深厚软土地基

深厚软土地基（通用8篇）

深厚软土地基 篇1

1 引言

我国东南沿海地区广泛分布着海相沉积的软弱粘性土层, 地下水位浅, 软土含水量大、压缩性高、透水性差、承载低, 且埋藏深厚, 有的厚达30m深。在天然地基上修建大型工程, 往往不能满足地基变形和稳定的设计要求, 因此, 在工程建设前需要对地基进行加固处理。对于港口码头软土地基处理而言, 如果施工时间允许的情况下, 综合经济和技术两方面考虑, 超载预压法是比较理想的软基加固方法。从技术角度上, 该方法施工工艺比较简单, 施工过程中设计要素很容易得到控制, 从经济角度上, 堆载所需要的填料可以直接从海里吹填海砂, 填料来源丰富, 同时又减小了运输成本, 更为重要的是超载预压处理软基的加固效果非常明显。

由于超载预压工程的超载是临时荷载, 是在施加之后持续一定时间待满足设计的工后沉降设计要求之后卸除的, 从工期进度的角度考虑, 如何确定合理的卸载时机是超载预压工程的关键所在, 而目前常常采用的工程方法是根据实测曲线反分析剩余沉降来确定卸载时机[1]。但是, 由于地质条件以及施工方式等工程实际条件的不同, 目前工程界对沉降预测方法难以形成统一的认识[2~3], 同时由于目前的沉降预测方法大部分局限于陆域地区, 很少涉及到海域工程中海水对软基固结沉降的影响, 所以现有的沉降计算方法是否用来去分析研究沿海超载预压工程仍然值得商榷。

本文结合厦门市海沧某港区地基处理工程现场试验, 研究分析塑料排水板和加载方式等因素对地基沉降的影响, 总结软土的固结沉降规律, 检验超载预压法处理深厚软土地基的加固效果, 为该方法在沿海地区软土地基处理的推广和应用提供技术建议和施工指导。

2 试验概况

试验区位于厦门港海沧港区, 所在区域范围内滩面标高-3.5~2.8m之间, 试验区紧邻码头泊位, 地下水位与海水相通。该段总体上以软弱黏性土为主, 表层为5~8m厚淤泥土, 天然含水量在57%~62%之间, 液限一般为48%~53%, 孔隙比为1.5~1.7;下层为12~18m厚淤泥质黏土层, 天然含水量在39%~53%之间, 液限在44%~48%左右, 孔隙比在1.0~1.7之间变化, 压缩模量在3.7MPa左右;黏土层之间夹有1~2m的薄细砂层;底层为处于稍密~中密状态的中砂层。

根据地质勘察资料, 现有地基经计算试验区在使用荷载40k Pa作用下, 地基沉降值在2.2~2.9m, 沉降量过大, 需要对深厚软土层进行处理, 本工程采用超载预压法对地基进行处理。为了评价超载预压法的加固效果和分析塑料排水板的设置以及不同加载方式对固结沉降的影响, 通过调整是否打设塑料排水板、是否分级加载设置不同工况进行现场试验, 具体分布见表1, 其中C1、C2、C3、C4中心区处于同一纵向断面, 其中心距离码头泊位大致相同, 采用B型塑料排水板作为竖向排水系统, 排水板滤膜渗透系数≥5×10-4cm/s, 呈等边三角形布置, 间距为1.2m, 竖向排水体均打穿地基软土层。

3 试验结果分析

通过对试验区表层沉降、分层沉降等指标的长期监测以及处理后的原位试验, 综合分析各测点的沉降变形特性, 总结分析不同工况下软土层的固结沉降规律, 通过现场试验结果对超载预压法的加固效果进行评价。

3.1 表层沉降随荷载-时间的变化规律

试验区分阶段分区对各测点分布区域进行堆载, 测点表层沉降统计数据见表2, 表层沉降随时间的变化曲线见图1~图4。

由表2可以看出, 在预压总荷载大小相同的条件下, C3采用单级加载方式, 由于一次堆载厚度较大, 荷载施加后沉降速率突增至89mm/d, 远超出规范的最大沉降控制速率[4~5], 这对地基的整体稳定性是极其不利的, 而C1、C2分级施加可以很好地控制预压过程中的最大沉降速率;比较分析C3与C1、C2的最大沉降速率, C3一次性堆载厚度是C1、C2的2倍, 其最大沉降速率也近似为C1、C2的2倍, 可以得出, 软土的固结沉降速率随着预压荷载的增大而呈线性变化。堆载设计中, 在预压总荷载确定的情况下, 应从地基稳定性和工期的控制要求入手, 通过监控最大沉降速率确定一次预压土的堆载厚度, 采用分区分阶段分级进行堆载。

C1、C2、C3区域最大沉降速率明显大于未设置塑料排水板的沉降速率, 说明打设塑料排水板能够加快加载初期软土层超静水压的消散, 从而加速软土地基的沉降发展。而C4区域未打设塑料排水板, 平均沉降速率较大, 主要是基槽开挖回填碎石和中粗砂引起软土层厚度明显减小, 竖向排水路径缩短的原因。

综合分析各测点的沉降曲线特性, 可以看出, 在预压荷载作用开始时刻, 沉降曲线较陡, 沉降速率很大, 随着固结时间变长, 沉降曲线趋向于平缓, 沉降速率变小。在C1、C2分级加载过程中, 沉降曲线在第2级荷载施加后, 出现明显的“台阶状”现象, 这与软土地基的固结沉降理论分析结果相吻合[6]。C4第2级荷载施加后, 由于软土层渗透系数差且厚度较大, 在无竖向排水系统的情况下, 孔隙水排出路径受阻[6], 软土层形成的超静水压在短时间内很难消散, 沉降受预压荷载的影响较小, 累计沉降曲线轨迹在荷载作用下几乎没有变化。而在塑料排水板加固区域, 在预压堆载填筑开始阶段, 累计沉降曲线均有一个明显的拐点, 沉降速率突然变大, 而在未设置塑料排水板的C4区域, 沉降速率有所增大, 但是很小, 这进一步说明了塑料排水板联合堆载预压消除沉降、加快软基的固结效果明显。

3.2 分层沉降随时间的变化规律

图5~图8给出了C1~C4表层沉降标高对应的分层沉降管CM1~CM4各土层压缩量随时间的变化曲线, 图右为各磁环的初始分布高程, 磁环随着土体一起发生沉降, 两个磁环之间的高程差即为土层的压缩厚度。

比较分析不同分布高程的各压缩层厚度的变化大小, 在整个监测阶段, 压缩层厚度发生明显变化的土层分布标高在-3.0~-20m之间, 在此标高范围内土层厚度的变化值之和占累计总沉降的70%左右, 根据工程地质断面图可以看出, 分布在此标高范围内的为淤泥和淤泥质粘土, 说明沉降主要发生在打设有塑料排水板的软土层。

在打设有塑料排水板的CM1~CM3, 在塑料排水板的底端标高-20m以下的区域内, 土层压缩层厚度在施加堆载荷载后有一定的变化, 约占总沉降量的11%左右, 这是由于附加应力能够直接作用到该深度以下的土体上引起下卧层产生了一定的沉降, 但是沉降量较小。

未打设塑料排水板的CM4软土层沉降之和至卸载完成为0.65m, 仅占累计总沉降的35%, 表明软土下卧层在预压阶段发生较大的沉降, 堆载预压没有很好地改善软土的性质, 处理后的软土地基承载力有待进一步改善。

3.3 地基处理效果评价

根据实测沉降曲线反分析最终沉降, 采用mathematica软件分别对双曲线模型、指数曲线模型、增长曲线模型进行参数优化设计, 将求得的参数代入模型中进而求得不同模型的最终沉降值[8]。比较分析图9~图10中C1、C3观测点三种模型的拟合情况, 可以得出:采用指数曲线沉降预测模型预测的沉降变化曲线与实测曲线的吻合精度比较高, 尤其在加载后期, 较之其他两种预测模型具有更高的拟合度。表3列出了三种预测方法的最终沉降值和工后沉降值。根据指数曲线预测, 工程区域内大部分区域固结度均大于90%, 满足地基处理设计要求, 而C4区域由于加载时间较短, 固结度仅完成81%, 在地基使用前根据构筑物的要求要进一步进行处理, 可以采用强夯或是深层搅拌桩等方法处理。

同时, 在加固区的同一位置处, 于加固前后与钻探配合进行标准贯入试验。软土层加固处理前后击数的平均值分别为2.2和5.2, 提高了约2.5倍。根据规范[9], 估算加固后软基的承载力fk为165k Pa。软土地基经过加固处理后, 地基承载力有显著的提高。

4 结语

通过对现场试验实测资料的分析总结, 可以得出以下结论:

(1) 在相同预压荷载条件下, 塑料排水板能够明显加快软土的固结沉降速率, 有效地缩短工期。固结沉降与预压荷载的大小有明显的相关性, 预压荷载越大, 最大固结沉降速率线性增大, 堆载过程中可以通过监控最大沉降速率确定堆土厚度, 分区分阶段进行。

(2) 预压阶段, 发生沉降的主要是打设有塑料排水板的软土区域, 软土层的沉降占累计总沉降的70%左右, 并且同一土层浅部的土层压缩量的发展明显快于深部的土层。

(3) 试验结果表明, 在塑料排水板加固区地基固结度均达到90%以上, 地基承载力达到165k Pa左右, 软土地基经过处理后能够满足变形和承载力设计要求。

参考文献

[1]潘林有.软土地基实测沉降的拟合和预测[J].哈尔滨工业大学学报, 2004, 36 (11) :1472-1478.

[2]王志亮.软基路堤沉降预测和计算[D].河海大学博士论文, 2004:10-23.

[3]宰金眠.全过程沉降量预测方法研究[J].岩土力学, 2000, 21 (4) :322-325.

[4]JGJ79-91, 建筑地基处理技术规范[S].

[5]JGJ147.1-2010, 港口工程地基规范[S].

[6]刘成宇.土力学[M].中国铁道出版社, 2000:125-129.

[7]梅国雄.固结有限层理论及其应用[D].南京:河海大学, 2002:97-102.

[8]折学森.软土地基沉降计算[M].人民交通出版社, 1998:5-229.

