差不超過10mm,而樁位的誤差不超過20mm,此外鋼釬所打入的樁孔一定要垂直。
3.CFG 樁的施工。長螺旋鉆管之內(nèi)的泵壓CFG 樁基的施工工藝主要是由長螺旋鉆機、混凝土輸送泵以及混凝土罐車等所構(gòu)成的體系。CFG樁在進行施工過程時,在鉆機就位以后,需要調(diào)整鉆機塔身的前后以及其垂直度,在達到預(yù)定的規(guī)格要求后,才能夠開始鉆孔。當(dāng)移動鉆桿直到鉆頭差不多觸及到地面的時候,立即關(guān)閉鉆頭的閥門,并且開啟馬達進行鉆孔,直到設(shè)計出預(yù)定標(biāo)桿長度的樁長。CFG 樁在經(jīng)過剛才的鉆孔之后,假如達到了預(yù)先設(shè)計的標(biāo)高值,那么就應(yīng)該立刻停止相應(yīng)的鉆孔活動,應(yīng)馬上向孔內(nèi)開始輸送混凝土,混合料在通過混凝土輸送泵以及輸送管道進行運輸,到達鉆孔機動力彎頭的地方,再順著彎頭進入到鉆管里面。之后等到鉆桿的芯管內(nèi)充塞了混凝土之后就可以實施拔管了,在進行拔管的時候,在上面所提到的那個鉆頭處的閥門會自動的開啟,緊接著管道內(nèi)的混凝土源源不斷的進入到鉆孔內(nèi)。隨著繼續(xù)進行拔管活動,混合料會逐漸充滿鉆孔,并最終形成相應(yīng)的樁。在成樁的過程當(dāng)中需要預(yù)先保護樁的長度在500mm以上。
4.控制混合料。采用泵送施工,對混合料的坍落度要求在18cm~22cm之間,石子粒徑應(yīng)該小于20mm。而樁頭的振搗深度應(yīng)該大于2m。采取插入式振搗棒對樁頂進行加振3s~5s,從而有效提高樁頂混合料的密實度。要嚴(yán)格控制泵送混合料的輸送量,灌入量要高于設(shè)計用量,用以保證樁頂超灌高度。還應(yīng)該嚴(yán)格控制拔管的速度均勻進行,拔管速度太慢又會導(dǎo)致水泥漿不均勻分布,而拔管速度太快則有可能引起縮頸斷樁或者樁徑偏小問題,一般應(yīng)控制在1.5m/min~2.0m/min 適合,總體上應(yīng)該要和混合料的輸送速度保持一致。在質(zhì)量方面的要求表現(xiàn)在就:樁位的偏差邊樁應(yīng)低于70mm,樁的施工的垂直度偏差應(yīng)低于1%,除此之外中間樁通常也需要保持在150mm以內(nèi)。
5.清土及樁頭。在CFG 樁的施工進程結(jié)束以后,如果樁身的混合料的強度達到70%,這時就應(yīng)該開始鑿除樁的保護層樁頭以及清除樁頂部的土層。在清土的過程中應(yīng)采取人工或者小型機械的措施來進行,必須要保持合理的實施進度,可以先使用機械清除掉部分,然后再采取人工清除機械預(yù)留約100mm,從而將樁頭暴露出來。在對樁頭進行鑿除的時候,也能夠采用機械和人工相結(jié)合的方式,先使用水平的切割機從兩個方向來實施切除,鋸斷的面積應(yīng)該大于樁截面積的70%,接著利用人工的錘子進行鑿除,在鑿除的過程中還必須注意保持樁頭平面的平整,從而保障樁頭的質(zhì)量。
6.鋪設(shè)褥墊層。這是整個復(fù)合地基最重要的核心部分,值得注意的是,這個褥墊層是在基礎(chǔ)與樁間土和樁所之間所設(shè)置的有一定厚度的散粒狀材料。在基礎(chǔ)承受垂直方向的負(fù)荷時候,樁和樁之間的土?xí)谝欢ǔ潭壬习l(fā)生變形。因為樁的強度要比樁間土更大,所以它的變形程度不如樁間土大。但是如果在基礎(chǔ)的下面布設(shè)一定厚度的褥墊層之后,樁體會向上和向下兩個方向同時刺入,在這個過程中,褥墊層材料所具有的流動性會在一定程度上補償樁間土。
