地基基礎和地下空間工程技術(上)
發布時間:2014-08-05
1. 地基基礎和地下空間工程技術
1.1 樁基新技術
1.1.1 灌注樁後
注漿技術
(1) 主要技術內容
在鋼筋籠上預埋
注漿管和
注漿閥,在成樁後一定時間內實施樁側和樁底後
注漿,一是加固樁底沉渣和樁側泥皮;二是對樁底和樁側一定範圍的土體通過滲入(粗粒土)、劈裂(細粒土)和壓密(非飽和鬆散土)
注漿起到加固作用,從而增強樁側阻力和樁端阻力,提高單樁承載力,減小沉降。在優化工藝參數的條件下,可使單樁承載力提高40%~120%,粗粒土增幅高於細粒土,軟土增幅最小,樁側樁底複式
注漿高於樁底
注漿;樁基沉降減小30%左右。
(2)技術指標
根據地層性質、樁長、承載力增幅和樁的使用功能(抗壓、抗拔)等因素,灌注樁後
注漿可采用樁底
注漿、樁側
注漿、樁側樁底複式
注漿。主要技術指標為:
漿液水灰比:地下水位以下0.45~0.7,地下水位以上O.7~O.9
最大
注漿壓力:軟土層2 MPa,軟土層4~8 MPa,風化岩10~16MPa。
注漿水泥量:Gc=αpd(樁端)+ αsnd(樁側)
αp=1.5~1.8,αs=0.5~0.7
n一樁側
注漿斷麵數 d一樁徑(m)
實際工程中,以上參數根據土的類別、土的飽和度、樁的尺寸、承載力增幅等因素適當調整,並通過現場試
注漿最終確定。
(3)適用範圍
適用於泥漿護壁鑽、挖孔灌注樁及幹作業鑽、挖孔灌注樁。
(4)已應用的典型工程
該技術已在北京、天津、上海、福州、汕頭、武漢、宜春、濟南、廊坊、西寧、西安、德州、哈爾濱等地200餘項高層、超高層建築樁基工程中應用,經濟效益顯著,據對80項工程的初步統計,節約工程投資1.5億元以上。對於單樁混凝土體積8-20m3的樁,每根可節約造價0.2~O.8萬元,具有極好的應用前景。
該技術由中國建築科學研究院地基基礎研究所研發,獲2項發明專利,2000年建設部認定其為國家工法。
1.1.2 長螺旋水下灌注成樁技術
(1) 主要技術內容
長(chang)螺(luo)旋(xuan)水(shui)下(xia)成(cheng)樁(zhuang)技(ji)術(shu)是(shi)采(cai)用(yong)長(chang)螺(luo)旋(xuan)鑽(zuan)機(ji)鑽(zuan)孔(kong)至(zhi)設(she)計(ji)標(biao)高(gao),利(li)用(yong)混(hun)凝(ning)土(tu)泵(beng)將(jiang)混(hun)凝(ning)土(tu)從(cong)鑽(zuan)頭(tou)底(di)壓(ya)出(chu),邊(bian)壓(ya)灌(guan)混(hun)凝(ning)土(tu)邊(bian)提(ti)鑽(zuan)直(zhi)至(zhi)成(cheng)樁(zhuang),然(ran)後(hou)利(li)用(yong)專(zhuan)門(men)振(zhen)動(dong)裝(zhuang)置(zhi)將(jiang)鋼(gang)筋(jin)籠(long)一(yi)次(ci)插(cha)入(ru)樁(zhuang)體(ti),形(xing)成(cheng)
鋼筋混凝土灌注樁。後插鋼筋籠應與壓灌混凝土宜連續進行。與普通水下灌注樁
施工工藝相比,長螺旋水下成樁施工,由於不需要泥漿護壁,無泥皮,無沉渣,無泥漿汙染,施工速度快,造價低。
(2) 技術指標
基樁承載力:設計要求;
樁 徑:設計要求;
樁 長:設計要求;
樁 垂 直 度:≤1%;
混 凝土強 度:滿足設計要求,不小於C20;
混凝土塌落度:宜為200~220mm;
提 鑽 速 度:宜為1.2~1.5m/min;
鋼 筋 籠:設計要求,應具有一定剛度。
(3)適用範圍
適用於灌注樁水下施工。
(4)已應用典型工程
該技術為一項灌注樁施工新技術,已在北京、天津、唐山等地10多項工程中應用,受到建設單位、設計單位和施工單位的歡迎,經濟效益顯著,具有極好的應用前景。
該技術由中國建築科學研究院地基基礎研究所研發並獲發明專利。
1.2 地基處理技術
1.2.1 水泥粉煤灰碎石樁(CFG樁)複合地基成套技術
(1)主要技術內容
