软土地基加固处理方案的选择及设计计算

1 软土地基加固处理方案的选择及设计计算 摘摘 要要 介绍软土地基加固处理方法 通过工程实例说明软土 地基处案的选择设计计算方法 关关键词键词 软土地基加固处理 方案选择 设计计算 近年来 基本建设规模不断扩大 软土地基加固处理 问题越来越多 合理选择处理方案是使建筑物安全和降 低工程造价的重要途径之一 软土地基处理的基本方法 多种多样 主要原理是置换 夯实 挤密 排水 胶结等 下面介绍主要几种方法的适用情况 如何选择及设计计 算 一 一 软软土地基的土地基的处处理方法理方法 强夯法 强夯法又分为强夯挤密法和强夯置换法 主要优点 是设备简单 效果显著 经济和施工快 缺点是振动 噪 声大 强夯挤密法常用来加固碎石土 砂土 低饱和度的 粘性土 素填土 杂填土 湿陷性黄土等各类地基 强夯 置换法主要用于厚度小于 m 的软粘土层 边夯边填碎石 等粗粒料形成深度 6m 直径 2m 左右的碎石桩体与周 2 围土体形成复合地基 目前这种处理方法应用较少 强夯 法至今还没有一套成熟的理论和设计计算方法 还要在 实践中总结提高 目前强夯法由于振动 躁声大 主要应 用在新建港口回填土的软土地基加固 公路和铁路软土 地基加固 城市建设中很少应用 排水固结法 排水固结法又称预压法 适用于泥质土 淤泥 冲填 土等饱和粘性土地基 这种方法需时间长 加固效果不明 显 现在工业与民用建筑中很少采用 主要应用于大面积 货栈堆场对地基承载力要求较低的饱和粘性土地基处理 碎石桩法 碎石桩法分为振冲法和干振法 振冲法是利用振动 和水冲加固地基的方法 干振法是利用干法振动成孔器在 软弱地基中设置碎石桩 振冲法主要用于砂土 不排水抗 剪强度大于 20Kpa 的粘性土 粉土和人工填土等地基 主 要缺点是施工过程中排放泥浆污染现场 干振法适用于 松散的非饱和粘土 松散的液化砂土 杂填土和素填土等 3 主要缺点是施工中噪声污染大 选择碎石桩法时候要根 据现场土层情况和现场环境综合考虑 4 石灰桩法 土桩 灰土桩法 石灰桩的基本加固作用有打桩挤密 桩周土脱水挤 密和桩身的置换作用 主要用于水位以下的软土地基处 理 土桩 灰土桩在我国西北和华北地区得到广泛应用 适用于地下水位以上的湿陷性黄土 杂填土等地基 5 深层搅拌法 深层搅拌法是通过特制机械沿深度将固化剂与地基 土强制搅拌就地成桩加固地基的方法 当固化剂为粉体 水泥或石灰 又称粉喷桩法 深层搅拌法适用于处理淤 泥 淤泥质土和含水量较高的地基 深层搅拌法具有施工 中无振动 无噪声 无地面隆起 不排污 对相邻建筑物 不会产生有害影响等优点 深层搅拌桩地基可按复合地 基考虑 6 高压喷射注浆法 高压喷射注浆法是将带有特殊喷嘴的注浆管置于土 4 层预定深度 以高压喷射流使固化浆液与土体混合 凝固 硬化加固地基土体的方法 它适用于淤泥 淤泥质土 粘 性土粉土 黄土 砂土 人工填土和碎石土等地基 注浆 形式分为旋喷 定喷和摆喷 施工方法分为单管法 二重 管法和三重管法 7 水泥粉煤灰碎石桩 CFG 桩 法 水泥粉煤灰碎石桩法是在碎石桩的基础上加进一些 石屑粉煤灰和少量水泥 加水拌和 用振动沉管打桩机或 长螺旋钻管内泵压成桩机具制成的一种具有一定粘结强 度的桩 桩和桩间土形成复合地基 适用于粘性土 粉土 砂土和已自重固结的素填土等 另外地基处理还有灌浆法和化学处理 桩锤冲扩桩 法等 软土地基加固方法种类很多 而且还在不断发展 软土地基处理的设计和施工应符合技术先进 确保质量 安全适用和经济合理的要求 要因地制宜 综合考虑 二 二 软软土地基土地基处处理 复合地基 的理 复合地基 的设计计设计计算算 软土地基处理后 部分土体被增强或置换形成增强 体 由增强和周围地基土共同承担荷载的地基就是复合 5 地基 复合地基承载力标准值计算公式如下 fsp k m Rk Ap 1 m fk fsp k 复合地基承载力标准值 kPa fk 天然地基承载力标准值 kPa m 面积置换率 Ap 单桩截面面积 m2 Rk 单桩承载力标准值 kN 桩间土强度提高系数 桩间土强度发挥系数 宜按地区经验取值 无经 验时可取 0 75 0 95 天然地基承载力高时取大值 三 工程实例 一 北京芍 一 北京芍药药居某住宅楼地基居某住宅楼地基处处理理设计设计 1 工程概况 该住宅楼为一栋 26 层高 77m 基底埋深 7 340m 的 高层建筑 据工程地质勘察报告 