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1、 软土地基处理:粉喷桩软基加固技术的研究概 述第一节 地基处理的目的及意义任何建筑物的荷载最终将传递到地基上，由于上部结果材料强度很高，而地基土强度很低，压缩性较大，因此通过设置一定结构型式和尺寸的基础才能解决这个矛盾。基础具有承上启下的作用，它一方面处于上部结构的荷载及地基反力的共同作用下，承受由此产生的内力；基础底面的反力反过来又作为地基土的荷载，使地基产生应力和变形。基础设计时，除了需保证基础结构本身具有足够的刚度和强度外，同时还需选择合理的基础尺寸和布置方案，使地基的强度和沉降保持在规范允许的范围内。因此，基础设计又常被称为地基基础设计。凡是基础直接建在未经加固的天然土层上时，这种地基
2、称之为天然地基。若天然地基很软弱，则事先需要经过人工处理后再建造基础者，这种地基称之为人工地基。随着国民经济的高速发展，不仅需要选择在地基条件良好的场地从事建设，而且有时也不得不在地质条件不良的地基上进行修建。另外，科学技术的日新月异也使结构物的荷载日益增大，对变形要求越来越严，因而原来一般可被评价为良好的地基，也可能在某种特定条件下非进行地基处理不可，因此，地基处理的重要地位也日益明显，已成为制约工程建设的主要因素，如何选择一种既满足工程要求，又节约投资的设计、施工和验算方法，已经刻不容缓的呈现在广大的工程技术人员面前。软土是指近代沉积的软弱土层，由于它低强度，高压缩性和弱透水性，作为地基，
3、常常成为棘手的工程地质问题。软土的成分包括饱含水分的软弱粘土和淤泥土，其工程性质主要取决与颗粒组成、有机质含量、土的结构、孔隙比及天然含水量。软土地基的共同特性是：天然含水量高，最小为30%40%，最高可达200%；孔隙比大，最小为0.81.2，最大达5；压缩系数大；渗透系数小，一般小于1106CM/S；灵敏度高，在210之间，灵敏度高的软土，经扰动后强度便降低很多。软弱地基就是指压缩层主要由淤泥、淤泥质土、充填土、杂填土或其它高压缩性土层构成的地基。它是指基本上未经受过地形及地质变动，未受过荷载及地震动力等物理作用或土颗粒间的化学作用的软粘土、有机质土、饱和松砂土和淤泥质土等地层构成的地基。
4、软弱地基的特点决定了在这种地基上建造工程，必须进行地基处理。地基处理的目的就是采取适当的措施改善地基条件，主要包括：1 改善剪切特性地基的剪切破坏以及在土压力作用下的稳定性，取决于地基土的抗剪强度。因此，为了防止剪切破坏以及减轻土压力，需要采取一定措施以增加地基土的抗剪强度。2 改善压缩特性主要是采用一定措施以提高地基土的压缩模量，藉以减少地基土的沉降。另外，防止侧向流动（塑性流动）产生的剪切变形，也是改善剪切特性的目的之一。3 改善透水特性由于地下水的运动会引起地基出现一些问题，为此，需要采取一定措施使地基土变成不透水层或减轻其水压力。4 改善动力特性地震时饱和松散粉细砂（包括一部分轻亚粘土
5、）将会产生液化。因此，需要采取一定措施防止地基土液化，并改善其振动特性以提高地基的抗震特性5 改善特殊土的不良地基特性主要是指消除或减少黄土的湿陷性和膨胀性等特殊土的不良地基特性。第二节地基处理的分类和方法我国劳动人民在处理地基方面有着极其宝贵的丰富经验，据史料记载，早在两千年以前就已采用在软土中夯入碎石等压密土层的夯实法，灰土和三合土的换土垫层法也是我国的传统建筑技术之一。随着时代的发展，地基处理方法也有了长足进步，按时间分可分为临时处理和永久处理；按深度分可分为浅层处理和深层处理；按土性对象分可分为砂性土处理和粘性土处理，饱和土处理和非饱和土处理等。许多方法尚在不断发展中，基本方法是置换，
