软土地基

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摘要我国公路行业规范对软土地基的定义是指强度低,压缩量较高的软弱土层,多数含有一定的有机物质。由于软土强度低,沉隐量大,往往给道路工程带来很大的危害,如处理不当,会给公路的施工和使用造成很大影响。 软土地基分类 软土主要指淤泥、淤泥质土、泥炭、泥炭质土等。淤泥是指在静水或缓慢的流水环...

软土地基

我国公路行业规范对软土地基的定义是指强度低,压缩量较高的软弱土层,多数含有一定的有机物质。由于软土强度低,沉隐量大,往往给道路工程带来很大的危害,如处理不当,会给公路的施工和使用造成很大影响。

软土地基分类

软土主要指淤泥、淤泥质土、泥炭、泥炭质土等。淤泥是指在静水或缓慢的流水环境中沉积,并经生物化学作用形成,其天然含水量大于液限,天然孔隙比大于或等于1.5的黏性土。当天然孔隙比小于1.5但大于或等于1.0的土为淤泥质土。泥炭是指在潮湿和缺氧环境中由未充分分解的植物遗体堆积而形成的黏性土,其有机质含量大于60%。当有机质含量为30%~60%时为泥炭质土。

我国软土广泛分布于沿海地区和内陆江河湖泊的周围,山间谷地、冲沟、河滩阶地和各种洼地里也有少量分布。

软土地基变形

由于软土具有强度低、压缩性高、渗透性弱等特点,故建造在这种地基上的建筑,其变形特征是沉降大、不均匀沉降大、沉降速率大和沉降延续时间长。

1)沉降大

由于软土地基的高压缩性,故在其上建造的建筑物的沉降量是较大的,据调查,软土地基上三层砌体承重结构房屋,其沉降量一般为15~20cm,四层至六层一般为20~60cm,个别的甚至超过100cm;带有吊车的单层排架结构工业厂房,其沉降量约为20~30cm,具有大面积地面荷载的工业厂房,其沉降量较大,甚至超过50cm;料仓、油罐、储气柜、水池等大型构筑物,其沉降量一般都大于50cm,甚至超过100cm。过大的沉降会影响构筑物的正常使用;如对民用建筑也会造成室内地面标高低于室外地面标高而使雨水倒灌,管道断裂,污水不易排除等。

2)不均匀沉降大

软土地基上建筑物各部位荷载的差异或荷载虽相同,但平面型式复杂都会引起较大的差异沉降或倾斜。即使上部结构荷载分布均匀,其差异沉降也有可能达到平均沉降的50%以上,过大的不均匀沉降是造成建筑物裂缝或损坏的根本原因,会造成工业厂房吊车卡轨和滑车,丧失使用功能。

3)沉降速率大

软土地基上建筑物的沉降速率是较大的。沉降速率是随着荷载的增加而逐步增大的,一般在加荷终止时为最大,并持续一段时间后,逐渐衰减,一般建筑物的沉降速率均小于1mm/d,但也有超过2mm/d的,个别大型构筑物甚至达到每天沉降数厘米者。如果作用在地基上的荷载过大,则可能出现等速沉降的情况。长期的等速沉降就有导致地基稳定性丧失的危险。

