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01350水利工程2021-07-15 10:52:02
平原地區(qū)水閘常用的土基基礎(chǔ)處理方法主要包括墊層法、強(qiáng)力夯實(shí)法、振動(dòng)水沖法、樁基礎(chǔ)(木樁、混凝土樁、鋼筋混凝土樁、鋼樁等)、沉井基礎(chǔ)、預(yù)壓法(堆載預(yù)壓、真空預(yù)壓)、深層攪拌法、高壓噴射注漿法等。
1、墊層法
墊層法是將基礎(chǔ)底面下一定深度范圍內(nèi)的軟弱土層挖除,換填無(wú)侵蝕性的低壓縮性的散體材料,分層夯實(shí)作為地基的持力層。此法多適用于軟弱土位于基礎(chǔ)底面下的淺表層,厚度不大,且下臥層無(wú)軟弱夾層。設(shè)計(jì)過(guò)程中,換填厚度應(yīng)根據(jù)地基土質(zhì)情況、水閘結(jié)構(gòu)形式、荷載大小等因素,以不超過(guò)下臥土層允許承載力為原則確定,但不宜大于3m,否則造價(jià)太高,施工困難。墊層材料可用中粗砂、粗砂、礫石、卵石、礦渣、灰土、素土等,其中以砂、卵石應(yīng)用最廣。但不宜采用粉砂、細(xì)沙、輕砂壤土或輕粉質(zhì)壤土,且墊層材料中不應(yīng)含有樹(shù)皮、草根及其他雜質(zhì)。采用墊層法,由于置換了閘基底面下的軟弱土層,換填了強(qiáng)度高、壓縮性低的材料,所以提高了地基的承載力。通過(guò)換填墊層的擴(kuò)散作用,減小了墊層下天然軟弱土層所受的附加壓力,減小了基礎(chǔ)沉降量。另外,墊層材料一般透水性較大,其下軟弱土層受壓后,使孔隙水壓力得以迅速消散,加速了軟土固結(jié)過(guò)程,使基礎(chǔ)沉降多發(fā)生在施工期,有利于建筑物后期沉降量的控制。
2、強(qiáng)力夯實(shí)法
強(qiáng)力夯實(shí)法一般是利用起重機(jī),提升重錘至一定高度后,讓重錘自由下落,重復(fù)夯打擊實(shí)地基。此法適用于地下水位低于有效夯實(shí)深度的各種稍濕的黏性土、砂土、濕陷性黃土、分層填土和雜填土地基。不適用于軟黏土或地下水位以下的黏土,否則這類(lèi)土?xí)趽魧?shí)過(guò)程中被打成橡皮土而破壞土的結(jié)構(gòu),反而增加壓縮性。對(duì)于基礎(chǔ)中含有淤泥質(zhì)軟弱土層,采用強(qiáng)力夯實(shí)法一定要慎重。強(qiáng)力夯實(shí)法具有設(shè)備簡(jiǎn)單、工藝簡(jiǎn)單、原理直觀、適用范圍廣、加固效果好、速度快及工程投資省等優(yōu)點(diǎn)。但此法噪聲大、震動(dòng)大,一般在市區(qū)或密集建筑群中不宜采用。需要注意的是,強(qiáng)力夯實(shí)法一般應(yīng)距離建筑物30m以外進(jìn)行,如必須在鄰近建筑物處進(jìn)行強(qiáng)夯,設(shè)計(jì)應(yīng)有防止對(duì)于周?chē)ㄖ锂a(chǎn)生有害影響的措施,如挖隔震溝等辦法來(lái)解決。另外,分層碾壓法和振動(dòng)壓實(shí)法,其地基加固原理與強(qiáng)力夯實(shí)法基本相同,只是適用范圍和壓實(shí)效果有所區(qū)別而已,設(shè)計(jì)和施工時(shí)應(yīng)具體情況具體對(duì)待。
3、振動(dòng)水沖法
震動(dòng)水沖法是應(yīng)用松砂加水振動(dòng)后變密的原理來(lái)加固松軟地基的一種方法。通常用振沖器成孔,在孔中填以碎石,形成碎石樁與周?chē)鷶D密后的松砂組成復(fù)合地基,來(lái)承擔(dān)建筑物的荷載。此法適用于松軟、軟弱的砂壤土、黏性土,也可用于疏松的砂礫石地基。振沖法的主要設(shè)備是振沖器,類(lèi)似于大的插入式混凝土振搗棒。振沖器內(nèi)裝有一組偏心塊,在電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)下高速旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生高頻振動(dòng),在土中貫入速度為2~3m/min,壓力400~600kPa高壓水。當(dāng)振沖器貫入至設(shè)計(jì)深度后,關(guān)閉下噴水口,開(kāi)啟上噴水口,然后向振沖形成的孔穴中填以粗砂、礫石或碎石。