[9]工程地质手册, 第四版[M].中国建筑工业出版社, 2007:185-194.

深厚软土地基 篇2

关键词：砼芯水泥土搅拌桩；深厚软土处理；监理控制要点

1引言

砼芯水泥土搅拌桩是软土地基处理的一种新型施工方法，其施工质量的好坏，将直接影响到路基的工后沉降，是公路工程施工中质量控制的重要环节。下面主要介紹砼芯水泥土搅拌桩的施工工艺控制、质量监理要点、工后质量检测及监理工作体会。

2砼芯水泥土搅拌桩施工工艺控制

2.1预制方桩

砼方桩应设置专门的预制场进行集中预制。为防止预制方桩在插入湿喷桩过程中发生折断，一般对于超过5m以上的预制方桩进行分节预制，以南京绕越高速公路为例，预制方桩总长为9m，分两节预制，下节长5m，上节长4m，在下节的尾部设置四个预留孔，以备上节四根预埋钢筋插入下节的四个预留孔中。

2.2 湿喷桩施工

按照设计水泥用量和设计桩长优先施打湿喷桩。

2.3 砼芯桩施工

砼芯水泥土搅拌桩施工应尽量采用一体机进行作业（一台钻机同时具备湿喷桩作业和插芯桩作业），在湿喷桩施工后应随即插入成品的砼预制方桩，如预制方桩分两节以上预制的，应在上、下节结合部位用硫磺胶泥进行粘结。

3 质量监理要点

若进行分机作业时（即湿喷桩钻机和插芯桩机相互独立作业）应满足在水泥初凝时间内插入砼预制方桩，避免间隔时间过长，导致对湿喷桩成型产生人为扰动，甚至出现砼预制方桩插入困难，从而使预制方桩发生受损。

砼芯水泥土搅拌桩施工时要求预制方桩插入湿喷桩圆心（一般允许有5cm偏差）。

确保湿喷桩施工质量是保证砼芯水泥土搅拌桩质量的前提，因此在监理过程中需重点做好湿喷桩施工质量的控制，关于湿喷桩施工质量控制方面提以下几点建议：

⑴开工前监理应要求施工单位提供CAD桩位平面图，经监理工程师审核无误后对布桩图进行签字确认。这种做法的好处有以下几点：

①虽然施工图设计中已明确具体段落的工程数量，但由于设计水平不一，往往导致施工图设计中的工程数量与实际布桩数量存在明显的差异，一般砼芯水泥土搅拌桩的处理宽度至护坡道外侧即可，再往外处理就进入了边沟范围，反而会影响以后的边沟开挖。

②当施工图设计中的工程数量大于实际布桩数量时，监理如不对布桩图进行确认，往往给施工单位留下钻空子的空间，相反，当施工图设计中的工程数量小于实际布桩数量时，会导致实际处理范围不够，影响施工质量。

③对于实际布桩工程量与施工设计工程量不符的部分，可以通过工程变更进行调整。

⑵开工前，监理组试验室应根据气候情况确定水泥浆的水灰比（一般水灰比设计范围为0.45-0.55，除夏季外一般选择0.5水灰比为宜，夏季期间为防止出现堵管，水灰比可在0.5-0.55之间进行选择），水灰比确定后施工单位和监理组试验室应平行做室内水泥浆标准配制，并确定标准水泥浆比重，施工单位应在开工前向监理组提交配合比申报，经监理签字确认后作为现场施工控制的依据。

⑶施工前应对不同的施工段落分别组织工艺性试桩，尤其是第一次工艺性试桩需确定各种施工参数（如钻进速度、提升速度、电流控制、桩长等），并把第一次工艺性试桩按照首件工程认可制的相关要求向监理组进行报批。后续段落的工艺性试桩仅需确定实际桩长与设计桩长的吻合性即可，试桩数量一般以6根为宜。

⑷为防止施工单位利用水泥浆流量仪进行作弊，监理工程师应在开工前对标定合格的流量仪进行铅封。

⑸在湿喷桩施工过程中，应安排监理人员进行全过程旁站，并及时填写好现场原始记录表。

⑹每根桩施工结束后，现场监理应要求施工单位立即打印出水泥浆流量仪监控小票，并当场在小票上进行签字确认，严禁事后补打小票。

⑺现场监理应严格控制好每根桩的水泥用量，并每天对水泥库进行盘库，以校核水泥总用量与实际施工工程量是否吻合，并在现场建立水泥使用台账，现场监理每天对水泥台账进行签字确认。

⑻一般情况下，湿喷桩施工宜采用下钻喷浆、提升补浆的施工工艺，这样做的好处是有利于搅拌均匀（与提升喷浆相比，多了一次搅拌）。但对于地质较硬的地段为防止堵管或水泥浆喷出困难，可以采用提升喷浆、二次复搅下钻补浆工艺，但需注意在提升喷浆前留有一个等浆时间（需现场做从浆泵启动至钻头出浆的时间间隔试验），防止桩底产生断浆。

⑼当由于施工中断等原因导致断桩时，应在二次施工时在断桩部位重叠1m长度。

⑽冬季施工期间，应对浆管进行保温包裹，避免发生堵管。

⑾施工期间应严格按照桩长指标和电流指标进行双控，确保湿喷桩进入相对持力层，否则将大大降低湿喷桩的处理效果。

4 工后检测

砼芯水泥土搅拌桩的工后检测主要以承载力试验和沉降观测为主。而对于湿喷桩的质量检测主要通过事先预留部分备检桩不作插芯处理，然后对备检桩作取芯检测，之所以采用备检桩，是由于一旦在湿喷桩中心插入预制方桩后，取芯只能在湿喷桩周边进行，而湿喷桩施工和取芯作业均允许有一定的垂直度偏差，这样就很难保证全桩长满足取芯要求。以南京绕越高速公路为例，砼芯水泥搅拌桩工后检测的单桩承载力是普通湿喷桩的2.5-3倍，复合地基的承载力比普通湿喷桩提高了近2倍，且工后沉降量也比普通的湿喷桩处理有了明显提高。

5结语

砼芯水泥土搅拌桩是一种较好的深层软土地基处理方式，其工后沉降明显优于普通湿喷桩处理，较好的提高了复合地基承载能力，且工程造价也远远低于PTC管桩。但由于插入砼预制方桩后对湿喷桩的随机钻芯检测带来了困难，因此还有待进一步研究。

深厚软土地基 篇3

软土是指在滨海、湖泊、谷地、河滩沉积的天然含水量高、孔隙比大、压缩性高、抗剪强度和承载力低的软塑到流塑状态细粒土, 如泥炭和泥炭质土, 以及其他高压缩性饱和粘性土、粉土等。由于其特殊的工程地质特性, 所以在软土地区修建建构筑物必须先对其进行处理。

目前, 对软土地基处理的方法较多, 如CFG桩、碎石桩、砂袋桩、石灰桩、深层搅拌桩等。但由于软土特殊的地域特性, 所以本文主要结合昆明地区某实际工程在高填方下采用碎石桩排水固结法处理深厚软土地基为例, 结合现场监测手段评价其处理效果, 为该地区后续类事工程提供一定的经验。

1 工程概况

昆明市某中学拟建呈贡校区位于昆明呈贡新城吴家营中心区, 西邻在建市级行政中心, 东为拟建市税务局。拟建场地是一块坡地, 规划有文体综合楼、图书馆、科技行政楼、食堂、学生宿舍、运动场及看台等, 总用地面积16.98万m2, 总建筑面积87034.0m2。根据规划设计, 场地范围内基本为填方区, 填方高度较大, 约2~8m不等。

场地属于昆明盆地东部边缘的剥蚀台地, 台地丘顶与沟壑呈连绵束缓波状, 丘顶地形平缓、开阔;地面坡度3°~5°, 冲沟位于场地中部, 走向近东西, 横断面呈U字型, 南北两侧不对称, 台阶状, 相对高差8m左右。根据场地勘察结果, 场地分布有大面积的 (2) 1泥炭质土和 (2) 2软塑状粘土, 最厚地方达6.0m左右, 由于该层软弱土层呈软~流塑状态, 压缩性高, 抗剪强度低, 若不经处理直接在上部进行填方, 则会产生较大的沉降, 影响场地的正常使用, 故需进行地基处理。

场地地层自上而下为:

(1) 耕土:褐、褐红褐灰色, 稍湿, 可塑~硬塑状, 结构松散, 含植物根系。

(1) 1素填土:黄、褐黄、褐红色, 湿, 可~硬塑, 结构松散, 为新近填筑。

(2) 粘土:褐黄、黄灰及褐灰色, 很湿, 可塑状态, 中压缩性, 含少量砾石颗粒。

(2) 1泥炭质土, 深灰、黑灰色, 饱和, 软~流塑状, 高压缩性, 有机质含量15%~25%, fak=40kPa, Es1-2=2.0MPa, 层厚0.10~3.20m, 主要分布于低凹地带。

(2) 2粘土, 灰、黑灰色, 饱和, 软塑状态, 高压缩性, 有机质含量5%~8%, , fak=60kPa, Es1-2=2.5MPa, 层厚0.10~3.20m, 主要分布于低凹地带。

(3) 粘土:黄、褐黄、褐黄夹灰等色, 湿, 硬塑~坚硬状态, 局部为可塑状态, 中压缩性, fak=200kPa;Es1-2=9.92MPa, 层厚0.40~12.10m。

(3) 1粘土, 褐黄、褐黄夹灰等色, 湿, 坚硬塑状, 局部为可塑状态, 中压缩性, fak=160kPa;Es1-2=7.34MPa, 层厚0.30~5.60m。

(3) 2粘土, 黄、褐黄色, 湿, 坚硬塑状, 中压缩性, fak=220kPa, Es1-2=12.03MPa, 层厚0.70~5.60m。

(3) 3粉土, 黄、褐黄、黄灰色, 中密, 很湿, 中压缩性, fak=220kPa, Es1-2=13.0MPa, 层厚0.60~3.0m。

(3) 4含砾粘土, 褐黄、黄夹灰色, 湿, 硬塑状态, 局部为可塑状态, 中压缩性, fak=210kPa, Es1-2=12.0MPa, 层厚0.50~4.2m。

