工民建施工中不良地基土的改造

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  摘要:工民建工程中的地基土,是保证地基行使自身功能的重要提条件,良好的地基土能够延长建筑的使用寿命,减少地质灾害对建筑的影响,将建筑安全隐患降到最低。在进行不良地基土加固时,要仔细考虑施工建筑的具体情况和周围环境情况,选择正确实用的处理手段,从而保证建筑的正常施工和使用,保证建筑的安全性,促进我国建筑业的健康发展。
  关键词:工民建施工 不良地基土 改造
  中图分类号:TU113文献标识码: A
  前言
  厦门港东渡港区现代码头工程1#通用仓库为单层门式钢架轻钢结构,结构跨度为45.0米,基础采用沉管灌注桩双桩承台,主要用于存放各种散料货物仓库。该建筑物原始地貌为海湾滩涂,后因建设需要及码头施工进行回填整平,场地内主要分布的土层:杂填土、填砂、淤泥质土、残积砂质粘性土、全风化花岗岩、强风化花岗岩。因该项目全场分布有一层较厚的淤泥层,顶板埋深3.2~14.4米,顶板标高-10.61~2.52米,厚度1.1~23.3米,分布不均匀。该项目施工时未对不良地基土进行改良,因中间淤泥层较厚仓库使用过层中对地面进行反复堆载淤泥层固化较快对原桩基产生负摩阻较大且原桩基进入持力层深度较小导致桩基结构往下沉,该仓库桩基础结构累计最大下沉量为350mm。因此为避免不良地基土的存在为其带来了严重的质量、安全隐患,合理地改良、处理不良地基土,进而保证建筑结构的安全性和稳定性。
  我国地域辽阔,故存在着各式各样、纷繁复杂的地质条件,涵盖了软粘土、杂填土、膨胀土、湿陷性黄土、饱和松散砂土等不同形式的不良地基土。由于不同形式的不良地基土危害性不同、成因不同,故改造技术上也应存在差异,具体问题具体分析。比如,软粘土具有高压缩性、低强度、高灵敏度、低渗透性等工程性质,膨胀土具有失水收缩、吸水膨胀、干缩裂隙、反复膨胀等工程性质,由于工程性质不同,故在改良处理上应对工程项目所在地的地质、水文等条件进行综合探测和分析,才能决定采用同一种改良技术还是不同种类的改良技术,只有具体情况具体分析,才能保证不良地基土的改良效果。
  一、工民建施工中不良地基地的种类
  在工民建施工中,只有对地基地的地质、地形等进行综合的、详细的、认真的分析和研究,这样才能够制定出十分合理有效的不良地基地改造技术的相关措施。从现今的施工情况可以看出,我国工民建施工中存在的不良地基地主要有以下几种类型:
  1、软质粘土
  软质粘土也叫做软土,它是软弱粘性土的简称,大约形成于第四世纪晚期,一般都是海相、泻湖相、三角洲相等粘性沉积物亦或是河流冲积物,大多都是分布在河流的中下游和湖泊等的附近地区,其中十分常见的便是淤泥和淤泥质土。在工民建施工工地,可以发现软质粘土是十分常见的不良地基地的类型,软粘土地基地的承载力十分低下同时它的强度增长也十分缓慢;再加上,增加负荷之后也特别容易变形也及其不均匀;软质粘土还具有渗透性小、流变性大的特点,这些特点就直接决定了软质粘土的不良性。而改造这种地基地的方法主要有预压法、置换法、搅拌法等等方法。
  2、杂填土
  杂填土是一种相比之下分布范围较广的一种非纯天然的不良地基土种。它是通过人们长时间的从事成产与生活的过程中产生并且遗留下来的一种垃圾,垃圾在逐步通过外界环境的影响以及各种物理、化学乃至生物的反映作用下而分解而成的一种性质复杂的一种垃圾土。我们通常将这种垃圾杂填土分为以下三个种类,分别为:生活垃圾土、生产垃圾土以及建筑垃圾土。杂填土的特点也是简单易于总结的,它所具有的特点为:成分相对较为复杂、无规划的随意堆积、形状薄厚均各异、性质相差大以及种类繁多造成的规律性差等特点,对与杂填土的改造之所以迫在眉睫是因为如果不进行有效的改造会造成建筑地基的不均匀下沉。
  3、饱和松散砂土
