液化地基和软土地基的处理施工

5.4.2液化地基和软土地基的处理施工字体[大][中][小]常用的液化地基和软土地基的处理方法主要有：强夯法、振动水冲法、砂桩挤密、砾石井排水法、堆载预压法、砂井预压法、袋装砂井预压法、高压旋喷法、深层搅拌法、电硅化法、换土垫层法。其施工工序及特点见表5-4-2。表5-4-2液化地基和软土地基的处理序号方法适用情况和特点施工1强夯法强夯法又称动力固结法或冲击加密法。它既适用于可液化的饱和砂土、粉土的加固，又是一种快速加固软土地基的有效方法。一般地说，软弱地基经强夯加固后，地基承载力可以提高3～4倍，压缩系数采用强夯法加固松软地基，一定要根据现场的地质条件和工程的使用要求，正确选定各个强夯参数，才能达到有效而经济的目的。强夯法的主要设备包括：夯锤、起重机、脱钩装置等三部分。夯锤最好采用铸钢制作，也可采用钢板外壳内填混凝土。起重设备多采用履带式起重机，也有采用轮胎式起重机或三足架(1)夯锤重量：夯锤的重量与拟加固土层的深度和落距有关，可按下式确定夯锤重量。目前，世界上采用的最大锤质量为200t，落距为25m，其加固深度达到40mH=α式中H——地基土层的有效加固深度(m)M——夯锤的质量(t)h——夯锤自由下落的高度(m)α——修正系数，对砂土和地下水位较高的粉土地基，取0.6;对地下水位较低可以降低到原来的1/10～1/5，影响深度可以超过10m的粉土，取0.7夯锤底面积的大小与土的类型有关，对于砂土，取2～4m2;对于第四纪黏土，取3～4m2;对于淤泥质土，以取4～6m2为宜(2)夯击遍数：夯击遍数与土体颗粒大小成正比，即颗粒粗的，需要的夯击遍数少;颗粒细小，需要的夯击遍数多。一般情况下，对于细砂、粉砂，2～3遍;粉土，3遍;淤泥质土，4～6遍(3)夯击间隔时间：第一遍夯击引起的孔隙水压力消散后，即可进行第二遍夯击。渗透系数较大的砂性土，可以连续作业(4)加固范围：夯击的范围应该比需要加固的地基范围稍大，一般每边放大的宽度应不小于地基加固深度的1/2(5)夯点布置：夯击点的间距，随锤重、落距和加固深度而异。新港强夯区的夯点布置方案如图5-4-1所示。此种布点方案的最大特点是给吊机留有通道，当全部夯点夯完后，夯坑可一次填平续表序号方法适用情况和特点施工2振动水冲法具有机具较简单，费用低，不需固振冲法是利用在地基中就地振制的砂石桩进行快速加固松软地基的方法。施工时，吊结时间，振动影响范围也不大等优点。适宜于加固容易液化的砂土及黏粒含量少于10%的粉土地基起振冲器，启动其筒内电机带动偏心铁块作高速旋转，使振冲器产生高频振动，同时喷射高压水，在土层中形成下沉孔。待振冲器沉到需要加固的深度后，一边向孔内填入粒径为5～40mm的细石，一边振实，最后形成一个细石桩(图5-4-2)。目前振冲法的有效加固深度为18m，国外最深达30m3砂桩挤密适用于加固处理深层松砂、杂填土及黏粒含量不高的粉土，不适用于饱和软土。砂桩的直径一般为0.6～0.8m，间距一般为1～2m，通过振动、冲击和挤实作用，增加被加固土层的挤密土层用的砂桩是采取类似沉管灌注桩的机械和方法，通过冲击和振动把砂挤入土层中所形成。一般可采用单动式汽锤将钢管桩打入土中，钢管桩下端连有自行开启的活瓣桩靴。当桩沉到预定的加固深度后，向桩管内灌入70%的砂，砂的含水量在25%左右。然后将桩管按每分钟1～1.5m的速度拔起，并用蒸汽锤上下冲击振动，以捣实桩孔内的砂。当桩管拔起5～6m后，再向管中进行第二次灌砂。