(4) 粘土, 灰、褐灰、兰灰等色, 湿, 可塑状态, 局部硬塑状态, 中压缩性, fak=165kPa;Es1-2=7.57MPa, 层厚0.40~10.10m。

(4) 1粉砂, 浅灰、兰灰色, 中密, 饱和, 局部地段相变为粉土, 中压缩性, fak=170kPa, Es1-2=6.99MPa, 层厚0.40~4.20m。

勘察钻孔均见地下水, 水位在地表以下0.00~5.80m之间。地下水属于第四系松散层中的上层滞水及孔隙潜水类型, 接受大气降雨补给, 冲沟中有地表水体补给, 呈片流的形式径流, 排泄至冲沟中。

2 地基处理

2.1 软土层固结沉降计算

采用《建筑地基处理技术规范》中的5.2.7公式及《建筑地基基础设计规范》中的5.3.5公式, 并结合场地地层及上部填土的实际情况, 在场地内选取了8个点 (图1) 进行了理论固结度和沉降计算, 其中测点4、测点5、测点7、测点8的计算结果如表1所示。

从表1中的计算结果可以看出, 场地软土的最大沉降量达到了600mm, 沉降较大, 且固结沉降是一个漫长的过程, 历经10余年后才会逐渐趋于稳定, 其间场地会有不同程度的地面开裂、管线拉断等病害现象, 严重影响场地的正常使用, 故需对软土进行地基处理。

注:表中在计算沉降时沉降经验系数φs取2.0。

2.2 处理方案

本工程软土具有地下水位高, 含水量大, 高压缩性等特点, 所以根据场地地层及规划实际情况, 将软土内水排出以提高地基土承载力, 加速固结沉降是关键, 故经过多方案比选最终决定采用换填法和碎石桩排水固结法进行地基处理。

换填法就是将地基中比较软弱的土挖去用比较好的土进行回填, 适用于浅层软弱地基及不均匀地基的处理。

碎石桩排水固结法处理软土地基是通过套管沉至规定的设计深度, 套管人土后, 挤密了套管周围土体, 然后向管内投入碎石, 再使碎石排入土中, 分段振捣密实, 形成较大直径的碎石桩。结合工程其上填土荷载和软土自身的强度, 使软土中的水通过碎石桩和碎石垫层排出, 消散地基土的孔隙水压力, 加速地基土的排水固结, 以改善地基土的物理力学性质。

2.2.1 软土处理

(1) 首先以勘察报告中的地质剖面图为基准, 对软土的分布范围、厚度分界区域进行划分, 以此确定软土的处理范围。

(2) 对场地内软土厚度小于2.0m的软土采用挖除、换填好土、碾压的方法处理。

(3) 软土厚度大于2.0m的, 采用排水固结法进行处理。通过在软土中打入碎石桩及表层铺设500mm厚碎石垫层在软土中形成竖向及水平向排水通道使土体中的水排出, 达到处理的目的。碎石桩桩径400mm, 桩间距1.8m, 等边三角形布置, 桩端穿过软土, 进入下层1.0~1.5m。

(4) 排水固结法中竖向排水通道 (碎石桩) 应与水平排水通道 (碎石垫层) 结合设置, 才能起到应有的作用。

2.2.2 填土加载

填土采用常规的分层压实法。先对原地表耕植土挖除 (软土厚度<2.0m处挖除软土进行换填处理) , 分层回填 (每层厚度≤300mm) , 并用大功率压路机碾压夯实至总图提供的场地标高以下300mm, 填土压实系数0.92。

3 现场监测及分析

由于软土承载力、抗剪强度较低, 且成流塑~软塑状态, 因此为了评价各阶段排水固结法的效果, 同时也为控制施工速率, 保证施工过程中软土层强度的增长与其上逐步施加的填土荷载相适应, 在场地内布设8组孔隙水压力计、分层沉降仪观测点, 填土期间每天观测1~2次, 后期沉降变缓时可2~3d观测一次, 每次观测应重复两次, 两次观测结果误差不得超过2mm。施工期间24h的沉降差不应超过20mm, 如果发现沉降过大, 应及时处理, 避免土体发生剪切破坏。仪器埋设情况如图2所示。

3.1 孔隙水压力及沉降监测

由于现场施工为分块进行, 故各监测点的埋设时间前后不一, 各测点均在埋设完成5d后进行监测工作。根据监测情况, 由于现场施工的复杂性, 故埋设的8个监测点陆续遭到破坏, 本文选取了监测时间较长的4个点的数据, 并绘制出了曲线图, 如图3~6所示。

3.2 监测结果分析及研究

从图3~图6的监测曲线可以看出, 孔隙水压力和沉降曲线趋势明显, 据此根据实测数据通过曲线拟合的方法对各观测点进行了固结度计算及沉降曲线拟合, 结果见表2。

通过各测点实测的孔压沉降变化曲线及表2中固结沉降理论计算与实测结果的对比结果可以得出以下几点结论:

(1) 从实测的孔压曲线来看, 孔隙水压力曲线先是上升然后随着时间的推移逐渐下降并趋于平缓, 这是因为与填土过程有关。即随着填土荷载的施加, 孔隙水压力逐渐增大, 而当荷载施加完成后, 孔隙水压力值逐渐减少, 说明孔压与荷载有着密切的关系, 它能较灵敏的反映随填土过程的变化情况。在加载结束后, 孔压值逐渐消散, 说明土体固结情况良好。

(2) 从实测沉降观测曲线来看, 前期的观测数据波动比较大, 是因为与填土过程的施工扰动有关。当填土完成后, 曲线趋势比较有规律性。特别是在最近的几次观测中, 大部分曲线拐点及平缓趋势明显, 说明软土层固结沉降情况良好。

(3) 软土固结沉降需要一定的时间, 其过程主要为瞬时沉降和固结沉降。其中, 瞬时沉降在填土过程中完成, 固结沉降主要集中在填土完成后, 随着时间的增长沉降仍在继续, 但逐渐收敛。

(4) 从固结度的实测结果可以看出, 当地基处理185d左右时, 其固结度均达到了70%~80%, 且与理论计算情况也比较吻合, 说明地基土处理后排水固结情况良好。

(5) 从实测沉降结果与拟合结果可以看出, 剩余沉降量均控制在150mm以内, 拟合沉降与理论计算沉降之间存在的差值可能是与理论计算时沉降计算经验系数φs的选取有关。

(6) 孔隙水压力、分层沉降的观测结果相互印证, 说明地基土的固结沉降情况良好, 验证了通过碎石桩法处理深厚软土地基是比较理想的, 达到了预期的效果, 在保证填土施工顺利进行的前提下, 大大加快了软土的固结沉降速度, 使其沉降完成时间从不处理的10年缩短到了1年。

4 小结

通过在高填方下采用碎石桩排水固结法处理深厚软土地基效果的研究, 可以得出如下结论:

(1) 高填方+碎石桩排水固结法处理深厚软土地基是可行的, 通过碎石桩及碎石垫层盲沟把软土中的水排出, 加速软土的固结沉降, 达到了预期效果。

(2) 通过在现场埋设孔隙水压力计及沉降设备, 结合实测出来的数据曲线, 可以很好的反映处理效果及对效果作出有力的评价, 同时对填土工程的施工也有一定的指导作用。

注:表中固结度计算中:理论计算为地基处理后185d计算结果;实测结果一为根据实测的孔压累加计算的固结度;实测结果二为拟合实测的孔压时间曲线, 通过孔压三点法推算β值计算的固结度。

摘要：昆明地处滇池流域, 河流湖泊众多, 所以软土的分布极其广泛。随着昆明呈贡新区的建设, 软土场地也越来越多, 因此软土地基的处理必不可少。本文结合某实际工程在高填方下采用碎石桩排水固结法处理深厚软土地基, 并通过现场监测结果来评价其处理效果。

关键词：高填方,软土,地基处理,孔隙水压力,沉降

参考文献

[1]昆明市建筑设计研究院勘察分院.昆明市第三中学迁建呈贡新城岩土工程地质勘察报告, 2007.

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深厚软土地基 篇4

一、预应力管桩特点

预应力管桩是一种新型基桩, 它是由专业厂家采用一定的工艺技术利用蒸汽养护而成, 是一种细长空心混凝土构件。目前比较常用的预应力管桩类型由:PHC型、PTC型、PC型等, 管桩按照玩具的大小划分可以分为A型、AB型和B型, 其中B型最大, A型最小。从工程实际来看, 它比传统桩基具有很多优势, 比如管桩桩身质量稳定、承载力高、施工工期短、造价经济等;另外管桩规格较多, 所以在配备桩基方面比较方便, 所以近几年预应力管桩被广泛应用于民用建筑、公路、铁路建设等工程中。

二、深厚、复杂软土地基特点及加固中存在的问题

(一) 深厚、复杂软土地基特点

近几年城市化建设不断加快, 我国很多城市位于内陆湖相沉积带、河流冲击带上, 此地带分布大量的软土、淤泥、粉细砂等软土土层, 所以通向城市的铁路无可避免的要经过深厚、复杂的软土地基。这种地质底层结构比较复杂, 软土层在纵横向分布上结构变化比较大, 软土固结程度不均匀, 特别是粘性土体异性显著, 物理学指标很低, 而且变异性比较大, 软土层深厚等, 这些软土特征都是导致地基加固困难的原因, 影响地基加固效果。

(二) 高速铁路地基加固措施及存在的问题

高速铁路建设中要求路基工程有足够的承载力, 以便提高路基边坡的整体稳定性, 一般情况下这些要求地基桩基一般措施也能解决, 但是对于高速铁路对路基工程刚度要求比较高, 路面的纵向平顺性尤为重要, 需要在工程设计中严格控制沉降标准。在深厚、复杂软土地质修筑路基时, 需要对软土地基进行加固处理, 普通的加固方式并不能取得较好的结果, 在施工中存在较多的问题。

1加固措施的限制

铁路建设中对深厚、复杂软土地基进行加固处理时, 普通的排水固结、辗压等加固方式加固深度比较浅, 达不到高速地基要求。必须采用复合地基或者桩基方式进行加固, 所以普通加固方式受地质条件和加固措施的影响, 限制性较多, 可供选择的范围比较小。