水泥粉煤灰碎石樁複合地基是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌合形成的高粘結強度樁(簡稱CFG樁),通過在基礎和樁頂之間設置一定厚度的褥墊層保證樁、土共同承擔荷載,使樁、樁(zhuang)間(jian)土(tu)和(he)褥(ru)墊(dian)層(ceng)一(yi)起(qi)構(gou)成(cheng)複(fu)合(he)地(di)基(ji)。樁(zhuang)端(duan)持(chi)力(li)層(ceng)應(ying)選(xuan)擇(ze)承(cheng)載(zai)力(li)相(xiang)對(dui)較(jiao)高(gao)的(de)土(tu)層(ceng)。水(shui)泥(ni)粉(fen)煤(mei)灰(hui)碎(sui)石(shi)樁(zhuang)複(fu)合(he)地(di)基(ji)具(ju)有(you)承(cheng)載(zai)力(li)提(ti)高(gao)幅(fu)度(du)大(da),地(di)基(ji)變(bian)形(xing)小(xiao)等(deng)特(te)點(dian),並(bing)具(ju)有(you)較(jiao)大(da)的(de)使(shi)用(yong)範(fan)圍(wei)。
(2)技術指標
根據工程實際情況,水泥粉煤灰碎石樁常用的
施工工藝包括長螺旋鑽孔、管內泵壓混合料成樁、振動沉管灌注成樁和長螺旋鑽孔灌注成樁。主要技術指標為:
地基承載力:設計要求;
樁 徑:宜取350~600mm;
樁 長:設計要求,樁端持力層應選擇承載力相對較高的土層;
樁身強度:混凝土強度滿足設計要求,通常≥C15;
樁間距:宜3~5倍樁徑;
樁垂直度:≤1.5%;
褥墊層:宜用中砂、粗砂、碎石或級配砂石等,不宜選用卵石,最大粒徑不宜大於30mm。厚度150~300mm,夯填度≤0.9。
實際工程中,以上參數根據地質條件、基礎類型、結構類型、地基承載力和變形要求等條件或現場試驗確定。
(3)適用範圍
適用於處理粘性土、粉土、砂土和已自重固結的素填土等地基。對淤泥質土應按當地經驗或通過現場試驗確定其適用性。就基礎形式而言,既可用於條形基礎、獨立基礎,又可用於箱形基礎、筏形基礎。
(4)應用情況
該技術已在北京、天津、廊坊、石家莊、唐山、成都、南寧、深圳、德州、長春、哈爾濱、新疆等地多層、高層建築、工業廠房地基處理工程中廣泛應用,經濟效益顯著,具有極好的應用前景。
1.2.2 夯實水泥土樁複合地基成套技術
(1)主要技術內容
夯hang實shi水shui泥ni土tu樁zhuang是shi用yong人ren工gong或huo機ji械xie成cheng孔kong,選xuan用yong相xiang對dui單dan一yi的de土tu質zhi材cai料liao,與yu水shui泥ni按an一yi定ding配pei比bi,在zai孔kong外wai充chong分fen拌ban和he均jun勻yun製zhi成cheng水shui泥ni土tu,分fen層ceng向xiang孔kong內nei回hui填tian並bing強qiang力li夯hang實shi,製zhi成cheng均jun勻yun的de水shui泥ni土tu樁zhuang。通tong過guo在zai基ji礎chu和he樁zhuang頂ding之zhi間jian設she置zhi一yi定ding厚hou度du的de褥ru墊dian層ceng,使shi樁zhuang、zhuangjiantuherudiancengyiqigouchengfuhediji。youyuhangshizhongxingchengdegaomidujishuinitubenshendeqiangdu,yujiaobanshuinituzhuangxiangbi,hangshishuinituzhuangzhuangtiyoujiaogaoqiangdu。hangshishuinituzhuangfuhedijijuyouzhuangshenqiangdujunyun、施工速度快、不受場地的影響、造價低、無汙染等特點。
(2)技術指標
根據工程實際情況,夯實水泥土樁成孔可采用機械成孔(擠土、不擠土) 或人工成孔,混合料夯填可采用人工夯填和機械夯填。技術指標為:
地基承載力:設計要求;
樁 徑:宜為300~600mm;
樁 長:設計要求,人工成孔,深度不宜超過6m;
樁 距:宜為2~4倍樁徑;
樁 垂直 度:≤1.5%;
樁體幹密度:設計要求;
混合料配比:設計要求;
混合料含水率:人工夯實土料最優含水率Wop+(1~2);
機械夯實土料最優含水率Wop-(1~2);
混合料壓實係數:≥O.93;
