不良地基土處理與加固的方法及施工工藝

摘要： 在建造建筑物之前，用臨時堆載（砂石料、土料、其他建筑材料、貨物等）的方法對地基施加荷載，給予一定的預壓期。使地基預先壓縮完成大部分沉降并使地基承載力得到提高后，卸除荷載再建造建筑物。
　　一、置換法
　?。?）換填法就是將表層不良地基土挖除，然后回填有較好壓密特性的土進行壓實或夯實，形成良好的持力層。從而改變地基的承載力特性，提高抗變形和穩(wěn)定能力。
　　施工要點：將要轉(zhuǎn)換的土層挖盡、注意坑邊穩(wěn)定；保證填料的質(zhì)量；填料應(yīng)分層夯實。
　?。?）振沖置換法利用專門的振沖機具，在高壓水射流下邊振邊沖，在地基中成孔，再在孔中分批填入碎石或卵石等粗粒料形成樁體。該樁體與原地基土組成復合地基，達到提高地基承載力減小壓縮性的目的。
　　施工注意事項：碎石樁的承載力和沉降量很大程度取決于原地基土對其的側(cè)向約束作用，該約束作用越弱，碎石樁的作用效果越差，因而該方法用于強度很低的軟粘土地基時必須慎重行事。
　?。?）夯（擠）置換法利用沉管或夯錘的辦法將管（錘）置入土中，使土體向側(cè)邊擠開，并在管內(nèi)（或夯坑）放人碎石或砂等填料。該樁體與原地基土組成復合地基，由于擠、夯使土體側(cè)向擠壓，地面隆起，土體超靜孔隙水壓力提高，當超靜孔隙水壓力消散后土體強度也有相應(yīng)的提高。
　　施工注意事項：當填料為透水性好的砂及碎石料時，是良好的豎向排水通道。
　　二、預壓法
　?。?）堆載預壓法在建造建筑物之前，用臨時堆載（砂石料、土料、其他建筑材料、貨物等）的方法對地基施加荷載，給予一定的預壓期。使地基預先壓縮完成大部分沉降并使地基承載力得到提高后，卸除荷載再建造建筑物。
　　施工工藝與要點：
　　a、預壓荷載一般宜取等于或大于設(shè)計荷載；
　　b、大面積堆載可采用自卸汽車與推土機聯(lián)合作業(yè)，對超軟土地基的第一級堆載用輕型機械或人工作業(yè)；
　　c、堆載的頂面寬度應(yīng)小于建筑物的底面寬度，底面應(yīng)適當放大；
　　d、作用于地基上的荷載不得超過地基的極限荷載。
　?。?）真空預壓法在軟粘土地基表面鋪設(shè)砂墊層，用土工薄膜覆蓋且周圍密封。用真空泵對砂墊層抽氣，使薄膜下的地基形成負壓。隨著地基中氣和水的抽出，地基土得到固結(jié)。為了加速固結(jié)，也可采用打砂井或插塑料排水板的方法，即在鋪設(shè)砂墊層和土工薄膜之前打砂井或插排水板，達到縮短排水距離的目的。
　　施工要點：
　　先設(shè)置豎向排水系統(tǒng)，水平分布的濾管埋設(shè)宜采用條形或魚刺形，砂墊層上的密封膜采用2-3層的聚氯乙烯薄膜，按先后順序同時鋪設(shè)。面積大時宜分區(qū)預壓；做好真空度、地面沉降量，深層沉降、水平位移等觀測；預壓結(jié)束后，應(yīng)清除砂槽和腐植土層。應(yīng)注意對周邊環(huán)境的影響。
　　（3）降水法降低地下水位可減少地基的孔隙水壓力增加上覆土自重應(yīng)力，使有效應(yīng)力增加，從而使地基得到預壓。這實際上是通過降低地下水位，靠地基土自重來實現(xiàn)預壓目的。
　　施工要點：一般采用輕型井點、噴射井點或深井井點；當土層為飽和粘土、粉土、淤泥和淤泥質(zhì)粘性土時，此時宜輔以電極相結(jié)合。