四.施工過程中注意事項
1.在施工前應(yīng)首先確認(rèn)地下水是否存在侵蝕性。如果存在侵蝕性,就應(yīng)該選擇采用規(guī)格符合標(biāo)準(zhǔn)的水泥品種,也可以按規(guī)范要求直接添加防腐劑。
2.拔管的速度應(yīng)按照試樁所確定的參數(shù)來進行,并且拔管速度要均勻。
3.每班要定時檢查排氣閥,以確保其工作正常。
4.在冬季施工時,對混合料原材料以及攪拌工藝等有著特殊的要求,這時就必須要按照冬季混凝土的施工要求來進行。
5.在施工過程中還應(yīng)注意觀察地面是否存在隆起現(xiàn)象,用以判斷是否出現(xiàn)斷樁。在打新樁的時候還要留意已打樁頂標(biāo)高的變化情況,避免擠壓引起斷樁。
五.結(jié)束語
近年來隨著我國地基處理設(shè)計水平的不斷提高、施工設(shè)備的更新以及施工工藝的改進,使得我國的地基處理技術(shù)發(fā)展迅速,對于各種狀況不良的地基,在經(jīng)過適當(dāng)處理之后,一般都可以滿足建造重型、大型高層建筑的需要??墒悄壳暗拿恳环N地基處理方法都存在其自身局限性,還沒想出一種萬能的地基處理方法。
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2003,24(2)
中圖分類號: TQ172 文獻標(biāo)識碼: A 文章編號:
一、研究背景
隨著我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的規(guī)模愈來愈大,在城市中,大型的工程項目越來越多,這些工程問題涉及到各類軟弱地基與不良地基的處理問題以及惡劣環(huán)境條件下的地基處理問題,地基處理問題的研究也由此成為土力學(xué)及巖土工程工作者研究的一個熱點與難點。各類軟弱不良地基需要進行地基處理才能滿足建造建筑物、構(gòu)筑物的承載力及變形要求,對這些不良的軟弱土和特殊土進行地基處理,其目的是為了提高地基的強度和保證地基的穩(wěn)定性、降低地基的壓縮性、減少地基的沉降和不均勻沉降變形、消除地震時地基土的震動液化以及消除這些特殊土的濕陷性、脹縮性和凍脹性。
二、水泥土攪拌法的發(fā)展概況
水泥土攪拌法可以分為噴漿型攪拌法和噴粉型攪拌法。
1、噴漿型攪拌法
噴漿型攪拌法指以水泥漿狀態(tài)拌入軟土中的水泥土攪拌法。美國在第二次世界大戰(zhàn)后曾研制開發(fā)成功一種就地攪拌樁—MIP 工法,即不斷回轉(zhuǎn)的、中空軸的端部向周圍已被攪松的土中噴出水泥漿,經(jīng)翼片的攪拌而形成水泥土樁,樁徑 0.3~0.4m,長度10~12m。
2、粉型攪拌法
粉型攪拌法是通過專用的粉體攪拌機械,用壓縮空氣將水泥粉均勻的噴入所需加固的軟土地基中,憑借鉆頭翼片的旋轉(zhuǎn)攪拌使水泥粉和軟土充分混合,形成水泥土攪拌樁。我國鐵道部第四勘測設(shè)計院于 1985 年開發(fā)成功石灰粉體噴射攪拌法后,在 1988年與上海探礦機械廠聯(lián)合研制成功 GPP-5 型粉體噴射攪拌機,并通過鐵道部和地礦部聯(lián)合鑒定后投入批量生產(chǎn)。以后鐵道部武漢工程機械研究所和上海華杰科技開發(fā)公司也先后制造出既能噴粉、又能噴漿,全液壓步履式的 PH-5 和 GPY-16 型單軸粉噴樁機,使國內(nèi)噴粉樁的施工長度達到 20m。1
