1、房屋建筑工程软土地基处理摘要：房屋建筑是人们生存居住的地方，要想保证人们的生活水平和生命安全，就必须提高对软土基的认识，加大科学技术的投入力度，制定切实有效的问题解决方案，以此提高房屋建筑工程的质量，尤其是在软土基上进行的房屋建筑工程，保证建筑工程的寿命。 关键词：房屋建筑工程；软土地基;处理 中图分类号：TU198 文献标识码： A 文章编号： 一、振冲加固法的适用范围 文中的颗粒级配曲线图 1 所示的 A 区及 C 区无论从技术、经济都不适宜采用振冲法加固法处理，而 B 区的挤密效果就很好。 二、设计方法 1 振冲置换碎石桩设计 振冲碎石桩法加固软粘土地基的机理主要是置换部分软土。而这种置
2、换是按工程以及地基土情况的需要，在软土中以碎石、砾石等成桩群。它们与原地基软土共同构成复合地基，以满足工程要求的承载力，并使沉降与不均匀沉降小于工程规定的限值。 设计步骤： 图 1 适用于振冲挤密的颗粒级配曲线范围 按复合地基的承载力的要求控制设计 (1)掌握有关地质勘测资料、环境条件、建筑基础大小、特性和对地基的要求等。 (2)有关碎石桩的一般设计原则 布桩范围和布桩形式。振冲法处理土基范围视建筑物的重要性和场地条件确定,一般都大于基底面积。对于多层和高层建筑宜在基础外缘扩大 12 排桩,一般建筑的条形基础或独立基础外缘可扩大 1 排桩，并视基底面积和桩径大小。可在基底范围内采用单排或网格形
3、或三角形布桩。对于大面积满堂加固处理的地基,在基础范围内可采用网格形或三角形布桩。而对大面积圆形加固面积还可采用放射形布桩方式,并视具体条件在基础范围外布 1-4 排护桩。对有可能液化的地基，宜在基础外缘扩大 23 排护桩。 振冲碎石桩桩距的选择。根据荷载大小与土层情况，结合采用振冲器的功率大小综合考虑如下： 30kW 振冲器桩距 S=1.3m 一 2.0m： 55kW 振冲器桩距 S=1.4m 一 2.5m： 75kW 振冲器桩距 S=I.6m 一 3.0m。 荷载大或为粘性土时，宜取较小的桩距；荷载小或为砂性土时宜取较大的桩距：对桩端未达到相对硬层的短桩宜取小桩距。 关于桩长。当桩相对硬层
4、埋深不大，桩长应按相对硬层埋深确定：当桩相对硬层埋深较大时，按建筑物地基允许沉降值确定，但桩长不宜小于 4m；在可液化地基中，桩长应按抗震要求深度确定。 桩径的选定。依据原地基土的承载力标准值和振冲器的功率由经验数据表 l 选择如表 2： 表 1 振冲桩桩径的经验数据 注：表中桩径单位为 m。 表 2 桩身强度的经验数据 注：表中单位为 KPa 桩体回填料。可采用含泥量不大的碎石、卵石、矿渣或其它性能稳定的硬质材料，禁止使用风化易碎的石料。常用填料粒径为：30kW 振冲器 2cm-8cm；55kW 振冲器 3cm 一 10cm；75kW 振冲器 4cm 一 15cm。在软土中施工宜采用较大粒径
5、的碎石或卵石填料。 (3)按设计要求的复合地基承载力标准值计算相应的置换率基于岩土工程勘测资料及碎石桩强度经验数据表 2，选取合宜的桩间土及碎石桩的fpk，再结合复合地基要求达到的承载力标准值，计算应满足的碎石置换率 m，即 (1) (4)碎石桩相应的桩距 (2) 对于等边三角形布桩 (3) 对于正方形布桩 (4) 对于矩形布桩 (5) (5)小型工程粘性土地基相应的置换率 m (6) 桩土应力比 n 可取 2-4，原土强度低取大值。原土强度高取小值。鉴于桩土应力比 n 是属正常工作状态下桩土沉降协调的参数，非极限状态下的参数，故最好宜用式(1)求碎石的置换率。 2 振冲密石砂桩设计 这里所指