褥墊層:宜用中砂、粗砂、碎石等,最大粒徑不宜大於20mm。
厚度1OO~300mm,夯填度≤0.9。
實際工程中,以上參數根據地質條件、基礎類型、結構類型、地基承載力和變形要求等條件或現場試驗確定。
(3)適用範圍
適用於處理地下水位以上的粉土、素填土、雜填土、粘性土等地基。處理深度不宜超過10m。
(4)應用典型工程
夯實水泥土樁技術自開發應用以來,就受到建設單位、設計單位的歡迎,目前已在華北地區廣泛應用,已處理工程數千項,取得了顯著的經濟效益和社會效益。
1.2.3 真空預壓法加固軟基技術
(1)主要技術內容
真zhen空kong預yu壓ya法fa是shi在zai需xu要yao加jia固gu的de軟ruan粘zhan土tu地di基ji內nei設she置zhi砂sha井jing或huo塑su料liao排pai水shui板ban,然ran後hou在zai地di麵mian鋪pu設she砂sha墊dian層ceng,其qi上shang覆fu蓋gai不bu透tou氣qi的de密mi封feng膜mo使shi與yu大da氣qi隔ge絕jue,通tong過guo埋mai設she於yu砂sha墊dian層ceng中zhong的de吸xi水shui管guan道dao,用yong真zhen空kong裝zhuang置zhi進jin行xing抽chou氣qi,將jiang膜mo內nei空kong氣qi排pai出chu,因yin而er在zai膜mo內nei外wai產chan生sheng一yi個ge氣qi壓ya差cha,這zhe部bu分fen氣qi壓ya差cha即ji變bian成cheng作zuo用yong於yu地di基ji上shang的de荷he載zai。地di基ji隨sui著zhe等deng向xiang應ying力li的de增zeng加jia而er固gu結jie。抽chou真zhen空kong前qian,土tu中zhong的de有you效xiao應ying力li等deng於yu土tu的de自zi重zhong應ying力li,抽chou真zhen空kong後hou,土tu體ti完wan成cheng固gu結jie時shi,真zhen空kong壓ya力li完wan全quan轉zhuan化hua為wei有you效xiao應ying力li。
(2)技術指標
該
加固方法的技術指標有:密封膜內的真空度、加固土層要求達到的平均固結度、加固區的沉降值。當采用合理的
施工工藝和設備,膜內真空度一般可維持相當於80kPa的真空壓力;加固區要求達到的平均固結度,一般可采用80%的固結度,如工期許可,也可采用更大一些的固結度作為設計要求達到的固結度;xianjisuanjiaguqianjianzhuwuhezaizuoyongxiatianrandijidechenjiangliang,ranhoujisuanzhenkongyuyaqijianwanchengdechenjiangliang,liangzhezhichajiweiyuyahoujianzhuwushiyonghezaizuoyongxiakenengfashengdechenjiang。
(3) 適用範圍
該
地基加固方法適用於軟粘土的
地基加固,在我國廣泛存在著海相、湖相 及河相沉積的軟弱粘土層。這種土的特點是含水量大、壓縮性高、強度低、透水性差。在建築物荷載作用下會產生相當大的沉降和沉降差。對於該種地基,尤其是大麵積處理時,如在該地基上建造碼頭、機場等,真空預壓法是處理軟粘土地基的有效方法之一。
(4) 已應用的典型工程
黃驊港碼頭、深圳福田開發區、天津塘沽開發區、深圳寶安大道等。
1.2.4 強夯法處理大塊石高填方地基
(1) 主要技術內容
強夯法處理大塊石高填方地基方法主要是指強夯置換法,與其他地基處理 方法相比具有費用低、施(shi)工(gong)簡(jian)單(dan)等(deng)優(you)點(dian),分(fen)整(zheng)式(shi)置(zhi)換(huan)和(he)樁(zhuang)式(shi)置(zhi)換(huan)二(er)種(zhong)方(fang)法(fa)。整(zheng)式(shi)置(zhi)換(huan)法(fa)是(shi)用(yong)強(qiang)夯(hang)的(de)衝(chong)擊(ji)能(neng)將(jiang)軟(ruan)弱(ruo)土(tu)擠(ji)開(kai)置(zhi)換(huan)成(cheng)塊(kuai)石(shi)層(ceng),其(qi)機(ji)理(li)與(yu)換(huan)填(tian)墊(dian)層(ceng)法(fa)作(zuo)用(yong)相(xiang)似(si)。