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不良地质路基处理
第一节概述
土木工程建设中,有时不可避免地遇到工程地质条件不良的软弱土地基,不能满足建筑物要求,需要先经过人工处理加固,再建造基础,处理后的地基称为人工地基。
地基处理的目的是针对软土地基上建造建筑物可能产生的问题,采取人工的方法改善地基土的工程性质,达到满足上部结构对地基稳定和变形的要求,这些方法主要包括提高地基土的抗剪强度,增大地基承载力,防止剪切破坏或减轻土压力;改善地基土压缩特性,减少沉降和不均匀沉降:改善其渗透性,加速固结沉降过程;改善土的动力特性防止液化,减轻振动;消除或减少特殊土的不良工程特性(如黄土的湿陷性,膨胀土的膨胀性等)。
近几十年来,大量的土木工程实践推动了软弱土地基处理技术的迅速发展,地基处理的方法多样化,地基处理的新技术、新理论不断涌现并日趋完善,地基处理已成为基础工程领域中一个较有生命力的分枝。根据地基处理方法的基本原理,基本上可以分为如表6-1所示的几类。
地基处理方法的分类表6-1
物理处理
化学处理
热学处理
置换
排水
挤密
加筋
搅拌
灌浆
热加固
冻结
但必须指出,很多地基处理方法具有多重加固处理的功能,例如碎石桩具有置换、挤密、排水和加筋的多重功能;而石灰桩则具有挤密、吸水和置换等功能。地基处理的主要方法、适用范围及加固原理,参见表6-2。
地基处理的主要方法、适用范围和加固原理表6-2
分类
方法
加固原理
适用范围
置
换
换土垫层法
采用开挖后换好土回填的方法;对于厚度较小的淤泥质土层,亦可采用抛石挤淤法。地基浅层性能良好的垫层,与下卧层形成双层地基。垫层可有效地扩散基底压力,提高地基承载力和减少沉降量。
各种浅层的软弱土地基
振冲置换法
利用振冲器在高压水的作用下边振、边冲,在地基中成孔,在孔内回填碎石料且振密成碎石桩。碎石桩柱体与桩间土形成复合地基,提高承载力,减少沉降量
cu<20kPa的粘性土、松散粉土和人工填土、湿陷性黄土地基等
分类
方法
加固原理
适用范围
强夯置换法
采用强夯时,夯坑内回填块石、碎石挤淤置换的方法,形成碎石墩柱体,以提高地基承载力和减少沉降量。
浅层软弱土层较薄的地基
碎石桩法
采用沉管法或其他技术,在软土中设置砂或碎石桩柱体,置换后形成复合地基,可提高地基承载力,降低地基沉降。同时,砂、石柱体在软粘土中形成排水通道,加速固结
一般软土地基
石灰桩法
在软弱土中成孔后,填入生石灰或其他混合料,形成竖向石灰桩柱体,通过生石灰的吸水膨胀、放热以及离子交换作用改善桩柱体周围土体的性质,形成石灰桩复合地基,以提高地基承载力,减少沉降量
人工填土、软土地基
分类
方法
加固原理
适用范围
EPS轻填法
发泡聚苯乙烯(EPS)重度只有土的1/50~1/100,并具有较高的强度和低压缩性,用于填土料,可有效减少作用于地基的荷载,且根据需要用于地基的浅层置换
软弱土地基上的填方工程
排
水
固
结
加载预压法
在预压荷载作用下,通过一定的预压时间,天然地基被压缩、固结,地基土的强度提高,压缩性降低。在达到设计要求后,卸去预压荷载,再建造上部结构,以保证地基稳定和变形满足要求。当天然土层的渗透性较低时,为了缩短渗透固结的时间,加速固结速率,可在地基中设置竖向排水通道,如砂井、排水板等。加载预压的荷载,一般有利用建筑物自身荷载、堆载或真空预压等
软土、粉土、杂填土、冲填土等
分类
方法
加固原理
适用范围
超载预压法
基本原理同加载预压法,但预压荷载超过上部结构的荷载。一般在保证地基稳定的前提下,超载预压方法的效果更好,特别是对降低地基次固结沉降十分有效
淤泥质粘性土和粉土
振
密
挤
密
强夯法
采用重量100~400kN的夯锤,从高处自由落下,在强烈的冲击力和振动力作用下,地基土密实,可以提高承载力,减少沉降量
松散碎石土、砂土,低饱和度粉土和粘性土,湿陷性黄土、杂填土和素填土地基
振冲密实法
振冲器的强力振动,使得饱和砂层发生液化,砂粒重新排列,孔隙率降低;同时,利用振冲器的水平振冲力,回填碎石料使得砂层挤密,达到提高地基承载力,降低沉降的目的
粘粒含量少于10%的疏松散砂土地基
分类
方法
加固原理
适用范围
挤密碎(砂)石桩法
施工方法与排水中的碎(砂)石桩相同,但是,沉管过程中的排土和振动作用,将桩柱体之间土体挤密,并形成碎(砂)石桩柱体复合地基,达到提高地基承载力和减小地基沉降的目的
松散砂土、杂填土、非饱和粘性土地基、黄土地基
土、灰土桩法
采用沉管等技术,在地基中成孔,回填土或灰土形成竖向加固体,施工过程中排土和振动作用,挤密土体,并形成复合地基,提高地基承载力,减小