6、的碎石桩是广义的，它包括粗砾砂、卵石、碎石等粗粒填料的桩。 目前关于构筑抗地震液化的碎石桩复合地基，尚无恰当的考虑复合地基各抗液化功效的设计方法，一般仍按承载力的要求，或凭经验进行设计，与抗地震液化的目的差距较大通常都造成很大的浪费。这里首次提出何广讷建立的抗地震液化振冲碎石桩复合地基的设计方法。 21 确定复合地基土的临界密度与临界孔隙比 (1)掌握必要的岩土工程勘测资料 首先要求岩土工程勘测必须给出原地基砂土的标准贯人击数 N，密实度，孔隙比、最大和最小孔隙比，和， （2）拟定设计的置换率及其相应的抗液化临界标准贯人击数及临界孔隙比。 碎石桩的置换率 m 一般为 008025。根据原场地砂
7、土类的情况选择设计的置换率 m 和桩土应力比 n，求出复合地基液化判别处的标准贯人击数临界值)，即 (7) 据此再基于原场地土的密实度、标准贯人击数 N，与求出的复合地基土临界标贯值，根据可以获得复合地基判别处的液化临界密实度及临界孔隙比。 22 复合地基抗液化碎石桩桩距的确定 (1)桩位布置 抗地震液化复合地基的碎石桩布置，常采用三角形和正方形对于单独基础和条形基础的地基，一般采用等腰三角形或矩形布桩。当振冲挤密大面积地基。则宜采用等边三角形布桩，通常较正方形布桩可获得更好的挤密效果。 (2)桩距的确定 冲碎石桩的桩距确定与多种因素有关，砂土的粒径级配、密实的要求、振冲器的功率、施工工艺等都
8、会造成影响。砂土粒径愈细、密实要求愈高，桩距应愈小。目前由于缺乏理论的计算分析，主要由工程经验确定，对于 30kW 振冲器，其桩距一般为 15m20m；55kW 振冲器相应的桩距为 20m 一 25m；75kW 振冲器的桩距可采用 25m30m。这些经验的桩距仅是粗略地估计一个范围。对于大型、重要的工程应通过现场试验确定。试验可在工程现场尽量结合工程桩进行。通常拟定 3种可能的桩距。优化确定最适宜的桩距、加密电流、填料量、施工工艺等技术参数以及加密的效果。 23 振冲密实的处理范围 处理范围应包括平面和深度两方面的处理范围。 (1)平面处理范围 应根据建筑物的重要性和场地条件确定。通常都大于基
9、底面积。一般建筑的条形基础或独立基础可在基础外缘扩大 1 排桩；用于多层和高层建筑时，宜在基础外缘扩大 l2 排桩以保证不致使过大的应力扩散到未经处理的地基中，当要求消除地基液化时，则宜在基础外缘扩大23 排桩。 (2)处理深度 当相对硬层埋深较浅则应按相对硬层的埋深确定桩长，当相对硬层埋深较大时按建筑物地基沉降允许值确定桩长。同时桩长不宜小于4m。对于防止地震液化的复合地基，处理深度应按抗地震液化深度要求确定桩长。一般为地面下 15m 一 20m按各类建抗震设计规范选定。 24 关于填料 (1)填充的选用 振挤密实砂性土采用填料的作用一是填充振冲器上提后，砂层中可能留下的孔洞或陷坑，二是填料
10、传力介质在振冲器的水平振动下通过连续填料，将砂层进一步振挤密实。对于中、粗砂。由于振冲器上提时孔壁极易坍落，能自行填满下方的孔洞，往往可以不加填料就地振密；但对于粉细砂由于在振冲加密过程中，粉细砂层所形成的流态区较大，排水固结亦相对较慢，故必须添加填料方能获得较好的振密效果：碎石、卵石类土其摩擦角大，振冲器的振动力不足以使孔壁坍塌或坍塌量不足以弥补加密所需的填料量，一般亦需外加填料。 填料可采用粗砂、砾砂、卵石、碎石以及矿碴等，粒径为05cm15cm理论上填料粒径愈粗，振挤密实的效果愈好。30kW 振冲器采用的填料最大粒径不宜大于 5cm，因为若多数粒径大于 5cm则容易在孔中发生卡料现象，影
11、响施工进度。55kW 振冲器的填料粒径宜为2Cm8cm，最大不超过 10cm：75kW 大功率振冲器的填料粒径为 4tin 一10cm最大宜不超过 15cm。 填料的级配一般没有严格的要求。对于碎石、卵石可选用自然级配料，但不宜采用单级配料，含泥量不宜超过 l0。 (2)填料量的估算 填料量的估算主要是对砂砾料而言。设每根桩振挤密实作用的范围A 如图 2 中的阴影部分。该范围的原始孑 L 隙比为、振密后土的孔隙比为,则范围内每延米厚减少的孔隙体积为： (8) 由于该减小的孔隙体积即为每延米填料桩所占据的桩体体积,亦即 图 2 砂桩影响范围 若桩体填料孔隙比为,则每延米桩的填料量的实体体积为：