6、夯实，挤密，排水，胶结，加筋和热学等处理方法。这些方法都是被实践证明的行之有效的方法。近三、四十年来，国外在地基处理技术方面发展十分迅速，老方法得到改进，新方法不断涌现。在60年代中期，从如何提高土的抗拉强度这一思路中，发展了土的“加筋法”；从如何有利于土的排水和加速固结这一基本观点出发，发展了土工织物、砂井预压和塑料排水板；从如何进行深层压密处理的方法考虑，发展了“强夯法”和“振动水冲法”等。另外，现代工业的发展，对地基工程提供了强大的生产手段，真空泵的问世，建立了“真空预压法”，在压缩空气机的基础上产生了“高压喷射注浆法”。随着地基处理工程实践经验的积累，人们在改造土的工程性质的同时，不断
7、丰富了对土的特性的认识，从而又推动了地基处理技术和方法的更新，以前简单的分类方法已经不能符合时代的要求，按地基处理的作用机理对地基处理方法进行分类，能体现各种处理方法的主要特点，是一种比较妥当的分类方法。按地基处理的作用机理分类，各种处理方法的简介见表：表11各种处理方法的比较分类处理方法原理及作用实用范围优点及局限性浅层密实法机械碾压法挖除浅层软弱土或不良土，分层碾压或夯实土，按回填的材料可分为沙（石）垫层，碎石垫层，粉煤灰垫层，干渣垫层，土（灰土，二灰）垫层等。它可提高持力层的承载力，减小沉降量，消除或部分消除土的湿陷性和膨胀性，防止土的冻胀及改善土的抗液化性。常用于基坑面积大和开挖土方量
8、较大的回填土方工程，适用于处理浅层非饱和软弱土地基，湿陷性黄土地基，膨胀性地基，季节性冻土地基，素填土和杂填土地基。简易可行，但仅限于浅层处理，一般不大于3米，对湿陷性黄土地基不大于5米。如遇地下水，对于重要工程需要附加降低地下水的措施。重锤夯实法适用于地下水位以上为潮湿的粘性土，砂土和湿陷性黄土，杂填土和分层填土地基。续表11处理方法原理及作用实用范围优点及局限性浅层密实法平板振动法挖除浅层软弱土或不良土，分层碾压或夯实土，按回填的材料可分为沙（石）垫层，碎石垫层，粉煤灰垫层，干渣垫层，土（灰土，二灰）垫层等。它可提高持力层的承载力，减小沉降量，消除或部分消除土的湿陷性和膨胀性，防止土的冻胀
9、及改善土的抗液化性。适用于处理非饱和性，无粘性土或粘粒含量少而透水性强的杂填土地基简易可行，但仅限于浅层处理，一般不大于3米，对湿陷性黄土地基不大于5米。如遇地下水，对于重要工程需要附加降低地下水的措施。强夯挤密法采用边强夯、边填碎石、边挤淤的方法，在地基中形成碎石墩体，从而提高地基承载力和减小沉降。适用于厚度较小的淤泥和淤泥质 土地基。应通过试验方法确定其适用性。爆破法由于振动使土体产生液化和变形，达到较大的密实度，用以提高地基承载力和减小沉降。适用于饱和性砂或非饱和性但经灌水后饱和的砂，粉土和湿陷性黄土。深层密实法强夯法利用强大的夯击能，迫使深层土液化和动力固结，使土体密实，用以提高地基承
10、载力和减小沉降，消除土的湿陷性、膨胀性和液化性。强夯置换是指对厚度小于6米的软弱土层边夯边填碎石，形成深度为36米，直径为2米左右的碎石柱体，与周围土体形成复合地基。适用于碎石土，砂土，素填土，杂填土，低饱和度的粉土与粘性土，湿陷性黄土。强夯置换法适用于软粘土。施工速度快，施工质量容易得到保证。经处理后土体性质较为均匀，造价经济，适用于大面积场地。施工时对周围有很大的振动和噪音，不宜在闹市区施工，并且需要整套强夯设备（重锤，起重机）。续表11分类处理方法原理及作用实用范围优点及局限性深层密实法挤密法（碎石、砂石桩挤密法）（土，灰土，二灰桩挤密法）（石灰桩挤密法）利用挤密或振动使深层土密实，并在
