摘要:在土木工程建设中,经常会遇到各种各样的地质条件不好或软弱地基,这样的地基不能满足结构物的要求,需要经过人工加固处理,这一设计实施过程就是地基处理方法的选择。在进行地基设计时,需要综合考虑基础底面的单位面积压力小于地基的容许承载力,建筑物的沉降值小于容许变形值及地基无滑动的危险等因素,选择最佳的地基处理方法。
关键词:地基 处理方法 土木工程
一、概述
随着我国现代化建设事业的发展,基本建设的规模和建筑物的荷载越来越大,地基处理的重要性已越来越多地被人们所认识和重视,对地基的要求也越来越高。首先,地基处理的目的是利用换填、夯实、挤密、排水、胶结、加筋和热学等方法对地基土进行加固,用以改良地基土的工程特性,主要是为了提高地基的抗剪切强度,降低地基的压缩性,改善地基的透水特性。其次,地基处理方案的确定,是地基处理设计的首要问题,应根据建筑物上部结构情况、基础形式及建筑场地的地质条件,做出地基处理多种方案,经认真推敲,确定最佳处理方案。
二、我国地基处理技术的发展历程
地基处理在我国有着悠久的历史,早在3000年前就有采用竹子、木头以及麦秸等材料加固地基的史料记载。新中国成立后,特别在近20年来得到了迅猛发展。回顾60年来我国地基处理技术的发展历程大体经历了两个阶段。
第一阶段:20世纪50年代至60年代为起步应用阶段,这一时期大量地基处理技术从前苏联引进国门,最为广泛使用的是垫层等浅层处理法。主要为砂石垫层、砂桩挤密、石灰桩、灰土桩、化学灌浆、重锤夯实、预浸水法及井点降水等地基处理技术应用于工业民用建筑。由于是起步阶段,既有成功之经验,又有盲目照搬之教训。
第二阶段:20世纪70年代至今,为应用、发展、创新阶段。大批国外先进技术被引进、开发,并结合我国自身特点,初步形成了具有中国特色的地基处理技术及其支护体系,许多领域达到了国际领先水平。大直径灌注桩,石灰桩、碎石桩、高喷注浆、深层搅拌、真空预压、动力固结、塑料排水板法,托换技术,大刚度柔性桩复合地基,大桩距的较短钢筋混凝土疏桩复合地基,深基坑工程及其支护体系等先进方法得到迅猛开发与应用。
三、常用的几种地基处理方法
第一,水泥土搅拌法。分为浆液深层搅拌法(简称湿法)和粉体喷搅法(简称干法)。水泥土搅拌法适用于处理正常固结的淤泥与淤泥质土、黏性土、粉土、饱和黄土、素填土以及无流动地下水的饱和松散砂土等地基。不宜用于处理泥炭土、塑性指数大于25的黏土、地下水具有腐蚀性以及有机质含量较高的地基。若需采用时必须通过试验确定其适用性。当地基的天然含水量小于30%(黄土含水量小于25%)、大于70%或地下水的pH 值小于4时不宜采用此法。连续搭接的水泥搅拌桩可作为基坑的止水帷幕,受其搅拌能力的限制,该法在地基承载力大于140kPa的黏性土和粉土地基中的应用有一定难度。
第二,排水固结法。排水固结法的原理是软粘土地基在荷载作用下,土中孔隙水逐渐排出,孔隙比减小,地基发生固结变形,同时,随着超孔隙水压力逐渐消散,土的有效应力逐渐增大,地基土的强度逐步增长。排水固结法常用于解决饱和软粘土地基的沉降和稳定问题,可使地基的沉降在加载预压期间基本完成或大部分完成,使建筑物在使用期间不致产生过大的沉降和沉降差。同时可增加地基土的抗压强度,从而提高地基的承载力和稳定性。
采用排水固结法时常采用的施工方法有堆载预压法,砂井法,真空预压法,降低地下水位法,电渗法等。
第三,冷热处理法。冷热处理法是通过改变地基土体的温度从而改变土体中水的存在及状态,达到加固地基的目的。冷热处理法包括冻结法和烧结法两种。
冻结法:通过人工冷却,使地基温度降低到孔隙水的冰点以下,使之冻结,从而具有理想的截水性能和较高的承载能力(或横向支承能力)。适用于饱和的砂土或软粘土地层中的临时性措施。
烧结法:在软弱粘土地基的钻孔中加热,通过焙烧使周围地基土减小含水量提高强度,减少压缩性。适用于软粘土、湿陷性黄土等。
第四,加筋法。加筋法是在软弱中层中沉入树根桩、砂桩或人工填土的路堤或挡墙内铺设的土工聚合物作为加筋,形成的人工复合土体,承受抗拉、抗压、抗剪或抗弯作用,以此来改善土体的工程性质,从而提高地基承载力,减少沉降是增加地基的稳定性。土工聚合物是指各种合成纤维如丙纶、尼纶、维纶、腈纶或其他合成材料制成的一系列新型建筑材料或预制构件,现有的成品有土工织物、土工膜、塑料排水板、塑料衬垫等等。土工聚合物埋在土中能发挥的作用主要有:
加固作用:土的抗拉强度很小,因此在土体中加入土工网格或其他土工合成材料后,土粒嵌入网格内,产生较大摩擦阻力,大大提高土的抗剪强度及抗震性能。另外,将土工合成材料分层铺设在垫层地基内,可提高地基的承载力并增加其稳定性。
排水过滤作用:把无纺土工织物或塑料排水板等埋入土中,可形成良好的排水通道,使地下水排出;同时,土中水可通过土工织物排出,又可防止土粒的过量流失而造成土坝的管涌现象。
隔离作用:土工合成材料可以用来保护边坡,防止雨水冲刷;同时也可用土工合成材料作成各种土工构筑物,如挡土墙等。土工合成材料具有体积小,质量轻、运输方便,铺设简单等优点,在工程中,采用土工材料往往可以达到降低造价,缩短工期的目的。
四、地基处理方法的选用原则
地基处理方法很多,各种处理方法有它的适用范围、局限性和优缺点,没有一种方法是万能的,工程地质条件千变万化,各个工程间地基条件差别很大,具体工程对地基的要求也不同,而且机具、材料等条件也会因工作部门不同、地区不同有较大差别。因此,对每一具体工程都要进行具体分析,应从地基条件、处理要求(包括经处理后地基应达到的各项指标、处理的范围、工程进度等)、工程费用以及材料、机具来源等各方面进行综合考虑,以确定合适的地基处理方法。在确定地基处理方法时,可根据工程的具体情况,对几种地基处理方法进行技术、经济以及施工进度等方面的比较。合理的地基处理方法原则上一定要是技术上可靠的、经济上合理的,又能满足施工进度的要求。通过比较分析可以采用一种地基处理方法,也可采用两种或两种以上的地基处理方法组成的综合处理方案。在确定地基处理方法时,还要注意环境保护、节约能源,避免因为处理地基对地表水和地下水产生污染,振动噪音对周围环境产生不良影响等。
五、结语
综上所述,地基处理方法选择正确与否是至关重要的。方案的选择既紧密结合建筑场地的实际情况,又考虑基础及上部结构的协调作用,技术上先进合理,又比较经济,这样的地基处理方案才是最佳方案。总之,土木建筑是一门实践性很强的学科,对于其中的地基选择问题,在掌握必要的理论知识的同时,还必须要再回到实践当中去,灵活运用理论知识解决实际问题,理论结合实际,最终选择出合理可行而又经济适用的最佳地基处理方法。
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