人工地基与地基处理新技术

人工地基与地基处理新技术按有关《规范》规定，软弱地基系指主要由淤泥、淤泥质土、冲填土、杂填土或其它高压缩性土层构成的地基。通常，软弱土也包括泥炭、松散的粉细砂等。也就是说，软弱土是指淤泥、淤泥质土、冲填土、杂填土或其它高压缩性土，包括泥炭、松散的粉细砂等。由软弱土构成的地基就称为软弱地基。在软弱土中，淤泥和淤泥质土在工程上统称为软土。由软土构成的地基称为软土地基。由于软土具有强度低、压缩性高、渗透性弱，并且具有高灵敏度和流变性等特性，因而在软土地基上建筑物，地基沉降量大、沉降稳定时间长。若不妥善处理，则往往会因不均匀沉降过大而导致建筑物开裂破坏，甚至会有因丧失稳定性而发生整体滑动和倒塌的危险。所以，若不作任何处理，则软土地基不能承受荷载较大的建筑物。本文拟介绍近年来的人工地基与地基处理新技术。可供有关工程技术人员参考。一、软弱地基处理㈠、软土地基深层搅拌加固法据报道，冶金工业部建筑研究总院开发的软土地基深层搅拌加固法，是利用水泥作为加固剂，用特别的深层搅拌机械，在地基深部就地将软粘土与水泥浆强制拌和，使软粘土硬结成具有一定强度的水泥加固土（复合地基），从而提高地基强度。这种方法的主要技术特点是：充分利用了软土，避免了大量挖掘软土和远距离弃土；对软土地基加固效果显著，加固后即可投入使用，并可根据上部结构状况灵活采用柱状、壁状、格栅状等加固形式；地基加固过程中对周围软土无扰动，不会造成软土侧向挤出；施工中无振动、无噪音、无污染；施工机具简单，便于制造和推广使用；适合我国经济技术条件。这项技术的主要性能指标为：一次加固面积0.71平方米，最大加固深度20米，加固每立方米软土水泥耗量120～180公斤，所需时间12分钟；当水泥掺量为7～15%时，可在短时间内将软土强度提高数十倍到上百倍，使之成为承载力高、变形小、遇水稳定的优质地基。深层搅拌法适用于加固淤泥、淤泥质土和含水量较高的粘土、粉土等地基。加固后形成的复合地基可作为兴建多层建筑物、中型工业厂房及设备基础的良好地基，同时还可用作地下挡土构筑物。㈡、软土地基分层注浆加固法软土地基分层注浆加固法是上海市隧道工程公司隧道施工技术研究所，主要针对上海地区软土的特点研究和开发的技术成果。据报道，软土地基分层注浆加固法，主要是依靠压力的作用使浆液均匀地劈入土体，形成交叉的网络，再注入化学浆液充填缝隙，使土体形成一种复合体，从而达到加固的目的。分层注浆加固技术成果配套，它解决了在软土条件下如何控制流量、压力和注浆量等参数，做到以最佳的比例达到预期的目的；形成了一整套施工工艺，研制了专门的注浆设备，应用电脑技术对注浆的动态过程进行****，并研制了配套的注浆材料。该项技术适用于盾构法软土隧道的施工，地铁镜框式车站的施工，城市中房屋密集地区地下工程的基础开挖，以及机场的停机坪、滑行道的基础处理等。数年来推广应用这项技术，已为建设单位和国家节省了2000余万元。工程实践证明，软土地基分层注浆加固技术，不仅可以产生良好的经济效益，而且既可保证施工安全，提高工程质量，又可控制地面沉降，保护重要建筑物和城市地下管线，其社会效益也颇为显著。㈢、用压密注浆法处理软弱地基据报道，1995年2月，合肥古井大酒店基坑开挖证明，安徽地矿局第一水文队应用压密注浆新技术，在面积为1500平方米、开挖深度达14米的基坑周围，施工围幕、防水、抗渗、加固工程，取得了圆满成功。合肥古井大酒店建筑设计地面22层、地下2层。地基所处位置原来是古河道，有两层流砂层，地下水水量十分丰富，地下1.7米即见地下水。地基周围有合肥市3条主要交通干道和许多建筑物。如果按常规施工方法处理地基，采用人工开挖，积水用水泵大量排水，不仅地基周围破坏大，土方量大，造成人力、物力、财力的巨大消耗和浪费，而且还有可能造成主要交通干线和建筑物塌陷，施工更是无法进行。该队提出采用压密注浆新技术解决地基防水、抗渗、加固的难题。经过两个月施工，打了800余个钻孔，钻孔深度达23米。