12、(10) 当测得填料原始孔隙比，亦即填料虚方的孔隙比，则每延米所填填料的虚方为： (11) 最后可导出虚方为： (12) 式(12)主要针对砂砾料而言，其虚方(堆料)及桩体孔隙比和，尚能设法侧定，再结合地基加固前后的孔隙比、即可由式(12)计算每延米桩所需填料虚方的理论值。但对于碎石等填料，其虚方孔隙比和桩体孔隙比皆难以获得，不便由式(12)估算。此时，可由式(8)，式(9) 求出每延米桩所需填料实方量，再按具体情况乘以经验扩大系数。桩体密实。振冲制桩颗粒冲失大者取大值。反之取小值。 (13) 三、施工工艺 1 施工顺序 振冲桩一般采用“由里向外”顺序施工，如图 3a)所示。或“由一边向另一边
13、”的顺序施工，如图 3b)。这种顺序易挤走部分软土，便于制桩。若“由外向里”制桩，则中心区制桩即很困难。于强度较低的软土地基中施工时，为减少制桩过程对桩间土的扰动，宜采用间隔振冲的方式施工，如图 3c)。 当振冲加固区毗邻其它建筑物时为减少对建筑物的振动影响，可按图 3d)，先从邻近建筑物的一边逐步向外推移施工。必要时可采用功率小的振冲器如 ZCQ 一 30 振冲器振冲靠近建筑物的边桩。 图 3 施工顺序示意图 2 填料方式 振冲成孔后即向桩孔内填料制桩。一般有两种填料的方式。一是将振冲器提出孔口，向孔内倒人 015m305m3 的填料，再下振冲器至填料中振冲密实，待达到设计要求后，又提出振冲
14、器，下料振密，如此反复直至制桩完毕，二是振冲器不提出孔，仅上提 30cm 一 50cm，离开原已振密过的桩段，即向孔内连续不断地回填石料，直至该段桩体振冲密实达设计要求后。再上提 30cm50cm，连续填料振冲密实，重复上述步骤，自下而上逐段制桩直至孔口。前者为间断填料法，操作较为繁琐。适合小型工程中的人工推车填料。后者为连续填料法，操作方便，适合机械化作业。但主要视地基的性质，填料难易程度而定。对于软粘土地基，往往由于孔道被塌下的软土堵塞，清孔除泥很不方便，影响施工进度和桩体质量，而极松散的粉砂土等地基难以填料，在这些情况下宜采用前者的间断填料法。至于在很软的土层中制桩，有时还需采用“先护壁
15、、后制桩”的施工方法。即成孔时不要一次达到设计深度而是达到软土层上部 lm 一 2m 范围内将振冲器出孔口，填一批料，下振冲器将这批填料振冲挤人孔壁，加固此段孔壁，防止塌孔，然后再将振冲器降至下一段软土中填料护壁，如此反复进行直至设计深度。孔壁护好后即可按常规方法制桩。 四、质量控制 振冲碎石桩施工的质量控制可分为两方面，一是数量方面，如桩数、桩长、桩位偏移等的控制；二是桩体质量方面，如施工中的用水、电、料等的控制。 1 数量方面 桩数、桩长及桩偏位 桩数施工技术人员在打桩前的准备工作中，应根据建设方提供的轴线认真按设计图纸放线布桩，并在每一桩位上插好桩钎。制桩作业时详细记录桩号、打桩数及施工
16、情况。班后进行复核统计。同时在图纸上按号标记已打的桩数，发现漏桩应及时补打。 桩长振冲器贯人地下的深度可由导杆上的刻度标出，当造孔达设计深度时，孔口指挥即予以记录。由孔底逐段制桩达孔口成桩，故造孔深度即为桩长。 桩位偏移控制施工中孔口指挥与吊车司机应精心操作，布桩时严格对准桩钎，偏差不应大于 3cm。造孔时根据土层情况预先考虑可能偏移的方向和大小，正确确定桩心，使桩位偏移小于规范规定的(d 为碎石桩的平均桩径)。 2 桩体质量的控制 桩体质量的好坏与施工的水、电、料三者密切相关。(1)水：关于制桩施工用水，一是水量，二是水压。水量需充足，使桩孔内充满水，以防塌孔影响施工和成桩质量。但水量亦不可过多，否则易将填料随水回流带出。至于水压需视土质、强度而定。对于软土，通常采用较小的水压；强度较高的土，则宜用较大的水压。另外，造孔过程中的水量和水
