现代地基处理技术的发展与应用

现代地基处理技术的发展与应用

0地基处理的发展历程现代基底处理技术来自欧洲。1835年，法国工程师设计了第一个砂砾桩。20世纪30年代前后，美国人发明了砂井法。1934年，苏联阿贝列夫提出了土桩覆盖法。1936年，德国斯.steula提出了振冲法的原理。1940年代前后，瑞典的齐曼和其他人发明了一种硬纸板嵌入法（c）。20世纪60年代，法国梅德尔学会首次采用了强侧法。20世纪70年代，日本首先采用了加压技术加固地板和防水杆的加固技术，即ccp技术。从20世纪80年代末到90年代初，中国发明了一套完整的cpg桩处理技术，并在全国范围内广泛传播。对于新技术的梳理与综合性研究是岩土工程界需解决的问题,本着这种观点与思想对此进行了分析和研究。1地基处理技术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,主要包括3个方面:一是提高地基的抗剪切强度;二是降低地基的压缩性;三是改善地基的透水特性。地基处理技术,按广义而言,可分为以下3类:(1)各种地基加固技术,其主要作用是增强软土地基的承载力,减少其沉降变形;(2)各种桩基技术,其主要作用是把上部荷载传至地基深部;(3)地下连续墙技术,其主要作用是提供侧向支护。地基处理技术按其本身加固原理可分为:置换、排水固结、灌入固化物、振密或挤密、加筋、冷热处理、托换和纠偏等8类。2地基处理技术的最新发展和现状我国地基处理技术经过多年的借鉴与发展,发展势头迅猛,尤其是近20年来,随着岩土工程建设的不断发展,涌现了许多新的地基处理方法和工艺。2.1各种处理方法的结合2.1.1充填地基处理法该法的原理是先在填土层中施工好碎石桩体,起到挤密、置换和排水固结的作用,然后布置强夯点,通过强大的冲击能将碎石桩体击散,并将碎石沿径向挤入围护土层中,使其在地基上部形成密实的碎石二合土硬壳层和扩径后高置换率的碎石桩复合地基,以满足建筑物对地基的强度和稳定性要求。该方法应用于洞庭湖畔的湖汊回填区内的厂房地基处理取得了较好的效果。强夯法一般不适于单独处理高饱和细粒土地基,当二者联合处理此种地基时,利用强夯加固饱和细粒土地基,碎石桩作为预设排水措施,同时起到了很好的聚能、隔振和压重作用。青海省察尔汗盐湖的青海盐湖集团新建年产100万t钾肥项目,用该方法处理地基取得了较好的效果。2.1.2cfg桩、地面砂基其加固机理是碎石桩消除地基的液化,但由于其承载力有限,因此在碎石桩的基础上,用CFG桩提高地基承载力,即CFG桩主要提供承载力,碎石桩主要消除上部地层液化问题,该方法在某锻造企业拟建管模车间地基处理中应用,车间运行la后,沉降量仅为9.80—12.41mm,效果良好。2.1.3因粉喷桩而产生的作用得到改善其基本原理是由CFG桩、粉喷桩2种增强体与天然地基土体组成三元复合地基,既能发挥CFG桩高承载力的特点,又因CFG桩的插入而使粉喷桩的侧限约束作用得到增强。同时,由于设置了粉喷桩,上部地基土的变形能力得到改善,提高土体的抗剪强度,避免CFG桩产生刺入破坏。该方法在武汉天兴洲长江大桥北岸联络线路基工程中得到应用,处理后经载荷试验复合地基承载力是原地基土承载力的3.4倍,且累计沉降量为5.33mm,效果较好。2.1.4复合地基的制备CFG桩和CS桩联合应用,则可与桩间土形成组合型复合地基;其中CFG桩作为高粘结强度桩的代表,像刚性桩一样可全桩长发挥侧阻;而CS桩作为中等粘结强度桩的代表,属于半刚性桩。将这两种桩与柔性体(土)结合的复合地基既能发挥CFG桩高承载力和良好排水作用的特点,又因CFG桩的插入而使水泥土桩的侧限约束作用得到增强。同时,由于设置了CS桩,地基土的变形能力可得到有效的改善,不仅提高了土体的抗剪强度,亦可避免CFG桩产生刺入破坏的可能,该方法在洛阳工学院综合试验楼工程应用,封顶后沉降量仅为12.8mm,取得了良好的处理效果。多种处理方法的结合,能取长补短,使各种地基处理方法的适用性更广,给地基处理方法的选择提供了更大的余地,使地基处理方法应用得更广泛。2.2新的基本处理方法2.2.1ddc灰土挤密桩复合地基的制作DDC灰土挤密桩,就是采用孔内深层强夯法(简称DDC法)的施工工艺,用螺旋钻机或柴油锤沉管成孔,在孔中分层填入灰土,分层夯实成桩,反复锤击使桩径逐步扩大,与桩间土共同组成复合地基的地基处理方法。此复合地基主要可以改变湿陷性黄土的大孔结构,消除地基土的湿陷性,提高地基土的承载能力和减小地基土的变形。DDC灰土挤密桩处理后的复合地基承载力一般为原天然地基的2—7倍,相对于灰土桩有较大提高。其处理地基的一般深度为5—40m。