4)沉降延续时间长

由于软土的渗透性弱,在外荷载作用下,地基排水固结时间较长,一般建筑物都要经过数年的沉降才能稳定。在深厚软土地基上建筑物沉降延续时间常超过十年。

软土的工程特性

软土一般具有以下工程特性。

(1)结构性显著。尤其是滨海相软土,一旦受到扰动,原有结构受到破坏,土的强度显著降低或很快呈流变状态。软土受到扰动后强度降低的特性可用灵敏度表示。

(2)流变性显著。软土具有流变性,在不变荷载作用下,变形持续发生,并可导致抗剪强度的衰减。表现为在固结沉降之后,还会继续发生较大的次固结沉降。

(3)压缩性高。软土的压缩系数a1-2>0.5MPa-1。

(4)抗剪强度低。软土的天然不排水抗剪强度一般小于20kPa。

(5)渗透性差。其渗透系数一般在i×10-6~i×10-8cm/s内,在自重或荷载作用下固结速率很慢。

(6)土层不均匀。软土中常夹有厚薄不等的粉土、粉砂、细砂层,使土层在水平和竖直方向上呈现差异性,易使建筑物地基产生不均匀沉降。

软土地基工程评价

软土地基的工程评价应包括下列内容。

(1)判定地基产生失稳和不均匀变形的可能性;当工程位于池塘、河岸、边坡附近时应验算其稳定性。

(2)软土地基承载力应根据室内试验、原位测试和当地经验,并结合下列因素综合确定。

1)软土的成层条件、应力历史、结构性、灵敏度等力学特性和排水条件。

2)上部结构的类型、刚度、荷载性质和分布,对不均匀沉降的敏感性。

3)基础的类型、尺寸、埋深和刚度等。

4)施工方法和程序。

(3)当建筑物相邻高、低层荷载相差较大时,应分析其变形差异和相互影响。当地面有大面积堆载时,应分析对相邻建筑物的不利影响。

(4)地基沉降计算可采用分层总和法或土的应力历史法,并应根据当地经验进行修正,必要时应考虑土的次固结效应。

(5)选择适宜的基础形式和持力层;对上硬下软地基应进行下卧层验算。

软土地基工程措施

软土具有强度低、压缩性高、渗透性差等特性,因此在软土地基上修建建筑物时,应特别重视地基的变形和稳定问题,可采用以下工程措施:采用换土垫层、排水固结、深层搅拌、高压喷射等地基处理方法或采用桩基础;尽可能设法减小基底附加应力,如采用轻型结构、轻质墙体、扩大基础底面、设置地下室等。

软土地基处理方法

软土地基处理的分类方法很多。例如,按处理深度可分为浅层软基处理和深层软基处理;按处理时间可分为临时软基处理和永久软基处理;按处理方式又可分为化学处理和物理处理;按照软基加固机理进行分类,高等级公路软土地基的地基处理方法、加固原理及适应范围见表。