三、水泥土攪拌法的優(yōu)點
水泥土攪拌法加固技術(shù),其有以下獨特的優(yōu)點有:①將固化劑和原地基軟土就地充分?jǐn)嚢杌旌?,最大限度地利用了原土;②攪拌時不會使地基土側(cè)向擠出,所以對周圍原有建筑物的影響很?。虎蹣堕L可以靈活調(diào)整,長短樁布置,以控制不同部位的沉降差;④土體加固后重度基本不變,對軟弱下臥層不致產(chǎn)生附加沉降;⑤與鋼筋混凝土樁基相比,節(jié)約了大量的鋼材,并降低了造價;⑥可根據(jù)上部結(jié)構(gòu)的需要,靈活地采用柱狀、壁狀、格柵狀和塊狀等加固形式。由于存在著上述諸多優(yōu)點,所以在我國得到了非常廣泛的應(yīng)用。
四、水泥土攪拌樁施工技術(shù)方案設(shè)計
1、水泥摻入比
水泥土攪拌樁施工前應(yīng)根據(jù)加固土的性質(zhì)及單樁承載力要求,確定水泥摻入比。水泥摻入比一般在15%~18%之間,且不能低于55.0Kg/m。
2、技術(shù)參數(shù)
施工工藝中的各項技術(shù)參數(shù)包括最佳的灰漿稠度、工作壓力、鉆進和提升速度等。一般情況下,水灰比為0.5:1;鉆進、提升時管道工作壓力為0.1~0.2Mpa,噴漿時管道工作壓力為0.4~0.6 Mpa;鉆進速度≤1.0m/min,提升速度≤0.5m/min。
3、施工機具選擇
若采用單攪拌頭機具,采用四攪兩噴工藝;若采用雙攪拌頭機具,則采用兩攪一噴工藝。
五、水泥土攪拌樁施工準(zhǔn)備及工藝
1、水泥土攪拌樁施工準(zhǔn)備
(1)施工場地準(zhǔn)備
水泥土攪拌樁施工前應(yīng)進行打壩、排水并清除淤泥及其他障礙物,對場地低洼區(qū)域進行回填粘土,確保地面標(biāo)高高于樁頂50cm,并保證鑿除軟樁頭后樁長及樁頂標(biāo)高符合設(shè)計要求。
(2) 基礎(chǔ)設(shè)施準(zhǔn)備
人員進場搭建生活設(shè)施、倉庫,做好水泥罐的基礎(chǔ),搭好攪拌臺。
(3)完善施工現(xiàn)場供水供電系統(tǒng)
施工用水采用檢驗合格的淡水,施工用電采用發(fā)電機并要求備用發(fā)電機一臺以防斷電,并做好夜間照明工作。施工便道應(yīng)提前修整,須滿足施工材料及機械設(shè)備進場需求。
(4)原材料的檢測及進場儲存
水泥采用PO42.5級普通硅酸鹽水泥。水泥進場后立即取樣檢驗,檢驗合格后方可投入水泥土攪拌樁施工。水泥進場后采用下墊上蓋,以防受潮和淋雨。
(5)機械設(shè)備的檢驗保養(yǎng)
組織機械設(shè)備進場,并立即對其進行調(diào)試、檢驗,使設(shè)備處于良好的工作狀態(tài),以保正常運行。
2、水泥土攪拌樁施工工藝
該工藝采用二次噴漿,四次攪拌,具體步驟如下:
(1)定位放線、機具就位對中;(2)水泥漿液配置 ;(3)噴漿攪拌下沉;(4)提升攪拌;(5)重復(fù)噴漿下沉;(6)重復(fù)上提;(7)清洗。
六、質(zhì)量控制措施
1、水泥質(zhì)量:水泥采用P.O42.5,進場水泥必須有出廠合格證和質(zhì)保單,現(xiàn)場應(yīng)架空墊高,并有防潮措施。試驗部門及時對進場水泥進行抽檢、復(fù)驗,質(zhì)量合格后方可使用。
