三、地基处理

三、地基处理

(一)地基处理的目的

当天然地基不能满足各项工程建设要求时,就必须采取一定措施使地基满足使用要求。常用的措施有:重新考虑基础设计方案,选择合适的基础类型;调整上部结构设计方案对地基进行处理加固。一般而言,地基问题可归结为以下几个方面:

(1)承载力及稳定性。地基承载力较低,不能承担上部结构的自重及外荷载,导致地基失稳,出现局部或整体剪切破坏,或冲剪破坏。

(2)沉降变形。高压缩性地基可能导致建筑物发生过大的沉降量,使其失去使用效能,地基不均匀或荷载不均匀导致地基沉降不均匀,使建筑物产生倾斜、开裂、局部破坏,失去使用效能甚至整体破坏。

(3)动荷载下的地基液化、失稳和震陷。饱和无黏性土地基具有振动液化的特性。在地震、机器振动、爆炸冲击、波浪作用等动荷载作用下,地基可能因液化、震陷导致地基失稳破坏;软黏土在振动作用下,产生震陷。

(4)渗透破坏。土具有渗透性,当地基中出现渗流时,将可能导致流土(流砂)和管涌(潜蚀)现象,严重时能使地基失稳、崩溃。

对于存在上述问题的地基,称为不良地基或软弱地基。采用合适的地基处理方法可以使这些问题得到解决或较好地解决。换言之,地基处理的目的就是选择合理的地基处理方法对不能满足直接使用的天然地基进行有针对性的处理,以解决不良地基所存在的承载力、变形、稳定、液化及渗透问题,从而满足工程建设的要求。

认识和分析地基条件,评价其工程性质,选择合理的地基处理方法并完成卓有成效的施工,实现高质量、低成本的目标是岩土工程师的重要任务之一。

(二)地基处理对象

地基处理对象主要包括:软黏土、杂填土、冲填土、饱和粉细砂、湿陷性黄土、泥炭土、膨胀土、多年冻土、岩溶土洞等。另外,除上述各种软弱和不良地基上建造结构物需要考虑地基处理外,当旧房改造、增层等原因使荷载增大导致原地基不能满足新要求,或由于地下工程开挖带来的土体稳定、变形或渗流问题时,同样也需要进行地基处理。

(三)地基处理原理和分类

前面已经谈到,当天然地基不能满足建(构)筑物对地基稳定、变形以及渗透方面的要求时,需要对天然地基进行地基处理,以满足建(构)筑物对地基的要求,保证其安全与正常使用。现有的地基处理方法很多,新的地基处理方法还在不断发展。要对各种地基处理方法进行精确的分类是困难的。根据地基处理的加固原理,可对地基处理方法进行分类。

(1)置换。用物理力学性质较好的岩土材料置换天然地基中部分或全部软弱土或不良土,形成双层地基或复合地基,以达到提高地基承载力、减少沉降的目的,主要包括换土垫层法、挤淤置换法、褥垫法、振冲置换法(或称振冲碎石桩法)、沉管碎石桩法、强夯置换法、砂桩(置换)法、石灰桩法,以及EPS超轻质料填土法等。

(2)排水固结。土体在一定荷载作用下固结,孔隙比减小,强度提高,以达到提高地基承载力,减少施工后沉降的目的。它主要包括加载预压法、超载预压法、砂井法(包括普通砂井、袋装砂井和塑料排水带法)、真空预压与堆载预压联合作用,以及降低地下水位等。

(3)灌入固化物。向土体中灌入或拌入水泥、石灰,或其他化学固化浆材在地基中形成增强体,以达到地基处理的目的,主要包括深层搅拌法、高压喷射注浆法、渗入性灌浆法、劈裂灌浆法、挤密灌浆法和电动化学灌浆法等。

(4)振密、挤密。采用振动或挤密的方法使未饱和土密实以达到提高地基承载力和减少沉降的目的,主要包括表层原位压实法、强夯法、振冲密实法、挤密砂桩法、爆破挤密法、土桩和灰土桩法。

(5)加筋。在地基中设置强度高、模量大的筋材,以达到提高地基承载力、减少沉降的目的。强度高、模量大的筋材可以是钢筋混凝土,也可以是土工格栅、土工织物等。主要包括加筋土法、土钉墙法、锚固法、树根桩法、低强度混凝土桩复合地基和钢筋、混凝土桩复合地基法等。

(6)冷热处理。通过冻结土体,或焙烧、加热地基土体改变土体物理力学性质以达到地基处理的目的。它主要包括冻结法和烧结法两种。

(7)托换。对原有建筑物地基和基础进行处理和加固,主要包括基础加宽法、墩式托换法、桩式托换法、地基加固法以及综合加固法等。

(8)纠偏。对由于沉降不均匀造成倾斜的建筑物进行矫正的手段,主要包括加载纠偏法、掏土纠偏法、顶升纠偏法和综合纠偏法等。

(四)地基处理实质

地基处理是利用物理、化学、生物方法,对地基中的软弱土,或不良土进行置换、改良(或部分改良)、加筋,形成人工地基。经过地基处理形成的人工地基大致上可以分为三类:均质地基、多层地基和复合地基。广义地讲,桩基础也可以说是一类经过地基处理形成的人工地基。将桩基础也包括在内,通过地基处理形成的人工地基可以分为以下三类:

(1)通过土质改良或置换,全面改善地基土的物理力学性质,提高地基土抗剪强度,增大土体压缩模量,或减小土的渗透性。该类人工地基层属于均质地基或多层地基。

(2)通过在地基中设置增强体,增强体与原地基土体形成复合地基,以提高地基承载力,减小地基沉降。

(3)通过在地基中设置桩,利用桩体承担荷载。特别是端承桩,通过桩将荷载直接传递到地基中承载力大、模量高的土层。

按照上述思路,各种天然地基和人工地基均可归属于下述三类地基:①均质地基(包括多层地基);②复合地基;③桩基础。