　?。?）電滲法在地基中插入金屬電極并通以直流電，在直流電場作用下，土中水將從陽極流向陰極形成電滲。不讓水在陽極補充而從陰極的井點用真空抽水，這樣就使地下水位降低，土中含水量減少。從而地基得到固結(jié)壓密，強度提高。電滲法還可以配合堆載預壓用于加速飽和粘性土地基的固結(jié)。
　　三、壓實與夯實法
　　1、表層壓實法采用人工夯，低能夯實機械、碾壓或振動碾壓機械對比較疏松的表層土進行壓實。也可對分層填筑土進行壓實。當表層土含水量較高時或填筑土層含水量較高時可分層鋪墊石灰、水泥進行壓實，使土體得到加固。
　　2、重錘夯實法重錘夯實就是利用重錘自由下落所產(chǎn)生的較大夯擊能來夯實淺層地基，使其表面形成一層較為均勻的硬殼層，獲得一定厚度的持力層。
　　施工要點：施工前應(yīng)試夯，確定有關(guān)技術(shù)參數(shù)，如夯錘的重量、底面直徑及落距、最后下沉量及相應(yīng)的夯擊遍數(shù)和總下沉量；夯實前槽、坑底面的標高應(yīng)高出設(shè)計標高；夯實時地基土的含水量應(yīng)控制在最優(yōu)含水量范圍內(nèi)；大面積夯時應(yīng)按順序；基底標高不同時應(yīng)先深后淺；冬季施工時，對土已凍結(jié)時，應(yīng)將凍土層挖去或通過燒熱法將土層融解；結(jié)束后，應(yīng)及時將夯松的表土清除或?qū)⒏⊥猎诮咏?m的落距夯實至設(shè)計標高。

　　3、強夯強夯是強力夯實的簡稱。將很重的錘從高處自由下落，對地基施加很高的沖擊能，反復多次夯擊地面，地基土中的顆粒結(jié)構(gòu)發(fā)生調(diào)整，土體變?yōu)槊軐?，從而能較大限度提高地基強度和降低壓縮性：
　　其施工工藝流程：
　　1）平整場地；
　　2）鋪級配碎石墊層；
　　3）強夯置換設(shè)置碎石墩；
　　4）平整并填級配碎石墊層；
　　5）滿夯一遍；
　　6）找平，并鋪土工布；
　　7）回填風化石渣墊層，用振動碾碾壓八遍。
　　一般在大型強夯施土前，都應(yīng)選擇面積不大于400m2的場地進行典型試驗，以便取得數(shù)據(jù)，指導設(shè)計與施工。
　　四、擠密法
　　1、振沖密實法利用專門的振沖器械產(chǎn)生的重復水平振動和側(cè)向擠壓作用，使土體的結(jié)構(gòu)逐步破壞，孔隙水壓力迅速增大。由于結(jié)構(gòu)破壞，土粒有可能向低勢能位置轉(zhuǎn)移，這樣土體由松變密。
　　施工工藝：
　?。?）平整施工場地，布置樁位；
　?。?）施工車就位，振沖器對準樁位；
　?。?）啟動振沖器，使之徐徐沉人土層，直至加固深度以上30～50cm，記錄振沖器經(jīng)過各深度的電流值和時間，提升振沖器至孔口。再重復以上步驟1～2次，使孔內(nèi)泥漿變稀。
　　（4）向孔內(nèi)倒人一批填料，將振沖器沉人填料中進行振實并擴大樁徑。重復這一步驟直至該深度電流達到規(guī)定的密實電流為止，并記錄填料量。
　?。?）將振沖器提出孔口，繼續(xù)施工上節(jié)樁段，一直完成整個樁體振動施工，再將振沖器及機具移至另一樁位。
　?。?）在制樁過程中，各段樁體均應(yīng)符合密實電流、填料量和留振時間等三方面的要求，基本參數(shù)應(yīng)通過現(xiàn)場制樁試驗確定。
　?。?）施工場地應(yīng)預先開設(shè)排泥水溝系，將制樁過程中產(chǎn)生的泥水集中引入沉淀池，池底部厚泥漿可定期挖出送至預先安排的存放地點，沉淀池上部比較清的水可重復使用。
