软弱地基处理及案例分析.docx
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软弱地基处理及案例分析
软弱地基处理及案例分析
地基基础工程的重要性
将直接影响到建筑物的安全与正常使用，国内外地基基础方面的质量事故发生不少，P1～13，应引以为鉴；同时，地基基础工程费用较大，约占总造价的20～25％，若需地基处理时则费用更大，因此，搞好地基、基础设计对节约工程造价有很重要的意义。
地基基础一旦发生质量事故，其修补工作要比上部结构困难得多，因此，我们必须做到设计工作万无一失，防范于未然。
对于软弱地基，如相对密度Dr<0.33的松砂土，天然含水量大于液限，即IL>1.0，孔隙比e>1.0，压缩系数α1－2＝0.7～1.5MPa-1的粘性土，具有强度较低、压缩性较高和透水性很小等特性。
这些土作为地基土往往承载力低，压缩性大，不能满足建筑上部结构的要求，易引起建筑物沉降或不均匀沉降，造成上部结构沉陷、开裂破坏或倾斜。
此时我们可以通过对地基土进行必要的加固或改良，以提高其承载力和减小其压缩量，使之符合上部结构对它的要求。
目前针对软弱地基的不同构成有很多不同的处理方法，以下对换土垫层法、砂石桩挤密法处理软弱地基的问题作一些探讨。
一、换土垫层法
将基础底面设计标高以下一定深度范围内的软土挖除，另行换填经分层夯实的砂砾料即形成砂砾垫层。
（一）、作用
1、砂砾垫层夯实后具有较高的强度，作为基础的持力层，其承载力足以满足建筑物的要求；另一方面，垫层的设置能使基底压应力通过垫层扩散到下面较大面积的软土层上，同时，软土层置于砂砾垫层之下，实际上已变成了下卧层，其承载力随埋深的增加而有所提高，于是就可保证软土层所承受的压力不超过它本身的承载力。
2、砂砾垫层的压缩性小，所以基础的总沉降值将减小。
3、砂砾垫层是良好的排水层，所以还能加速软土层的固结。
（二）、砂砾垫层的设计
1、厚度Z：
根据作用在砂垫层底面处土的自重应力与附加应力之和不大于软土层经深度修正后的地基承载力特征值修正值，即：
Pz+Pcz≤fza
根据上述条件，可先选定砂垫层的承载力，一般取150～200KN/m²,由此算出基础宽度。
再假定垫层厚度为1～3米，按上式进行验算，直到满足要求为止。
砂垫层底面处的附加应力可按基底附加应力扩散到Z处等效的原理计算。
条形基础：
，矩形基础：
，θ－地基压力扩散角，由查表确定。
2、宽度b´:
应满足压力扩散的要求，即：
b´≥b+2ztgθ,
´≥
+2ztgθθ－垫层压力扩散角，
。
b´确定后，再按当地经验挖土边坡延伸至地面，所以垫层顶面宽度要比底面宽度为大。
3、沉降量验算：
对于重要的建筑物，还应验算垫层及垫层下软土层的压缩量，压缩量的计算一般采用分层总和法。
（三）、砂垫层的施工
1、就地取材：
一般以级配良好、质地较硬的中砂、粗砂或砾砂为好，含泥量不得大于3％，在砂垫层中也可掺入一定数量的碎石或卵石，含石量≤50％，其最大粒径不宜大于50mm，且应与砂拌和均匀。
2、垫层应分层夯实，每层厚度约20～30cm左右，压实过程中应酌量洒水，以利达到最大的密实状态。
压实方法有：
平振法、夯实法、碾压法、水撼法及插振法。
插振法：
用插入式振捣器，同时使砂砾垫层达到饱水状态。
二、砂桩挤密法
适用于松散砂土，素填土和杂填土地基，置换饱和粘性土地基。
砂桩不仅可挤密地基土，还能与挤密后的土共同形成复合地基，整体承载力高，同时，砂桩是良好的排水通道，可以加速软弱土层的固结。
桩径d：
300～600，桩距一般为≤（3～5）d，材料为级配良好的中砂、粗砂或砾砂，含泥量不得大于5％，最大颗粒粒径≤50mm。
下面主要讨论针对粘性土地基的加固处理。
（一）、加固机理
1、砂石桩置换：
在粘性土中形成大直径密实砂石桩桩体，与粘性土形成复合地基，提高了地基承载力和整体稳定性。