振沖器振一段上提一段,最后在地基中形成一根密實(shí)的砂、礫或碎石柱體,與砂樁擠密法相似而效果更好。在飽和粉細(xì)沙地基,采用振動(dòng)水沖法還能使松砂液化,土粒重新密實(shí)排列,可防止地基液化。振沖法加固黏性土的機(jī)理與加固砂土不盡相同。加固砂土?xí)r,通過(guò)振動(dòng)和水沖使砂土原有結(jié)構(gòu)破壞,產(chǎn)生液化,砂粒重新排列而密實(shí)。加固黏性土?xí)r,振沖碎石樁主要起置換作用。黏性土的結(jié)構(gòu)不破壞,凝聚力c保存,主要是填入土中的一根根密而粗的碎石樁承擔(dān)了荷載的大部分,被擠密的黏性土同時(shí)承受一部分荷載,形成一個(gè)復(fù)合地基。另外,干法振動(dòng)砂石樁也是振沖法的一種,此法主要是為了克服振動(dòng)水沖法加固地基時(shí)產(chǎn)生大量泥漿污水給施工場(chǎng)地和環(huán)境帶來(lái)的污染。此法另一個(gè)好處是,成孔是靠成孔器產(chǎn)生的激振力和自重作用下,擠壓孔位土體到周?chē)馏w中,使周?chē)馏w加密,其加固效果會(huì)更好。
4、樁基礎(chǔ)
當(dāng)土層軟弱、建筑物對(duì)變形和穩(wěn)定性要求較高或建筑物有特殊要求,以及技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等各種原因,無(wú)法或不宜采用其他人工地基時(shí),就得采用深基礎(chǔ)。樁基礎(chǔ)屬于深基礎(chǔ)中一種常見(jiàn)形式,在軟弱土地基深基礎(chǔ)中應(yīng)用最為廣泛。樁基礎(chǔ)按受力情況分為端承樁和摩擦樁。端承樁特點(diǎn)是穿過(guò)軟弱土層,樁尖被打入深層堅(jiān)實(shí)土中,上部荷載主要由樁端阻力承擔(dān);摩擦樁只需打入一定的深度,上部結(jié)構(gòu)荷載由樁側(cè)摩擦力和樁尖阻力共同承受。樁基礎(chǔ)按材料分為木樁、混凝土樁、鋼筋混凝土樁和鋼樁等。木樁適用于常年在地下水位以下的地基。木樁的優(yōu)點(diǎn)是儲(chǔ)運(yùn)方便,打樁設(shè)備簡(jiǎn)單,較經(jīng)濟(jì);但承載力較低,多用于盛產(chǎn)木材的地區(qū)和小型工程中,且破壞森林資源?;炷翗妒窃阢@孔內(nèi)水下澆注混凝土的方法制作而成的,多為井柱樁?;炷翗兜膬?yōu)點(diǎn)是使用設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、經(jīng)濟(jì)、省鋼材;缺點(diǎn)是可能會(huì)產(chǎn)生“縮頸”、斷樁、局部夾土和混凝土離析等質(zhì)量事故,應(yīng)采取必要的措施,以保證質(zhì)量。鋼筋混凝土樁使用較為普遍,一般有灌注樁和預(yù)制樁,預(yù)制樁有做成空心的管樁,有做成實(shí)心的圓樁、方樁或十字形截面樁等。鋼筋混凝土樁的優(yōu)點(diǎn)是承載力大,不受地下水位的限制;缺點(diǎn)是預(yù)制樁自重大,需笨重的打樁設(shè)備,對(duì)打樁平臺(tái)的承載力有一定的要求,易產(chǎn)生噪聲污染;灌注樁棄漿量較大,造成浪費(fèi),還會(huì)帶來(lái)一定的環(huán)境污染。鋼樁是用各種型鋼制作成樁。常用的有鋼管樁、寬翼工字鋼和槽形鋼樁等。鋼樁的優(yōu)點(diǎn)是承載力高,適用于大型、重型設(shè)備的基礎(chǔ);缺點(diǎn)是價(jià)格高、費(fèi)鋼材、易銹蝕。
5、沉井基礎(chǔ)
沉井基礎(chǔ)是一種垂直的筒形結(jié)構(gòu)物,通常用磚、混凝土或鋼筋混凝土制成,是在深基礎(chǔ)施工中,為避免產(chǎn)生土方大開(kāi)挖,保證陡坡開(kāi)挖邊坡的穩(wěn)定性而產(chǎn)生的。沉井基礎(chǔ)通常用于黏性土和較粗的砂土中,但若遇到土層中有塊石或其他障礙物時(shí)會(huì)給施工帶來(lái)較大麻煩。沉井按斷面形狀不同,可分為單孔沉井、單排孔沉井和多排孔沉井;按豎直剖面形狀不同,可分為柱形和階梯形兩種;按材料不同,通??煞譃榇u石沉井、混凝土沉井、鋼筋混凝土沉井等。無(wú)論哪種沉井,也無(wú)論是什么材料,施工時(shí)一般都是從井筒中間挖土,使筒壁失去支撐而下沉,到達(dá)設(shè)計(jì)高程后封底。整個(gè)井筒在施工時(shí)作為支撐圍壁,施工后又作為永久性的深基礎(chǔ)保留下來(lái)。沉井基礎(chǔ)多適用于平面緊湊的重型建筑物,如閘墩、橋墩、工廠煙囪等建筑物。同時(shí)也適用于大的取水建筑物、水泵房及頂管工程等。