利用高压把水泥浆液灌入地基充填空隙，挤密土体，形成围幕，从而不仅加固了土体，防止了渗水、塌陷的发生，而且没有影响周围建筑物的正常使用和安全。经开挖地基验收表明，工程质量优秀。㈣、用建筑垃圾夯扩超短异型桩处理软弱地基据报道，为加快建筑领域科技成果推广应用速度，建设部科技发展促进中心、中国专利技术开发公司等单位，于1998年8月，联合推广用建筑垃圾夯扩超短异型桩施工技术。据介绍，这项技术已通过建设部组织的科技成果鉴定，并被列为该部当年科技成果重点推广项目，被中国专利局列为专利技术推广示范工程项目。用建筑垃圾夯扩超短异型桩施工技术，是针对软土地基和松散填土地基的特点，研究开发出来的一种地基加固处理新技术。它充分利用天然地表硬层和浅部较好土层，避软就硬，以建筑垃圾为填料，采用特殊的施工工艺和专利施工工具，在地表及地下数米范围内，夯扩成阶梯状人造持力层，从而使地基得以加固。这项新技术适用于工业与民用建筑，对平房改造、安居工程的多层住宅建设尤其适用。此外，还适用于市政工程、中小型水利工程的地基加固。它可节约建筑材料60%以上，节约基础投资15%～30%；并且由于充分利用建筑垃圾，环境效益显著。㈤、软弱地基小口径搅拌桩搅拌固化法如何在粉煤灰、流砂土等软弱地基上兴建一般工业与民用建筑物？据报道，安徽省淮北矿业（集团）公司勘探工程处与设计处，采用的新技术是：利用水泥浆等作为固化剂，通过小口径搅拌桩搅拌，在不同深度就地将粉煤灰与固化剂强制搅拌，使软弱地基硬化，从而提高地基承载力。这种新技术可在粉煤灰、流砂土等软弱地基上使用。采用这种方法加固后的地基，一般可兴建单层工业厂房或5层以下民用建筑物。该公司曾经在由粉煤灰充填的某煤矿塌陷区内兴建了一座厂房。该厂方已使用了两年多，状况良好。经有关部门测试，该建筑物完全满足国家建设部门有关规定的要求。㈥、游泳池底板断裂软弱地基处理据报道，广东省开平市金山公园游泳池建于1983年，工程造价60余万元。由于设计和施工不当，建成后不久，游泳池深水区中部底板产生一条横贯池宽的断裂缝，钢筋混凝土底板产生4个洞穴。向池中放水时，水从洞穴处漏掉；把水抽干清洗池区时，又从裂缝、洞穴处涌出地下水并发生涌沙。几经修补，均未成功。游泳池被闲置10年之久。广东地矿局探矿工艺研究队，采用疏水孔降低地下水位，用帷幕灌浆孔堵截山沟地下水，然后在深水区池底施工压密灌浆孔，共施工136个压密灌浆孔，压灌水泥53吨。施工半个月后，即开池放水，迎接游泳爱好者。经过两次抽干池水清洗池底表明，治理效果十分理想。㈦、软土地基粉体喷射搅拌加固据报道，1992年9月，在湖北省地矿局召开的评审会上，专家认为，由湖北省第4地质大队完成的、粉体喷射搅拌加固软土地基的应用研究，具有国内先进水平。从1987年底开始，他们在武汉地区进行试验性生产，逐渐显示出粉体喷射搅拌技术的独特优点。1989年下半年，这项技术推广到了上海地区，并向长江三角洲广阔地带辐射。通过3年生产应用和1年应用研究，先后在武汉、郑州、上海等地，用这一方法施工了23项工程，质量良好。3年来，湖北4队用此方法，施工软土地基处理工程的总产值超过了100万元，利润保持在15～18%。㈧、国外四种地基加固方法据报道，1993年9月，俄罗斯刊文介绍了几种行之有效的地基加固方法，为工程师们选用地基加固方法提供了思路。1、粘土灌浆法把粘土泥浆压入地基空隙。它可以填塞极小的缝隙。但是，仅限于干燥岩层使用。2、硅酸钠浆和氯化钙浆压入法把管壁上有许多孔的金属管打入地基，然后通过金属管把硅酸钠浆和氯化钙浆压入地基中；进行化学反应后，地基中的细小空隙被防水的硅酸钠凝胶堵住。该法适用于砂质地基。3、合成树脂灌注法适用于各种工程地基的加固。采用管式灌浆器灌入合成树脂。可在狭窄的空间施工，也可在50米深的地下加固地基，使地基坚固程度大幅度提高。4、水泥支柱喷射法往井中放入旋转钻杆，钻杆头部装有喷射器和研磨器，水柱从钻杆中喷出，切割、软化土层，研磨器将土磨碎。