  饱和松散砂土主要是由砂粉和细砂等两种物质组成。通常在静荷载作用下它可以保持一种相对程度上较高的强度,但是如果使其遇到较强的外力作用的话饱和松散砂土的内部结构就会发生液化反应,这将使得其在受到机械振动、地震等外力作用时造成震陷变形的现象。
  4、膨胀土
  膨胀土是一种在我国分布范围较广的土质种类,它主要由蒙脱石组成,正是由于这种主要成分也就决定了它的土质特点分为以下几点:
  (1)具有失水收缩、吸水膨胀、浸水承载力减弱等特点造成这种特点的原因正是由于它的土质特点所决定的。
  (2)干缩裂隙发育,这种特点的存在将使得膨胀土处于一种结构不稳定的状态。
  (3)反复胀缩变形,这种特点会使得它的形态极其容易发生变化。这些特点均表明它的性质不稳定性,只要膨胀土的含水量稍有变化这都会造成严重的有害膨胀现象,这种危险隐患的随时存在性使得这种土质的使用会影响到建筑物的整体安全性。
  二、不良地基土所带来的问题
  地基土质量的好坏,对于工民建施工具有非常大的影响。当工民建工程施工过程中采用了过于松软的泥土砂石材料作为地基土时,将严重破坏地基的支撑功能,从而导致建筑问题的发生。不良地基土给建筑地基所带来的问题主要有以下几点:
  1、降低了地基的承重能力
  地基是建筑的主要承重结构,如果地基结构出现问题,相应的就会对整体建筑造成一定的影响。如果地基施工过程中采用较为疏松的地基土,就会大大降低地基的承重能力,造成建筑物的整体下沉,甚至会造成建筑物的倾斜或坍塌等问题的发生。
  2、造成建筑的沉降问题
  随着我国建筑业的不断发展,中高层建筑逐渐增多,这时就更加注意地基的建设。当地基结构施工时,采用了不良的地基土,就会造成了地基整体受力的不均,致使建筑出现了较为严重的沉降现象以及不均匀沉降现象的发生,使的建筑物出现了不同程度的开裂或者倾斜,甚至有坍塌的危险,严重威胁着人们的财产生命安全。
  3、地基的不规则变化
  如果在建筑施工过程中采用了不良的地基土,就会使地基的吸水效果大大降低,造成严重的建筑质量问题。不良地基土材料中有许多材料的吸水能力较强,如膨胀土等,当雨季来临,地面上的雨水便会渗透入地基当中,由于不良地基的吸水效果较强,吸水后便会造成地基土变形,导致了建筑地基出现不规则的变化,对建筑物的整体安全性能造成了非常大的影响。
  三、工民建施工中基础工程质量病害原因分析
  1、工民建施工中的不良地基土处理不完善。目前我们国家出现的大量工民建质量问题,主要是由地基不良造成的。地基不良现象的产生,主要是因为在建筑施工的过程中,设计人员没有进行系统的地基条件考察,因此,没有预留地基处理方案,在施工的过程中钻探深度不够。不良地基如果不能及时的发现并采取相应的措施进行加固和改善,将会留下重大的安全隐患,降低建筑的使用寿命,威胁用户的人身财产安全。
  2、工民建施工中的填料压实度不达标。不良地基問题主要出现在土方地基的建筑施工中,通常情况下,为了提高地基的承重能力,保证建筑的基本质量,需要对土方的基石进行压实处理,但是土方材料的性质不稳定,而且其压实的机械操作有使用的局限性,所以压实后的土方地基也难以达到基本的质量要求,这种土方地基的压实处理不当,也是造成当前工民建施工质量问题的一个主要因素。另外,随着建筑物使用年限的增加,以及在使用的过程中没有定期及时的养护,所以,工民建的土方地基会受到严重的损害,继而出现不同程度的地基下沉。
  四、不良地基土的改造技术
  1、置换法改造技术
  (1)换填法
  换填法也称换土法。所谓换土法是指将路基范围内的软土清除,用稳定性好的土、石回填并压实或夯实。在公路施工中,一般采用的是开挖换填天然砂砾,即在一定范围内,把影响路基稳定性的淤泥软土用挖掘机挖除,用天然砂砾进行换置,开挖换填深度在2m以内,采用分层填筑、分层压实、分层检测压实度的方法施工。从而改变地基的承载力特性,提高抗变形和稳定能力。在換填过程中,对于换填的天然沙砾中石头的粒径、含量和级配也应充分考虑,最好做试验检测,避免无法压实而引起沉降。
  (2)强夯置换法
