現代地基處理技術的發展與應用

0地基處理的發展歷程現代基底處理技術來自歐洲。1835年，法國工程師設計了第一個砂礫樁。20世紀30年代前后，美國人發明了砂井法。1934年，蘇聯阿貝列夫提出了土樁覆蓋法。1936年，德國斯.steula提出了振沖法的原理。1940年代前后，瑞典的齊曼和其他人發明了一種硬紙板嵌入法（c）。20世紀60年代，法國梅德爾學會首次采用了強側法。20世紀70年代，日本首先采用了加壓技術加固地板和防水桿的加固技術，即ccp技術。從20世紀80年代末到90年代初，中國發明了一套完整的cpg樁處理技術，并在全國范圍內廣泛傳播。對于新技術的梳理與綜合性研究是巖土工程界需解決的問題,本著這種觀點與思想對此進行了分析和研究。1地基處理技術地基處理的目的是利用換填、夯實、擠密、排水、膠結、加筋和熱學等方法對地基土進行加固,用以改良地基土的工程特性,主要包括3個方面:一是提高地基的抗剪切強度;二是降低地基的壓縮性;三是改善地基的透水特性。地基處理技術,按廣義而言,可分為以下3類:(1)各種地基加固技術,其主要作用是增強軟土地基的承載力,減少其沉降變形;(2)各種樁基技術,其主要作用是把上部荷載傳至地基深部;(3)地下連續墻技術,其主要作用是提供側向支護。地基處理技術按其本身加固原理可分為:置換、排水固結、灌入固化物、振密或擠密、加筋、冷熱處理、托換和糾偏等8類。2地基處理技術的最新發展和現狀我國地基處理技術經過多年的借鑒與發展,發展勢頭迅猛,尤其是近20年來,隨著巖土工程建設的不斷發展,涌現了許多新的地基處理方法和工藝。2.1各種處理方法的結合2.1.1充填地基處理法該法的原理是先在填土層中施工好碎石樁體,起到擠密、置換和排水固結的作用,然后布置強夯點,通過強大的沖擊能將碎石樁體擊散,并將碎石沿徑向擠入圍護土層中,使其在地基上部形成密實的碎石二合土硬殼層和擴徑后高置換率的碎石樁復合地基,以滿足建筑物對地基的強度和穩定性要求。該方法應用于洞庭湖畔的湖汊回填區內的廠房地基處理取得了較好的效果。強夯法一般不適于單獨處理高飽和細粒土地基,當二者聯合處理此種地基時,利用強夯加固飽和細粒土地基,碎石樁作為預設排水措施,同時起到了很好的聚能、隔振和壓重作用。青海省察爾汗鹽湖的青海鹽湖集團新建年產100萬t鉀肥項目,用該方法處理地基取得了較好的效果。2.1.2cfg樁、地面砂基其加固機理是碎石樁消除地基的液化,但由于其承載力有限,因此在碎石樁的基礎上,用CFG樁提高地基承載力,即CFG樁主要提供承載力,碎石樁主要消除上部地層液化問題,該方法在某鍛造企業擬建管模車間地基處理中應用,車間運行la后,沉降量僅為9.80—12.41mm,效果良好。2.1.3因粉噴樁而產生的作用得到改善其基本原理是由CFG樁、粉噴樁2種增強體與天然地基土體組成三元復合地基,既能發揮CFG樁高承載力的特點,又因CFG樁的插入而使粉噴樁的側限約束作用得到增強。同時,由于設置了粉噴樁,上部地基土的變形能力得到改善,提高土體的抗剪強度,避免CFG樁產生刺入破壞。該方法在武漢天興洲長江大橋北岸聯絡線路基工程中得到應用,處理后經載荷試驗復合地基承載力是原地基土承載力的3.4倍,且累計沉降量為5.33mm,效果較好。2.1.4復合地基的制備CFG樁和CS樁聯合應用,則可與樁間土形成組合型復合地基;其中CFG樁作為高粘結強度樁的代表,像剛性樁一樣可全樁長發揮側阻;而CS樁作為中等粘結強度樁的代表,屬于半剛性樁。將這兩種樁與柔性體(土)結合的復合地基既能發揮CFG樁高承載力和良好排水作用的特點,又因CFG樁的插入而使水泥土樁的側限約束作用得到增強。同時,由于設置了CS樁,地基土的變形能力可得到有效的改善,不僅提高了土體的抗剪強度,亦可避免CFG樁產生刺入破壞的可能,該方法在洛陽工學院綜合試驗樓工程應用,封頂后沉降量僅為12.8mm,取得了良好的處理效果。多種處理方法的結合,能取長補短,使各種地基處理方法的適用性更廣,給地基處理方法的選擇提供了更大的余地,使地基處理方法應用得更廣泛。2.2新的基本處理方法2.2.1ddc灰土擠密樁復合地基的制作DDC灰土擠密樁,就是采用孔內深層強夯法(簡稱DDC法)的施工工藝,用螺旋鉆機或柴油錘沉管成孔,在孔中分層填入灰土,分層夯實成樁,反復錘擊使樁徑逐步擴大,與樁間土共同組成復合地基的地基處理方法。此復合地基主要可以改變濕陷性黃土的大孔結構,消除地基土的濕陷性,提高地基土的承載能力和減小地基土的變形。DDC灰土擠密樁處理后的復合地基承載力一般為原天然地基的2—7倍,相對于灰土樁有較大提高。其處理地基的一般深度為5—40m。2.2.2ifco強制固結法荷蘭IFCO公司于1998年對砂井預壓法的排水系統和加壓系統進行了改進,推出了一種新型的軟土地基處理方法——IFCO強制固結法,其系統如圖1所示。