2、樁徑:必須采用相應(yīng)規(guī)格的鉆頭,因磨損達不到要求時應(yīng)予更換,一旦發(fā)現(xiàn)樁徑小于設(shè)計要求須按相同置換率在樁邊補樁。
3、為確保壓漿時不發(fā)生斷漿現(xiàn)象,嚴(yán)格控制噴漿和攪拌速度,機頭提升速度不超過0.5m/min,控制重復(fù)下沉和提升速度。
4、由專人負(fù)責(zé)水泥土攪拌樁的施工,全過程旁站水泥土攪拌樁的施工過程。確保人員到位,責(zé)任到人。
5、 水泥土攪拌樁開鉆前,應(yīng)用水清洗整個管道并檢驗管道中有無堵塞現(xiàn)象,待水排盡后方可下鉆。
6、為保證水泥土攪拌樁樁體垂直度滿足規(guī)范要求,在主機上懸掛一吊錘,通過控制吊錘與鉆桿上、下、左、右距離相等來進行控制。
7、第一次下鉆時為避免堵管可帶漿下鉆,噴漿量應(yīng)小于總量的1/2,嚴(yán)禁帶水下鉆。第一次下鉆和提升時一律采用低檔操作,復(fù)攪時可提高一個檔位。每根樁的正常成樁時間應(yīng)不小于40分鐘,噴漿壓力不小于0.4MPa。
七、結(jié)論
通過研究,對水泥土攪拌樁加固軟土的機理有了更加深入的認(rèn)識,并對樁基檢測結(jié)果進行了分析總結(jié),為以后同類型工程的施工提供了一定的參考。
參考文獻
深層攪拌法是加固飽和軟粘土地基的一種方法,它是利用水泥、石灰等材料作為固化劑的主劑,通過特制的深層攪拌機械,在地基深處就地將軟土和固化劑強制攪拌,利用固化劑和軟土之間所產(chǎn)生的一系列物理化學(xué)反應(yīng)使軟土硬結(jié)成具有整體性、水穩(wěn)性和一定強度的優(yōu)質(zhì)地基。深層攪拌法處理地基可增加地基承載力、減小沉降差、提高邊坡穩(wěn)定性及擋水等。
深層攪拌法處理后的地基承載力提高1~1.5倍。深層攪拌法是相對于淺層攪拌而言,淺層攪拌法主要用于路基,凍漲土和邊坡穩(wěn)定的處理。深層攪拌分水泥系深層攪拌和石灰系深層攪拌。下面介紹的是水泥系深層攪拌法及其工程應(yīng)用實例。
國外自二次大戰(zhàn)以來開始研制用于深層攪拌樁的深層攪拌機械,到70年代,已廣泛應(yīng)用深層攪拌法處理地基,我國從70年代末開始進行深層攪拌的室內(nèi)試驗和攪拌機械的研制工作,1979年在塘沽新港進行機械考核和攪拌工藝試驗,并獲得成功。80年代初推廣使用深層攪拌法,至今在上海、南京、連云港、唐山、昆明及內(nèi)陸部分地區(qū)得到了廣泛應(yīng)用。我們在嘉興某寫字樓(筏基)工程的地基處理中采用了深層攪拌法,取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟效果。
一、水泥加固土的原理
軟土與水泥采用機械攪拌加固的原理是基于水泥土的物理化學(xué)反應(yīng)過程,它與混凝土的硬化機理有所不同。在水泥加固土中,由于水泥的摻量很小(占被加固土重的7%—15%),水泥的水解和水化反應(yīng)完全是在具有一定活性介質(zhì)——土的圍繞下進行,硬化速度緩慢且作用較復(fù)雜,所以水泥加固土的強度增長過程也比較緩慢。
(一)水泥的水解和水化作用