直接持力层为第四系粉质粘土 承 载力为 fk 160kPa 虽然承载力较高 但建筑物荷载太大 要求处理后的地基承载力标准值不小于 430 kPa 该场地 6 地基相对属于软土地基 需要进行处理 其地层从上到下 主要为粘质粉土 粉质粘土 粘土 细中砂 粉质粘土 圆 砾和砂土的交互层 2 地基处理方案的选择 根据本工程的特点和地质条件 为了满足建筑物地 基承载力和沉降的需要 该工程可供采用的地基处理方 案有大直径钻孔灌注桩和 CFG 桩复合地基方案两种 其 中前者技术可靠 在保证设计和施工质量的前提下 基础 沉降易于控制 但工程造价高 工期长 还存在一定的钻 孔泥浆污染等缺点 而 CFG 桩复合地基方案充分发挥桩 间土的承载能力 使工程造价低 工期短 质量可靠 施 工振动小 噪音低 无泥浆污染 目前该方法已被大量应 用于高层和多层建筑的地基处理工程中 3 CFG 桩复合地基处理设计 1 取圆砾 层为桩端持力层 根据基础埋深取有效 桩长为 19 50m 采用长螺旋管内泵压砼成桩工艺 桩径 400mm 2 计算单桩承载力 Rk 7 Rk Up qsi hi Ap qp k Up 桩的周长 qsi 第 i 层土桩侧阻力标准值 kPa hi 第 i 层土厚度 m qp 桩端阻力标准值 kPa Ap 桩的面积 m2 K 安全系数取 2 经计算 Rk 900 kN 3 根据实际基础尺寸 按 1 68 1 65m 布桩 则面积 置换率为 m 0 1256 1 68 1 65 0 045 4 根据公式计算复合地基承载力标准值 取 Rk 900Kn Ap 0 1256m2 1 0 8 fk 160kPa m 0 045 则fsp k 0 045 1 0 8 1 0 045 160 444 kPa 900 0 1256 满足建筑物承载力要求 5 桩体混凝土强度 桩顶应力 p Rk Ap 900 0 1256 7 17mPa 桩身强度 R28 3 p 3 7 17 21 51mPa 8 取桩身混凝土强度等级为 C25 坍落度 16 20cm 6 褥垫层 复合地基通过桩顶设置褥垫层 充分调动地基土参 与工作 达到提高地基承载力和减少基础沉降的目的 褥 垫层采用 5 20mm 级配碎石 厚度 200mm 振动密实 4 地基加固效果检测 由于做复合地基载荷实验要加载到 2400kN 施工困难 所以该工程做了单桩和桩间土载荷试验 试验结果见下 表 试验桩号试验类型 终止荷载 kN 总沉降量 mm 承载力 标准值 对应沉降 量 mm 112 单桩 14205 49860 kN3 01 387 单桩 14209 11860 kN4 98 237 单桩 14206 26860 kN3 63 112 旁 桩间土 20018 48174kPa7 00 387 旁 桩间土 20017 7177kPa7 00 通过以上试验 表明该工程达到设计要求 复合地基 承载力大于 430kPa 满足建筑物荷载要求 二 唐山某 二 唐山某钢钢厂厂拟拟建高炉工程建高炉工程联联合地基合地基处处理方案理方案 9 设计设计 1 工程概况 唐山某钢厂拟建 380m2高炉工程 建筑高度 55m 钢 型结构 基础形式为大块式钢筋混凝土基础 基础埋深 3 50m 单位荷重为 280kPa 出铁场风口平台 单层厂房建 筑高度为 17m 排架式结构 钢筋混凝土独立基础 基础 埋深 3 00m 单位荷重为 200kPa 根据勘察资料 拟建场地的地貌单元为第四纪陆相 冲积平原地貌 场地地形平坦 地面标高介于 5 02 5 88m 之间 其地层上部为第四系全新统冲洪积层 和泻湖相的粘土 粉土细砂地层 下部为上更新统粉土 细砂等地层 本场地在 1976 年唐山 7 8 级大地震时 其附 近发生过地震液化现象 经判别第 层粉土存在液化现 象 液化指数为 13 92 综合评价本场地为中等液化 2 地基处理方案的选择与 CFG 桩加固方案 根据场地的工程地质条件 我们根据当地地基处理 经验 结合本工程特点 选择多种方案在可行性和经济技 术上进行分析对比 为甲方提供经济可行的地基处理方 10 案 1 钻孔灌注桩法 此方案安全可靠 承载力高 能满 足设计要求 但桩长 排污量大 场地不具备排污条件 综合施工费用较高 甲方不能接受 不采用此工法 2 振动挤密碎石桩法加固方案 此方法在 1994 1995 年 2 高炉 炼钢车间等工程建筑中 得到广 