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    一、墊層法

      墊層法是先將基礎下的溼陷性黃土一部分或全部挖除,然後用素土或灰土分層夯實做成墊層,以便消除地基的部分或全部溼陷量,並可減小地基的壓縮變形,提高地基承載力,可將其分為區域性墊層和整片墊層。當僅要求消除基底下1~3m溼陷性黃土的溼陷量時,宜採用區域性或整片土墊層進行處理;當同時要求提高墊層土的承載力或增強水穩性時,宜採用區域性或整片灰土墊層進行處理。

      墊層的設計主要包括墊層的厚度、寬度、夯實後的壓實係數和承載力設計值的確定等方面。墊層設計的原則是既要滿足建築物對地基變形及穩定的要求,又要符合經濟合理的要求。同時,還要考慮以下幾方面的問題:

      1.區域性土墊層的處理寬度超出基礎底邊的寬度較小,地基處理後,地面水及管道漏水仍可能從墊層側向滲入下部未處理的溼陷性土層而引起溼陷,因此,設定區域性墊層不考慮起防水、隔水作用,地基受水浸溼可能性大及有防滲要求的建築物,不得采用區域性土墊層處理地基。

      2.整片墊層的平面處理範圍,每邊超出建築物外牆基礎外緣的寬度,不應小於墊層的厚度,即並不應小於2m。

      3.在地下水位不可能上升的自重溼陷性黃土場地,當未消除地基的全部溼陷量時,對地基受水浸溼可能性大或有嚴格防水要求的建築物,採用整片土墊層處理地基較為適宜。但地下水位有可能上升的自重溼陷性黃土場地,應考慮水位上升後,對下部未處理的溼陷性土層引起溼陷的可能性。

      二、重錘表層夯實及強夯

      重錘表層夯實適用於處理飽和度不大於60%的溼陷性黃土地基。一般採用2.5~3.0t的重錘,落距4.0~4.5m,可消除基底以下1.2~1.8m黃土層的溼陷性。在夯實層的範圍內,土的物理、力學性質獲得顯著改善,平均幹密度明顯增大,壓縮性降低,溼陷性消除,透水性減弱,承載力提高。非自重溼陷性黃土地基,其溼陷起始壓力較大,當用重錘處理部分溼陷性黃土層後,可減少甚至消除黃土地基的溼陷變形。因此在非自重溼陷性黃土場地採用重錘夯實的優越性較明顯。

      強夯法加固地基機理一般認為,是將一定重量的重錘以一定落距給予地基以衝擊和振動,從而達到增大壓實度,改善土的振動液化條件,消除溼陷性黃土的溼陷性等目的。強夯加固過程是瞬時對地基土體施加一個巨大的衝擊能量,使土體發生一系列的物理變化,如土體結構的破壞或排水固結、壓密以及觸變恢復等過程。其作用結果是使一定範圍內的地基強度提高、孔隙擠密。

      單點強夯是透過反覆巨大的衝擊能及伴隨產生的壓縮波、剪下波和瑞利波等對地基發揮綜合作用,使土體受到瞬間加荷,加荷的拉壓交替使用,使土顆粒間的原有接觸形式迅速改變,產生位移,完成土體壓縮-加密的過程。加固后土體的內聚力雖受到破壞或擾動有所降低,但原始內聚力隨土體密度增大而得以大幅提高;單點強夯如圖1所示,夯錘底下形成夯實核,呈近似的拋物線型,夯實核的最大厚度與夯錘半徑相近,土體成千層餅狀,其幹密度大於1.85g/cm3;

      三、擠密樁法

      擠密樁法適用於處理地下水位以上的溼陷性黃土地基,施工時,先按設計方案在基礎平面位置佈置樁孔併成孔,然後將備好的素土(粉質粘土或粉土)或灰土在最優含水量下分層填入樁孔內,並分層夯(搗)實至設計標高止。透過成孔或樁體夯實過程中的橫向擠壓作用,使樁間土得以擠密,從而形成複合地基。值得注意的是,不得用粗顆粒的砂、石或其它透水性材料填入樁孔內。

