建筑工程毕业论文浅谈常见的不良地基及其加固处理方法.doc
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1、浅谈常见的不良地基及其加固处理方法摘 要随着我国国民经济的高速发展,我国基本建设的蓬勃兴起,建筑用地日益紧张,许多工程不得不建造在过去被认为不适和建筑需要的场地上,这对地基处理提出了新的要求。软弱地基处理的优劣,关系到整个工程的质量。合理的软弱地基处理、上部结构设计,可以减轻和消除软弱地基对上部建筑物的不利影响。本文分析了软弱地基形成的原因,并针对软弱地基的实际情况,阐述了建设工程中常见的软弱地基及其加固处理的方法。关键词:软弱地基 加固处理 工程质量引言:软弱土一般指土质疏松、压缩性高、抗剪强度低的软土和未经处理的填土。持力层主要由软弱土组成的地基称作软弱地基。随着我国国民经济的高速发展,我
2、国基本建设的蓬勃兴起,建筑用地日益紧张,许多工程不得不建造在过去被认为不适和合建筑需要的场地上, 在软弱土层上建造建(构)筑物时,采用天然地基其强度往往不能满足设计要求,遇到诸如土体稳定、变形等一系列问题。于是,需采取措施对软弱地基进行地基处理,以满足设计的要求,确保建筑物的安全与正常使用。地基处理的对象包括:软弱地基与不良地基。建设工程越来越多地遇到不良地基。因此,软弱地基处理问题也就显得更为常见和更加重要。软弱地基处理的优劣,关系到整个工程建设的质量与速度。合理的软弱地基处理、上部结构设计,可以减轻和消除软弱地基对上部建筑物的不利影响。1.软弱地基形成的原因软弱地基是由淤泥、淤泥质土、杂填
3、土、冲填土或者其它高压缩性土层形成的地基,这些地基基本上很少受到地质变动或者地形的影响,也从没有受到过地震、荷载等物理作用的影响,更没有受到土颗粒间化学作用的影响。软弱地基是一种不良的地基,其稳定性非常的差、强度较低、压缩性较高、容易出现液化,沉降量也很大。因此在工程的建设过程中,要充分考虑地基的变形和稳定等问题。在软弱地基上建设的工程,由于其地基强度不够和变形,往往不能满足工程的质量,所以要采用一定的措施,对软弱地基进行处理,从而提高地基的稳定性,减少地基的沉降和不均匀下降。 2.常见的不良地基及其特点2.1 软弱土地基软弱地基的种类很多,按成因一般可分为人工填土类地基;海相、河流相和湖泊相
4、沉积而成的含淤泥质粘土类地基;各种山前冲积、洪积相所形成的夹卵石、漂石的粘土类地基。复杂的成因造成了它们在物理力学性能上的复杂性,它们的共同特点是低强度、高压缩性、低渗透性、高灵敏度。2.2 杂填土地基杂填土是由建筑垃圾、工业废料、生活垃圾等杂物组成的填土。主要出现在一些老的居民区和工矿区内,是人们在生活和生产活动中所遗留或堆放的垃圾土。不同类型的垃圾土、不同时间堆放的垃圾土很难用统一的强度指标、压缩指标、渗透性指标加以描述。杂填土的主要特点是无规律堆积、成分复杂、性质各异、厚薄不均。因而同一场地表现为压缩性和强度的明显差异,极易造成不均匀沉降,通常都需要进行地基处理。2.3 冲填土地基冲填土
5、是由水力冲填而形成的土。近年来多用于沿海滩涂开发及河漫滩造地。冲填土形成的地基可视为天然地基的一种,它的工程性质主要取决于冲填土的性质。冲填土地基一般具有如下一些重要特点:颗粒沉积分选性明显,在入泥口附近,粗颗粒较先沉积,远离入泥口处,所沉积的颗粒变细;同时在深度方向上存在明显的层理;冲填土的含水率较高,一般大于液限,呈流动状态。停止冲填后,表面自然蒸发后常呈龟裂状,含水率明显降低,但下部冲填土当排水条件较差时仍呈流动状态,冲填土颗粒愈细,这种现象愈明显;冲填土地基早期强度很低,压缩性较高,这是因为冲填土处于欠固结状态。冲填土地基随静置时间的增长逐渐达到正常固结状态。其工程性质取决于颗粒组成、
6、均匀性、排水固结条件以及冲填后的静置时间。2.4 饱和松散砂土地基粉砂或细砂地基在静荷载作用下常具有较高的强度。但是当振动荷载(地震、机械振动等)作用时,饱和松散砂土地基则有可能产生液化或大量震陷变形,甚至丧失承载力。这是因为土颗粒松散排列并在外部动力作用下使颗粒的位置产生错位,以达到新的平衡,瞬间产生较高的超静孔隙水压力,有效应力迅速降低。对这种地基进行处理的目的就是使它变得较为密实,消除在动荷载作用下产生液化的可能性。2.5 湿陷性黄土地基黄土在自重应力或者在自重应力和附加应力共同作用下遇水湿陷,土的结构迅速破坏而发生显著附加变形的土称为湿陷性黄土,属于特殊土。广泛分布于我国东北、西北、华