泛应用 工勘短 施工速度快 无排污等问题 复合地基 承载力为 180kPa 左右 适合甲方建设工期 但此次地基 承载力要求较高 此工法不能满足设计要求 3 CFG 桩加固方案 根据附近 滦南 丰南等地 的 地基处理经验 CFG 复合地基承载力值在 250 450kPa 之间 但要满足设计要求 在桩长 桩数上都造成工程造 价相对较高 甲方难以接受 4 碎石桩和 CFG 桩联合处理方案 根据我单位 1994 年以来在该场地的施工经验 结合地层特点 提出采 用振动挤密碎石桩先行对地基进行加固处理 之后在挤 密桩之间加入 CFG 桩的联合地基处理方法 此工法中碎 石桩即能起到排水固结 加固软土提高地基承载力的作 11 用 又能消除第 层粉土的液化问题 同时又能增加 CFG 桩桩周土的密实强度 提高抗剪强度 而 CFG 桩的 桩体具有较高的桩身模量和强度 能够承受较大份额的 上部荷载 因此在经碎石桩处理后的复合地基中 加入一 些 CFG 桩 两种桩型各自发挥其优点 从而达到满足设 计地基承载力的要求 经过方案和造价的对比 甲方对此 工法非常满意 决定采用此工法 3 地基加固设计 1 碎石桩复合地基的设计 根据 1994 年以来本场地 振动挤密碎石桩的成功经验 碎石桩设计桩体直径 480mm 桩长 7 50m 其目的主要是消除第 层粉土的 液化问题 同时提高地基承载力 其设计按下列公式进行 复合地其承载力值计算 fsp k m fp k 1 m fs k 式中 fsp k 复合地基承载力标准值 kPa m 面积置换率 高炉部分设计桩间距为正方形 1 20 1 20m m 0 136 出铁场部分设计桩间距为正方形 12 1 50 1 50 m 0 087 fs k 桩间土的承载力标准值 也可用加固后提高值 kPa fp k 单桩单位截面承载力标准值 kPa 经计算 高炉部分碎石桩复合地基承载力值为 140kPa 出铁场部分复合地基承载力为 130kPa 2 CFG 桩复合地基设计 由于 CFG 桩设计时的地 基土是已经过振动挤密碎石桩处理的复合地基地土层 因此在设计是应充分考虑地基土的承载力提高和强度问 题 由碎石桩复合地基的载荷试验和标准贯入试验及桩 体重型动力触探可知 加固后的复合地基土承载力值在 130 150kPa 平均承载力值为 144 kPa 根据场地土层情 况 设计 CFG 桩桩径为 400mm 桩长分别为高炉部分 13 70m 有效长度 10m 出铁场部分桩长 9 70m 有效桩 长 7 0m 桩端统一进入第 层细砂层不小于 1 00m 其复 合地基承载力按下式计算 fsp k 联合 mRk Ap 1 m fk fsp k 联合 联合复合地基承载力标准值 kPa 13 m 面积置换率 高炉部分的面积置换率为 0 087 出 铁场部分的面积置换率为 0 056 Rk 自由单桩承载力标准值 kN Ap 单桩截面面积 m2 桩间土强度提高系数 桩间土强度发挥度 取 0 75 fk 天然地基承载力标准值 取经碎石桩加固后的复 合地基承载力标准值 kPa 其中 Rk Up qsihi Apqp k 式中 Up 桩的周长 qsi 第 i 层土桩侧阻力标准值 kPa hI 第 i 层土厚度 m qp 桩端阻力标准值 kPa Ap 桩的面积 m2 k 安全系数取 1 5 1 75 经计算 高炉部分 fsp k 340 kPa 280 kPa 满足要求 出铁场部分 fsp k 225 kPa 200 kPa 满足设计要求 14 3 桩体材料 碎石桩体材料选择 20 40mm 的硬质级 配碎石 最大粒径不大于 50mm CFG 桩桩体强度不小于 C20 砼坍落度 18 22cm 4 褥垫层设计 为了调整基底以下应力分布状况 更大程度地发挥桩间土的承载力作用 联合复合地基的 褥垫层采用级配碎石 最大粒径不大于 30mm 厚度为 300mm 宽度不小于褥垫层厚度 4 施工设计与地基加固效果检测 1 为达到设计目的 联合地基处理的施工顺序为先 打挤密碎石桩 施工机械采用 DZ 60 型振动挤密桩机 桩 达到设计深度后 加料 振管 留振 返插 提管高度不大 于 1 20m 留振 10 15s 返插 0 50m 保证桩体均匀垂直 连续性好 避免桩体局部扩径过大 影响 CFG 桩的施工 质量 同时在施工中采用重型动力触探进行桩体试验 跟 踪测试桩体的密实程度和均匀性 以调整施工工艺 这