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        松散砂土地區(qū)地基處理方法的選擇與應(yīng)用

        2010-12-09 06:05:46羅亞天津青年職業(yè)學(xué)院天津300191
        天津科技 2010年4期
        關(guān)鍵詞:砂土樁體特征值

        羅亞(天津青年職業(yè)學(xué)院 天津 300191)

        我國(guó)寧夏中北部、內(nèi)蒙古西部、新疆等沙漠邊緣地區(qū),廣泛分布著風(fēng)積粉細(xì)砂等松散砂土地基。這種砂土地基一般是在風(fēng)力搬運(yùn)條件下形成的,成層時(shí)間較短。顆粒級(jí)配中粒徑大于0.075 mm的顆粒占全重的比例一般在50%~85%之間,處于松散或稍密狀態(tài)。一般地基承載力特征值不大于120 kPa。如果當(dāng)?shù)氐叵滤惠^高,處于飽和狀態(tài)的砂土在靜載作用下雖然具有較高的強(qiáng)度,但在機(jī)器振動(dòng)、車輛荷載,特別是地震力的反復(fù)作用下,可能產(chǎn)生較大的震陷變形。地基會(huì)因砂土液化而喪失承載能力。

        對(duì)于這種砂土地基,工業(yè)或民用建筑地基處理主要應(yīng)考慮的問(wèn)題是提高承載能力和消除地基土液化。

        1 地基處理方法的選擇

        砂土地基常用的地基處理方法有以下幾種:

        1.1 強(qiáng)夯法

        強(qiáng)夯法是采用重量為10~40 t的重錘從高處自由落下,地基土體在強(qiáng)夯的沖擊力和振動(dòng)力作用下密實(shí),從而提高其承載力,降低其壓縮性。該方法的優(yōu)點(diǎn)是加固效果顯著,施工期短,費(fèi)用低等。但由于強(qiáng)夯施工會(huì)產(chǎn)生較大的震動(dòng)和噪聲,可能對(duì)相鄰建筑物產(chǎn)生影響,因此一般不能用于現(xiàn)有建筑物鄰近處施工或居民區(qū)附近施工,應(yīng)用范圍受到一定限制。

        1.2 旋噴樁

        旋噴樁是一種利用水泥、石灰等固化材料將土體固結(jié),形成堅(jiān)硬的拌和樁體,與樁間土體共同作用形成復(fù)合地基的處理方法。施工工藝是利用鉆機(jī)將帶有噴嘴的注漿管鉆進(jìn)至土層的預(yù)定位置,通過(guò)高壓噴射水泥漿沖切土體,噴嘴在噴射的同時(shí)旋轉(zhuǎn)和提升,水泥漿固化后與土體形成圓柱狀水泥土加固體,與樁間土共同作用,形成復(fù)合地基。這種處理方法的主要優(yōu)點(diǎn)是;不需事先成孔,而是邊噴射邊提升,避免了塌孔和縮頸現(xiàn)象,成樁質(zhì)量較好;施工過(guò)程中基本無(wú)振動(dòng)和噪音。但由于施工工藝控制和施工機(jī)具要求較高,造價(jià)相對(duì)也較高。

        1.3 振沖碎石樁

        振沖碎石樁是利用振動(dòng)沉管工藝在沙土中打入鋼管,通過(guò)強(qiáng)力振動(dòng)使砂土結(jié)構(gòu)受到破壞,顆粒重新排列,孔隙減少,從而對(duì)樁間土產(chǎn)生擠密作用。同時(shí)在樁孔內(nèi)填入碎石起到置換作用。由于樁間砂土密實(shí)度增加,提高了樁間土的抗剪強(qiáng)度和抗液化性能,置換的碎石樁體強(qiáng)度又遠(yuǎn)大于樁間土強(qiáng)度,不但使復(fù)合地基承載能力明顯提高,在地震力作用下抗液化的能力也顯著增強(qiáng)。碎石樁還起到了很好的排水通道作用,有利于超孔隙水壓力的消散,能夠使復(fù)合地基更快穩(wěn)定固結(jié)。這種地基處理方法又根據(jù)沉管施工時(shí)是否采用水沖而分為干振碎石樁法和振沖碎石樁法。其中利用水沖輔助成樁的振沖碎石樁法應(yīng)用較廣。

        相比較而言,這幾種地基處理方法各有優(yōu)缺點(diǎn),適用范圍也有所不同。強(qiáng)夯法由于夯擊影響深度有限,一般適用于砂土厚度不大(2~8 m),對(duì)施工振動(dòng)和噪聲不敏感的工程中。旋噴樁由于水泥土加固體強(qiáng)度較高,屬于剛性樁復(fù)合地基,一般用于對(duì)地基承載力要求較高的工程中。而振沖碎石樁由于填入碎石僅起到置換作用,屬于柔性樁復(fù)合地基,承載力提高有限,但對(duì)消除砂土液化效果明顯,因此大量應(yīng)用于較高抗震烈度地區(qū)一般工業(yè)與民用建筑的地基處理中。