　　（8）最后應(yīng)挖去樁頂部lm厚的樁體，或用碾壓、強夯（遍夯）等方法壓實、夯實，鋪設(shè)并壓實墊層。
　　2、沉管砂石樁（碎石樁、灰土樁、OG樁、低標號樁等）
　　利用沉管制樁機械在地基中錘擊、振動沉管成孔或靜壓沉管成孔后，在管內(nèi)投料，邊投料邊上提（振動）沉管形成密實樁體，與原地基組成復合地基。
　　3、夯擊碎石樁（塊石墩）
　　利用重錘夯擊或者強夯方法將碎石（塊石）夯人地基，在夯坑里逐步填人碎石（塊石）反復夯擊以形成碎石樁或塊石墩。
　　五、拌和法
　　1、高壓噴射注漿法（高壓旋噴法）
　　以高壓力使水泥漿液通過管路從噴射孔噴出，直接切割破壞土體的同時與土拌和并起部分置換作用。凝固后成為拌和樁（柱）體，這種樁（柱）體與地基一起形成復合地基。 也可以用這種方法形成擋土結(jié)構(gòu)或防滲結(jié)構(gòu)。
　　2、深層攪拌法深層攪拌法主要用于加固飽和軟粘土。它利用水泥漿體、水泥（或石灰粉體）作為主固化劑，應(yīng)用特制的深層攪拌機械將固化劑送人地基土中與土強制攪拌，形成水泥（石灰）土的樁（柱）體，與原地基組成復合地基。水泥土樁（柱）的物理力學性質(zhì)取決于固 化劑與土之間所產(chǎn)生的一系列物理-化學反應(yīng)。固化劑的摻人量及攪拌均勻性和土的性質(zhì)是影響水泥土樁（柱）性質(zhì)以至復合地基強度和壓縮性的主要因素。
　　施工工藝：
　?、俣ㄎ?
　?、跐{液配制
　　③送漿
　?、茔@進噴漿攪拌
　?、萏嵘龜嚢鑷姖{
　　⑥重復鉆進噴漿攪拌
　?、咧貜吞嵘龜嚢?
　?、喈敂嚢栎S鉆進、提升速度為0.65-1.Om/min時，應(yīng)重復攪拌一次。
　　⑨成樁完畢，清理攪拌葉片上包裹的土塊及噴漿口，樁機移至另一樁位施工。

　　六、加筋法
　?。?）土工合成材料土工合成材料是一種新型的巖土工程材料。它以人工合成的聚合物，如塑料、化纖、合成橡膠等為原料，制成各種類型的產(chǎn)品，置于土體內(nèi)部、表面或各層土體之間，發(fā)揮加強或保護土體的作用。土工合成材料可分為土工織物、土工膜、特種土工合成材料和復合型土工合成材料等類型。
　?。?）土釘墻技術(shù)土釘一般是通過鉆孔、插筋、注漿來設(shè)置，但也有通過直接打人較粗的鋼筋和型鋼、鋼管形成土釘。土釘沿通長與周圍土體接觸，依靠接觸界面上的粘結(jié)摩阻力，與其周圍土體形成復合土體，土釘在土體發(fā)生變形的條件下被動受力。并主要通過其受剪工作對土體進行加固，土釘一般與平面形成一定的角度，故稱之為斜向加固體。土釘適用于地下水位以上或經(jīng)降水后的人工填土、粘性土、弱膠結(jié)砂土的基坑支護和邊坡加固。
　?。?）加筋土加筋土是將抗拉能力很強的拉筋埋置于土層中，利用土顆粒位移與拉筋產(chǎn)生的摩擦力使土與加筋材料形成整體，減少整體變形和增強整體穩(wěn)定。拉筋是一種水平向增強體。一般使用抗拉能力強、摩擦系數(shù)大而耐腐蝕的條帶狀、網(wǎng)狀、絲狀材料，例如，鍍鋅鋼片；鋁合金、合成材料等。
　　七、灌漿法是利用氣壓、液壓或電化學原理將能夠固化的某些漿液注入地基介質(zhì)中或建筑物與地基的縫隙部位。灌漿的漿液可以是水泥漿、水泥砂漿、粘土水泥漿、粘土漿、石灰漿及各種化學漿材如聚氨酯類、木質(zhì)素類、硅酸鹽類等。根據(jù)灌漿的目的可分為防滲灌漿、堵漏灌漿、加固灌漿和結(jié)構(gòu)糾傾灌漿等。按灌漿方法可分為壓密灌漿、滲入灌漿、劈裂灌漿和電化學灌漿。灌漿法在水利、建筑、道橋及各種工程領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。