2.2.2ifco强制固结法荷兰IFCO公司于1998年对砂井预压法的排水系统和加压系统进行了改进,推出了一种新型的软土地基处理方法——IFCO强制固结法,其系统如图1所示。在IFCO强制固结法中,排水系统为一排排纵向贯通的砂墙,扩大了排水通道,加快了固结速率,缩短了处理时间。加压系统为真空面设置在砂墙底部的真空法或真空一堆载联合法,不仅真空压力可以一次施加,堆载可以视实际情况与真空压力同时施加,缩短了堆载时间,而且由于真空面位于砂墙的底部,而不是在砂墙的顶部,水的渗流方向与重力方向一致,从而使固结速率加快。该方法用于处理位于荷兰西南部的一公路地基,效果较好。2.2.3结3大类材料爆炸处理地基方法分为爆炸置换、爆炸挤密、爆炸固结3大类,主要用在砂土、软粘土等地基上。其原理是利用炸药在土介质中爆炸瞬间产生的强度大的冲击波及爆炸产生的高温、高压气体来振实或挤密周围土体。2.3基础处理新技术2.3.1配套规模大,施工成本高,不能满足转场需求对于桥台等小型区域软土地基处理,由于粉喷桩设备机具尺寸和自重大,不利于地基力学性质较差或工作区域狭窄的场地施工,而且由于耗电量大,野外作业需要的配套规模大,转场费用高,还会由于排污造成施工区域水质污染,所以对于小区域或复杂地形施工不便。而CFG桩需要掺用一定比例的水泥,因此工程成本高,设备机具规模大,且加固后桩间土的基本力学性质改善有限,达不到加固的目的。而粉煤灰一石灰一硫酸盐混凝土是一种中粘结、半刚性、更高承载力、施工机具小型化(采用施打公路护栏立柱的轻型打桩机成孔成桩)、施工方便、经济实用的处理方法。2.3.2强法律装置工作原理高真空击密法是通过对需处理的软土体施加数遍高真空,并与之结合施加数遍相应的变能量击密,达到降低土体含水量,提高土体密实度和承载力,减少地基的工后沉降与异沉降量的地基处理工法。这是一种使土体形成高真空后施加不同能量级别强夯的工艺,其加固原理是快速动力排水固结。上海浦东国际机场二跑道,采用此方法加固,节约投资2000万元。2.3.3加固处理费用鉴于粉煤灰的透水性较强,如果将其用于加固处理吹填土地基,则可加速吹填土的固结过程降低加固处理费用。过去许多吹填土地基加固处理措施,都于吹填之后采用,粉煤灰吹填在吹填过程中就开始采取加速固结措施。具体的作法是将淤泥与粉煤灰按一定干重比混合吹填,以改善土的固结性质。黄岛黄辛路以北已废弃的盐场和海滩上应用粉煤灰吹填,以形成大片的可以利用的土地。3基础研究与发展趋势3.1关于cfg桩和非基承载力桩在刑虽然组合型复合地基现在应用较为广泛,且取得了较好的效果,但是对于其加固机理的研究还是停留在两者作用机理或功能的互加,而对于其综合效应考虑较少,同时对于其设计计算往往也是两者的叠加,如碎石桩+CFG桩组合时,一般都是在碎石桩复合地基的基础上设计CFG桩,综合考虑较少,因此亟待加强这方面的研究。3.2复合桩基承载力的计算方法复合地基设计计算理论包括各类复合地基荷载传递机理,荷载作用下应力场、位移场的分布特性,各类复合地基承载力、沉降计算方法及计算参数的确定,复合地基的优化设计理论,动力荷载作用下复合地基的性状分析等。目前复合桩基承载力计算通常有以下几种方法:(1)试验与半经验法;(2)简化法;(3)弹性理论法等。它们不是参数多、不易确定.就是实际工程中难以应用或是不够准确。而复合地基变形计算往往采用复合模量法、应力修正法或现场载荷试验等方法,复合模量法按面积置换率进行复合,而应力修正法则根据面积置换率和桩土应力比计算其桩土各自分担的荷载,将桩土分开考虑或简单复合,导致变形计算不太准确,而现场载荷试验虽然准确,但耗时较长且费用较高,因此,也应加强这方面的研究。3.3新型计算方法的研究与推广复合地基的数值计算分析是计算机技术、数值方法和地基基础工程基本理论三者的结晶。针对各类复合地基的承载力和沉降计算,国内外学者都提出一些新的计算方法,要重视这些方法的验证和推广工作。扩大电子计算机在复合地基中的应用,如三维数值计算、设计软件等,提高设计水平和效率。3.4深层搅拌桩加筋设计随着地基处理新工艺及新方法的出现,地基处理工艺的改进,为提高地基处理施工效率,地基处理施工设备也发展较快。如针对深层搅拌桩依靠芯材自重下沉相当困难的问题,在深层搅拌桩加筋施工设备在原深层搅拌桩施工设备的基础上加装轻型振动锤,利用振动锤提供的竖向振动力及采用导向设备将刚性材料插入深层搅拌桩中;如衡阳探矿机械厂研制的SJ4一500型深搅钻机采用两喷两搅四轴一次成墙工艺,成墙最大深度达18m,一次成墙工宽度1.6m,日均生产效率达270m2,提高了施工效率。4基本成分研究潜力大。在此展的基础上也有我国地基处理技术经过几十年发展,取得了较大的成果,一些技术方面接近甚至领先于国际水平。地基处理技术是一门实践性很强的技术,往往是实践领先于理论,发展至今还是不够严谨、