硅酸鹽水泥的主要成分是由氧化鈣、二氧化硅、三氧化二鋁、三氧化二鐵及三氧化硫組成,而這些氧化物又分別組成了不同的水泥礦物:硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣、鐵鋁酸四鈣、硫酸鈣等。用水泥加固軟土?xí)r,水泥顆粒表面的礦物很快與軟土中的水發(fā)生水解和水化反應(yīng),生成氫氧化鈣、含水硫酸鈣、含水鋁酸鈣和含水鐵酸鈣等化合物。其中,硅酸三鈣在水泥中含量最高(50%左右),是決定強度的主要因素;硅酸二鈣含量較高(25%),主要產(chǎn)生后期強度;鋁酸三鈣占水泥重量10%,水化速度快,能促進早凝;鐵鋁酸四鈣占水泥重量10%,能提高早期強度;硫酸鈣占水泥重量3%,能和鋁酸三鈣一起與水發(fā)生反應(yīng),生成一種水泥樣菌,對高含水量的軟土強度增加有特殊意義。
(二)粘土顆粒與水泥水物的作用
1、離子交換和團化作用。通過離子交換,較小的土顆粒結(jié)合可形成較大的土團粒;土團粒的進一步結(jié)合形成水泥土的團粒結(jié)構(gòu),并封閉各土團之間的空隙,形成堅固的聯(lián)結(jié),也就使水泥土的強度得到大大提高。
2、凝硬反應(yīng)。隨著水泥水化反應(yīng)的深入,逐漸生成不溶于水的穩(wěn)定的結(jié)晶化合物。這些化合物在水中、空氣中逐漸硬化,增加了水泥土的強度,而且其結(jié)構(gòu)也比較密實,水分不容易侵入,從而使水泥土具有足夠的水穩(wěn)性。
(三)碳酸化作用
水泥水化物中的氫氧化鈣,吸收水中和空氣中的二氧化碳發(fā)生碳酸化反應(yīng)生成不溶于水的碳酸鈣。這種反應(yīng)能提高水泥土的強度,但速度較慢,幅度較小。
二、工程實例
(一)工程概況
嘉興市某寫字樓建筑面積近一萬平方米,層數(shù)九層,結(jié)構(gòu)型式為框架結(jié)構(gòu),柱網(wǎng)尺寸為6.3m×7.2m(縱向)、6.3m×3.6m(縱向)、2.4m×7.2m(縱向)、2.4m×3.6m(縱向),所處場地為瀏陽河沖積平原、地表土層為1.9m~2.0m厚的人工填土,以下為第四紀(jì)沉積層,地層從上到下分別為:第①層粉土,濕至很濕,疏松到稍密,承載力標(biāo)準(zhǔn)值fk=115KPa,壓縮模量平均值Es=11(MPa)、層厚3.9~4.0m;第②層粘土夾粉土,飽和,軟塑至可塑狀,承載力標(biāo)準(zhǔn)值fk=110KPa,壓縮模量平均值Es=7.0(MPa)、層厚2.3~3.7m;第③層粉土,很濕,中密,承載力標(biāo)準(zhǔn)值fk=120(MPa),壓縮模量平均值Es=15.42(MPa),層厚1.0~1.3m;第④層粘土飽和,可塑至硬塑狀,承載力標(biāo)準(zhǔn)值fk=120KPa,壓縮模量平均值Es=6.5(MPa),層厚3.5~3.8m;第5層粘土,飽和,硬塑狀,承載力標(biāo)準(zhǔn)值fk=140KPa,平均壓縮模量Es=7.5(MPa),本層揭示最大厚度4.2m。場地地下水屬孔隙潛水類型,地下隱定水位14.5m,但由于粘性土的隔水作用。上部土體已達飽和狀態(tài)。經(jīng)檢測,地下水無侵蝕性。
(二)加固方案的比較
1、灌注樁。因場地土呈軟塑流塑狀態(tài),成孔很困難,需要有較高施工技術(shù)水平來保證施工質(zhì)量,且造價高、工期長。
2、碎石樁。工期短,施工簡單,造價低;因受場地條件的限制而不能采用。
3、預(yù)制樁。能較好地滿足所需要的承載力,但工期長,施工噪音大影響周圍居民的正常生活;其造價經(jīng)測算約54萬元。