        2 工程實(shí)例

        某工業(yè)建筑篩分車間位于陜西內(nèi)蒙交界的沙漠邊緣地帶,地基表層風(fēng)積粉細(xì)砂厚度達(dá)到6 m,由于靠近河床含水率較高,下部為中等風(fēng)化泥巖層。當(dāng)?shù)乜拐鹪O(shè)防烈度8度,且車間內(nèi)布置了大量振動(dòng)設(shè)備。地質(zhì)報(bào)告提出表層砂土液化等級(jí)為中等,要求對(duì)該層砂土進(jìn)行消除液化的地基處理。同時(shí)由于該層土較松散,承載能力低(fak=120 kPa),不能滿足建筑物地基承載力的要求,因此決定采用振沖碎石樁法進(jìn)行地基處理。

        根據(jù)規(guī)范要求,振沖碎石樁的布置要求消除地基液化時(shí),在基礎(chǔ)外緣擴(kuò)大寬度不應(yīng)小于基底下可液化土層厚度的1/2。確定處理寬度為基礎(chǔ)外緣外擴(kuò)3 m,即廠房?jī)?nèi)整片處理,廠房外圍軸線基礎(chǔ)外擴(kuò)3 m。結(jié)合當(dāng)?shù)厥┕l件,采用55 kW振沖器,樁體直徑0.9 m,等邊三角形布置,間距1.8 m,樁長(zhǎng)穿透粉細(xì)砂層,填料采用30~100 mm碎石。

        初步設(shè)計(jì)時(shí)采用規(guī)范推薦公式預(yù)估復(fù)合地基承載力特征值:

        其中m為樁土面積置換率,采用規(guī)范公式計(jì)算m=0.227。

        fsk為處理后樁間土承載力特征值,按當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)取fsk=160 kPa。

        fpk為樁體承載力特征值,宜通過(guò)單樁載荷試驗(yàn)確定,在初步設(shè)計(jì)階段,按經(jīng)驗(yàn)取值fpk=300 kPa。

        經(jīng)計(jì)算可得:fspk=191.8 kPa。

        大面積施工前,先選取局部進(jìn)行實(shí)驗(yàn)性施工,按設(shè)計(jì)要求共施工試驗(yàn)樁10根,并進(jìn)行單樁載荷試驗(yàn)和樁間土標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)。樁體承載力特征值超過(guò)320 kPa,樁間土各深度標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)均提高1.5倍以上,超過(guò)了規(guī)范規(guī)定的液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)臨界值,滿足抗液化要求。

        復(fù)合地基施工完成后,又進(jìn)行了復(fù)合地基載荷試驗(yàn),加荷達(dá)到400 kPa時(shí)未發(fā)生復(fù)合地基破壞,復(fù)合地基承載力特征值滿足設(shè)計(jì)要求。

        3 結(jié)論

        在松散砂土地區(qū),如抗震設(shè)防烈度在7度及以上,且砂土含水率較高的情況下,地基處理的要求主要是消除液化趨勢(shì),同時(shí)通過(guò)對(duì)砂土的振密作用提高承載力。

        振沖碎石樁振密效果與土質(zhì)關(guān)系密切,對(duì)粉土及含粉粒較多的粉質(zhì)砂,振沖擠密的效果較差,因此施工前應(yīng)做好試樁,確定成樁效果及承載力。施工時(shí)樁體碎石密實(shí)度對(duì)復(fù)合地基承載力影響也很大,要求施工時(shí)嚴(yán)格控制填料量和擠壓夯實(shí)質(zhì)量。并應(yīng)通過(guò)載荷試驗(yàn)確定最終復(fù)合地基承載力特征值。

        根據(jù)規(guī)范規(guī)定,振沖碎石樁施工驗(yàn)收后,應(yīng)在樁頂和基礎(chǔ)底之間鋪設(shè)砂石褥墊層,以起到調(diào)節(jié)樁土應(yīng)力比和調(diào)節(jié)沉降的目的。

        大量的工程實(shí)踐表明,振沖碎石樁是一種既對(duì)砂土振密效果好,消除液化效果明顯,又施工簡(jiǎn)便成本較低的砂土地區(qū)地基處理方法。■

        [1]中國(guó)建筑科學(xué)研究院.建筑地基處理技術(shù)規(guī)范(JG J 79-2002)[S].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社.

        [2]地基處理手冊(cè)編寫委員會(huì).地基處理手冊(cè)[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2008.

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