7、中和华东部分地区的黄土多具湿陷性。湿陷性黄土又分为自重湿陷性和非自重湿陷性黄土,也有的老黄土不具湿陷性。在湿陷性黄土地基上进行工程建设时,必须考虑因地基湿陷引起附加沉降对工程可能造成的危害,选择适宜的地基处理方法,避免或消除地基的湿陷或因少量湿陷所造成的危害。2.6 膨胀土地基膨胀土的矿物成分主要是蒙脱石,它具有很强的亲水性,吸水时体积膨胀,失水时体积收缩,是特殊土的一种。膨胀土的胀缩变形很大,极易对建筑物造成损坏。分布范围很广,如广 西、云南、河南、湖北、四川、陕西、河北、安徽、江苏等地均有不同范围的分布。2.7 含有有机质和泥炭土地基当土中含有不同的有机质时,将形成不同的有机质土,在有机质
8、含量超过一定含量时就形成泥炭土,它具有不同的工程特性,有机质的含量越高,对土质的影响越大,主要表现为强度低、压缩性大,并且对不同工程材料的掺入有不同影响,对工程建设或地基处理直接构成不利的影响。2.8 山区地基土山区地基土的地质条件较为复杂,主要表现在地基的不均匀性和场地稳定性两个方面。由于自然环境和地基土的生成条件影响,场地中可能存在大孤石,场地环境也可能存在滑坡、泥石流、边坡崩塌等不良地质现象,它们会给建筑物造成直接的或潜在的威胁。在山区地基建造建筑物时要特别注意场地环境因素及不良地质现象,必要时对地基进行处理。2.9 岩溶地基由于水的长期溶蚀作用,将可溶性岩石(主要为石灰岩)溶蚀为沟槽或
9、溶洞的现象,称为岩溶。在岩溶(喀斯特)地区地下水的冲蚀或潜蚀下使其形成和发展,它们对结构物的影响很大,易于出现地基不均匀变形、崩塌和陷落。因此在修建结构物之前,必须进行必要的处理。3.地基处理方案选择前的调查研究 在选择地基处理方案前,首先应开展必要的调查研究,从而为合理确定具体的地基处理方法提供充分依据,其调查研究的主要内容有以下方面。 3.1 结构条件对于结构条件,主要应了解建筑物的体型、刚度、结构受力体系、建筑材料和使用要求;荷载大小、分布和种类;基础类型、布置和埋深;基底压力、天然地基承载力以及变形容许值等。 3.2 地质条件地质条件对于地基处理方法的选择是至关重要的,应充分了解和掌握
10、该场地的地形、地质成因、地基层状况;软弱土层厚度、不均匀性和分布范围;持力层位置及状况;地下水及地基土的物理和力学性质。各种软弱地基的性状是不同的,现场地质条件随着场地的位置不同也是多变的。即使是同一土质条件,也可能有多种处理方案。若根据软弱土层厚度确定地基处理方案,当软弱土层厚度较薄时,可采用简单的浅层加固的方法,如换填法;当软弱土层较厚时,可按加固土的特性和地下水位的高低采用排水固结法、水泥土搅拌法、挤密桩法、振冲法或强夯法等。如遇沙性土地基,若主要考虑沙性土液化问题,一般可采用强夯法、振冲法、挤密桩法或注浆法等。如遇软土层中夹有薄沙层,则一般不需要设置竖向排水井,可直接采用堆载预压法;另
11、外,根据具体情况也可采用挤密桩法等。如遇淤泥质土地基,由于其透水性差,一般应采用竖向排水井和堆载预压法、真空预压法;土工合成材料、水泥土搅拌法等。如遇杂填土、含粉细纱的充填或湿陷性黄土地基,在一般情况下可采用深层密实法。 3.3 环境影响 在选择地基处理方案时还应考虑场地的环境影响,并予以妥善处理。如采用强夯法和振动沙桩密实法,施工时的振动、噪音和挤土对邻近建筑物和居民会产生影响和干扰。如采用真空预压法和降水法,往往会使临近建筑物及周围地区产生附加沉降。如采用高压喷射法或石灰桩,有时会污染周围环境。 3.4 施工条件。 (1)用地条件。如施工时占地较多,虽对施工较方便,但有时会影响经济造价。