4、深層攪拌樁。施工速度快,工期短,施工方便,能較好地保證施工質(zhì)量,造價約23萬元,僅是預(yù)制樁的42.6%。
經(jīng)方案比較,決定選用深層攪拌樁處理地基。地基處理后的承載力標(biāo)準(zhǔn)值F=250KP。
(三)深層攪拌樁的施工
1、室內(nèi)試驗
軟土地基深層攪拌加固法是基于水泥對軟土的加固作用,而目前這項技術(shù)無論設(shè)計計算方法,還是施工工藝都不太成熟,因此,應(yīng)特別重視水泥土的室內(nèi)外試驗。試驗步驟:1)為保證試驗準(zhǔn)確性,將現(xiàn)場挖掘的天然軟土立即封裝在雙層厚塑料袋內(nèi),基本保持天然含水量;2)根據(jù)施工要求的試驗程序、配方,分別稱量土、水泥、外摻劑和水,放在容器內(nèi)攪拌均勻,按要求進行振動,制成試塊后,蓋上塑料布,防止水份蒸發(fā)過快,并按要求進行養(yǎng)護。本工程經(jīng)過室內(nèi)試驗得出如下結(jié)論,水泥土的容重比原狀土僅增加2.7%,因此,其加固部分對于下部未加固部分不會產(chǎn)生過大的附加荷重,水泥土的無側(cè)限抗壓強度為2.12MP ,大于設(shè)計要求的F =2.0MP 的要求,滿足設(shè)計要求。
2、施工要求
目前,對深層攪拌法加固質(zhì)量的檢驗缺少簡便可靠的辦法,因此,我們要求施工單位嚴(yán)格按照建筑地基處理技術(shù)規(guī)范《JG79—91》有關(guān)要求進行施工,并提出以下要求:(1)每根樁均應(yīng)確保均勻和足額的噴灰量,送灰時要密切注意電子稱計量變化,如發(fā)現(xiàn)噴灰量不足,應(yīng)及時采取復(fù)噴或補噴等措施,每根樁應(yīng)保證送灰連續(xù)、均勻、不得間斷;(2)考慮到與基礎(chǔ)接觸部分的攪拌樁頂部受力較大,因此,要求對樁頂1.5m范圍內(nèi)復(fù)攪、復(fù)噴。因設(shè)計時考慮樁端承載力,因此,應(yīng)確保樁端質(zhì)量,除應(yīng)復(fù)攪、復(fù)噴外,鉆頭至樁底時,應(yīng)原位旋轉(zhuǎn)1~2分鐘,以便葉片對土的壓實及水泥的充分拌和,并以慢檔提升0.5~1.0m。
三、結(jié)語
寫字樓投入使用一年多,經(jīng)觀測基礎(chǔ)沉降基本穩(wěn)定,總沉降量為5.9cm,完全滿足使用要求,從施工情況看,在含水量較高的軟土地區(qū),深層攪拌法處理地基比較適合,且施工簡單,經(jīng)濟合理,效益好。
中圖分類號:TU74文獻標(biāo)識碼: A
引言
我國的地質(zhì)地形比較復(fù)雜,在地基加固時需要選擇合適的方式,才能取得好的效果。論文分析強夯法在處理濕陷性黃土地基時的施工技術(shù),此類技術(shù)不但效果好,而且施工的成本較低,針對其施工方法進行研究具有積極的意義。
1.強夯法處理濕陷性黃土地基的機理
1.1強夯法處理濕陷性黃土地基的加固機理
由于土層中含有許多的可壓縮氣孔,在巨大的夯擊能和沖擊波的作用下,土體會產(chǎn)生幾十厘米的沉降,土體的結(jié)構(gòu)破壞,局部還會發(fā)生液化,在夯擊點周圍出現(xiàn)裂縫,加速了水壓力的消散,粘土具有觸變性,在夯擊的過程中土體的強度得到了增強。從宏觀上來分析,加固區(qū)的土體受到應(yīng)力波和沖擊波的作用,土體的密度增加,強度也隨著增加;從微觀上來講,在沖擊波的作用下,土微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,顆粒重新排列,變得更加飽和密實,強度增加。