　　八、常見不良地基土及其特點
　　1.軟粘土軟粘土也稱軟土，是軟弱粘性土的簡稱。它形成于第四紀晚期，屬于海相、瀉湖相、河谷相、湖沼相、溺谷相、三角洲相等的粘性沉積物或河流沖積物。多分布于沿海、河流中下游或湖泊附近地區(qū)。常見的軟弱粘性土是淤泥和淤泥質(zhì)土。軟土的物理力學性質(zhì)包括如下幾個方面：
　　（1）物理性質(zhì)粘粒含量較多，塑性指數(shù)Ip一般大于17，屬粘性土。軟粘土多呈深灰、暗綠色，有臭味，含有機質(zhì)，含水量較高、一般大于40%，而淤泥也有大于80%的情況?？紫侗纫话銥?.0-2.0，其中孔隙比為1.0～1.5稱為淤泥質(zhì)粘土，孔隙比大于1.5時稱為淤泥。由于其高粘粒含量、高含水量、大孔隙比，因而其力學性質(zhì)也就呈現(xiàn)與之對應(yīng)的特點――低強度、高壓縮性、低滲透性、高靈敏度。
　?。?）力學性質(zhì)軟粘土的強度極低，不排水強度通常僅為5～30kPa，表現(xiàn)為承載力基本值很低，一般不超過70kPa，有的甚至只有20kPa.軟粘土尤其是淤泥靈敏度較高，這也是區(qū)別于一般粘土的重要指標。
　　軟粘土的壓縮性很大。壓縮系數(shù)大于0.5MPa-1，最大可達45MPa-1，壓縮指數(shù)約為0.35-0.75.通常情況下，軟粘土層屬于正常固結(jié)土或微超固結(jié)土，但有些土層特別是新近沉積的土層有可能屬于欠固結(jié)土。
　　滲透系數(shù)很小是軟粘土的又一重要特點，一般在10-5-10-8cm/s之間，滲透系數(shù)小則固結(jié)速率就很慢，有效應(yīng)力增長緩慢，從而沉降穩(wěn)定慢，地基強度增長也十分緩慢。這一特點是嚴重制約地基處理方法和處理效果的重要方面。
　?。?）工程特性軟粘土地基承載力低，強度增長緩慢；加荷后易變形且不均勻；變形速率大且穩(wěn)定時間長；具有滲透性小、觸變性及流變性大的特點。常用的地基處理方法有預壓法、置換法、攪拌法等。
　　2.雜填土雜填土主要出現(xiàn)在一些老的居民區(qū)和工礦區(qū)內(nèi)，是人們的生活和生產(chǎn)活動所遺留或堆放的垃圾土。這些垃圾土一般分為三類：即建筑垃圾土、生活垃圾土和工業(yè)生產(chǎn)垃圾土。不同類型的垃圾土、不同時間堆放的垃圾土很難用統(tǒng)一的強度指標、壓縮指標、滲透性指標加以描述。
　　雜填土的主要特點是無規(guī)劃堆積、成分復雜、性質(zhì)各異、厚薄不均、規(guī)律性差。因而同一場地表現(xiàn)為壓縮性和強度的明顯差異，極易造成不均勻沉降，通常都需要進行地基處理。
　　3.沖填土沖填土是人為的用水力沖填方式而沉積的土。近年來多用于沿海灘涂開發(fā)及河漫灘造地。西北地區(qū)常見的水墜壩（也稱沖填壩）即是沖填土堆筑的壩。沖填土形成的地基可視為天然地基的一種，它的工程性質(zhì)主要取決于沖填土的性質(zhì)。沖填土地基一般具有如下一些重要特點。
　?。?）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。