在IFCO強制固結法中,排水系統為一排排縱向貫通的砂墻,擴大了排水通道,加快了固結速率,縮短了處理時間。加壓系統為真空面設置在砂墻底部的真空法或真空一堆載聯合法,不僅真空壓力可以一次施加,堆載可以視實際情況與真空壓力同時施加,縮短了堆載時間,而且由于真空面位于砂墻的底部,而不是在砂墻的頂部,水的滲流方向與重力方向一致,從而使固結速率加快。該方法用于處理位于荷蘭西南部的一公路地基,效果較好。2.2.3結3大類材料爆炸處理地基方法分為爆炸置換、爆炸擠密、爆炸固結3大類,主要用在砂土、軟粘土等地基上。其原理是利用炸藥在土介質中爆炸瞬間產生的強度大的沖擊波及爆炸產生的高溫、高壓氣體來振實或擠密周圍土體。2.3基礎處理新技術2.3.1配套規模大,施工成本高,不能滿足轉場需求對于橋臺等小型區域軟土地基處理,由于粉噴樁設備機具尺寸和自重大,不利于地基力學性質較差或工作區域狹窄的場地施工,而且由于耗電量大,野外作業需要的配套規模大,轉場費用高,還會由于排污造成施工區域水質污染,所以對于小區域或復雜地形施工不便。而CFG樁需要摻用一定比例的水泥,因此工程成本高,設備機具規模大,且加固后樁間土的基本力學性質改善有限,達不到加固的目的。而粉煤灰一石灰一硫酸鹽混凝土是一種中粘結、半剛性、更高承載力、施工機具小型化(采用施打公路護欄立柱的輕型打樁機成孔成樁)、施工方便、經濟實用的處理方法。2.3.2強法律裝置工作原理高真空擊密法是通過對需處理的軟土體施加數遍高真空,并與之結合施加數遍相應的變能量擊密,達到降低土體含水量,提高土體密實度和承載力,減少地基的工后沉降與異沉降量的地基處理工法。這是一種使土體形成高真空后施加不同能量級別強夯的工藝,其加固原理是快速動力排水固結。上海浦東國際機場二跑道,采用此方法加固,節約投資2000萬元。2.3.3加固處理費用鑒于粉煤灰的透水性較強,如果將其用于加固處理吹填土地基,則可加速吹填土的固結過程降低加固處理費用。過去許多吹填土地基加固處理措施,都于吹填之后采用,粉煤灰吹填在吹填過程中就開始采取加速固結措施。具體的作法是將淤泥與粉煤灰按一定干重比混合吹填,以改善土的固結性質。黃島黃辛路以北已廢棄的鹽場和海灘上應用粉煤灰吹填,以形成大片的可以利用的土地。3基礎研究與發展趨勢3.1關于cfg樁和非基承載力樁在刑雖然組合型復合地基現在應用較為廣泛,且取得了較好的效果,但是對于其加固機理的研究還是停留在兩者作用機理或功能的互加,而對于其綜合效應考慮較少,同時對于其設計計算往往也是兩者的疊加,如碎石樁+CFG樁組合時,一般都是在碎石樁復合地基的基礎上設計CFG樁,綜合考慮較少,因此亟待加強這方面的研究。3.2復合樁基承載力的計算方法復合地基設計計算理論包括各類復合地基荷載傳遞機理,荷載作用下應力場、位移場的分布特性,各類復合地基承載力、沉降計算方法及計算參數的確定,復合地基的優化設計理論,動力荷載作用下復合地基的性狀分析等。目前復合樁基承載力計算通常有以下幾種方法:(1)試驗與半經驗法;(2)簡化法;(3)彈性理論法等。它們不是參數多、不易確定.就是實際工程中難以應用或是不夠準確。而復合地基變形計算往往采用復合模量法、應力修正法或現場載荷試驗等方法,復合模量法按面積置換率進行復合,而應力修正法則根據面積置換率和樁土應力比計算其樁土各自分擔的荷載,將樁土分開考慮或簡單復合,導致變形計算不太準確,而現場載荷試驗雖然準確,但耗時較長且費用較高,因此,也應加強這方面的研究。3.3新型計算方法的研究與推廣復合地基的數值計算分析是計算機技術、數值方法和地基基礎工程基本理論三者的結晶。針對各類復合地基的承載力和沉降計算,國內外學者都提出一些新的計算方法,要重視這些方法的驗證和推廣工作。擴大電子計算機在復合地基中的應用,如三維數值計算、設計軟件等,提高設計水平和效率。3.4深層攪拌樁加筋設計隨著地基處理新工藝及新方法的出現,地基處理工藝的改進,為提高地基處理施工效率,地基處理施工設備也發展較快。如針對深層攪拌樁依靠芯材自重下沉相當困難的問題,在深層攪拌樁加筋施工設備在原深層攪拌樁施工設備的基礎上加裝輕型振動錘,利用振動錘提供的豎向振動力及采用導向設備將剛性材料插入深層攪拌樁中;如衡陽探礦機械廠研制的SJ4一500型深攪鉆機采用兩噴兩攪四軸一次成墻工藝,成墻最大深度達18m,一次成墻工寬度1.6m,日均生產效率達270m2,提高了施工效率。4基本成分研究潛力大。在此展的基礎上也有我國地基處理技術經過幾十年發展,取得了較大的成果,一些技術方面接近甚至領先于國際水平。地基處理技術是一門實踐性很強的技術,往往是實踐領先于理論,發展至今還是不夠嚴謹、