分类 处理方法 加固原理 适应范围
排水固结法 堆载预压法 在软土地基中通过孔隙水的排除使地基土体得到加固,进而使土体强度增强、地基承载力提高,并可有效地减少工后沉降一般孔隙水的排出有3条途径:一是地面上预加一个压力,从而在土体内造成一个压力差,迫使孔隙水向砂层或预先设置的滤层排出;二是在土体内规定的部位施加一个负压,诱使孔隙水向负压区集中排出:三是利用电能在土体内造成一个电势差,驱使孔隙水排出 软黏土、淤泥和淤泥质土地基
砂井预压法
袋装砂井预压法
塑料排水板预压法
降水预压法
真空预压法
电渗预压法
复合地基法 树根桩 利用就地灌注的小直径桩(直径在75~250mm),与土体构成复合地基,提高地基承载力,增加地基的稳定性和减少沉降 各类土
振冲混凝土薄壁管桩 利用振动机械击沉薄壁套管至设计深度,然后一边振动拔管,一边将配制好的填料倒人套管之间,反复振冲,混凝土填料与挤密土柱一起形成复合地基共同承受上部荷载。其深度可达
22m左右
CFG桩 利用振动打桩机击沉直径为300~400mm的桩管,在管内边振动边填人碎石、粉煤灰、水泥和水按一定比例配合的材料,形成半刚性的桩体,与原地基形成复合地基,也可用其他方法土、黏性土成孔 淤泥质土、杂填
深层搅拌桩(粉喷桩) 以水泥和石灰等材料为固化剂,利用深层搅拌机械对原位软土进行强制搅拌,经过物理和化学作用生成较坚硬的拌和体,与原地基形成复合地基,提高地基承载力,增加地基的稳定性性土、粉土和减少沉降 淤泥、杂填土、黏
高压喷射注漿法(旋喷桩) 利用钻机把带有喷嘴的注浆钻管钻进到预定土层后,再以20MPa左右的高压将配制好的填料从喷嘴中喷射出来冲击并破毁土体,在喷射提升过程中与周围土体混合形成桩体固结体 淤泥、淤泥质土、杂填土、黏性土地基
碎石桩 利用成孔过程中沉管对土体的振密和挤密作用,使土体向四周挤压密实,同时分层填人并夯实碎石,形成石桩与土的复合土、杂填土、湿陷性地基 松散的非饱和黏性黄土
砂桩 由水力振冲或沉桩机成孔,填砂料,并振密使之置换部分软黏土,并使土中水分逐渐排出而固结,以提高地基承载力 软弱黏性土
钢渣桩 用振动打桩成孔工艺成孔,将废钢渣分批投人并振密直至成桩,与原地基土形成复合地基,提高地基承载力
改善地基虚力条件法 冻结法 通过人工冷却,使地基温度低到孔原水的冰点以下,使孔隙水冻结,从而获得理想的截水性和较高的承载能力 饱和的砂土或黏性土层中的临时性措施
烧结法 在软弱黏土地基的钻孔中加热,通过焙热使周围地基土减少含水量,提高强度,提高地基承载力 软黏土、湿陷性黄土
反压护道法 在路堤的两侧(或一侧)填筑适当高度与宽度的护道,路堤填土在护道荷重的作用下所形成的反向力矩平衡其滑动力矩,因而保证路堤的稳定
土工材料加固法 将土工材料铺设在加固软土地基与路堤之间,通过土工材料将上部填料的垂直变形向水平方向扩散,使上部材料的抗剪变形能力得到充分发挥,以达到提高承载能力的目的 砂土、黏性土、软土
动力挤密法 强夯法 将一定质量的夯锤从适当高度自由落下。反复夯击地面,地基土在强夯的冲击力与振动力共同作用下得到振实挤密,从而提高地基的承载能力,降低其压缩性 杂填土、非饱和性黏土及湿陷性黄土
重锤夯实法 利用起重机械将重锤提到一定高度,然后自由下落,反复夯击地基后,在地基表面形成一层较密实的土层,从而提高地基表面土层的强度 地下水位以上稍湿的黏性土、湿陷性黄土、杂填土和分层填土
爆破法 利用钻孔等方法将一根根管子按一定的间距打设在需要加固的土层位置,在管内填人炸药,按预定方式引爆,土体在冲击波的作用下被挤实,使地基强度得到提高 适应于饱和净砂土地基
机械碾压法 利用压路机、推土机等机械设备来回开动压实地基土,分层填土分层压实 处理浅层非饱和软弱地基、湿陷性黄土地基、膨胀土地基以及杂填土
挤密砂桩(碎石
桩、石灰庄、土桩)
利用挤密或振动使深层土密实,并在挤密和振动过程中回填砂、碎石、石灰、灰土等材料形成砂桩、碎石桩等,与桩间挤密土体形成复合地基,提高地基承载力,减少沉降量,消除或部分消除土的湿陷性或液化性 一般适用于杂填土、松散砂土。石灰桩适用于软弱黏性土

软土地基上建筑损坏

软土地基上建筑损坏原因及措施:

1)建筑体型复杂或荷载差异较大,引起不均匀沉降。

建筑体型是指建筑物的平面形状和立面布置。建筑物由于使用上的要求,其平面形状往往具有各种不同的图形,如“L”形、“工”字形、“T”字形、“山”字形等,诸如这种平面形状较为复杂的建筑物,即使层数相同、上部结构荷载较为均匀,但在其纵横单元交接的部位,一般基础密集,地基中应力重叠。因此,该处地基应力比其他部位大,沉降也就大于其他部位,形成局部的沉降中心,致使建筑物发生过大的挠曲或倾斜,而导致裂缝的出现。同样由于使用上的要求,建筑物在立面布置时,有时是高低起伏、参差不齐的。对于各部位高度不相同的建筑物或各部位高度虽然相同,但荷载差别较大的建筑物,由于高度较大的部位(或荷载较大的部位)产生的沉降比其他部位大,当这种不均匀沉降引起的附加应力过大时,就会引起上部结构的裂缝。