6、預(yù)壓法
預(yù)壓法一般包括堆載預(yù)壓法和真空預(yù)壓法。堆載預(yù)壓法是在建筑物施工前,堆土或堆放混凝土預(yù)制板等重荷載對(duì)地基進(jìn)行預(yù)壓,加速土體排水固結(jié),使地基土壓密,以提高地基承載力,減少建筑物建成后的沉降量。堆載預(yù)壓法適用范圍很廣,在處理深厚淤泥、淤泥質(zhì)土、沼澤土和水力沖填土均有良好的效果。只要在確定建筑場(chǎng)地后至施工前有足夠的時(shí)間進(jìn)行預(yù)壓的工程就可以采用此法。由于堆載預(yù)壓需要大量的材料,工程量大,造價(jià)高,且加固周期長(zhǎng),因此現(xiàn)在工程中多采用真空預(yù)壓法。真空預(yù)壓只需用塑料膜將預(yù)壓場(chǎng)地四周密封,用真空泵抽氣形成真空,利用大氣壓力對(duì)軟弱土地基加壓,通過(guò)在砂墊層里預(yù)埋的排水管道,就可以在相對(duì)較短時(shí)間內(nèi)加速軟弱土層的排水固結(jié),提高地基承載力。近年來(lái),隨著塑料排水板、排水管替代傳統(tǒng)的砂井排水,使工期進(jìn)一步縮短,投資也有明顯降低。預(yù)壓法一般適用于承載力在60~80kPa要求的基礎(chǔ),如果承載力有更高的要求,則需采用其他人工地基基礎(chǔ),或其他基礎(chǔ)處理方法與預(yù)壓法組合使用。
7、深層攪拌法
深層攪拌法是20世紀(jì)70~80年代興起的一種加固深層軟弱地基的一種基礎(chǔ)處理方法。此法是利用水泥漿作為固化劑,通過(guò)攪拌機(jī)械,在地基深處將軟黏土或松散的沙土和固化劑強(qiáng)制拌和。由于在水泥硬結(jié)過(guò)程中,水泥漿和黏土礦物產(chǎn)生一系列物理和化學(xué)反應(yīng),使土顆粒膠結(jié)從而提高土的強(qiáng)度,提高地基承載力。此法適用于各種軟土地基及基坑維護(hù)。工程實(shí)踐證明,深層攪拌形成的拌和樁要比原地基土強(qiáng)度高得多,其作用與一般樁相似,但偏安全考慮,一般按水泥攪拌樁與天然地基構(gòu)成復(fù)合地基進(jìn)行設(shè)計(jì)。工程實(shí)踐證明,經(jīng)深層攪拌加固后的地基,其承載力明顯增加,沉降量顯著減小,沉降得到有效控制。此種方法的施工速度快,加固后的強(qiáng)度高,但飽和性軟土地基加固后土體強(qiáng)度上升較緩慢,不適于應(yīng)急加固工程或在其上部迅速加荷工程。同時(shí)還應(yīng)注意地下水流對(duì)加固效果的不利影響。
8、高壓噴射注漿法
高壓噴射注漿法是用鉆機(jī)鉆孔至所需深度后,用高壓脈沖水泵,通過(guò)安裝在鉆桿底端的噴嘴向四周?chē)娚錆{液,同時(shí)鉆桿旋轉(zhuǎn)上提,高壓射流使土體結(jié)構(gòu)破壞并與水泥漿液混合,膠結(jié)硬化成圓柱體,形成旋噴樁。高壓噴射注漿法多適用于砂土,粉土、黏性土、淤泥質(zhì)土及人工填土等地基。由于高壓旋噴形成的樁體在剛度與強(qiáng)度上與周?chē)耐馏w有著明顯的差別,因此,旋噴樁主要起樁的作用。設(shè)計(jì)過(guò)程中,一般將其按灌注樁考慮。高壓噴射注漿法有較廣的用途:在原有樁基旁旋噴加固,可對(duì)原樁基包裹形成復(fù)合樁,修復(fù)受損樁基,提高原樁基承載力,防止或減少建筑物的不均勻沉降;在水閘底板下可形成連續(xù)墻,截?cái)嗟装迮c建基面的滲水通道,延長(zhǎng)滲徑,增加閘基滲透穩(wěn)定性;在原有閘墩或橋臺(tái)底板下進(jìn)行加固,可提高地基承載力,或提高樁間土與樁的摩擦力,減少沉降量;為防止基坑開(kāi)挖時(shí)坑底涌土或防止流砂現(xiàn)象,提高土的承載力,可對(duì)基坑底部土體進(jìn)行加固等。
除上述基礎(chǔ)處理方法外,還有砂樁擠密法、劈裂灌漿法、沉箱基礎(chǔ)法、地下連續(xù)墻法、爆炸法、化學(xué)加固法等基礎(chǔ)處理措施。
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