当打完第一次砂桩后，再沿其中心第二次打入桩管，并按上述方法复打第二次砂桩，进一步扩大砂桩直径打桩的布点顺序是从地基两侧开始，依次向中间移动，使地基中间部位能够得到最大的挤密效果。对于流水的砂桩宜间隔一排施打，使中间的砂桩打入时，为周围土层创造相对密度，使其抗液化能力得到较大的增强向相邻砂桩排水的条件，从而有利于挤密4砾石井排水法适用于埋藏较深的具有较大密度的较厚饱和砂层的防液化处理，排水法的噪声比振动增密法小得多，因而更适用于增建工程以及已有建筑物液化砂基的处理砾石井排水法是在砂层中设置砾石井，由于缩短了水平方向的排水路径，提高了砂层的排水效率，从而减少饱和砂层内地震时孔隙水压力的上升，使液化难于发生施工方法是，在建筑物整个地基范围内，每隔3m左右，用振动锤将直径为300mm左右、端头合叶关闭着的钢管打入砂层中，达到预定深度后，一边从漏斗向钢管内填入角砾、圆砾、碎石、卵石或矿渣，一边提升钢管，形成砾石排水井(图5-4-3)。排水井的直径、间距、深度和填料粒径，按渗透理论计算确定5堆载预压法此方法适用于埋藏不太深的较薄砂土层的压密处理。此法的优点是经济、方便，堆载预压法是在拟建场地上堆土或其他重物，使地基在预压荷载下逐渐固结，达到增强其抗液化能力的目的采用预压法时，若当地缺少土源，压重物不易解决时，也可在预压区四周筑堤围成水库，在水库底和围堤迎水坡上铺设聚氯乙烯薄膜防渗，然后泵水入库，进行预压缺点是预压时间长6砂井预压法适用于深厚的粉土层、黏土层、淤泥质黏土层、淤泥层等软土地基的加固处理，不适用于透水性极小的泥岩层。砂井预压法的特点是，施工简单，造价低，节省钢材、水泥，但工期很长且仅适用于新建工程的空旷场地该法是打砂井之后进行堆载预压。具体施工方法是在拟建场地上，按等边三角形布点方案或正方形布点方案，每隔2～4m，将钢管桩打入软土层，形成井孔，然后灌以粗砂或中砂，制成砂桩(图5-4-4)。砂井直径一般采用200～400mm，砂井间距取井径的8～10倍，砂井的深度应穿越地基的受压层。若软土层不是很厚，下面又有透水层时，砂井应穿透软土层。砂井的布置范围应扩大到建筑物基础轮廓线以外2～4m预压荷载的大小宜接近设计荷载，必要时可超出设计荷载10%～20%。但在预压过程中，任何时刻作用于地基土层上的荷载，均不得超过该土层的极限荷载，以免地基失稳破坏7袋装砂井预袋装砂井预压是在普通砂井预压的基础(1)袋装砂井设计：袋装砂井的直径一般为70mm，间距为1～1.5m，砂井在平面上的布置可采取正方形网格或等边三角形网格方案(图5-4-5)，袋压法上发展起来的一种软土地基加固新技术装砂井长度以10～20m为宜(2)施工程序：袋装采用麻袋布或聚丙烯编织布缝制，利用门架式灌砂机充填砂料。按照定位，打入带有活瓣桩尖的钢管，然后下放砂袋，拔出钢管，即形成袋装砂井续表序号方法适用情况和特点施工8高压旋喷法高压旋喷法(简称旋喷法)适用于标贯击数小于10的砂质土、小于5的黏性土、不含瓦砾的回填土等软弱地基的加固(1)旋喷法工艺：旋喷法是先将具有特制喷嘴的钻头，喷射钻进到预定的加固深度，然后利用超高压(20～40MPa)脉冲泵，使浆液以高速喷出把土搅动，同时将钻杆旋转和提升，使沿钻孔整个深度的土体与浆液混合，并凝结成圆柱加固体。旋喷法采用的浆液有水泥浆、水玻璃、纸浆液和丙烯酸氨。它既可旋喷成竖直桩，也可旋喷成水平桩和斜桩(2)施工机具：主要机械有高压柱塞泵、泥浆泵、空压机。附属机具有喷流控制器、喷射管等。喷射管根据施工方法不同又可分为单管、双重和三重喷射管(3)施工顺序(图5-4-6)1)钻孔：用低压(1MPa)的清水或黏土浆喷射，同时回转钻杆，钻头很快即可钻到预定加固深度。