对这类损坏的既有建筑,可根据损坏程度和加固施工的可行性等,选用局部卸荷(如挖除室内厚填土,用架空预制板作地板,改用轻质墙体等)、增加上部结构或基础刚度、加深基础、锚杆静压桩、树根桩、注浆加固等地基处理措施。

2)局部软弱土层或暗塘、暗沟等引起过大的差异沉降。

建筑物范围内分布有局部软弱土层或暗塘、暗沟等是造成建筑物开裂损坏的重要原因,一般由于勘察工作的疏漏,施工验槽时又未发现,这样就留下了隐患。由于暗塘、暗沟等一般都是任意填筑形成,填筑材料的成分杂乱,有机物含量较大,土质松软,压缩性较高,因而,在此部位的建筑物沉降比其他部位大,过大的差异沉降造成建筑物的裂缝或损坏。对这类损坏的既有建筑一般可采用局部地基处理措施,即在软弱土层或暗塘、暗沟等部位采用锚杆静压桩、树根桩或旋喷桩等进行局部处理。

3)基础承受荷载过大,或加荷速率过快,引起大量沉降或不均匀沉降。

建筑物基础荷载过大就会引起较大沉降,对于软土地基来说,当荷载超过地基的临塑荷载时,地基中开始出现塑性区,部分土体将从基底向外侧挤出,引起基础大量沉降和不均匀沉降,造成建筑物的开裂或损坏。对于有些活荷载较大的构筑物,如油罐、贮仓等,使用时若活荷载施加速度过快,也会引起大量沉降或倾斜。对这类损坏的建筑物或构筑物,一般采用卸除部分荷载,加宽基础、加深基础或地基处理措施等。

4)大面积地面荷载或大面积填土引起柱基、墙基不均匀沉降、地面大量凹陷、或柱身、墙身断裂。

有些工业建筑,在建筑范围内往往具有大面积地面荷载或大面积填土,如冶金工厂的原料或成品堆场、炼钢或轧钢车间,化工厂的原料车间,水泥厂的联合贮库,机械制造厂铸工车间的露天栈挢,以及粮、盐、糖仓库等建筑物内,长期堆放原料、成品及各种货物,形成地面堆载,由于这种堆载数量大,范围广,且很不均匀,常引起建筑物损坏而影响生产,如因地面荷载而造成柱基不均匀沉降,而使桥式吊车产生滑车和卡轨现象,露天车间因柱基内倾,桥式吊车轨距缩小,常发生卡轨现象;带有屋盖的厂房或仓库,当柱基或墙基内倾后,由于屋盖的顶撑作用,引起柱身或墙身挠曲,在柱身或墙身内侧常产生水平裂缝;仓库建筑常因地面大量凹陷造成地坪开裂,使货物受潮或锈蚀,地下管道断裂等。对这类损坏的建筑物,可选用锚杆静压桩、树根桩或地基处理措施等。

5)地质条件复杂或荷载分布不均,引起建筑物过大倾斜。

由于软土地基压缩性较高,因此建筑物范围内地基不均匀,如地层倾斜,土层厚薄不均,土性差别较大,存在古河道、塘、沟等局部软弱土层,以及上部结构荷载分布不均、重心偏移等因素,均可能因不均匀沉降而引起建筑物过大倾斜。对这类倾斜的建筑物,可根据地质条件及建筑结构情况进行倾斜原因的分析,选用第4章所述的纠倾措施。

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 最后更新:2024-3-30