2成桩质量分析

一般加固措施在深厚、复杂软土地基中成桩难度比较大, 而且成桩质量不高, 即便在施工中采取特殊的施工工艺, 也会频繁出现断桩、径缩等不良现象, 导致地基加固质量降低。据工程实践显示, 在此类地基上不宜采用砂石柱, 从加固深度方面来看, 加固深度一般不会超过20m;水泥搅拌桩在处理深度超过15m的深厚、复杂软土地基中也比较难以控制其质量;在淤泥等软土地质中难以成桩。

3加固工程力学分析

一般加固措施是根据复合地基进行的设计, 它的主要功能是地基加固增强体与原状地基土的共同协调承担荷载。深厚、复杂软土地基底层分布比较复杂, 地层物理学指标的变异性比较大, 导致复合地基在纵横方向上工程力学性能的变化较大, 即便是地基加固后仍然存在不均匀沉降变形问题。

4施工工期比较长

一般加固措施在施工过程中需要在软土地基中成孔后加入加固材料, 这种情况下必须保证在不断桩、不塌孔的状态下进行, 需要慢速施工;另外为了避免成孔过程中对已成孔的影响, 必须对成孔桩进行养护。所以普通加固措施施工时间比较长, 工期紧张。

5环境污染分析

在铁路地基加固施工中, 各种加固措施的应用都不可避免的会带来一些环境污染, 比如噪音污染、废水污染、废渣污染等。近几年, 随着人们环保意识的提高与可持续发展理念的提出, 很多一般加固措施被禁止或者限制使用, 所以工程中可供选择的加固措施相对减少。

三、预应力管桩在深厚、复杂软土地基加固中的应用

(一) 工程实例

温福铁路试验段加固25m~48m深厚软土地基中首次应用, 随后分别在温福铁路、甬台温铁路得到进一步推广和完善, 之后又在福平铁路长乐东站普遍应用加固软土路基。实践证明, 预应力管桩加固深厚、复杂软土地基切实可行有效。

温福铁路位于沿海地带, 是我国铁路通道的重要组成部分, 铁路全线软土分布广阔, 所以在铁路建设中对对路基的强度要求比较高。温福铁路地域分布环境比较特殊, 浙江软土与福建软土在工程性质上具有不同的特点, 浙江境内的软土厚度大, 软土成层分布稳定, 福建境内的软土横纵向分布不均匀 (主要土质特点见表1) 。根据工后沉降控制标准和地质特点, 如果采用传统的地基加固方法, 达不到公路地基加固要求, 必须采用一种刚性比较强的地基加固方法进行加固, 提高桩基承载力, 而预应力桩基恰恰符合要求。

(二) 单桩承载力

一般情况下单桩竖向承载力的设计公式为:

此公式中f∞代表管桩混凝土的抗压强度, PC桩f∞=60MPa;管桩有效预应力用σpc代表, 此次工程中σpc=5Mpa, 然后可以根据这两个已知条件求出管桩桩身竖向承载力设计值RP=3234k N;然后根据荷载填土高度可以得到路堤中心最大附加应力值。根据以上已知条件和单桩最大承受力推导出单桩竖向极限承载力标准值公式:

其中,

QUK代表单桩竖向极限承载力标准值;

qaik代表周第i层土的极限摩阻力标准值, 单位是k N/m2;

qpk代表桩极限端阻力标准值, 单位是k N/m2;

u代表桩周外周长, 单位是m;

li代表桩周第i层土分层厚度, 单位用m表示;

ζai代表桩侧阻修正系数取1;

Ap代表桩尖水平投影面积, 单位用 (m2) 表示。

根据以上条件可以得到单桩竖向承载力设计值:R=Quk/rsp

其中rsp代表侧端阻综合抗力分项系数, 根据这个系数值可以求出R, 得到单桩承载力值。

(三) 管桩的选用

预应力管桩的种类较多, 所以在工程施工中配桩比较方便, 从经济角度考虑一般会选用管桩桩身额定承载力 (Rb) 与单桩载力标准值 (Rk) 相等的管桩。管桩沉桩方式的选择应该考虑功率的具体地质情况和实际施工条件, 比如如果地质属于砂砾层或者强风层, 就应该考虑使用锤击灌入法施工, 这种情况下管桩要采用PHC类型为宜, 其他类型不宜采用。而静压法比较适合使用在淤泥或者粘土地质中, 根据软土地基施工经验确定静压机的压桩力, 然后再开始施工。

施工过程中要特别注意管桩的挤土效应, 一般情况下采用开口桩靴可以减少挤土效应的发生, 同时控制好布桩密度, 制定合理的打桩顺序, 打桩顺序一般为从桩场中心向四周扩散。同时施工中随时监测周边公共设施的变化情况, 做好管桩的预设。

结语

综上所述, 公路在施工过程中要做地基处理工作, 提高地基承载力, 确保公路的安全、稳定运行。特别是是对于深厚、复杂软土地基处理, 一定要做好其加固处理, 一般加固措施在深厚、复杂软土地基中并不能取得很好的效果, 应该使用预应力管桩加固措施实施加固, 提高复杂地质极端路基的承载力, 保障公路质量的提高。

参考文献

[1]余雷.预应力管桩在温福铁路软土路基中的设计与应用[J].铁道工程学报, 2007 (z1) :111-112.

深厚软土地基 篇5

软土地基的改良一直是各类建筑工程中经常遇到的问题,地基的优劣直接影响到项目建设的难度及成本,因此,对于软土地基的处理是一项有着长期研究意义的课题。

按《建筑地基基础设计规范》GB 50007—2011要求,大面积的填土,宜在基础施工前3个月完成。然而,很多工程因为开发进度、综合成本控制的需要,开发商在竞得土地后,未进行场地整平处理就开始了设计施工,再加上景观后置设计堆坡,最终使得场地标高在建造前后发生了很大变化。当类似情况处于软土地基时,则在大面积回填土堆载作用下,地基变形过大引起的不利作用将更加明显,比如地基土沉降对主楼桩基的负摩阻力、对场地内设备综合管线的破坏及园区路面的开裂破坏等。

本文结合实际工程及软土特性,主要从加固补强天然的软弱地基入手,对几种常用的软土地基处理措施进行了对比和分析,并选取了深层水泥土搅拌法。通过提高地基强度,进而保证地基的稳定性,降低地基的压缩性,减少地基沉降和不均匀沉陷,最终达到改善地基土条件,满足建筑物对场地强度、地基变形及其稳定性要求。同时,综合软土地基浅层处理手段(比如塘渣褥垫层+土工格栅+碎石垫层),最终找出一种高效经济并值得推广应用的处理方法。

1 工程概况

本工程位于宁波奉化市锦屏街道长汀村东北,金钟路以西、开源路以东,场地原主要为苗木地及耕地。场地整体地势较平整,为典型的软土地基,场地影响建筑的不良地质作用主要表现为人类活动对浅部土体的破坏,致使浅部地基土的不均匀以及深厚的软土,其中软土层主要包含了厚度较大的流塑状淤泥质土层,淤泥质土最大厚度约10m,具有高含水量、高压缩性、高灵敏度、易触变等工程特性。

根据本工程勘探孔测量资料,现场地标高基本在3.800m左右,而地下室的底板标高为2.800m,所以本工程因为场地的有利现状使得整体基坑深度较浅,约为1.3m,可直接考虑放坡开挖,无需考虑基坑支护。但是根据后期景观设计资料,项目完成后的室外地坪设计标高约为7.700m(见图1),也就是场地在工程完工后会分布大量的回填土,因此必须考虑场地平整后填土带来的不利影响。

本工程所在场地各土层的物理力学参数如表1所示。根据地勘资料显示,③层软土为欠固结土进行层,在自重应力及大面积回填土的压力作用下将会产生大幅沉降,如果不作良好的地基加固处理,地基变形产生的负摩阻力对本工程桩基的不利影响以及大面积不均匀沉降对场地内设备管线和景观构筑物的破坏将非常严重并且具有持久性。

2 软土性状

软土是指在静水或缓慢的流水环境中沉积,经生物、化学作用形成的一种具有结构性的特殊土,在我国东南沿海地区广泛分布,主要工程性质为:含水量和孔隙比大,重度小;黏粒含量高,塑性指数大;渗透性很小,压缩性很大;强度低,灵敏度高,流变性明显。

天然状态下,软土的含水量与渗透系数呈反比背离状态,即含水量越高渗透系数越低,而且其垂直方向的渗透能力远小于水平方向的能力,故饱和状态下软土固结程度差,长时间不能析水固结而呈膏泥状。同时由于其矿物与水分子结构的黏结力以及处于低洼空间分布的封闭性,水的各种排泄方式都难以形成规模,高滞水欠压密特征非常明显,加载后沉降量大而且持续时间长。工程加载压实过程中,其压缩变形处于长时间的蠕变状态,具有与时增长的流变特征,而且压缩过程中时间与强度成反比,即其初始强度最高,其压缩变形向后期基本稳定转变的过程是个强度逐步降低直至趋于一个稳定值的过程。

正是基于软土以上的这些特性,在这类土层上建造的构筑物常会出现施工后沉降过大以及不均匀沉降等问题,引起其上构筑物的开裂甚至失稳。同时,在上述结构性强、灵敏度高的软黏土中进行地基加固处理时,通过不同方式提高土体结构强度,对桩周土体的位移和超孔隙水压力规律的发展也将产生较大影响。因此,在上述特性的软土中进行地基加固处理以及采用合理的处理方式显得尤为重要。

3 深层软土地基加固处理方法对比分析

软土地基处理一般分为浅层处理和深层处理。浅层处理是相对于深层排水固结及复合地基而言,指对处理深度一般小于5m的软土地基处理。本工程所在场地的软土地基厚度基本在12～16m,所以需要选择深层处理方法,常用的深层软土地基处理方法如下。

1)排水固结法该方法是处理软土地基的有效方法之一,比如堆载预压。适用于处理厚度较大的淤泥质土、淤泥土和冲填土等饱和软土地基。施工简单,造价低,但是工期较长,土体固结需要3～6个月。