  孔内深层强夯法技术与其它技术不同之处:是通过孔道将强夯引入到地基深处,用异型重锤对孔内填料自下而上分层进行高动能、超压强、强挤密的孔内深层强夯作业,使孔内的填料沿竖向深层压密固结的同时对桩周土进行横向的强力挤密加固,针对不同的土质,采用不同的工艺,使桩体获得串珠状、扩大头和托盘状,有利于桩与桩间土的紧密咬合,增大相互之间的摩阻力,地基处理后整体刚度均匀,变形模量高,不受地下水影响,地基处理深度可达30m以上。
  2、压实与夯实法改造技术
  (1)表层碾压法
  碾压法是利用机械滚轮的压力压实土壤,使之达到所需的密实度。碾压机械有平碾及羊足碾等。平碾(光碾压路机)是一种以内燃机为动力的自行式压路机,重量6t~15t。羊足碾单位面积的压力比较大,土壤压实的效果好。羊足碾一般用于碾压粘性土,不适于砂性土,因在砂土中碾压时,土的颗粒受到羊足较大的单位压力后会向四面移动而使土的结构破坏。松土碾压宜先用轻碾压实,再用重碾压实,效果较好。
  (2)重锤夯实法
  夯实法是利用夯锤自由下落的冲击力来夯实土壤,土体孔隙被压缩,土粒排列得更加紧密。人工夯实所用的工具有木夯、石夯等;机械夯实常用的有内燃夯土机和蛙式打夯机和夯锤等。夯锤是借助起重机悬挂一重锤,提升到一定高度,自由下落,重复夯击基土表面。夯锤锤重1.5t~ 3t,落距2.5m~ 4m。夯实法主要用于小面积回填土。可以夯实粘性土或非粘性土。
  (3)振动压实法
  振动压实法是将振动压实机放在土层表面,在压实机振动作用下,土颗粒发生相对位移而达到紧密状态。振动碾是一种震动和碾压同时作用的高效能压实机械,比一般平碾提高功效1~2倍。用这种方法振实填料为爆破石渣、碎石类土、杂填土和轻亚黏土等非粘性土效果较好。
  3、预压法改造技术
  预压法指的是为提高软弱地基的承载力和减少构造物建成后的沉降量,预先在拟建构造物的地基上施加一定静荷载,使地基土压密后再将荷载卸除的压实方法。对软土地基预先加压,使大部分沉降在预压过程中完成,相应地提高了地基强度。预压法适用于淤泥质粘土、淤泥与人工冲填土等软弱地基。预压的方法有堆载预压和真空预压两种。
  (1)堆载预压法
  在地基上堆放重物(水、土、砂、石等)进行预压。当堆载超过计划建造的建筑物荷载时,称为超载预压。为了防止堆载时压坏地基,需分级加载,在前一级荷载作用下地基基本固结后,再施加下一级荷载,直至达到设计荷载为止。预压所需时间的长短取决于地基土层的渗透特性、厚度和预压荷载的大小等因素。施工时应监测地面沉降和土中孔隙水压力的消散情况,对预压加以控制。
  (2)真空预压法
  在软粘土地基表面铺设砂垫层,用土工薄膜覆盖且周围密封。用真空泵对对地基土进行抽气,在土中造成一定的真空度,形成大气压力与真空压力的差值作用,将土中一部分水抽出,从而使地基土固结而加固。如果设置排水砂井,还可将孔隙内的水加速排出。
  4 、挤密法
  (1)振冲密实法。利用专门的振冲器械产生的重复水平振动和侧向挤压作用,使土体的结构逐步破坏,孔隙水压力迅速增大。由于结构破坏,土粒有可能向低势能位置转移,这样土体由松变密。
  (2)沉管砂石桩(碎石桩、灰土桩、OG桩、低标号桩等)。利用沉管制桩机械在地基中锤击、振动沉管成孔或静压沉管成孔后,在管内投料,边投料边上提(振动)沉管形成密实桩体,与原地基组成复合地基。
  (3)夯击碎石桩(块石墩)。利用重锤夯击或者强夯方法将碎石(块石)夯入地基,在夯坑里逐步填人碎石(块石)反复夯击以形成碎石桩或块石墩。
  结束语
  总之,工民建筑施工中,不良地基土的存在为其带来了严重的质量、安全隐患,必须先科学、合理地改良、处理不良地基土,其工程性质得到良好改善后才可以进行上部建筑施工,进而保证建筑结构的安全性和稳定性。为此,工民建筑相关人员应系统掌握不良地基土改良技术,实际工作中结合工程实际情况选择最使用的土层改良措施。
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