2、上部荷载产生对砂石桩的应力集中，减少了粘性土的应力，从而减少了地基的固结沉降量。
经统计，对粘性土地基的加固处理后，可减少沉降量20％～30％。
3、砂石桩是良好的排水通道，可以加速软弱土层的排水固结。
（二）、用砂石桩处理地基的实例
1、工程地质概况
都江堰市平义村四社村民搬迁房二号地一号楼位于都江堰市观景路南侧，建筑面积2160㎡，六层砖混结构，条形基础，局部为独立柱基，基础埋深－2.4米。
根据设计单位计算基础底面尺寸时对承载力的取值，要求加固处理后复合地基承载力fspk≥200KPa。
地质剖面自上而下由耕土、杂填土、素填土、粉质粘土、粉土、中砂及卵石层构成。
各土层地基承载力标准值fk如下：
素填土：
fk＝90KPa
粉质粘土：
fk＝110KPa
粉土：
fk＝100KPa
中砂：
fk＝120KPa
稍密卵石：
fk＝240KPa
中密卵石：
fk＝400KPa
该场地卵石层上覆土层承载力低，变形大，不宜作天然地基，卵石层承载力较高，变形较小，是良好的天然地基，但卵石层顶板埋深4.3～6.3米，结合拟建物特点，选该层为天然地基持力层不经济，经分析比较确定，采用振冲碎石桩复合地基，桩端处理至稍密卵石层下0.5米处。
2、砂石桩设计
（1）、要求：
复合地基承载力标准值fspk≥200KPa，处理深度：
基底下，卵石层顶板下0.5m以上地基土层。
（2）、砂石桩参数：
以基础外边线为基准，采用正方形布桩，间距900×900，桩径φ620，面积置换率m＝0.38。
（3）、处理范围：
要求开挖1.5m深后进行地基加固，进入卵石层0.5m。
平面处理范围为沿基础外边线进行处理，设保护桩两排，布桩根数809，处理面积726.44m2，平均桩长5.0m。
（4）、砂石桩材料：
主要为砂卵石，粒径2～8cm，砂采用中砂，砂石比例为20％，80％。
（5）、铺设褥垫层：
在砂石桩施工完成后，在基底满铺设0.3m厚的级配砂卵石褥垫层，砂量为30％，卵石料粒径≤4cm，范围为基础垫层外10cm。
（6）、处理效果：
按公式fspk＝mfpk＋（1－m）fsk计算复合地基承载力标准值fspk≥200KPa。
3、砂石桩平面布置图，如图1：
图1砂桩平面布置图
4、施工方法及质量控制
（1）、施工方法：
采用CZ－15型挤密碎石桩机，其取土管外径φ325，成孔直径420，锤重8KN。
冲击落距≥1.5m，桩体直径≥620。
（2）、质量控制
、成桩工序：
冲击取土成孔，空击，投料，击实成桩四个步骤。
、投石量以每延米计，投料量为0.30m3/m，不得小于计算投石量的95％，控制量为4斗车。
、每延米捣实成桩冲击数由锤重、落距采用标准能量3500KNm/m3控制，即每斗车冲击数控制在8～10击。
、记录与施工同步进行，记录内容包括成孔深度，投石量及成桩过程中的异常情况。
、施工中应保证桩位准确，其偏差应不大于成孔直径，桩应保持连续和垂直，垂直度偏差不应大于1.5％。
、施工顺序采用一边推向另一边方式。
、施工结束后，用载荷试验及动力触探法检测桩体，采用工程地质勘察方法测定桩间土承载力标准值等全面质检工作。
5、地基承载力检测结果及分析
（1）、动力触探结果及分析，见表1、表2。
N63.5桩体动力触探试验汇总表表1
序
号
桩
号
测试
深度（米）
范围值
（N63.5）
统计值
（N63.5）
承载力标准值
fpk（KPa）
备注
1
72
5.5
6～41
10.8
430
2
94
5.0
5～54
10.6
425
3
103
5.9
6～62
9.7
385
4
219
5.3
7～24
10.4
415
5
754
5.6
4～28
11.6
465
6
265
5.0
2～30
9.1
365
7
353
5.4
6～41
10.9
435
8
569
5.7
7～32