樁(zhuang)式(shi)置(zhi)換(huan)法(fa)是(shi)采(cai)用(yong)巨(ju)大(da)的(de)夯(hang)擊(ji)能(neng)量(liang)將(jiang)塊(kuai)石(shi)夯(hang)穿(chuan)被(bei)加(jia)固(gu)土(tu)層(ceng)並(bing)使(shi)塊(kuai)石(shi)沉(chen)底(di)形(xing)成(cheng)樁(zhuang)體(ti),並(bing)與(yu)周(zhou)圍(wei)土(tu)體(ti)形(xing)成(cheng)複(fu)合(he)地(di)基(ji)。由(you)於(yu)樁(zhuang)體(ti)的(de)加(jia)筋(jin)作(zuo)用(yong),地(di)基(ji)中(zhong)應(ying)力(li)向(xiang)樁(zhuang)體(ti)集(ji)中(zhong),使(shi)其(qi)分(fen)擔(dan)了(le)大(da)部(bu)分(fen)基(ji)底(di)傳(chuan)來(lai)的(de)荷(he)載(zai);tongshizhuangtidecunzaiyeshidetutizhongyouyuqianghangyinqidechaojingshuikongxishuiyalixunsuxiaosan,jiakuaitutigujie,tigaotutikangjianqiangdu,congerfuhedijichengzailixiangyingtigao。
(2) 技術指標
①夯擊能量:單擊夯擊能量按Menard公式進行估算,錘底單位麵積靜壓力不得小於100kN/m2。整式置換法單位夯擊能不宜小於1500kN?m/m2;樁式置換法單位夯擊能不宜小於300kN?m/m2。
②夯擊次數:通過現場試驗確定,整式置換法宜控製在最後一擊夯沉量不大於50mm;樁式置換法宜控製在最後一擊夯沉量不大於200mm。
③夯點間距:夯點位置可按三角形、正方形布置。
整式置換法的夯點間距S=D+(O.3~0.4)H;
樁式置換法的夯點間距S=2~3D;D為錘徑,H為加固深度。
④夯沉量:每陣夯沉量不宜大於0.8倍錘高,累計夯沉量宜為1.5~2.OH。
⑤加固寬度:每邊應超出基礎外邊緣(0.5~1.O)H,且不小於3m。
(3) 適用範圍
強夯置換法適用於坐落在回填土、碎石土、濕陷性黃土、粘土、粉土、淤泥質土、淤泥等多種土層的工業與民用建築,加固深度不宜超過7m。
(4) 已應用的典型工程
已應用的代表性工程有深圳國際機場停機坪、深圳西部通道工程等。
1.2.5 爆破擠淤法技術
(1) 主要技術內容
通過爆炸衝擊作用降低淤泥結構性強度,同時利用拋石體本身的自重使爆前處於平衡狀態的拋石體向強度降低處的淤泥內滑移,達到泥、石置換的目的。首先沿堤軸線陸上拋填達到爆炸處理的設計高程與寬度(見圖1),形成爆前拋石堤縱斷麵線(1),然後在拋石堤前端“泥一石”交界麵(2)前方一定位置、一定深度處的淤泥層內埋置單排群藥包(3),引爆群藥包,在淤泥內形成爆炸空腔,拋石體隨即坍塌充填空腔形成“石舌”,同時拋石體前方和下方一定範圍內的淤泥被爆炸弱化,強度降低,拋石體下沉滑移擠淤。
隨後進行拋石,當淤泥內剪應力超過其抗剪強度時,拋石體沿定向滑移線(6)chaoqianfangdingxianghuayi,dadaoxindepinghenghouhuayitingzhi。jixujiagaopaotian,congeryouchuxianxindedingxianghuayixiachen,rucifanfuchuxianduoci,zhidaopaoshidiwendingweizhi,cishidanxunhuanjieshu。lingwai,dangxindexunhuankaishishi,qibaozhazuoyongduiyixingchengdepaoshitirengyoumishihejiyuzuoyong。
圖略
說明:(1)一爆前拋石堤縱斷麵線;{2)一拋石堤前方“泥一石”交界麵;
(3)一單排群藥包;(4)一爆後拋石堤斷麵線;-藥包;
