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房建工程軟土地基的施工技術(shù)
導(dǎo)語：軟土地基不能簡單地只按地基條件確定，因填方形狀及施工狀況而異，有必要在充分研究填方及構(gòu)造物的種類、形式、規(guī)模、地基特性的基礎(chǔ)上，判斷是否應(yīng)按軟土地基處理。
鐵路房建工程常修建在鐵路站線兩側(cè)，對地基工程的強(qiáng)度及沉降要求高于普通房建工程，特別是軟土地基，如施工方法不當(dāng)或未按規(guī)定和操作規(guī)程進(jìn)行，不僅會影響房建工程的質(zhì)量，嚴(yán)重的還會對線路造成影響。
一、軟土工程性質(zhì)
軟土是指天然含水量大、壓縮性高、承載力低的一種軟塑到流塑狀態(tài)的飽和黏土，多分布在沿海、內(nèi)陸、平原、山區(qū)的湖泊河灘周邊等地區(qū)。
軟土天然含水量高，一般液限wL值較高;天然孔隙比e>1.0.當(dāng)軟土由生物化學(xué)作用形成e>1.5時為淤泥，天然孔隙比1.0
軟土的工程性質(zhì)有：(1)觸變性。軟土在未破壞時，具固態(tài)特征，一經(jīng)擾動或破壞，即轉(zhuǎn)變?yōu)橄♂屃鲃訝顟B(tài);(2)高壓縮性。壓縮系數(shù)大，大部分壓縮變形發(fā)生在垂直壓力為0.1MPa時，造成建筑物沉降量大;(3)低透水性。軟土的透水性很低，可認(rèn)為是不透水的，因此軟土的排水固結(jié)需要相當(dāng)長的時間，反映在建筑物的沉降延續(xù)時間長，常在十年以上;(4)不均勻性。軟土由微細(xì)的和高分散的顆粒組成，土質(zhì)不均勻，當(dāng)平面上建筑荷載不均勻時，將會使建筑物產(chǎn)生較大的差異沉降，造成建筑物裂縫或損壞;(5)沉降速度快。沉降速度隨荷載的增加而增加，沉降速度最大時可達(dá)1~2mm/d;(6)流變性。在一定剪應(yīng)力作用下，具有發(fā)生緩慢長期變形的性質(zhì);軟土的長期強(qiáng)度小于瞬時強(qiáng)度。
二、常用的軟土地基處理方法
(一)深層水泥攪拌樁
深層水泥攪拌樁適用于處理淤泥、淤泥質(zhì)土、泥炭土和粉土，是進(jìn)行軟基處理的一種有效方法。深層水泥攪拌樁是利用水泥作為固化劑的主劑，通過特制的深層攪拌機(jī)械在地基深部就地將軟土和固化劑強(qiáng)制拌和，使軟土硬結(jié)，提高地基強(qiáng)度。
1.試樁。試樁是為了尋求最佳的攪拌次數(shù)、確定水泥漿的水灰比、泵送時間、泵送壓力、攪拌機(jī)提升速度、下鉆速度以及復(fù)攪深度等參數(shù)，以指導(dǎo)下一步水泥攪拌樁的大規(guī)模施工。每個標(biāo)段的試樁≮5根，且必須待試樁成功后方可進(jìn)行水泥攪拌樁的正式施工。試樁檢驗(yàn)可采取7d后直接開挖取出，或至少14d后取芯，以檢驗(yàn)水泥攪拌樁的攪拌均勻程度和水泥土強(qiáng)度。
2.施工準(zhǔn)備。深層攪拌樁施工場地應(yīng)事先整平，清除樁位處地上、地下障礙物。場地低洼時應(yīng)回填黏土，不得回填雜土。水泥攪拌樁應(yīng)采用合格的32.5級普通硅酸鹽袋裝水泥以便于計量。水泥攪拌樁施工機(jī)械必須具備良好及穩(wěn)定的性能，鉆機(jī)開鉆之前應(yīng)由監(jiān)理工程師和項(xiàng)目經(jīng)理部組織檢查驗(yàn)收。
3.施工要點(diǎn)。(1)施工工藝流程：樁位放樣→鉆機(jī)就位→檢驗(yàn)、調(diào)整鉆機(jī)→正循環(huán)鉆進(jìn)至設(shè)計深度→打開高壓注漿泵→反循環(huán)提鉆并噴水泥漿→至工作基準(zhǔn)面以下0.3m→重復(fù)攪拌下鉆并噴水泥漿至設(shè)計深度→反循環(huán)提鉆至地表→成樁結(jié)束→施工下一根樁。(2)水泥攪拌樁開鉆之前，應(yīng)用水清洗整個管道并檢驗(yàn)管道中有無堵塞現(xiàn)象，待水排盡后方可下鉆。(3)為保證水泥攪拌樁樁體垂直度滿足規(guī)范要求，在主機(jī)上懸掛一吊錘，通過控制吊錘與鉆桿上、下、左、右距離相等來進(jìn)行控制。(4)對每根成型的攪拌樁，質(zhì)量檢查重點(diǎn)是水泥用量、水泥漿拌制的罐數(shù)、壓漿過程中是否有斷漿現(xiàn)象、噴漿攪拌提升時間以及復(fù)攪次數(shù)。(5)水泥攪拌配合比：水灰比0.45~0.5、水泥摻量12%、每米摻灰量46~25kg、高效減水劑0.5%。(6)水泥攪拌樁施工采用二噴四攪工藝。第一次下鉆時為避免堵管可帶漿下鉆，噴漿量應(yīng)小于總量的1/2，嚴(yán)禁帶水下鉆。第一次下鉆和提鉆時一律采用低檔操作，復(fù)攪時可提高一個檔位。每根樁的正常成樁時間應(yīng)≮40min，噴漿壓力0.4MPa.
