软土地基加固处理方案的选择及设计计算.doc

软土地基加固处理方案的选择及设计计算摘 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、软土地基的处理方法、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。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、软土地基处理（复合地基）的设计计算软土地基处理后，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）fkfsp,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=0.750.95，天然地基承载力高时取大值；三、工程实例（一）北京芍药居某住宅楼地基处理设计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RkRk =（Upqsi hi + Ap qp）/ kUp 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1.681.65m布桩，则面积置换率为m=0.1256 / 1.681.65 = 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 + 10.8（10.045160 =444 kPa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 3p = 37.17 = 21.51mPa取桩身混凝土强度等级为C25，坍落度1620cm。（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520mm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 kN3.01387#单桩14209.11860 kN4.98237#单桩14206.26860 kN3.63112#旁桩间土20018.48174kPa7.00387#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）、唐山某钢厂拟建高炉工程联合地基处理方案设计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5.025.88m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19941995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250450kPa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/kPam面积置换率（高炉部分设计桩间距为正方形1.201.20m，m=0.136；出铁场部分设计桩间距为正方形1.501.50，m=0.087）fs,k桩间土的承载力标准值（也可用加固后提高值）/ kPafp,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130150kPa，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）fkfsp,k（联合）联合复合地基承载力标准值（kPa）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0.75fk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=（Upqsihi+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1.51.75经计算，高炉部分fsp,k=340 kPa280 kPa，满足要求，出铁场部分fsp,k=225 kPa200 kPa，满足设计要求。（3）桩体材料：碎石桩体材料选择2040mm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1822cm。（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1015s，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。这是为后期保证CFG桩施工质量的关键，一定要认真负责。碎石桩施工完成后，再进行CFG桩施工，CFG桩采用SZKL600长螺旋钻机。由于碎石桩完成后，桩间土所留截面积很小，因此CFG桩机在成孔时一定要对准桩位，调平、调直桩机，确保桩体不偏斜，垂直度偏差1%，提钻速度控制在2.6mmin-1，泵压4MPa，同时视地层情况适当调整提升速度，减少泵压，砼灌注至设计桩顶标高线上0.50m。（2）地基加固效果检测1、振动挤密碎石桩复合地基检测：碎石桩施工完成后，分别采用重型动力触探和标准贯入试验、载荷试验方法进行碎石桩复合地基测试，综合评价复合地基承载力值在144