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岩土体的工程特性与地基处理技术的关系及处理方法研究

2015-07-13 108 0

1引言
　　地基处理是建设施工过程中的重要环节。地基处理是否恰当，对建筑的使用与安全，以及工程的建设进度和工程的造价都有重要的影响，甚至会成为影响工程建设过程中的关键问题。
　　2土的工程特性及其与地基处理的关系
　　岩和土都是不连续的介质，它们或者充满了裂隙和节理，或者根本就是碎散的颗粒集合，矿物成分、裂隙分布、颗粒大小、形状与级配、状态与结构，使岩土形态千差万别。岩土又都是由多相组成的，其裂隙中充填着液相（水）和气相，三相间不同的比例关系及其相互作用，使岩土形成了极其复杂的物理力学性质。土具有碎散性、多相性和天然性三大特性，对应于变形、破坏和渗透三大工程问题，在土力学中相应是渗流固结理论、摩尔）库仑强度理论和达西定律三大规律。
　　土的三相间的相互作用，形成了土区别于其他一切材料的特性。地基的沉降变形对应着土的压密、塑性变形和固结。对一般砂性土来说，因其渗透性好，一般来说固结沉降在施工阶段就完成了，工后沉降较小，地基变形通常是能够满足设计要求的。对于一般黏性土来说，通常所说的基础沉降一般指固结沉降。
　　由于土是由碎散的颗粒组成的，颗粒间的摩擦力是其强度的主要部分。因其强度和破坏都是剪切力控制的，这与连续介质的固体不同。土没有所谓的抗压强度，即使是“无侧限抗压强度”，实质上也是沿45°+ 方向上的抗剪强度。对于一个土样施加各向等压或单向压缩（固结），只会越压越密，不会破坏，即所谓的压密性。另外，土的强度实际上是土骨架的强度，而不是土颗粒的强度，只与有效应力有关。
　　在经典土力学及土工问题中，变形和强度是截然分开的，地基变形问题采用基于线弹性理论的分层总和法计算，不涉及土的强度，有时甚至不计土变形的非线性。而强度问题则采用基于摩尔）库仑强度理论的极限分析和极限平衡方法解决，不考虑破坏前的变形与过程。自20世纪60年代以来，人们建立土的本构关系模型，亦即应变-变形-强度-时间的关系，这就把应变与强度结合起来。
　　总的来说，形形色色的地基处理方法，无非就是改善地基土的工程特性，或提高其强度，或控制其变形，或减小土中水对工程的影响，使其达到工程设计要求。
　　3地基处理的对象和目的
　　地基处理的对象是软弱地基和特殊土地基。GB 50007-2002建筑地基基础设计规范中明确规定：“软弱地基是指主要由淤泥、淤泥质土、冲填土、杂填土或其它高压缩土层构成的地基。”特殊土地基常带有地区性特点，它包括软土、湿限性黄土、膨胀土、红黏土和冻土等地基。地基处理的目的是采取各种地基处理方法以改善地基条件，措施包括以下五方面：1）改善剪切特性。2）改善压缩特性。3）改善透水特性。4）改善动力特性。5）改善特殊土的不良地基特性：主要指消除或减少黄土的湿陷性和膨胀土的胀缩性等地基处理措施。
　　4地基处理设计的原则
　　1）局部加固原则。广义上讲，不管采用什么方法对地基加密、加固和加筋，都使地基成为两种不同部分，一种是天然的原状土，另一种是经加密、加固和加筋的增强体。这就使增强体和周围地基土共同承载，形成复合地基。按桩的材料及刚度，又有人分为散体桩、柔性桩和刚性桩复合地基。这种广义复合地基的概念，使其区别于天然地基，区别之一是增强体是人工干预的结果，区别之二是增强体的局部化。地基处理使建筑物地基受力及可能的破坏形式又区别于天然地基。