1.2強夯法在實際應(yīng)用中存在的不足
從當(dāng)前的技術(shù)水平來看,強夯法在處理濕陷性黃土地基時還有一定的不足,其一,如果是深層加工會受到施工機具的影響,但地基土層的厚度超過了12m時,施工的效能會受到限制;其二,振動和噪音污染,由于強夯法施工帶有巨大的沖擊能量,在加固地基的同時還會造成巨大的振動和噪音污染,在人員密集的地區(qū)和受到保護的建筑附近適用性差;其三,雖然施工的效果較好,但是至今沒有一套系統(tǒng)性的計算方法,限制了強夯法應(yīng)用的廣度,尤其是對于一些要精確施工的地段,強夯法有約束性。
2.強夯法處理濕陷性黃土地基的施工技術(shù)研究
2.1加固深度的研究
強夯法可以有效的加強濕陷性黃土地基的強度,但加固深度是受到多個方面的因素影響的,以下就幾個方面做簡要的分析:
(1)夯擊能的影響:在地基加固的過程中,夯擊能是作為主要的能量形式,夯錘與土體碰撞形成沖擊波,加固的深度直接受夯擊能的大小影響,夯擊外應(yīng)力的表示方式有動壓力(P/A)、勢能(Wh,1/2Wv2)等,其中勢能與加固深度之間的關(guān)系表述比較直觀,在工程上的應(yīng)用廣泛,可以直接將Wh作為評估加固深度的指標(biāo)。
(2)夯擊錘的面積:夯錘的面積和兩個因素關(guān)聯(lián)比較大,一是加固的地基土地類型;而是起重機本身的性能。當(dāng)單次的夯擊能相同時,夯擊錘的面積越小,則底部的單位面積的應(yīng)力越大,夯坑深,影響的深度大,反之則影響的深度小。夯錘的底面積的大小影響沖擊壓力和動壓力,決定著加固的強度。在選擇夯錘底面積時,還要根據(jù)土體的類型加以選擇,對于碎石填土和砂質(zhì)土宜采用3平方米左右的夯錘,對于粘性土則采用3.5平方米作于的夯錘,對于淤泥土質(zhì)則采用5平方米左右的夯錘。選擇夯擊錘時,并不是面積越小越好,面積過小,夯坑深,夯擊次數(shù)少但提錘的難度增加;而面積過大,單位面積的沖擊力不足,減弱夯擊的效果。
(3)土體特征:土體的特征是決定強夯質(zhì)量的重要因素,加固土體的目的是為了縮小氣孔,排出土體中的氣體與液體,是的土體中固體的含量更高,這樣可以加強土體的密實度,壓縮性降低,而描述土體密實度最為直接的指標(biāo)是土體容重。土體容重可以反映固體的松緊程度,反映其顆粒的礦物組成,干容重越大的土體,孔隙度越低,顆粒排列的越緊密。干容重的增加是土體強度提升的直接指標(biāo),隨著干容重的增加,土體對夯擊外力的阻力也越大,夯擊的效果降低,夯擊的加固深度也降低。
2.2夯擊能量的確定
夯擊的能力可以用勢能進行表示,即夯錘的高度h和夯錘的重量W的乘積,二者的乘積越大,則夯擊的能力越大,加固的效果也就越大。但加固的效果和夯擊的單位能量有很大的關(guān)系,需要用總夯擊能除以夯錘的底面積。夯擊的單位面積的能量要根據(jù)結(jié)構(gòu)類型、地基土類別、載荷大小和要求加固的深度進行確定,選取最佳的夯擊能量。
2.3夯擊點和間距的布置