12、(2)工期。从施工观点来看,工期不宜太紧,这样可有条件选择缓慢加荷的堆载预压法等地基处理方案,且施工期间的地基稳定性增大。但有时工程要求工期较短,这样就限制了某些地基处理方案的选用。 (3)工程用料。应尽可能就地取材,如当地产沙,应考虑采用砂垫层或挤密砂桩等方案的可能性。 (4)其他。如施工机械的有无、施工方案的难易、施工质量的控制以及管理水平和工程造价等也是考虑采用何种地基处理方案的重要因素。 4.确定地基处理方案时应具备的资料在选择和确定地基处理方案时,主要应具备下列几方面的资料: 4.1岩石工程勘察资料在确定地基处理方案时,必须有齐全的岩土工程勘察资料。如果勘察资料不全,则应根据可能采用
13、地基处理方法所需的勘察资料做必要补充勘察。 4.2周围环境情况地基处理施工时的震动和挤土可能会导致临近建筑物和地下管线的附加沉降及开裂,因此,在确定地基处理方案前,临近建筑物和地下管线分布情况的资料。 4.3地基处理范围在对地基处理进行设计前,应具备详尽的建筑物结构设计资料,并确定地基处理范围。对于柔性桩,其处理范围通常都要按给定建筑物轮廓线范围向外适当放大若干尺寸,以满足土体中的应力扩散和抗液化要求。 4.4类似工程的地基处理经验某一地区常用的地基处理方法往往是该地区地基处理设计及施工经验的总结,它综合体现了材料来源、施工机具、工期、造价和加固效果,所以应重视并利用类似场地上同类工程的地基处
14、理经验。 5. 地基处理方案的确定步骤 首先根据建筑物对地基的各种要求和天然地基条件,确定需要进行人工处理的天然地层范围以及处理后的地基应达到的各项指标,然后根据天然地层的条件、地基处理的具体指标、过去应用的经验和机具设备、材料条件、施工队伍的素质等进行地基处理方案进行可行性研究,提出多种可行方案。最后,对提出的各种方案进行技术、经济、进度、环保等方面的比较分析,确定采用一种或几种处理方法。此时,可视需要进行小型现场试验或进行补充调查,然后进行施工设计 。6.常见的地基加固处理方法与适用范围随着建设事业的发展和对不良地基的充分利用,旧的地基处理方法在日益完善,新的地基处理方法不断涌现。从机械压
15、实到化学加固,从浅层处理到深层处理,从一般松散土处理到饱和粘性土处理,方法颇多。常用的加固处理方法有:置换法、碾压夯实法、深层挤密法、排水固结法、化学固化法、加筋法等。6.1 置换法6.1.1 换土垫层法就是挖除浅层软弱土,而换填强度较高的砂、石等材料代替,以提高持力层的承载力,减少部分沉降量,加速软弱土层的排水固结,防止冻胀和消除膨胀土的胀缩。主要适用于处理浅层软弱土地基。6.1.2 EPS轻填法发泡聚苯乙烯(EPS)重度只有土的1/501/100,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,适用于软弱土地基上的填方工程。6.2 碾压夯实
16、法利用压实原理,通过机械碾压夯击,将表面地基土压密实。适用于处理碎石土、砂土、粉土 、低饱和度的粘性土、湿陷性黄土、杂填土和素填土等地基。强夯法和强夯置换法主要用来提高土的强度,减少压缩性,改善土体抵抗振动液化的能力和消除土的湿陷性。对饱和粘性土宜结合堆载预压法和垂直排水法使用。6.3 深层挤密法6.3.1 强夯法利用起重机械将大吨位的夯锤吊起,从8m40m的高处自由下落,对土体进行强力夯实;该法在作用机理上与重锤夯实法有所不同,它是利用巨大的冲击能,使土中出现冲击波和很大的应力,迫使土中孔隙压缩,土粒趋向紧密排列,并迅速固结,从而提高地基强度,降低其压缩性,防止砂土地基液化;强夯加固的影响深
17、度在10m以上(国外已达40m)。该法适用于碎石土、砂土、低饱和度的粉土与粘性土、湿陷性黄土、杂填土和素填土地基的深层加固。6.3.2 挤密法挤密法是指在软弱土层中挤土成孔,从侧向将土挤密,然后再将碎石土、砂、灰土、石灰或矿渣等填料充填密实成柔性的桩体,并与原地基形成一种复合地基,从而达到提高地基承载力和减小地基沉降的目的。挤密法主要有夯实水泥土桩法、水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)法 、石灰桩法、灰土挤密桩法和土挤密桩法等类型。而夯实水泥土桩法适用于处理地下水位以上的粉土、素填土、杂填土、粘性土等地基。该法施工周期短、造价低、施工文明、造价容易控制,目前,在北京、河北等地的旧城区危改小区工程中得
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