钻杆边磨边钻到达目的深度后，垂直喷射器停工，两个水平喷射器同时启动，在400个大气压力下注入水泥浆。撤出钻杆后，地下形成直径为80厘米的水泥柱，起到加固地基的作用。二、软土新分类与软土地基处理据报道，由于软土分布广泛，在闽南金三角地区的工程建筑中，工程病害时有发生。由原地质部水文地质工程地质研究所阎世骏等提出的、新的软土分类方案，为治理这类工程病害提供了定量依据。据认为，以往在对软土进行工程地质分类时，人们往往只注意了其生成环境，而忽视了其外界存在环境。因此，不能准确区分软土的性质差异。阎世骏等立足于软土的外界存在环境类型（水下环境、裸露环境、埋藏环境），再结合其生成环境，对软土进行了重新分类。该分类的可行性已为闽南软土的工程地质特征的变化规律所证实。在软土地基改良方法中，他们首次提出，排水固结法的最佳预压期为主固结稳定时间的0.23～0.24倍，从而避免了以往由于盲目预压而造成的浪费和损失。这项研究成果既可以指导软土地基改良措施的实施，又可以评价和预测软土分布区出现的各种地质灾害。三、岩溶区软弱地基及地面塌陷处理据报道，广西地矿局桂林水文工程地质勘察院，有不少处理岩溶区软弱地基及地面塌陷的技术方法。不仅有传统的钻孔桩、搅拌桩、沉管桩、砂石桩等施工方法，而且该院推广的高压旋喷桩和化学灌浆施工方法，因工期短、造价低廉而被认为是处理岩溶区软弱地基及地面塌陷的好方法。㈠、高压旋喷桩技术桂林屏风花园住宅小区在地质上处于典型的漓江阶地，地表层是2～3米厚的填土塘泥，中间有一层2～4米厚的粉质粘土，再下是砂卵石。由于表层及其下层土的承载力低，若全部挖掉则不仅费工、费时，而且施工抽水还会引起塌方和地面沉降；若采用基桩施工则造价更高，而且强烈震动将会影响附近建筑物的安全。在这种情况下，该院采用了高压旋喷桩复合地基处理方法。与其它方法相比，缩短工期1个多月，节省费用30%。经桂林市质检部门采用载荷试验检测表明，处理后的软弱地基承载力提高了1倍，完全满足了设计要求。随后，建筑面积2万多平方米、高11层的桂林杉湖综合大楼等一批桂林市重点建设工程，也相继采用了这一方法。㈡、化学灌浆技术1995年到1997年，桂林市发生了多起地面塌陷事故，引起建筑物开裂、倾斜和倒塌。该院采用化学灌浆技术，使历次抢险获得成功。1997年4月，桂林杉湖综合大楼基坑支护桩施工时，由于杂填土及淤泥层较厚，地下水流量大，孔深挖至4～5米时，大量地下水和淤泥涌出，严重影响施工进度和人员安全，工程被迫停工。该院采用化学灌浆方法固结淤泥土层防止流失，同时止水。结果，地下水被堵住，淤泥不再涌出，不用水泵抽水，便可直接开挖并成桩。1997年，桂林市又有一批工程，地基中都存在软弱土层或土洞、溶洞、溶槽等，经化学灌浆处理，增加了原地基的承载力，消除了地面塌陷的隐患。这样以来，还可以采用不同基础形式建房，既缩短了工期和降低了成本，也确保了安全。四、建筑物地基基础托换法加固已建建筑物的地基处理和基础加固方法，包括已建建筑物加固、加层或扩建时的地基处理和基础加固方法，在已建建筑物基础下面修建地下工程时的地基处理和基础加固方法，以及在邻近新建工程或深基坑开挖时受影响的已建建筑物的地基处理和基础加固方法，总称为托换法。常用的托换法有：⑴、桩式托换法：坑式静压桩托换、锚杆静压桩托换、灌注桩托换、树根桩托换等；⑵、灌浆托换法：水泥灌浆法、硅化法、碱液法等；⑶、基础加固法：灌浆法、用素混凝土套或钢筋混凝土套加大基础、坑式托换加固法等。㈠、住宅楼基础托换、纠偏工程据报道，浙江省岩土基础公司土建分公司，圆满完成两幢住宅楼基础托换、纠偏工程。该工程采用锚杆静压桩托换，并与沉井冲淤纠偏技术相结合，完成基础托换率达30%，两幢楼纠偏倾斜分别为30厘米和20厘米。整个工程历时半年。㈡、高楼倾斜扶正工程两栋多方向扭曲、最大倾斜量达33厘米的7层高楼，经辽宁水工院治理已复位。大连市某重点安居工程于1995年建成后，由于地基不均匀沉降，造成4栋楼房基础下沉，楼房倾斜，墙体开裂，最大倾斜量达33厘米。该院提出采用基础托换