(二)深層石灰攪拌樁
深層石灰攪拌樁適用于處理塑性指標(biāo)較高的軟黏土地基，在相同條件下，石灰作為固化劑處理的臨時加固效果比水泥好。深層石灰攪拌樁是在軟土地基中將石灰和地基土進(jìn)行強(qiáng)制攪拌混合，地基土和石灰發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在穩(wěn)定地基土的同時，提高強(qiáng)度的方法。這種方法具有技術(shù)簡單可行且經(jīng)濟(jì)合理的特點(diǎn)，能有效地加固軟弱地基，減少軟土層沉降和整體工程工后沉降，提高軟土層的承載力。
1.材料要求。石灰應(yīng)該是細(xì)磨的，在攪拌過程中，為防止樁體中石灰聚集，石灰最大粒徑應(yīng)<2mm.石灰應(yīng)盡量選取純凈無雜質(zhì)的，石灰中氧化鈣和氧化鎂含量至少應(yīng)為8.5%，其中氧化鈣含量最好≮80%.石灰的儲存期不宜超過三個月，石灰的液性指數(shù)≮70%.
2.施工準(zhǔn)備。工作場地表層硬殼很薄時，需先鋪填砂、礫石墊層，以便機(jī)械在場內(nèi)順利移動和施鉆;配置鉆機(jī)、粉體發(fā)送器、空氣壓縮機(jī)、攪拌鉆頭等;通過原位測試及室內(nèi)試驗(yàn)取得地基土、灰土的物理力學(xué)及化學(xué)指標(biāo)，選取最佳含灰量作為設(shè)計摻灰量;確定設(shè)置攪拌范圍，選擇樁長、截面及根數(shù)。
3.施工要點(diǎn)。粉體攪拌法施工順序：樁體對位→下鉆→鉆進(jìn)→提升→提升結(jié)束。根據(jù)結(jié)構(gòu)要求的承載力，初步選定樁的間距，從而定出加固范圍內(nèi)攪拌樁的數(shù)量以及每平方米內(nèi)攪拌樁所占的面積。攪拌樁的排列一般呈等邊三角形，也可四方形布置，樁徑為0.5m~1.5m，樁距約1m.空壓機(jī)的壓力不需要很高，風(fēng)量不宜過大。鉆機(jī)及桅桿安裝在載體上，在地面上進(jìn)行操作，要滿足耐壓力要求。在施工現(xiàn)場要設(shè)置石灰池，石灰粉要遮蓋，一是防止飛粉污染，二是防止遇雨水產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，濺傷皮膚及眼睛，施工人員要配戴防護(hù)眼鏡。鉆頭提升距地面30cm~50cm應(yīng)停止噴粉，以防溢出地面。
(三)砂墊層和砂石墊層換填
砂墊層和砂石墊層是使用夯(壓)實(shí)的砂或石墊層替換基礎(chǔ)下部一定厚度的軟土層，以起到提高基礎(chǔ)下地基強(qiáng)度、承載力，減少沉降量，加速軟土層的排水固結(jié)作用，目前使用較為廣泛。
1.材料要求。砂墊層和砂石墊層所用材料，宜采用級配良好、質(zhì)地堅硬的中砂、粗砂、礫砂、碎(卵)石、石屑或其他工業(yè)廢粒料。在缺少中、粗砂和礫砂地區(qū)，也可采用細(xì)砂，但亦同時摻入一定數(shù)量的碎石或卵石，其摻量按設(shè)計規(guī)定(含石量≯50%)。所用砂石材料，不得含有草根、垃圾等有機(jī)雜質(zhì)。用作排水固結(jié)地基的材料，含泥量宜≯30%。碎石和卵石最大粒徑宜≯50mm.