　?。?）沖填土的含水量較高，一般大于液限，呈流動狀態(tài)。停止沖填后，表面自然蒸發(fā)后常呈龜裂狀，含水量明顯降低，但下部沖填土當排水條件較差時仍呈流動狀態(tài)，沖填土顆粒愈細，這種現(xiàn)象愈明顯。
　?。?）沖填土地基早期強度很低，壓縮性較高，這是因沖填土處于欠固結(jié)狀態(tài)。沖填土地基隨靜置時間的增長逐漸達到正常固結(jié)狀態(tài)。其工程性質(zhì)取決于顆粒組成、均勻性、排水固結(jié)條件以及沖填后靜置時間。

 
　　4.飽和松散砂土粉砂或細砂地基在靜荷載作用下常具有較高的強度。但是當振動荷載（地震、機械振　動等）作用時，飽和松散砂土地基則有可能產(chǎn)生液化或大量震陷變形，甚至喪失承載力。這是因為土顆粒松散排列并在外部動力作用下使顆粒的位置產(chǎn)生錯位，以達到新的平衡，瞬間產(chǎn)生較高的超靜孔隙水壓力，有效應(yīng)力迅速降低。對這種地基進行處理的月的就是使它變得較為密實，消除在動荷載作用下產(chǎn)生液化的可能性。常用的處理方法有擠出法、振沖法等。
　　5.濕陷性黃土在上覆土層自重應(yīng)力作用下，或者在自重應(yīng)力和附加應(yīng)力共同作用下，因浸水后土的結(jié)構(gòu)破壞而發(fā)生顯著附加變形的土稱為濕陷性土，屬于特殊土。有些雜填土也具有濕陷性。廣泛分布于我國東北、西北、華中和華東部分地區(qū)的黃土多具濕陷性。（這里所說的黃土泛指黃土和黃土狀土。濕陷性黃土又分為自重濕陷性和非自重濕陷性黃土，也有的老黃土不具濕陷性）。在濕陷性黃土地基上進行工程建設(shè)時，必須考慮因地基濕陷引起附加沉降對工程可能造成的危害，選擇適宜的地基處理方法，避免或消除地基的濕陷或因少量濕陷所造成的危害。
　　6.膨脹土膨脹土的礦物成分圭要是蒙脫石，它具有很強的親水性，吸水時體積膨脹，失水時體積收縮。這種脹縮變形肚往很大，極易對建筑物造成損壞。膨脹土在我國的分布范圍很廣，如廣西、云南、河南、湖北、四川、陜西、河北、安徽、江蘇等地均有不同范圍的分布。膨脹土是特殊土的一種，常用的地基處理方法有換土、土性改良、預浸水，以及防止地基土含水量變化等工程措施。
　　7.含有機質(zhì)土和泥炭土當土中含有不同的有機質(zhì)時，將形成不同的有機質(zhì)土，在有機質(zhì)含量超過一定含量時就形成泥炭土，它具有不同的工程特性，有機質(zhì)的含量越高，對土質(zhì)的影響越大，主要表現(xiàn)為強度低、壓縮性大，并且對不同工程材料的摻入有不同影響等，對直接工程建設(shè)或地基處理構(gòu)成不利的影響。
　　8.山區(qū)地基土山區(qū)地基土的地質(zhì)條件較為復雜，主要表現(xiàn)在地基的不均勻性和場地穩(wěn)定性兩個方面。由于自然環(huán)境和地基土的生成條件影響，場地中可能存在大孤石，場地環(huán)境也可能存在滑坡、泥石流、邊坡崩塌等不良地質(zhì)現(xiàn)象。它們會給建筑物造成直接的或潛在的威脅。在山區(qū)地基建造建筑物時要特別注意場地環(huán)境因素及不良地質(zhì)現(xiàn)象，必要時對地基進行處理。
　　9.巖溶（喀斯特）
　　在巖溶（喀斯特）地區(qū)常存在溶洞或土洞、溶溝、溶隙、洼地等。地下水的沖蝕或潛蝕使其形成和發(fā)展，它們對結(jié)構(gòu)物的影響很大，易于出現(xiàn)地基不均勻變形、崩塌和陷落。因此在修建結(jié)構(gòu)物之前，必須進行必要的處理。