2)水泥土深层搅拌法包括喷浆搅拌法、喷粉搅拌法,适用于淤泥土。施工简单,质量易控制,在加固料的计量方面,水泥浆的计量比水泥粉的计量容易得多。水泥土搅拌法不仅可以较大地提高地基土的承载力,且加固效果可靠,可处理深度达20m,在加固深度内可以减少原地基沉降量的1/3～2/3,沉降较快趋于稳定,在方案选择时,具有明显优势。

3)振冲置换法或沉管碎石桩法主要施工方法为碎石桩施工法,适用于不排水抗剪强度不小于20kPa的黏性土、粉土、饱和黄土和人工填土。对于软土地基,由于软土侧向约束作用微弱,透水性差、高灵敏度的软土被挤密破坏了原结构,以致达不到预期的加固目的,并且一般有效处理深度在12m左右。所以采用时必须十分慎重,并进行仔细的方案比较。

4)低强度混凝土桩复合地基法适用于填土、饱和及非饱和黏土等地基,适用深度不小于12m,主要施工方法为CFG桩。如果在深厚软土地段,当土质过于软弱时,桩与桩间土应力不能很好地分担,打桩形成的超静孔水压力消散缓慢,采用时需要十分慎重。

5)石灰桩法用机械或人工的方法成孔,然后用不同比例的生石灰(块或粉)和掺和料(粉煤灰、炉渣等)灌入,并进行振密或夯实后形成石灰桩柱体,桩体与桩间土形成石灰桩复合地基,以此来提高地基承载力,并减小地基沉降,满足地基基础设计要求。相对而言,随着桩长的增加,石灰桩的施工质量趋于不可控,一般用于处理深度小于10m的软土地基。

6)预应力管桩处理法工期较短,对环境污染小,强度高,处理深度大,承载力提高幅度大,但是造价高,挤土效应明显,需实时监控沉桩时桩周土和桩端土中产生的应力、应变、位移,并及时把握沉桩完毕后土的工程力学性质随时间的变化以及土中超静孔隙水压力随时间的消散规律。

综上所述,针对本工程所在场地的软土地基特性,水泥浆深层搅拌法较为适宜,其工作原理是利用水泥浆作为固化剂,通过特制的深层搅拌机械,在地基深部将软土和水泥浆强制拌合,发生一系列物理、化学反应,使软土硬结成具有整体性、水稳定性并具有足够高强度的水泥土。该水泥土的强度提升原理主要由以下两方面组成。

1)水泥骨架作用水泥和淤泥土搅拌后,首先发生水泥的水化和水解反应,该反应生成水泥水化物,进而形成凝胶体氢氧化钙,可将土颗粒或者土团凝结在一起,最终形成一种稳定的整体结构。

2)离子的交换作用在水泥水化的过程中,生成的钙离子与颗粒土表面的钠离子或者钾离子等进行离子交换,发生硬凝反应或者碳酸化作用,使土颗粒结团并固结,颗粒之间形成坚固的连接,进而有效提高了土体的强度。

显然,深层水泥土搅拌法是软土地基中有效的加固手段,具有设备简易、操作便捷、成本较低及无环境污染等优点,并且在加固过程中对土壤没有侧向挤压,对相邻建筑物影响极小。

4 大面积深厚回填土堆载下软土地基控制设计方法

如前所述,本工程现场地标高基本在3.800m左右,项目完成后的室外地坪设计标高约为7.700m,也就是场地在工程完工后会分布大量的深厚回填土,因此必须考虑场地将来平整后填土带来的不利影响。为有效控制地基变形产生的负摩阻力对本工程桩基的不利影响,以及大面积深厚回填土不均匀沉降对场地内设备综合管线和景观构筑物的破坏,本文采用深层水泥土搅拌法对软土地基进行加固,通过提高地基强度,进而保证地基的稳定性,降低地基的压缩性,减少地基沉降和不均匀的沉陷,最终达到改善地基土条件,满足场地对回填土的承载要求。

同时,综合软土地基浅层处理手段(比如塘渣褥垫层+土工格栅+碎石垫层),减小回填土自身的不均匀沉降。在深层软土加固复合地基与深厚回填土之间,设置土工格栅和砂石垫层,既可以将上部荷载应力扩散并均匀分布到地基中,也有助于砂垫层作为横向排水通道可以加速软土层及回填土的排水固结。土工格栅作为补强材料,利用其高强度、韧性好等力学性能,用以增大土体的刚度和抗拉强度,与回填土共同构成的土工格栅加筋垫层,能很好地承受上部各种景观构筑物等荷载。

4.1 水泥土搅拌桩复合地基设计

本文采用的水泥土搅拌桩设计技术参数如表2所示。

4.1.1 单桩轴向承载力计算

单桩竖向承载力特征值取决于水泥土桩体本身的强度和所加固桩间土的性能。单桩竖向承载力特征值应通过现场载荷试验确定。初步设计时也可按下列两式计算,并取其中较小值。

由地基土提供的单桩承载力特征值:

由桩身材料强度确定的单桩承载力

式中需着重明确的计算参数取值:ap为桩端端阻力发挥系数,通常可取0.4～0.6,本文取0.5计算;qp为桩端端阻力特征值(kPa),取未经修正的桩端地基土承载力特征值;η为桩身强度折减系数,对于本文的湿法处理方式,根据规范取值为0.25;fcu为与搅拌桩桩身水泥土配比相同的室内加固土试块,边长为70.7mm的立方体在标准养护条件下90d龄期的立方体抗压强度平均值(kPa)。本工程通过采取高强度等级水泥,同时保证水泥掺入量不小于被加固湿土重量的15%,水泥浆水灰比控制在0.5～0.6,使得28d桩身水泥土强度≥2.0MPa,并通过近似换算公式fcu90=(1.43～1.80)fcu28进行初步计算取值。

经过计算,本工程由地基土提供的单桩承载力特征值为280 k N,由桩身材料强度所提供的单桩承载力为180kN,则最终单桩承载力取值Ra=180kN。

4.1.2 复合地基承载力的设计计算

复合地基的承载力特征值,应通过现场单桩或多桩复合地基静载试验确定,初步设计时可按下式计算:

式中需着重明确的计算参数取值:λ为单桩承载力发挥系数,可取1.0;m为面积置换率,;d为桩身直径,de为一根桩分担的处理地基面积的等效圆直径,对于本工程取de=1.695m;β为桩间土承载力发挥系数,对于本工程为粉质黏土,且桩顶设置300mm厚塘渣褥垫层,故可取0.6;fsk为处理后桩间土承载力特征值,可取天然地基承载力特征值。

经过计算,本工程通过水泥搅拌桩处理后的复核地基承载力特征值达到120kPa>70kPa,满足甲方对场地土回填的使用要求。

4.1.3 复合地基沉降计算

水泥土搅拌桩复核地基的变形主要包括搅拌桩复合土层(加固区)的平均压缩变形S1与桩端下未加固土层的压缩变形S2,对本工程而言,桩端下土层为圆砾层,物理力学性质很好,推算压缩模量达55MPa,则桩端土下土层的压缩变形可忽略不计。目前,对于水泥搅拌桩复合地基沉降计算的方法很多,但有的方法对沉降量估计太小,影响建筑物的正常使用;而有的方法对沉降量估计太大,浪费材料,增加工程造价。相比较而言,采用复合模量法计算复合地基沉降量受人为因素影响较小,计算结果相对稳定。与实体深基础法相比,复合模量法考虑到搅拌桩的改良作用,用加固土层的桩土复合模量代替天然地基土的变形模量,加固区土层的复合模量不采用实体深基础法中的整体计算,而根据土层的不同,分层计算,如式(4),(5)所示:

式中:Espi——第i层加固土层的桩土复合压缩模量;Ep——水泥土搅拌桩的压缩模量,可取120～180MPa;Es,——第i层桩间土的压缩模量;σzi——第i层加固复合土层的附加应力(kPa)。

显然,用复合模量法计算得到的结果比实体深基础法更具准确性,计算简单且计算结果偏于安全,所以目前工程上常用此法进行计算。

本工程回填土为3.9m,按最不利的附加应力取值为70MPa,经计算,回填土以下部分土体的最终沉降量约60mm<100mm,满足甲方对场地土回填的使用要求。

4.2 土工格栅对回填土的加固处理

土工格栅与回填土共同构成的土工格栅加筋垫层因为对控制回填土不均匀沉降的效果显著,所以近年来在桩土复合地基中得到越来越广泛的应用。土工格栅应用的加固机理为:利用土工格栅强度高韧性好的力学性能,分散荷载,增大土体的刚度模量而改善土体。当软土地基产生冲切(锲入)破坏时,铺设的土工格栅将阻止破坏面的出现,提高软基承载力。当软土地基可能产生很大变形时,铺设的土工格栅由于其承受拉力和与土摩擦作用而增大侧向限制时,阻止侧向挤出,减小侧向变形,增大地基稳定性。

需要注意的是,土工格栅是一种轻薄型、网格状的化学材料,施工中必须合理运用各种施工机械,使砂石垫层压实效果满足质量要求,同时应尽量避免重型作业机械损坏土工格栅。在粗骨料碎石垫层内铺设土工格栅时,要先设置砂层隔离带,格栅上下控制50mm厚,以免压坏土工格栅。

通过研究表明,在新填土内铺设土工格栅能明显地改善新填土整体的受力,加设土工格栅对回填土整体的垂直应力影响不大,但能明显改善新回填土内部的水平受力,并明显减小新回填土在自重应力作用下的不均匀垂直变形。通过土工格栅铺设层数对不均匀沉降的敏感性仿真分析,证明了铺设层数对不均匀沉降有显著影响,铺设3～4层时发挥的加筋效果性价比最佳。

综上所述,本文最终采取了水泥土搅拌桩复合地基+土工格栅砂石垫层设计(见图2),来进行大面积深厚回填土堆载下的软土地基承载加固处理及沉降变形控制,并要求在水泥搅拌桩沉桩7d后通过浅部开挖观察桩体成型情况及搅拌均匀程度,在沉桩28d后再进行标贯试验及取芯进行室内无侧限抗压强度试验。从本工程样板区块的现场实施反馈情况,水泥搅拌桩单桩承载能力检测达到280 k N以上,即桩身强度折减系数可达到近0.40;同时根据现场监测数据,经采用本文的上述设计方法处理后,地基稳定后的累积沉降在4 0 m m以内,能满足实际景观回填土的承载需要。