(5)一爆後重新拋石形成的斷麵線;(6)一拋石堤定向滑移方向;
圖1 爆破擠淤法示意圖
(2) 技術指標
①爆破參數設計
1) 藥量計算
I 線藥量q(kg/m)
qL=qo?LH?Hmw
Hmw=Hm+γw/γm?Hw
式中:LH一單循環進尺量,一般為4~7m;
Hmw一計入覆蓋水深的折算淤泥深度,m;
Hm一淤泥深度,m;
Hw一覆蓋水深,即淤泥麵以上的水深,m;
qO一爆破擠淤法單耗,即爆除單位體積淤泥所需的藥量(kg/m3),一般為O.6~1.0。
γw一水重度(kN/m3);
γm一水重度(kN/m3);
II單次爆炸藥量Q
Q=(O.8~1.2)B?q
式中:B-堤頭處寬度,m。
2)藥包埋深Hb
Hb=(O.2~O.45)Hmw
3)藥包間距a
一般取為2.0~3.0m。
4)群藥包布藥寬度Lb
Lb:(O.8~1.2)B,m
堤頭、堤側爆炸處理參數的計算基本一致,一次起爆的總藥量應根據爆破安全要求進行適當控製。
②爆破施工
1)爆破施工流程
施工的主要設備為水上布藥船或陸上裝藥機。爆破擠淤施工的主要流程如下:
I 用汽車與推土機拋填石料達到爆炸處理的堤頂高程和擬拋填斷麵寬度。
II 在堤頭拋填體前方“泥~石”交界麵一定距離處,利用裝藥機械按設計位置將群藥包埋於淤泥中。
III 引爆炸藥,堤頭拋石體向前方滑移跨落,形成“爆炸石舌”。
IV 馬上進行下循環拋填,此時由於淤泥被強烈擾動後,強度大大降低,可出現多次“拋填一定向滑移下沉”循環。當拋填達到設計斷麵時,進行下循環裝藥放炮。以後的過程就是“拋填-裝藥-引爆”的重複循環,一次循環進尺為5~7m,依淤泥性質和現場試驗而定。
V 在拋石堤進尺達到50myishangshi,jinxingliangcemaiyaobaozhachuli。jingliangcebaozhachulihou,dikuandadaoshejikuandu,liangcepaoshidiluodikuanduzengjia,dadaoshejiduanmian,bingjibenluodiyuxiawochilicengshang,riquwending。
2)質量檢查
在施工期和竣工期均應進行檢查。可選用以下檢查方法:
I tijipinghengfayibanzaishigongqicaiyong,shiyongyujubeipaotianjisuantiaojian,paotianshiliaoliushiliangjiaoxiaodegongcheng。genjushicefangliangjiduanmianceliangziliaotuisuanzhihuanfanweijishendu。
II鑽孔探測法適用於一般性工程。在拋石堤橫斷麵上布置鑽孔,斷麵間距宜取100-5OOm,不少於3個斷麵;每斷麵布置鑽孔卜3個,全斷麵布置3個鑽孔的斷麵數不少於總斷麵的一半。鑽孔應揭示拋填體厚度、混合層厚度,並深入下臥層不少於2m。
III物探法適用於一般性工程,應與鑽孔探測法配合使用。
③爆破安全
1) 爆破震動
《爆破安全規程》(GB6722-2003)6.2.2條規定了爆破震動安全允許標準。在重要建(構)築物附近進行爆破時,必須進行爆破震動監測。根據《爆破安全規程》(GB6722-2003)規定,爆破震動速度可按照下式進行預測。
V=K(3√Q/R)α
式中:V-爆破震動速度,cm/s;
K、α-與爆破地形、地質條件有關的係數和衰減指數;
R-爆源距測點間距離,m。
通過對測試數據進行分析,回歸出符合當地地形地質條件的震動速度公式進行預測。缺乏實測數據時,可按表1進行K、α值的選取。
表1 K、α值
爆區地質 K α
天然岩石地基 400 1.35
拋填強夯地基 500 1.43
拋填石料地基 450 1.65
2)水中衝擊波安全距離
爆破時水中衝擊波安全距離可參照《爆破安全規程》(GB6722-2003)6.3.6之規定進行。
(3) 適用範圍
目前國內采用爆破擠淤法置換淤泥軟基的厚度一般在4~20m,對於淤泥厚度小於4m時,可與拋石擠淤、強夯擠淤比較,大於20m時,須進行論證。
(4)已有的典型工程
該技術在海軍16642工程防波堤、連雲港西大堤、浙江嵊泗中心漁港防波堤、大連港東區圍堤、珠海電廠陸域圍堤、浙江玉環坎門漁港防波堤、深圳濱海大道、廣東汕頭華能電廠以及深港西部通道等上百項工程中被成功采用。該技術具有工期短、造價少及工後沉降量小等特點,技術經濟效益極其顯著,具有極好的應用前景。