11.8
470
9
312
5.8
6～72
11.1
445
10
600
5.7
6～32
10.9
435
11
511
5.8
6～35
10.0
400
12
759
5.7
5～41
9.2
370
N63.5土体动力触探试验汇总表表2
序
号
桩
号
测试
深度（米）
范围值
（N63.5）
统计值
（N63.5）
承载力标准值
fsk（KPa）
备注
1
712#土
5.0
1～10
2.3
105
2
270#土
4.9
1～20
3.1
140
3
460#土
5.9
1～14
3.3
150
4
523#土
5.9
1～19
2.8
125
5
553#土
5.7
1～16
2.7
120
（2）、静载荷试验结果及分析，见表3、表4，各点压力Q与沉降量S的关系见图2。
540#点各级荷载下对应的沉降量表3
荷载
（KPa）
历时
（min）
本级沉降
（mm）
累计沉降
（mm）
0
0
0
0
98.77
90
1.825
1.825
148.15
120
0.743
2.568
197.53
120
0.760
3.328
246.91
150
1.657
4.985
296.30
150
2.270
7.255
345.68
150
3.673
10.928
395.06
180
3.742
14.670
444.44
210
5.394
20.064
296.30
60
－1.667
18.397
148.15
60
－2.505
15.892
0
180
－2.210
13.682
490#点各级荷载下对应的沉降量表4
荷载
（KPa）
历时
（min）
本级沉降
（mm）
累计沉降
（mm）
0
0
0
0
98.77
90
1.855
1.855
148.15
120
0.592
2.447
197.53
120
1.388
3.835
246.91
120
1.426
5.261
296.30
210
2.755
8.016
345.68
240
2.964
10.980
395.06
210
3.130
14.110
444.44
210
2.553
16.663
296.30
60
－1.060
15.603
148.15
60
－1.171
14.432
0
180
－1.749
12.683
图2平义村四社2#地1#楼540#、490#点载荷试验Q－S曲线图
对上述结果分析可知：
540#、490#载荷点的Q－S曲线均无明显拐点，根据相关规范，结合本场地地基土上部地质情况，取沉降量S＝9mm对应的荷载为复合地基承载力基本值：
分别为319KPa、312KPa。
由于只有2个静载试验点，取其最小值为复合地基承载力标准值，即312KPa。
按公式fspk＝mfpk＋（1－m）fsk计算复合地基承载力标准值fspk＝0.38×420＋（1－0.38）×108＝226.56KPa≥200KPa。
6、结论
本工程复合地基通过动力触探及静载试验进行检测，经统计分析、计算，认为：
（1）、根据动探资料显示：
该场地复合地基加固效果一般。
（2）、根据静载试验结果，确定该场地地基竖向承载力标准值312KPa，满足设计要求。
（3）、复合地基竖向承载力以静载试验为准，动力触探为参考。
（4）、该房屋经5.12地震后检测，完好无损，结论为可使用；相邻的未经地基处理的房屋严重破坏，有的已经拆除，见图3、图4、图5、图6。
图3平义村四社2#地1#房5.12地震后完好无损，可使用
图4四川农业大学都江堰校区23#楼地基沉降使墙体破坏
图5四川农业大学都江堰校区23#楼地基沉降，可见图中已是人去楼空
图65.12地震后，平义村四社2#地1#房对面的玉华酒店严重破坏已拆除
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