5 结语

1)本文从软土特性入手,介绍了水泥搅拌桩的作用原理,论述了水泥搅拌桩应用于软土地基加固中的设计和计算过程。实践证明,经过合理设计,严格控制施工质量,水泥搅拌法复合地基应用于软土地基加固时既可以使承载力达到使用要求,又可将沉降变形控制在允许范围之内。

2)由于水泥搅拌桩施工快、成本低,与排水固结法、预应力管桩复合地基等相比,充分体现了缩短工期、极大地降低工程投资、减小软土地基的挤土效应等优点。本文为水泥搅拌法复合地基在软土地基中的应用提供了实践经验,为大面积回填土堆载下软土地基的变形控制处理方案的选择提供了参考依据。

3)目前水泥搅拌桩复合地基承载力的确定主要是通过单桩承载力、地基土承载力以及桩土面积置换率计算得到,其中单桩承载力的大小对复合地基承载力的大小起着举足轻重的作用。因此,在水泥土搅拌法地基处理设计时,必须充分考虑承载力相关的影响因素,比如场地土质条件、桩身水泥强度等,并遵循“资料收集与分析→初步拟定主要设计参数→单桩轴向承载力计算→复合地基承载力计算→水泥土搅拌桩沉降验算→确定主要设计参数”等各道环节,精心设计。同时,为保证搅拌桩沉桩质量,必须严格控制水泥的掺入比和水灰比,搅拌均匀、输送连续,不得离析。

4)本文采用了土工格栅与回填土共同构成的土工格栅加筋垫层,使大面积深厚回填土形成了一个整体,增强了稳定性,并减少了软土地基因局部应力过大而产生的破坏,改善了回填土自身的不均匀沉降,且土工格栅施工简单、费用较低,实践证明,该方法是处理深厚回填土的一种有效手段。

摘要：结合实际工程,从加固补强天然软土地基人手,对几种常用的软土地基处理方法进行研究和对比,采取了深层水泥土搅拌法。通过提高地基强度,改善地基土条件,满足了深厚回填土堆载对场地强度、地基变形及其稳定性要求。同时,综合软土地基浅层处理手段,对大面积深厚回填土进行加筋处理,最终找出了一种高效经济并值得推广应用的处理方法。

关键词：地基基础,软土地基,水泥土搅拌法,回填土,土工格栅

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深厚软土地区基坑稳定计算的探讨 篇6

深基坑的变形及稳定问题是岩土工程中的两个重要的主题。目前,在深基坑支护设计中,基坑变形验算往往对应于正常使用极限状态,而稳定性问题则往往对应于承载能力极限状态,即稳定性直接决定基坑支护体系能否继续承载,若稳定性无法满足要求将直接导致深基坑发生整体滑动、坑底隆起、突涌等,并严重影响基坑周边环境。因此,在设计中,除应满足基坑正常使用的变形控制外,尚应重点进行基坑的稳定性验算。其中,除应避免因支护结构体系的强度、刚度或稳定性不足引起支护系统破坏外,尚应验算因基坑土体强度不足、地下水作用而引发的基坑失稳。

近年来,随着城市地下空间的加速开发,深基坑深度、规模均不断加大,使得工程难度不断提高,加之管理水平偏低等影响,造成了深基坑事故频发,也引起工程技术人员的重视。

新版基坑规程[1]针对稳定性问题进行了较大幅度的调整,对各类稳定性进行了更加严格的规定,其中包括墙底平面的隆起稳定验算、软弱下卧层顶面隆起稳定验算及绕最下层支点的圆弧滑动稳定验算均进行了明确的规定,并确定了较高标准的安全系数,这进一步说明基坑稳定性验算的重要性。

然而,在实际工程实践中发现,当基坑处于深厚软土场地时,根据新版规程的计算模式,计算所得的墙底平面抗隆起稳定系数及绕最下层支点的圆弧滑动稳定安全系数往往较难满足规程的要求,这就要求不断加大围护结构的插入深度,即使是当基坑开挖深度较小时亦不例外。可是,围护结构的插入深度不断加大,基坑造价会不断提高,造成了工程浪费。因此,本文将针对规程中墙底平面抗隆起稳定验算模式及绕最下层支点的圆弧滑动稳定验算模式的规定,结合工程实例,对两类稳定安全系数计算中所存在的问题进行讨论。

2 工程案例计算

2.1 新版基坑规程规定的抗隆起稳定验算内容

1)依据普朗德尔极限平衡理论公式进行墙底平面的隆起稳定验算,计算模型如图1a所示。

2)假定破坏面为以最下层支点为圆心、通过墙底的圆弧形,进行圆弧滑动稳定验算,计算模型如图1b所示。

由图1可知,针对上述两类稳定,深层土体的强度指标对稳定安全计算结果起至关重要的作用,即深层土体强度指标的高低将直接决定稳定计算结果是否能满足要求。同时,在绕最下层支点的圆弧滑动稳定计算模型中,最下层支点平面以上的滑动土条与围护结构、外围土体之间的摩阻力均未予以考虑,且忽略了围护结构的抗弯力矩。

2.2 工程实例计算

选择沿海地区某典型深厚软土场地土层,具体土层分布及物理力学指标如表1所示。

计算工况如下:基坑开挖深度分别取5m和10m,分别对应一道和二道支撑,插入比分别取1.0、1.25、1.5。针对不同的计算工况,抗隆起稳定安全系数计算结果如表2所示。

根据规程要求,对于安全等级为一级、二级、三级的支护结构,抗隆起安全系数分别不应小于1.8、1.6、1.4;;对于安全等级为一级、二级、三级的支挡式结构,以最下层支点为轴心的圆弧滑动稳定安全系数分别不应小于2.2、1.9、1.7。

由图2可以明显看出,在本工程实例的深厚软土场地中,墙底平面的抗隆起稳定安全系数及绕最下层支点的圆弧滑动稳定安全系数均难以满足规范的要求。

鉴于此,为了解淤泥层指标提高对抗隆起稳定验算结果的影响,本文针对淤泥层的指标进行适当提高,c值分别取10、12、14、16kPa,φ值分别取10°、12°、14°、16°。针对提高后的强度指标,稳定安全系数计算结果如下:

1)对于开挖深度为5m,设置一道支撑的情况:

(1)插入比为1.0:当黏聚力c≥10kPa、内摩擦角φ≥10°即可满足墙底平面上的抗隆起稳定要求;而当c≥14kPa、φ≥16°时,方可满足绕最下层支点的圆弧滑动稳定要求。

(2)插入比1.25:当c≥8kPa、φ≥10°即可满足墙底平面上的抗隆起稳定要求;而当c≥14kPa、φ≥14°时,方可满足绕最下层支点的圆弧滑动稳定要求。

(3)插入比为1.5:当c≥8kPa、φ≥10°即可满足墙底平面上的抗隆起稳定要求;而当c≥12kPa、φ≥14°时,方可满足绕最下层支点的圆弧滑动稳定要求。

2)对于开挖深度为10m,设置两道支撑的情况:

(1)插入比为1.0:当c≥8kPa、φ≥16°,或c≥14kPa、φ≥14°时,基本可满足墙底平面上的抗隆起稳定要求,但无法满足绕最下层支点的圆弧滑动稳定要求。

(2)插入比为1.25:墙底进入粉质黏土层,墙底平面上的抗隆起稳定均可满足要求,但无法满足绕最下层支点的圆弧滑动稳定要求。

(3)插入比为1.5:由于墙底进入相对较好的土层,墙底平面上的抗隆起稳定均可满足要求,但仍无法满足绕最下层支点的圆弧滑动稳定要求。

通过计算可知,当淤泥指标较高或墙底进入较好土层时,墙底平面上的抗隆起稳定安全系数满足要求,而绕最下层支点的圆弧滑动稳定则较难满足,尤其是当开挖深度较大时,即使淤泥层指标进行了较大幅度的提高,仍未能满足规程要求。

3 原因分析

3.1 直剪试验强度指标取值偏低

通过上述工程实例的计算,当软土强度指标适当提高后,墙底平面的抗隆起稳定安全系数及绕最下层支点的圆弧滑动稳定安全系数均可较好地满足规范要求。

目前,在稳定性计算时,软土通常采用直剪固结不排水强度指标。然而,地勘报告提供的固结不排水强度指标通常并非真正意义上的固结快剪指标,主要原因在于:在常规的直剪试验中,固结时间通常较短,甚至仅进行60min的固结即进行剪切试验,这就造成所取得强度指标并非真正意义上的固结快剪指标,而往往比完全固结后的强度指标低,亦即稳定计算所用的强度参数比实际的土体强度参数小,这必然造成计算所得的抗隆起稳定安全系数偏小,结果偏于保守的情况。

因此,当采用直剪固结不排水强度指标时,应将土体充分进行固结,方可得到较为合理的强度指标。根据已有学者的研究成果[2,3,4,5],在直剪试验中,当预压固结时间大于5～6h时,土体的固结已基本完成,已基本可满足工程要求,即在工程应用时,应尽可能确保直剪试验的固结时间,使得试验指标与实际土体强度指标更加贴近,使得基坑稳定计算结果更加合理。

3.2 深层软土指标取值偏低

在地质勘察过程中,对于深厚的软土层,通常从该层顶面至底面仅按一层土进行考虑,所得的强度指标则取所有试样的平均值,将深层与浅层的试样进行平均,这对于深厚的软土层,将造成较大的误差,对于浅层土,往往其含水率、孔隙比及强度指标较低,而对于深层土,其强度指标则相对较高,采取平均值后往往较大程度上忽略了深层土体强度指标随深度增大的效果,即试验采用平均值的方法将低估深层土体的强度指标,而在进行抗隆起稳定性计算时,深层土体强度指标则起至关重要的作用,故在计算抗隆起安全系数时,若采用强度指标的平均值,将使得计算所得的抗隆起安全系数偏小,结果偏于保守的情况。

因此,针对深层软土地区,在进行地质勘查时,应对深厚的淤泥层进行合理分层,针对不同的分层提出不同的强度指标,从而为后期基坑支护的设计提供更为合理的参数,以保证基坑支护设计更为经济、合理。