2.施工準(zhǔn)備。施工前應(yīng)驗(yàn)槽，先將浮土清除，基槽(坑)的邊坡必須穩(wěn)定，草地和兩側(cè)如有孔洞、溝、井等應(yīng)加以填實(shí)。在地下水位高于基槽(坑)地面施工時，應(yīng)采取排水或降低地下水的措施，使基槽(坑)處無積水狀態(tài)。人工級配的砂、石材料，應(yīng)按級配拌合均勻，再行鋪填搗實(shí)。
3.施工要點(diǎn)。砂墊層和砂石墊層的底面宜鋪設(shè)在同一標(biāo)高上，如深度不同時，施工應(yīng)按先深后淺的程序進(jìn)行。土面應(yīng)挖成臺階或斜坡搭接，搭接處應(yīng)注意搗實(shí)。分段施工時，接頭處應(yīng)作成斜坡，每層錯開0.5m~1m，并應(yīng)充分搗實(shí)。采用碎石墊層時，為防止基坑底面的表層軟土發(fā)生局部破壞，應(yīng)在基坑底部及四側(cè)先鋪一層砂，然后再鋪碎石墊層。墊層應(yīng)分層鋪墊，分層夯(壓)實(shí)，鋪設(shè)方法有：平振法、插振法、水撼法、夯實(shí)法、碾壓法等。平振法是用平板式振搗器來回振搗，振搗次數(shù)以簡易測定密實(shí)度合格為準(zhǔn)，振搗器移動時，每行應(yīng)搭接1/3，以防振動面積不搭接。每層鋪設(shè)厚度為200mm~250mm，施工時最優(yōu)含水量為15%~20%。此法不宜使用于細(xì)砂或含泥量較大的沙鋪筑砂墊層。插振法是用插入式振搗器根據(jù)機(jī)械的振幅大小來決定插入間距，不應(yīng)插入下臥黏性土層，插入振搗完畢所留的孔洞，應(yīng)用砂填實(shí)。每層鋪設(shè)厚度應(yīng)根據(jù)振搗器的插入深度確定，施工時最優(yōu)含水量為飽和。此法不宜使用于細(xì)砂或含泥量較大的沙鋪筑砂墊層。夯實(shí)法適用木夯或機(jī)械夯，一夯壓半夯，全面夯實(shí)。每層鋪設(shè)厚度為150mm~200mm，施工時最優(yōu)含水量為8%~12%。此法較適用于砂石墊層。
(四)其他軟基處理方法
軟土地基的加固除以上方法外還有：振沖地基加固、碎石樁擠密加固地基、砂樁加固地基、水泥煤灰碎石樁、塑料板排水加固、石灰粉煤灰(火山灰、鋼渣或黏土)樁等軟基處理方法。
1.振沖法加固地基雖然現(xiàn)在已開始在軟黏土和雜填土地基加固中使用，但該方法仍是松散砂土地基的最佳加固方法。當(dāng)用于軟黏土?xí)r必須適當(dāng)控制水壓、電流及填料密實(shí)度等才能有效保證加固效果。碎石樁擠密加固地基是用振動沉管樁機(jī)將鋼套管沉入土中再灌入碎石而成。
2.砂樁加固地基也是一種適用于軟弱土、淤泥質(zhì)土及新填土的地基加固方法，砂樁是利用振動灌注施工機(jī)械，向地基土中沉入鋼管灌注砂料而成，能起到砂井排水及擠密加固地基的作用。
3.水泥粉煤灰碎石樁是采用碎石、石屑、粉煤灰、少量水泥進(jìn)行拌和后，利用沉樁機(jī)械，振動灌入地基中，制成一種具有黏結(jié)強(qiáng)度的非柔性、非剛性的亞類樁，它與樁間土形成復(fù)合地基，共同承受荷載，從而達(dá)到加固地基的目的。水泥粉煤灰碎石樁在群樁施工中應(yīng)注意樁的間距，樁距過小容易產(chǎn)生緊縮，樁距過大影響加固效果。
4.塑料板排水加固軟基是將帶狀塑料排水板，用插板機(jī)插入軟土中，然后在土面加載預(yù)壓(或采用真空預(yù)壓)，使土中水沿塑料板的通道溢出，并從砂墊層中排走，使地基得到加固，這種方法施工工期較長。
5.石灰粉煤灰(火山灰、鋼渣或黏土)樁的施工方法與深層石灰攪拌樁相似，只是在石灰中再添加粉煤灰、火山灰、鋼渣或黏土，采用摻合料后可有效防止石灰樁軟心。
在施工中遇到軟弱地基時，應(yīng)進(jìn)行必要的補(bǔ)充勘探工作，提高沉降計算的精度和設(shè)計的合理性。在施工中應(yīng)嚴(yán)格按照技術(shù)規(guī)程及施工規(guī)范操作，同時做好施工組織和施工質(zhì)量控制，在確保結(jié)構(gòu)安全的前提下，滿足施工便捷且經(jīng)濟(jì)合理。
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