11、振动或挤密过程中回填以砂，砾石，碎石，土，灰土，二灰或石灰等，形成砂桩，碎石桩，土桩，灰土桩，二灰桩，或石灰桩，与桩间土一起组成复合地基，从而提高地基承载力，减少沉降量，消除或部分消除土的湿陷性或液化性。砂（砂石）桩挤密法，振动水冲法，干振碎石桩法一般适用于杂填土和松散砂土，对软土地基经试验证明加固有效时方可使用。土桩，灰土桩，二灰桩挤密性一般适用于地下水位以上深度为510米的湿陷性黄土和人工填土。石灰桩适应于软弱的粘性土和杂填土。经振冲处理后地基土性质较为均匀。排水固结法堆载预压法真空预压法降水预压法电渗排水法通过布置垂直排水井，改善地基排水条件，并采取加压，抽水，抽气和电渗等措施，以加速地
12、基土的固结和强度的增长，提高地基土的稳定性，并使沉降提前完成。适用于处理厚度较大的饱和粘土和冲填土地基，但对于厚的泥炭层要慎重对待。需要有预压时间和荷载条件及土石方搬运机械。对真空预压，预压压力达80kpa还不够时，可同时加土石方堆载。真空泵需长时间抽气，耗电量大。降水预压法无须堆载，效果取决于降水水位的深度，需长时间，耗电量大。加筋法加筋土，土锚，土钉锚板在人工填土地路堤或挡墙内铺设土工合成材料：钢带，钢条，尼龙或玻璃纤维等作为拉筋，或在软弱土层上设置树根桩或碎石桩等，使这种人工复合土体可以承受抗拉、抗压、抗剪和抗弯作用，用以提高地基的承载力，减小沉降量和增加地基稳定性。加筋土适用于人工填土
13、的路堤和挡墙结构。土锚，土钉，锚板运用于土坡稳定。适用于处理浅层地基，简便易行，施工速度较快。土工合成材料适用于砂土，粘性土和软土。树根桩适用于各类土，可用于稳定土坡支拉结构或用于对既有建筑物的托换结构。砂石桩、砂桩、碎石桩适用于粘性土，疏散砂性土和人工填土，对于软土，经试验证明有效时方可使用。续表11分类处理方法原理及作用实用范围优点及局限性热学法热加固法热加固法是通过渗入热空气和燃烧物，并依靠热传导将细颗粒土加热到适当温度（100oC以上）则土的强度就会增加，而压缩性随之降低。适用于非饱和粘性粉土和湿陷性黄土。处理地基深度大，加固效果明显，污染性小，但受地理因素和气候条件的限制。冻结法采用
14、液体氮或二氧化碳膨胀的方法，或采用普通的制冷设备与一个闭阀式液压系统相连接，使冷却液在内部流动，造成软而湿的土进行冻结，以提高土的强度和降低压缩性。适用于各类土，特别在软弱地质条件下，开挖深度大于78米，以及低于地下水位的情况下是一种普便而有效的施工措施。胶结法注浆法（灌浆法）通过注入水泥浆液或化学浆液的措施使土粒胶结，用于提高地基承载力，减小沉降量，增加稳定性，防止渗漏。适用于处理岩基，砂土，粉土，淤泥质粘土，粉质粘土，粘土和一般人工填土，可加固暗滨和使用在托换工程中施工时水泥浆冒出地面，流失量大，对流失的水泥浆应设法予以利用。高压喷射注浆法将有特殊喷嘴的注浆管通过钻孔置入到处理土层的预定深
15、度，然后将浆液（通常是水泥浆）以高压冲切土体，在喷射浆液的同时，以一定的速度旋转提升，形成水泥柱圆柱体，若喷嘴提升而不旋转，则形成墙状固结体。加固后可提升地基承载力，减少沉降，防止砂土液化，管涌和基坑隆起，建成防渗帷幕。适用于处理淤泥，淤泥质粘土，粘性土，粉土，黄土，砂土和人工填土等地基。当土中含有较大的大粒径块石，坚硬粘性土，大量植物根茎或过多有机质时，应根据现场试验结果确定运用程度。对既有建筑物可进行托换工程。水泥搅拌法分湿法（深层搅拌法）和干法（粉体喷射搅拌法）两种。湿法利用深层搅拌机将水泥浆和地基土原位拌和。干法利用粉喷机将水泥粉或石灰粉与地基土原位拌和。搅拌后形成柱状水泥土体。提高承载力，用于处理淤泥，淤泥质土，粉土和含水量较高且地基承载力不大于120Kpa的粘性土等地基。当用于处理泥炭类土或地下水有侵蚀性宜通过试验确定