3.3 稳定计算模型偏于保守

新版规程的抗隆起安全系数计算模型中,针对墙底平面的抗隆起稳定安全系数和绕最下层支点的圆弧滑动稳定安全系数的计算均只考虑计算面以上部分土体的自重及坑外超载,而对计算平面以上的滑动土条与围护结构、外围土体之间的摩阻力均未予以考虑。同时,针对绕最下层支点的圆弧滑动稳定安全系数的计算,除上述摩阻力未考虑外,尚未考虑围护结构在墙体转动点处的抗弯力矩,这也在一定程度上造成计算结果偏于保守。

因此,当相关地方经验较为丰富时,可适当考虑计算平面以上的滑动土条与围护结构、外围土体之间的摩阻力,并适当考虑围护结构的抗弯力矩,可更为合理地进行围护结构设计。

3.4 坑内工程桩的影响

根据抗隆起稳定性的计算模型可知,在计算抗隆起稳定安全系数时,没有考虑基坑内工程桩的影响,而事实上,当基坑发生隆起滑动破坏时,坑内工程桩将起到有利的阻滑作用,尤其是对于绕最下层支点的圆弧滑动稳定安全系数的计算时,坑内工程桩与围护墙类似,将提供一定的抗弯力矩,对抵抗隆起滑动起到有利的作用。

因此,在围护结构设计中,尤其是对于窄条形基坑,且坑内工程桩密集的深基坑工程,可适当考虑工程桩对上述稳定性的有利影响。

4 结语

在深厚软土地区,当采用直剪固结不排水强度指标进行基坑抗隆起稳定验算时,应取土体充分固结后所取得的强度指标,且应对深厚的软土层进行合理分层,提出随深度变化的分层强度指标,从而为基坑支护的设计提供更为合理的参数。此外,当地方经验较为丰富时,可适当考虑计算平面以上的滑动土条与围护结构、外围土体之间的摩阻力,并可根据经验考虑围护结构的抗弯力矩及坑内工程桩的影响,从而更为合理地进行围护结构设计。

参考文献

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[2]何群,冷伍明,魏丽敏,等.固结度与加载方式对软土抗剪强度的影响[J].公路交通科技,2005,22(1):29-32.

[3]魏汝龙.三轴和直剪试验的固结快剪指标[J].大坝观测与土工测试,1998,22(1):23-25.

[4]陈秀云,陈春芳,楼希华,等.土工试验中的几个问题探讨[J].科技通报,2012,28(9):50-53.

深厚软土地基 篇7

1 深厚饱和软土区基坑支护设计

(1)工程水文地质环境。在进行基坑支护设计的时候要明确工程水位地质环境特点。深厚饱和软土区力学程度较低,不具备较强的稳定性。因此,在开挖的时候要注重对深度范围的控制,积极参考物理力学参数。杂填土的层厚在2.0m、粘土为0.6m、淤泥质粘土为18.8m、粉砂夹粉土20.0m。施工场所的地下水将会影响到工程质量。特别是土层的透水性,水位的变化较大将会使基坑支护承受较大的径流变化,同时大气降水会使土层下部承载力下降。基坑支护过程中要能够进行及时的排水,增强土层的加固能力,设置一定的隔水层。

(2)方案选择。基坑支护施工受到多种因素的影响。在方案设计的时候要充分的考虑到开挖范围、地下水位的变化等。选择安全性、经济性、施工技术等都相对较高的方案。采用因地制宜的方式对设计方案进行比较,注重各方案的实用性特点。深厚饱和软土区的基坑支护方案要在安全稳定的条件下开展,经过反复计算之后选取奠定的结构设计验证稳定性。基坑侧壁重要系数等都要经过详细的验证,将荷载分项系数通过基坑支护结构的整体稳定性进行计算,最大限度地控制危险滑裂面的产生,满足规范要求。在结构计算中对于不同土层中的开挖受力状况要进行了解,选择合适的钢筋混凝土作为基坑支护设计的支撑。要考虑到水平位移情况,能够根据水平位移确定基坑支护基本情况。

(3)基坑支护方案的确定。基坑支护方案的确定主要依据为地质特点。深厚饱和软土区基坑支护设计工作主要采用的是直径较大的钻孔灌注桩,结合钢筋混凝土作为支撑的支护设计[1]。能够较好产生止水效果,根据深厚饱和软土区的实际状况进行现场监测,搜集相应的参考数据,归纳分析数据特点,不断地满足深厚饱和软土区基坑支护设计的要求,实现结构受力均衡,有效的避免事故的发生。对基坑进行分段支护结构设计,确定各分段钻孔灌注桩规格,基坑支护结构的选型要充分地考虑到挖深、桩径、桩间距、嵌固深度以及配筋数量等。根据地质水文特点,对基坑中的承压水进行降压处理。

(4)基坑设计计算分析。基坑支护方案设计计算主要采用的是弹性法,能够对不同土层面进行计算。计算结果将会显示基坑支护整体的稳定结构特点,对比《建筑地基基础设计规范》将会充分地了解到安全系数[2]。在进行基坑支护水平位移最大限度监测的时候,主要是通过抛物线法对地表沉降情况进行确定,能够获取到最大数值的差异。要将最大数值控制在《建筑基坑工程监测技术规范》(GB50497-2009)的要求。

2 基坑开挖与监测

(1)基坑安全监测分析。为了能够保证深厚饱和软土区基坑支护的稳定性,需要优化基坑支护施工技术,对回填土层、支护水平位移等情况进行现场监测。在基坑开挖的过程中获取到专业数据进行分析,水平位移在受力大小作用下产生不同程度的移动。针对这种情况,在监测的时候要特别的注意水平位移差异值,坡面状态与土质均匀性有着直接的关系[3]。土层开挖的时候会产生应力的释放,并且会伴随着一定的破坏,沉降量会随着应力大小产生不同程度的变化。因此要对深厚饱和软土区进行加固处理,监测回填土的荷载变化,使基坑支护沉降得到有效地控制。

(2)基坑监测结果分析。水平位移会随着时间的变化产生不同的影响。特别是基坑开挖的时候支护水平位移将会逐渐地增大,严重地影响到施工质量。针对这种情况基坑监测产生的不同结果,在开挖土压释放的时候能够确定水平位移的趋势,加深水平位移累计,在浇筑完成之后能够收敛水平位移。底板浇筑抑制效果会在混凝土作用下产生曲线波动。将混凝土支撑撤出之后支护桩会受到土压的影响,逐渐地扩大水平位移。要在整体效果上实现水平位移的降低,稳定曲线收敛。支护桩会发生变形,最大位移将会集中在深度为10.0m以内的开挖面中。基坑中的支护也会在出现最大的侧向位移,支护桩在发生整体变形之后将会影响到主体结构质量,支撑轴力在不断开挖的情况下上下波动,支撑轴力出现的快速上升,将会逐渐地实现整体平稳。基坑外的水位也会出现曲线变化,受到天气变化的影响,基坑中的水位也会出现上升趋势。根据基坑周边地表的变化情况,产生的沉降也会随着基坑开挖的持续加大,各测点积累的沉降量也将达到最大数值。频繁的车辆通行等会对土层产生较大的压力,荷载力的增大将会导致土层变形,并且很难恢复成原来的模样。深厚饱和软土区具有敏感特点,禁止摆放较多的建筑材料,通行车辆也要进行有效地控制。

3 结束语

深厚饱和软土区的基坑支护设计主要应用角撑加对撑的方式进行施工,实现了受力均衡,简化施工的目的。在水平位移的时候,需要对基坑开挖情况进行充分地了解,密切关注水平位移中基坑实际变化情况。发挥混凝土支撑的刚性作用,在根本上抑制水平位移的进一步扩大。在基坑支护浇筑完成之后,需要对整体曲线变化稳定操作,逐步地实现开挖深度的扩大,在最大限度的位移下进行曲线抛物线型构建,控制基坑中地下水位变化,加强止水措施的制定。在基坑支护施工的过程中避免事故的发生,针对软土区超载现象,要控制车辆通行等,避免地表长期处于压力状态造成较大的变形。

摘要：在进行深厚饱和软土区基坑支护施工的时候,主要采用的是直径较大的钻孔灌注桩,结合钢筋混凝土作为支撑的支护设计。能够较好产生止水效果,根据深厚饱和软土区的实际状况进行现场监测,搜集相应的参考数据,归纳分析数据特点,不断地满足深厚饱和软土区基坑支护设计的要求,实现结构受力均衡,有效地避免事故的发生。文章对深厚饱和软土区基坑支护设计与监测进行相应地探讨。

关键词：深厚饱和软土区,基坑支护,设计监测

参考文献

[1]居晨,李俊才,周小俊.深厚饱和软土区基坑支护设计与监测成果分析[J].建筑科学,2012,(3):20.

[2]马郧.武汉长江Ⅰ级阶地超深基坑支护结构设计参数选取与变形关系研究——以中海国际大厦超深基坑工程为例[D].中国地质大学,2014,(9):1.