夯擊點的布置要根據(jù)建筑物的結(jié)構(gòu)類型加以分析,如果是面積大的建筑物,可以正方形布置;對于工業(yè)廠房則根據(jù)柱網(wǎng)來進行布置;對于住宅或辦公樓則按照等腰三角形布置。夯擊點的間距是根據(jù)加深的要求和地基土的性質(zhì)來定的,通常的夯距為7m左右。為了確保夯擊的能量可以傳遞到深處,第一次的間距要適當(dāng)取大值,下一次的夯點布置在上一次的中間位置。夯距要控制得當(dāng),過近會導(dǎo)致淺層的加固疊加,出現(xiàn)硬層。
2.4夯擊次數(shù)的確定
夯擊的次數(shù)的確定是獲得好的夯擊效果的前提,夯擊的次數(shù)要按現(xiàn)場得到的夯沉量和次數(shù)的關(guān)系曲線來確定,并且滿足幾個條件:其一,夯坑的周圍地面不會發(fā)生較大的凸起;其二,不能造成夯錘過深稻作起錘的困難;其三,當(dāng)單次夯擊能量較小時含最后兩擊的夯沉量要小于5cm,當(dāng)單次夯擊能較大時最后兩擊的夯沉量要小于20cm。
2.5夯擊的時間的確定
兩次夯擊的時間需要有一定的間隔,時間間歇的長短取決于土層中孔隙水壓力小時的時間,對于粘性土,孔隙水壓力消散比較慢,夯擊能增加的同時孔隙水壓力也會增加,一般消散的時間需要3周左右;而對于砂性土,消散的時間只有3min左右,其時間間歇很短。在夯擊濕陷性黃土地基時,要提前做好實驗論證,研究其夯擊的時間間歇,取得較為合理的數(shù)據(jù)。
3.強夯法在處理濕陷性黃土地基的施工要點
3.1確定設(shè)計目標(biāo)
根據(jù)施工加固地基的承載能力、加固深度、壓縮模量、消除黃土濕陷的深度等,選定單位面積夯擊能、單次夯擊能、夯擊的次數(shù)、時間間歇、夯擊點的分布和夯擊的間距等,并分析是否需要加填料或墊層。在確定了上述的夯擊要素之后,編制施工組織計劃,并調(diào)查現(xiàn)場的施工環(huán)境,安排進度。
3.2試夯
宜在小片區(qū)域進行試夯,可以試驗不同的夯擊能和次數(shù)等,單點夯要布置測試的水平和豎直位移,記錄夯沉量;測定夯深、體積與口徑;測定夯坑的填料厚度;測定孔隙水壓力消散的時間;分析振動影響的范圍和大小。在試夯的時效內(nèi)進行取樣分析,如土體的孔隙度、含水量、密度、壓縮模量、抗剪強度指標(biāo)、滲透系數(shù)等。
3.3施工的機具
施工的機具主要有吊車、夯錘、自動脫鉤裝置、輔助機械等,除了選擇施工的機具之外,還需要注意設(shè)備的保養(yǎng)和操作安全。強夯法是重型施工,具有一定的危險性,非相關(guān)人員不能進入施工的區(qū)域,施工人員要嚴(yán)格按照安全操作的規(guī)范執(zhí)行,杜絕生產(chǎn)隱患。
3.4施工質(zhì)量檢測
由于濕陷性黃土地基的施工具有比較復(fù)雜的特點,因而需要進行施工質(zhì)量的檢測,對于不符合質(zhì)量要求的需要修復(fù)或返工,質(zhì)量監(jiān)控是此類施工的重要一環(huán),必須確保質(zhì)量,才能保證工程完成之后的安全性,減少以后可能存在的風(fēng)險。
3.5施工操作規(guī)范的建設(shè)
強夯法施工的操作規(guī)范不能照本宣科,要根據(jù)施工的環(huán)境,針對性的制定科學(xué)合理的規(guī)范文件,指導(dǎo)施工人員進行操作,減少誤操作的可能,提升施工的整體質(zhì)量。
4.結(jié)束語
強夯法施工在處理濕陷性黃土地基時具有效果好、成本低、工序簡單等特點,在使用中取得了良好的經(jīng)濟效益,因而需要針對其施工進行探討,以為提升施工的水平做出一定的貢獻。