      灰土擠密樁和土樁地基一般適用於地下水位以上含水量14%~22%的溼陷性黃土和人工黃土和人工填土,處理深度可達5~10米。灰土擠密樁是利用錘擊打入或振動沉管的方法在土中形成樁孔,然後在樁孔中分層填入素土或灰土等填充料,在成孔和夯實填料的過程中,原來處於樁孔部位的土全部被擠入周圍土體,透過這一擠密過程,從而徹底改變土層的溼陷性質並提高其承載力。其主要作用機理分兩部分:

      (一)機械打樁成孔橫向加密土層,改善土體物理力學效能

      在土中擠壓成孔時,樁孔內原有土被強制側向擠出,使樁週一定範圍內土層受到擠壓,擾動和重塑,使樁周土孔隙比減小,土中氣體溢位,從而增加土體密實程度,降低土壓縮性,提高土體承載能力。土體擠密範圍,是從樁孔邊向四周減弱,孔壁邊土幹密度可接近或超過最大幹密度,也就是說壓實係數可以接近或超過1.0,其擠密影響半徑通常為1.5~2d(d為擠密樁直徑),漸次向外,幹密度逐漸減小,直至土的天然幹密度,試驗證明沉管對土體擠密效果可以相互疊加,樁距愈小,擠密效果愈顯著。

      (二)灰土樁與樁間擠密土合成複合地基

      上部荷載透過它傳遞時,由於它們能互相適應變形,因此能有效而均勻地擴散應力,地基應力擴散得很快,在加固深度以下附加應力已大為衰減,無需堅實的下臥層。

    樁徑宜為300~450mm,並可根據所選用的成孔裝置或成孔方法確定;

    樁距可為樁徑的2.0~2.5倍;

    樁頂標高以上應設定300~500mm厚的2:8灰土,其壓實係數不小於0.95;

    灰土擠密樁和土擠密樁複合地基承載力特徵值:《建築地基處理技術規範》JGJ79-2002規定應透過現場單樁或多樁複合地基載荷試驗確定。初步設計當無試驗資料時,可按當地經驗確定,但對灰土擠密樁複合地基的承載力特徵值,不宜大於處理前的2倍,並不大於250kpa;對於土擠密樁複合地基承載力特徵值,不宜大於處理前的1.4倍,並不宜大於180kpa.

    用靜載荷試驗可測定單樁和樁間土的承載力,也可測定單樁複合地基或多樁複合地基承載力。當不用載荷試驗時,樁間土的承載力可採用靜力初探測定。

    樁體特別是灰土填孔的樁體,採用靜力初探測定其承載力不一定可行,但可採用動力觸探測定。

    處理後複合地基的載荷試驗,應按《建築地基處理技術規範》JGJ79-2202中附錄A的要求進行。

    對高層建築或更重要的建築工程,應儘量透過載荷試驗確定處理後複合地基承載力特徵值和變形模量,這樣不僅安全可靠,而且還不受規範中承載力特徵值的限制,拓寬土擠密樁、灰土擠密樁地基的使用範圍。

    當基礎的埋深大於0.5米時,處理地基的承載力特徵值可按有關規範進行計算,深度修正係數取1.0,寬度不作修正,即:Fa=Fak+0+1.0*γm *(d-0.5)

    工程資料表明:灰土擠密樁地基的承載力特徵值已超過了400kpa,拓寬了灰土樁應用範圍。

    隨著灰土樁應用範圍的擴充套件,有的方法對樁間土並不產生擠密效應,應用的土質也不限於黃土和填土,在此情況下,需要有一個理論計算方法,根據其作用機理,完全可以建立一個複合地基承載力的計算公式:

    (1)、 Fspk=(K1*Fpk*Ap+K2*Fsk*As)/A

    式中:Fspk—複合地基承載力特徵值(kpa)

    Fpk—土樁或灰土樁承載力特徵值(kpa)

    Fsk—天然土地基承載力特徵值(kpa)

    A— 有效加固面積(平方米),A=Ap+As

    Ap—土樁或灰土樁截面積(平方米)

    As—樁間土受壓面積(平方米)

    K1—與土樁或灰土樁不同樁徑、不同土質材料有關的係數,對於孔隙比不大於1.3、液性指數不大於1的一般粘性土和雜填土,K1可查表(表略)

    K2—擠密後沉降量在10mm時的承載力特徵值與擠密前地基受壓沉降量在10mmm時承載力的比值,亦可取K2=1.0

    (2)、若已知樁體的承載力特徵值Fpk和變形模量Eop、樁間土的承載力特徵值Fsk和變形模量Eos(一般按原地基取值)、處理地基中樁的置換率m,則可按下列公式計算複合地基承載力特徵值:

    Fspk=m*Fpk+(1-m)Fsk

    E0sp=m*Eop+(1-m)Eos

    一般情況下,上式計算結果偏於安全。但少量工程除外,即設計值高於實測值。

    (3)、若已知樁土應力比,複合地基承載力特徵值也可按下式計算:

    Fspk=m*n*Fsk+(1-m)Fsk=[1+m(n-1)]Fsk=Fsk/Us

    式中:n—樁土應力比

    Us—應力擴散係數,Us=1/[1+m(n-1)]

    (4)、複合地基承載力也可按剛度進行計算:

    Fspk*A=Fpk*Ap+Fsk*As

    式中符號意義同上式。

    施工:成孔應按設計要求、成孔裝置、現場土質和周圍環境等情況,選用沉管(震動、錘擊)或衝擊等方法。

    質量檢驗:灰土擠密樁和土擠密樁地基竣工驗收時,承載力應採用複合地基載荷試驗。

      一般來說,擠密樁可以按等邊三角形佈置,這樣可以達到均勻的擠密效果。每根樁都對其周圍一定範圍內的土體有一定的擠密作用,即使樁與樁之間有一小部分尚未被擠密的土體,因為其周圍有著穩定的、不會發生溼陷的邊界這一部分也不會發生溼陷變形。樁與其周圍被擠密後的土體共同形成了複合地基,一起承受上部荷載。可以說,在擠密樁長度範圍內土體的溼陷性已完全被消除處理後的地基與上部結構渾然一體,即使樁底以下土後的土體即使有沉降變形,也是微小的和均勻的,不致對上部結構形成威脅。樁的間距的大小直接影響到擠密效果的好壞,也與工程建設的經濟性密切相關。

      四、樁基礎

      樁基礎既不是天然地基,也不是人工地基,屬於基礎範疇,是將上部荷載傳遞給樁側和樁底端以下的土(或巖)層,採用挖、鑽孔等非擠土方法而成的樁,在成孔過程中將土排出孔外,樁孔周圍土的性質並無改善。但設定在溼陷性黃土場地上的樁基礎,樁周土受水浸溼後,樁側阻力大幅度減小,甚至消失,當樁周土產生自重溼陷時,樁側的正摩阻力迅速轉化為負摩阻力。因此,在溼陷性黃土場地上,不允許採用摩擦型樁,設計樁基礎除樁身強度必須滿足要求外,還應根據場地工程地質條件,採用穿透溼陷性黃土層的端承型樁(包括端承樁和摩擦端承樁),其樁底端以下的受力層:在非自重溼陷性黃土場地,必須是壓縮性較低的非溼陷性土(巖)層;在自重溼陷性黃土場地,必須是可靠的持力層。這樣,當樁周的土受水浸溼,樁側的正摩阻力一旦轉化為負摩阻力時,便可由端承型樁的下部非溼陷性土(巖)層所承受,並可滿足設計要求,以保證建築物的安全與正常使用。

      五、化學加固法

      在中國溼陷性黃土地區地基處理應用很多,並取得實踐經驗的化學加固法包括矽化加固法和鹼液加固法,其加固機理如下:

      矽化加固溼陷性黃土的物理化學過程,一方面基於濃度不大的、粘滯度很小的矽酸鈉溶液順利地滲入黃土孔隙中,另一方面溶液與土的相互凝結,土起著凝結劑的作用。

      鹼液加固:利用氫氧化鈉溶液加固溼陷性黃土地基在中國始於20世紀60年代,其加固原則為:氫氧化鈉溶液注入黃土後,首先與土中可溶性和交換性鹼土金屬陽離子發生置換反映,反映結果使土顆粒表面生成鹼土金屬氫氧化物。

      六、預浸水法

      預浸水法是在修建建築物前預先對溼陷性黃土場地大面積浸水,使土體在飽和自重應力作用下,發生溼陷產生壓密,以消除全部黃土層的自重溼陷性和深部土層的外荷溼陷性。預浸水法一般適用於溼陷性黃土厚度大、溼陷性強烈的自重溼陷性黃土場地。由於浸水時場地周圍地表下沉開裂,並容易造成“跑水”穿洞,影響建築物的安全,所以空曠的新建地區較為適用。

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