软弱地基

33
摘要《建筑地基处理技术规范》(JGJ 79—2012)中规定,软弱地基系指主要含淤泥、淤泥质土、杂填土、冲填土或其他高压缩性土层构成的地基。在建筑地基的局部范围内有高压缩性土层时,应按局部软弱土层考虑。 随着我国国民经济的高速发展,基本建设蓬勃兴起,建设用地日益紧张,许多工程不得不建...

软弱地基

《建筑地基处理技术规范》(JGJ 79—2012)中规定,软弱地基系指主要含淤泥、淤泥质土、杂填土、冲填土或其他高压缩性土层构成的地基。在建筑地基的局部范围内有高压缩性土层时,应按局部软弱土层考虑。

随着我国国民经济的高速发展,基本建设蓬勃兴起,建设用地日益紧张,许多工程不得不建造在过去被认为不适合建筑的场地上。同时,高层、超高层建筑和大型、重型的构筑物日渐增多,上部结构荷载日益增大,对地基的变形要求更加严格,原来尚属良好的地基,也可能在新的条件下不能满足上部结构的要求。因此,必须对那些土质软弱、不能满足建(构)筑物强度和变形要求的地基采取各种加固、补强等措施,改善地基的工程性状,以满足工程要求。

软弱地基工程特性

软弱土一般指土质疏松、压缩性高、抗剪强度低的软土(如软黏上)、松散砂土和未经处理的填土。

1.软土

软土是含水量高和饱和度高、孔隙比大、透水性低和灵敏度高的黏性土和粉土,包括淤泥、淤泥质土、有机沉积物(泥炭土和沼泽土)和其他高压缩性的黏性土和粉土。

软土的工程特性与一般黏性土不同:

(1)软土的强度是比较低的,不排水抗剪强度一般小于20kPa。其大小与土层的排水固结条件有密切的关系;

(2)软土的透水性较差,其渗透系数一般在i×10−5~i×10−7mm/s(i=1,2,…,9)之间。因此土层在自重或荷载作用下达到完全固结所需的时间很长;

(3)软土具有显著的结构性。特别是滨海相的软土,一旦受到扰动(振功、搅拌或搓揉等),其絮状结构受到破坏,土的强度显著降低,甚至呈流动状态;

(4)软土的流变性是比较明显的。在不变的剪应力的作用下,将连续产生缓慢的剪切变形,并可能导致抗剪强度的衰减。在固结沉降完成之后,软土还可能继续产生可观的次固结沉降。许多工程的现场实测结果表明:当土中孔隙水压力完全消散后,基础还继续沉降;

(5)软土的构造较为复杂。由于软土具有强度较低、压缩性较低和透水性很小等特性,因此,在软土地基上修建建筑物,必须重视地基的变形和稳定问题。

2.冲填土

冲填土系由水力冲填泥砂而形成的填土。一般是结合整治或疏浚江河航道,用高压泥浆泵将河底泥砂通过输泥管排放到地面而形成的大片冲填土层。冲填土具有以下特点:

(1)颗粒组成随泥砂来源而不同,粗细不一,有的是砂粒,但大多数情况是黏粒和粉粒;在吹泥的入口处,沉积的土粒较粗,顺着出口方向则逐渐变细;土粒沉淀后常形成约1%的坡度;

(2)由于土粒不均匀分布,以及受表面形成的自然坡度影响,因而距入口处越远,土料越细,排水越慢,土的含水量也越大;

(3)冲填土的含水量较大,一般都大于液限;

(4)冲填前原地面形状和冲填过程中是否采取排水措施对冲填土的排水固结影响很大;如原地面高低不平或局部低洼,冲填后土内水不易排出,长期处于饱和软弱状态。

3.杂填土

由于杂填土是人类活动所形成的无规则堆填物,因而具有如下特性:

(1)成分复杂。有碎砖、瓦砾和腐木等建筑垃圾,残骨、炉灰和杂物等生活垃圾和矿渣、煤渣和废土等工业底料;

(2)无规律性。成层有厚有薄,土的颗粒和孔隙有大有小,强度和压缩性有高有低;

