软基处理技术的研究进展与处理方法

2023-03-07

我国地域辽阔,地质情况复杂多变,软土地基在江苏里下河平原、滨海平原和长江三角洲广泛分布,苏北沿海北部地区地质中也分布有较厚软土,软土地基具有含水量高、压缩性大、渗透性弱等上述特点决定了其在建筑物荷载的作用下变形大而不均匀,压缩趋于稳定的时间长,施工过程中易产生土体的挤出破坏[1],并且软土地基后期沉降大的特点往往会造成建筑物的不均匀沉降,甚至影响其正常使用或造成流土、管涌、构筑物坍塌等工程事故。因此,其对工程建设存在极大的危害性,处理不当,会引起建筑物(构筑物)过大变形或丧失稳定。

1 软基处理的发展状况

1.1 软土地基处理技术在国外的研究进展

软土地基处理工程是建筑工程中迅速发展的一个重要领域。建筑工程及软基工程的重要基础学科都是土力学[2]。库仑在1773年发表的论文《极大极小准则在若干静力学问题中的应用》为土体破坏理论奠定了基础。太沙基提出土体一维固结理论和著名的有效应力原理并发表了第一本《土力学》专著,从而建立起一门独立的学科——土力学。随后,土力学在试验技术和计算方法方面形成了较完整的力学体系,为岩土工程及软土地基处理工程打下了广阔而坚实的平台。

1.2 软基处理技术在国内的研究进展

我国基础工程及软土地基处理技术虽然起步较欧美国家晚,但是近十几年来,我国基本建设规模不断扩大,地基处理技术得到了飞速发展。主要表现在以下几个方面[3]:(1)地基处理技术得到了普及和提高。我国大量引进并普及国外技术。同时,还因地制宜地发展了许多适合我国国情的地基处理方法,取得了良好的经济效益和社会效益。(2)地基处理能力得到了提高。人们对各种地基处理方法的适用性和优缺点有了进一步的认识,再根据工程实际选用合理的地基处理方法上减少了盲目性,能够注意综合应用多种地基处理方法,使选用的地基处理方案更加合理。(3)地基处理理论得到了发展。在探讨加固机理、改进施工机械和施工工艺、发展检验手段、提高处理效果和改进设计方法等方面,每一种地基处理方法都取得不少进展。特别是复合地基理论发展很快。复合地基概念从狭义复合地基发展到广义复合地基,形成了较系统的广义复合地基理论。

2 软土地基加固方法

2.1 冲击碾压技术

冲击碾压技术于20世纪80年代在国外开始投入生产使用,我国于1995年由南非引入。由曲线为边而构成的正多边形冲击轮在位能落差与行驶动能相结合下对工作面进行静压、搓揉、冲击。其高振幅、低频率冲击碾压使工作面下深层土石的密实度不断增加,受冲压土体逐渐接近于弹性状态,具有克服路基隐患的技术优势,是土石工程压实技术的新发展。与一般压路机相比,其压实土石的效率提高3~4倍(考虑上料、摊铺、平整的工序),破裂旧水泥混凝土路面效率更高[4]。

冲击碾压技术的优点在于施工速度快,施工工艺简单。不足之处在于施工过程会对周围建筑物和构筑物产生一定的影响,所以需要在和周围建筑物保持足够的安全间距的条件下才能采用此方法施工[4]。

2.2 强夯法

强夯法在国外称之为动力固结法,是利用重锤(一般为100k N~600k N)在高处(一般为6m~40m)自由落体落下,对地基土施加强大的冲击能,在地基土中形成冲击波和动应力,通过压实和振密地基土进行加固地基土的方法[5]。以达到提高强度、降低压缩性、改善砂土的抗液化条件、消除湿陷性黄土的湿陷性的目的。

强夯法以其施工设备简单、效果显著、工效高且加固费用低,很快得到推广,成为我国地基处理的一项重要技术。

2.3 预压法

预压法是用于改善软土工程性质的一种行之有效的方法。它的原理是通过预压荷载,事先将有害沉降消除或促使其强度提高,满足建筑物、构筑物对地基的变形和稳定性的要求。预压法是地基处理中理论性最强的一种方法。土力学中的固结理论是它的理论基础,最核心的是有效应力原理[6]。预压法也是地基处理技术中比较成熟的一种方法。预压处理软土地基时,必须配合有比较完善的监测措施,现场试验有:孔隙水压力、沉降(包括分层沉降)、土体侧向位移、十字板或静力触探等[7]。同时还应配合室内土工试验。通过这些测试手段,可以充分判断预压的效果,做到信息化施工,预估完工后沉降及地基稳定性的安全度。所以,必要的监测方案也是预压法处理设计不可缺少的一部分。

2.4 水泥粉煤灰碎石桩(C F G桩)

水泥粉煤灰碎石桩(Cement Flyash Gravel Pile,简称CFG桩)复合地基成套技术是上世纪八十年代由中国建筑科学研究院地基研究所立题进行实验研究[8],经过十多年的研究和推广应用,在我国的基本建设中发挥了非常重要的作用。CFG桩是由碎石、水泥和粉煤灰等加水拌和制成,其强度等级多在C5到C25之间,属于刚性桩[9]。CFG桩克服了碎石桩等散体材料桩本身无粘结强度,只能依靠围限条件传递荷载以及土质越软,对桩的约束作用越差的等缺点,其本身具有粘结强度,有无围限条件均可成桩,并且其承载力主要来自全桩长的摩阻力及桩端承载力,桩越长则承载力越高[10]。CFG桩、桩间土和褥垫层一起形成复合地基,属地基范畴,具有置换作用、挤密作用、边载作用和对土的约束作用等复合地基效应。CFG桩和桩间土的相互作用是影响其复合地基竖向承载力的主要因素,同时褥垫层能够对地基的不均匀沉降有一定的补偿作用,在CFG桩复合地基中也扮演着十分重要的角色[11]。CFG桩复合地基适用性很广,既可以用于条形基础也可以用于条形基础、独立基础,也可以用于筏式基础和箱型基础,适用于处理粘性土、粉土、砂土和正常固结的素填土等地基。