深厚软土地基 篇8

福建省位处东南沿海地带, 存在海相或湖湘沉积的深厚软土层, 其强度低, 承载力小, 呈流塑状态, 具有明显的触变性[1], 因此在该地区开挖基坑必须采用各种类型的支护。特别是深基坑的开挖, 深厚软土地区的深基坑支护技术复杂、综合性强, 对基坑支护结构的选型尤为关键[2]。

在深基坑支护形式中, 以SMW工法桩、地下连续墙、土钉墙、钻孔灌注桩等为主的传统型支护方式最为经典[3], 但是这些支护结构各有其不足之处, 虽能达到基坑稳定的目的, 但施工成本较高且个别支护形式支护深度受限, 施工进度方面也不够理想。拉森型钢板桩也属于传统的支护方式, 虽然曾经引领主流, 但是其用于深基坑支护还需内支撑的配合, 否则支护深度将大打折扣。为了突破深厚软土地区深基坑既高效安全支护又降低成本的这个限制, 新型钢板桩—HUC组合钢板桩应运而生[4]。

HUC组合钢板桩是H型钢和U型钢板桩的组合使用, 不仅截面参数更大, 而且具有效果极佳的挡水作用, 施工场地占地较小, 在深基坑支护结构中具有良好的推广价值。适用于软土及一般非硬土层, 结合相应的支撑体系 (如加设内支撑或锚索、锚杆等) , 基坑开挖深度大于8.0m以上, 也适用于一些狭小的场地施工。由于H型钢刚度较大, 基坑变形较一般的钢板桩更小, 无弃土和泥浆污染, 所有材料可回收利用, 造价与SMW工法接近, 在一定的条件下节省费用。

本文就HUC组合钢板桩的结构、施工特性进行分析, 结合工程实例, 对HUC组合钢板桩在深厚软土地区的应用进行探究和分析, 总结施工过程中出现的问题并提出解决方法, 为同类地区相关支护工程提供新思路和工程经验, 研究结果具有理论和实际意义。

1 结构特性分析

H型钢相比其他型钢, 是一种截面面积分配相对优化、强重比较为合理的经济断面高效型材。由于其各个部位均以直角排布, 因此H型钢在各个方向上的抗弯能力强, 力学性能好, 轧制时截面上各点延伸较均匀、内应力小, 与普通工字钢比较, 具有截面模数大、重量轻、节省金属的优点。而U型钢的主要特点是承受压力大, 支撑时间久, 易安装不易变形等。因此它们的组合结合了二者的优点, 将其优势发挥得淋漓尽致。

HUC组合钢板桩中H型钢作为结构的主要构件, 承载大部分的水土压力。U型钢板桩为辅桩, 起连接为整体, 和挡水、挡土的作用。通过H型钢主桩和U型辅助钢板桩的不同组合的形式, 获得更大的截面参数, 优化节省钢材用量, 在深基坑支护结构中更具性价比。H型钢和U型钢的搭接方式如图1所示。

在基坑支护中, 主要就是为了控制变形和防渗, H型钢抗弯强度高, 刚度大, 作为主要竖向支护构件发挥了自身的优势, 而U型钢则主要起到防渗及支挡水土压力的功能, 二者分工搭配, 收效极佳。但可想而知, 两种钢材的接口处给水的渗流留下了隐患, 因此为了保证HUC组合钢板桩具有强大的挡水功能和一定的施工灵活度, HUC组合钢板桩使用圆管与圆钢的锁扣形式, 圆管与圆钢的间距为5mm。锁扣形式示意图和实物图分别如图2、图3所示:

该锁扣形式的防渗密封延续了以往常用的方法, 如易施工效果好的水泥浆、密水剂密封, 适应于永久密封且实现了钢板桩连接的灵活性和更高的防水性能的焊接密封, 除此之外, 还有自身特点所具有的基坑开挖后锁扣圆钢与圆管的密贴方法。

2 施工控制分析

在HUC组合钢板桩的施工过程当中, 主要需要控制H型桩的垂直度和U型板桩的沉桩过程, 还有就是二者接口处的施工控制。

关于H型钢垂直度的控制, 导向架在安放时, 利用千斤顶将导向架保证平面水平, 上下垂直, 误差应小于3mm, 可以利用仪器或线锤进行控制 (两端对角挂线锤, 可控制上下和水平) 。在导向架调整完毕后, 进行对导向架的固定。调整好导向架后用铁板与垫板焊接, 确保在施工时导向架不会产生下沉和位移。每一个H型桩预留的高度应高低不等, 形成上下错位, 有利于U型板桩的施工, 值得注意的是, 当在施工完一根型钢后, 应立刻观察导向架, 如果有偏位或不水平, 应立即进行调整, 时刻保持导向架的平衡。

关于U型板桩的沉桩过程控制, 对位时, 如果U型板桩大于或小于H型钢间距时, 可以用12P的铁锤进行敲击, 使U型板对入H型桩锁口, 开始靠自身的重力做自由沉桩, 期间吊机和指挥应注意配合, 时刻调整吊机方向, 让板能自由顺利的通过导向架上下两层, 并入土一部分。当入土后不再沉桩时, 开始用振动锤振动U型板桩, 振动过程也不能快, 应保持一定的速率下沉。

HUC组合型钢板桩施工设备主要为履带吊、导向架及振动锤。对场地的要求不高, 但场地的好坏直接关系到施工的进度, 场地的平整度高低直接决定了调整导向架的效率。导向架是整个组合板桩施工的核心, 施工的快慢, 施工的垂直度以及HUC组合钢板桩能否顺利施工完全取决于导向架。导向架的高度一般在3~3.5m, 保证施工H型桩的垂直度, 误差控制在5mm以内。导向架结构如图4所示。

3 软土深基坑中的实际应用

以福建省福州市某国际大酒店基坑为实例进行案例分析。该工程位于福州市远洋路与福光南路交汇处, 交通便利。其北侧跨远洋路为东方水都等住宅小区, 东侧为福光南路, 西侧为正在建设中的光明港公园, 场地南侧邻光明港, 河岸现主要为毛石衬砌支护。拟建建筑物设2层地下室, 0.00相当于罗零高程8.5m, 目前场地东侧、北侧实际标高为罗零高程6.0m, 并可退红线6m使用, 场地南侧场地标高将在基坑影响范围内清平土方至罗零标高3.6m, 地下室开挖深度约5.5~7.9m, 基坑周长约655m。其平面图如图5所示。

根据钻探揭示, 拟建场地岩土层按时代成因所揭露的地层自上而下分别为杂填土, 厚度0.6~8.4m;淤泥, 厚度2.0~8.9m;中砂, 厚度2.6~10.0m;淤泥, 厚度2.7~22.3m;中砂, 该层最大揭穿厚度为18.6m。其中杂填土层成份主要为粘性土、碎块石、砖块等建筑垃圾, 旧墙基下堆填年限大于10年, 上部填土多为新近堆填。

结合区域水文地质资料, 拟建场地的地下水类型主要为: (1) 杂填土的孔隙潜水, 富水性一般, 水量较贫乏, 补给来源主要为大气降水及场地周边生活用水; (2) 中砂及卵石层中的孔隙承压水, 渗透性较好, 水量丰富, 接受地下含水层侧向补给, 向邻区下游排泄。根据勘察报告, 杂填土的稳定水位埋深为0.62-6.13m, 水位标高一般3.80-4.80m, 中砂层稳定水位埋深2.60-3.30m, 水位标高为2.79-2.91m。根据综合情况判定基坑侧壁安全等级为一级。

根据该场地的工程地质、水文地质、周边环境等条件, 对该基坑采用HUC组合钢板桩+可回收锚杆支护方式, HUC钢板桩钢材采用Q235, H型钢规格为HM488mm×300mm型钢, U型钢宽1600mm, 相邻桩间距1600mm。锚杆扩孔直径400mm, 长度15-24m, 间距1.6m, 锚固段8-12m, 倾角25°-30°, 锚固力120-200KN。其两个支护剖面图如图6 (a~b) 所示。

HUC组合钢板桩设计计算时主要考虑H型钢受力, 桩间钢板可当做安全储备。该支护结构计算将整个结构分解为H型钢结构、土层锚索及腰梁、冠梁, 分别进行分析;H型钢板桩采用平面杆系结构弹性支点法进行分析;而作用在H型钢上的锚索支点取H型钢板桩分析时得出的支点力。HUC+锚索整体稳定性采用圆弧滑动条分法进行验算。除此之外, 该支护结构还要进行抗隆起计算。本工程计算分析采用北京理正岩土软件, 计算结果显示整体稳定安全系数为1.42, 满足规范1.35的要求, 基坑底部抗隆起验算安全系数1.95, 满足规范1.80的要求, H型钢内外侧抗弯、抗剪均满足规范强度要求。钢板桩施工平面构造及U型钢板桩截面、双拼槽钢腰梁大样分别如图7~图10所示。

HUC组合钢板桩采用振动法压入土体, 插入前应检查其垂直度、接头焊缝质量并确保满足设计要求。施工垂直度偏差≤1/150, 长度≤±10mm, 桩底标高≤-30mm, 形心转角≤3°。施工完HUC组合钢板桩后对基坑进行开挖, 并对基坑进行坡顶水平位移、竖向位移监测, 深层水平位移监测以及地下水观测, 其施工成果图如图11所示。

即使该深基坑工程周围苛刻的环境条件和不良的软土工程地质条件, 但在HUC组合钢板桩施工之后, 基坑开挖一切正常, 控制了由于基坑降水而引起的地面过度沉降, 周边环境破坏、基坑漏水等现象基本根治, 确保了深基坑和周边环境的安全。

从图12中可以看见开挖后围护墙体外观很直、围护墙体干燥, 无漏水、漏沙现象。

4 结论

HUC组合型钢板桩应用于深厚软土地区时, 对施工精确度要求很高, 需在技术、质量方面严格把关, 环环相扣, 才能确保施工的顺利和效率, 才能体现出HUC组合板桩真正的工艺价值。由前述的介绍以及实际工程案例的应用效果, 可以总结HUC组合型钢板桩在深厚软土地区的应用特点有:

(1) 通过不同的组合, 可以获得深厚软土基坑开挖所需的围护墙体刚度和强度, 替代其他传统工法。

(2) 施工时占地面积小, 速度快, 无养护期, 无水泥泥浆等二次污染, 外观美, 围护墙体钢板桩可以回收, 重复利用, 节能环保, 有利于降低工程造价和环境保护。

(3) 钢板桩之间锁口工厂加工, 工程中锁口互连, 兼作止水帷幕, 保证坑外水头不下降, 大大减少坑外沉降、临近构筑物变形的可能, 且止水效果有保证, 通过锁口填充水密材料、灌浆等措施, 可以实现围护墙体的100%止水, 与设计目标偏差较小。

(4) 可与现有的、常规的支撑锚拉系统方便联结, 无需进行特别设计和加工, 结构通用性、兼容性好。

以上特点十分符合当代对地下空间的开发和利用标准, 确保了在基坑开挖过程中的周围环境安全和基坑开挖安全的前提下做到经济合理、快速施工、方便施工。

参考文献

[1]东南大学.土力学 (第2版) [M].建筑工业出版社, 2006.

[2]杨宇, 王奎, 刘佑祥, 等.某深厚软土基坑事故分析及抢险加固设计案例[J].岩土工程学报, 2014 (s1) :175-179.

[3]张骞, 张海霞, 张乾青, 等.海口滨海地区某小区深基坑支护技术研究[C].//全国基坑工程研讨会, 2014.