此时的清水或黏土浆是从特制钻头的末端喷口喷出2)横向喷射：钻孔结束后，用钢球或压差阀关闭喷出孔，并接通管路压送浆液，高压浆液即从特制钻头侧面喷嘴喷出3)旋喷：按照预定的旋喷参数(转数、提升速度、喷射压力)进行旋喷。此时应转动喷嘴并缓慢提升，形成旋喷柱(4)旋喷桩直径：最后完成的旋喷桩加固体的直径，单管法为0.3～0.5m;双重管法为1m;三重管法可达2m9深层搅拌法适用于各类饱和软黏土地基的加固。深层搅拌法又分石灰系拌合和水泥系拌合两大系列(1)加固机理：水泥系搅拌法就是将水泥浆连续不断地分散到土中，水泥和饱和软黏土拌合后，凝聚成具有整体性、水稳定性和一定强度的土体，从而达到加固地基的目的(2)加固工艺流程：深层搅拌机械系统是由深层搅拌机、起重机、导向、量测、固化剂制备等机具组成。深层搅拌加固的工艺流程(图5-4-7)如下1)将深层搅拌机吊至加固位置，定位对中，启动电机2)待搅拌头转动速度正常后，边旋转切土，边下沉，直至设计加固深度3)配置水泥浆，将搅拌机略为提升，泵送水泥浆压开球阀，水泥浆进入软土中4)停止喷浆，将深层搅拌机重复下沉、提升，再拌合一次，使软土和水泥浆搅拌得更加均匀5)待深层搅拌机提升到地面后，关闭电机，移位至新的加固地点10电硅化法此法适用于加固软黏土地基，也可用于细砂、粉细砂、粉土地基的加固对于渗透系数小于10-6m/min的黏性土，需要借助于电渗作用，方能使具有一定压力的硅混合溶液注入土的孔隙中。施工时，先在土中打入两个电极(即两根金属管);然后把以硅酸钠(水玻璃)为主的硅混合溶液(水玻璃、氯化钙、明矾)和浓氯化钙溶液，先后由阳极压注入软土层中，通以电流，使溶液在土体中发生电渗。硅混合液经一定时间后便形成硅胶凝体，将土颗粒胶结在一起，并使软土脱水11换土垫层法适用于淤泥、淤泥质土等可能发生震陷的软弱土地基换土垫层法是将基础底面以下一定范围内的软弱土层挖去，换填以低压缩性的散体材料，分层夯实，作为基础下的垫层(1)垫层材料：换土垫层按回填材料可分为砂垫层、碎石垫层、灰土垫层、矿渣垫层等，但以采用砂垫层为最多。砂垫层的砂料以中粗砂为好，并可均匀掺人一定数量的碎石当采用碎石垫层时，为了防止基坑底部的表层软土遭到局部破坏，而使建筑物基础产生附加沉降，最好在基坑底部先铺一层砂垫底，然后再铺碎石垫层垫层为最多(2)垫层厚度(图5-4-8)：砂垫层的合理厚度H应该满足如下条件：上部荷载通过砂垫层按一定扩散角传至下卧软土层时，该下卧软土层顶面所受的全部压力，不超过下卧土层的静承载力。当垫层材料为碎石、粗砂或中砂时，垫层的压力扩散角θ=30°;若为其他较细材料时，θ=22°。一般情况下，砂垫层的厚度取1～2m，垫层太厚，施工比较困难(3)垫层宽度：砂垫层的合理宽度B′，应该既能满足应力扩散的要求，又能防止垫层向两边挤动。设垫层的厚度为H，垫层底宽应比基础底面每边扩出Htanθ再加50mm，即不小于B′+2Htanθ+100。对于条形基础，砂垫层的底宽B′，一般取基础宽度B加上1.2～1.5倍垫层厚度，即B′=B+(1.2～1.5)H图5-4-1强夯法的布点方案图5-4-2振冲法施工过程图5-4-3砾石排水井的布置(a)(b)图5-4-4沙井预压法示意图(a)(b)图5-4-5砂井的平面布置(1)(2)(3)(4)(5)图5-4-6旋喷法施工(a)(b)(c)(d)(e)(f)图5-4-7深层搅拌加固过程(a)定位;(b)下沉;(c)喷浆;(d)二次下沉;(e)重复搅拌;(f)完毕图5-4-8砂垫层剖面