　　2）复合地基中增强体的均匀化原则。在复合地基设计计算中一般是将增强体均匀化为一种等效的均质材料，确定其等效的承载力及刚度。在一般的承载力、沉降计算时如此，在有限元数值分析确定模型参数时也如此。对于深层搅拌桩、夯实水泥土桩、高压喷射桩和CFG桩，由于桩的刚度相对比较大，复合土层不易发生较大变形，因而桩间土的承载力不易完全发挥，否则桩体可能因应变过大而破坏。故在计算承载力时将桩间土承载力折减。
　　3）共同作用原则。复合地基中存在增强体与原状土共同作用问题。对于横向（水平向）增强体复合地基，增强体将荷载向下部地基土扩散，从而满足承载力要求和减少地基沉降。对于竖向增强体复合地基，也存在垫层作用，将荷载向深层传递。另外一种相互作用是增强体内桩、土间相互作用、共同作用问题。
　　5一些常见的地基处理方法的特点
　　5.1 换土垫层法
　　1）机械碾压法。常用于基坑面积宽大和开挖土方量较大的回填土方工程。适用于处理浅层软弱地基、湿陷性黄土地基、膨胀土地基、季节性冻土地基、素填土和杂填土地基。简单易行，但仅限于浅层处理，一般不大于3 m，对湿陷性黄土地基不大于5 m。如遇地下水，对重要工程，需有附加降低地下水位的措施。
　　2）平板振动法。适用于处理非饱和无黏性土地基或粘粒含量少和透水性好的杂填土地基。
　　5.2 深层密实法
　　1）强夯法。强夯法适用于碎石土、素填土、杂填土、砂土、低饱和度的粉土与黏性土及湿陷性黄土。强夯置换法适用于高饱和度的粉土和流塑～软塑的黏性土等地基上对控制变形要求不严的工程，对淤泥、泥炭等粘性软弱土层，置换墩应穿透软弱土层。施工速度快，施工质量容易保证，经处理后土性较为均匀，造价经济，适用于处理大面积场地。施工时对周围有很大的噪声和振动，不宜在闹市区施工。需要有一套重锤、起重机等强夯施工工具。
　　2）挤密桩法（碎石、砂石桩挤密法，石灰、土、灰土桩挤密法）。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。石灰桩适用于软弱黏性土和杂填土。土桩、灰土桩挤密法一般适用于地下水位以上深度为5 m～15 m的湿陷性黄土和人工填土。经振冲处理后，地基土性较均匀。
　　3）水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩）。适用于处理黏性土、粉土、砂土和已自重固结的素填土等地基。对淤泥质土应通过现场试验确定其适用性。
　　5.3 排水固结法
　　排水固结法适用于处理厚度较大的饱和软土和冲填土地基，但对于厚度较大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，预压力达80 kPa，不够时可同时加土石方堆载。真空泵需长时间抽气，耗电较大。降水预压法无需堆载，效果取决于降低水位的深度，需长时间抽水，耗电大。
　　5.4 加筋法
　　土工合成材料适用于砂土、黏性土和软土。加筋土适用于人工填土的路堤和挡墙结构；土锚、土钉、锚定板适用于土坡稳定。树根桩适用于各类土。碎石桩、砂石桩、砂桩适用于黏性土、疏松砂性土、人工填土，对于软土，经试验证明施工有效时方可采用。
　　5.5 胶结法
　　胶结法适用于处理淤泥、淤泥质土、黏性土、黏土和一般人工填土的加固。
　　6结束语
　　总之，地基处理是建设施工过程中的重要环节。地基处理可以增强地基的稳定性与承载力，有效防止地基的沉降和位移问题保证工程质量。
　　参考文献：
　　[1] 白文彪，马健. 谈地基处理常见技术及发展[J].山西建筑，2008.
　　[2] 冯小平，周显川. 关于地基处理常见技术的探讨[J]. 西部探矿工程，2013.

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