(3)性质随着堆填龄期而变化。填龄较短的杂填土往往在自重的作用下沉降尚未稳定,在水的作用下,细颗粒有被冲刷而塌陷的可能;一般认为,填龄达五年以上的填土,性质才逐渐趋于稳定;杂填土的承载力常随填龄增大而提高;

(4)含腐殖质及水化物。以生活垃圾为主的填土,其中腐殖质的含量常较高。随着有机质的腐化,地基的沉降将增大;以工业残渣为主的填土,要注意其中可能含有水化物,因而遇水后容易发生膨胀和崩解,使填土的强度迅速降低。

在大多数情况下,杂填土是比较疏松和不均匀的,在同一建筑场地的不同位置,其承载力和压缩性往往有较大的差异。如作为地基持力层,一般须经人工处理。

软弱地基处理问题

衡量地基好坏的一个主要标准就是看其承载力和变形性能是否满足要求。地基处理就是利用换填、夯实、挤密、排水、胶结和加筋等方法对地基进行加固,用以改良地基土的特性。工程实际中建筑地基所需处理的问题表现在以下几个方面:

(一)地基的强度与稳定性问题

当地基的抗剪强度不足以支撑上部结构传来的荷载时,地基就会产生局部剪切或整体滑移破坏,它不仅影响建筑物的正常使用,还将对建筑物的安全构成很大威胁,以至于造成灾难性的后果。

(二)地基的变形问题

地基在上部荷载作用下,产生严重沉降或不均匀沉降时,就会影响建筑物的正常使用,甚至引发建筑物整体倾斜、墙体开裂、基础断裂等事故。

(三)地基的渗漏与溶蚀

水库一类构筑物的地基发生渗漏就会使库内存水渗漏,严重的会引起溃坝等破坏。溶蚀会使地面塌陷。

(四)地基振动液化与振沉

强烈地震会引起地表以下一定深度范围内含水饱和的粉土和砂土产生液化,使地基丧失承载力,造成地表、地基或公路发生破坏;会造成软弱黏性土发生振沉现象,导致地基下沉。

软弱地基处理目的

地基处理的目的在于:① 提高地基的强度,增加其稳定性;② 降低地基的压缩性,减少其变形;③ 减少其渗漏或加强其抵抗渗透变形的能力;④ 改善地基的动力特性,提高其抗震性能。

软弱地基处理方法

软土地基处理方法有堆载预压法、垫层与浅层处治、排水固结法、强夯法、复合桩基法、轻质路堤法等。

处理方案 作用机理 工程特性 适用范围 费用估算
堆载预压 利用土层固有排水通道,堆载加压促使地基排水固结 施工工艺简单,工期长 适用于淤泥质土、淤泥、冲填土、素填土等软弱地基 30~50
元/m³
垫层及浅层处治 用低压缩性、稳定性好材料置换软弱土层,提高地基承载力 施工工艺简单,对浅层软土的处理,施工快 清淤回填,或表层软土厚度小于3.0m的路段 30~100
元/m³
排水固结 利用横向和竖向排水体形成的排水体系,缩短地基土体的排水通道,加速软土排水固结,提高软土的强度 施工工艺较复杂,施工工期长 适用于处理饱和和软弱土层,但对渗透性极低的泥炭土要慎用。和堆载预压一起使用效果更好 80~150
元/m²
强夯 利用冲击能量以波的形式改变土体的物理力学性质,增加地基稳定性,减少沉降,增强抗液化能力 施工工艺简单,速度快,工期短,费用低,对周围环境的影响大 加固碎石土、砂土、塑性指数小于10的黏性土、湿陷性黄土、杂填土以及粉性土等效果较好 50~100
元/m²


水泥
搅拌法
通过深层搅拌机械将水泥等固化剂与软土搅拌,利用两者间的物理化学反应改善软土物理力学性质,达到提高地基土承载力,减小沉降的目的 施工工艺复杂,造价较高,能一定程度提高地基承载能力,处理有效厚度一般在10~15m 适用于处理正常固结的淤泥质土淤泥、粉性土、黏性土、素填土以及无流动地下水的饱和松散砂土等地基 20~40
元/m
桩法 对砂土、粉土和碎石土
桩碎(砂)石(含风化土)具有挤密和
置换作用;还有一定程度的排水作用
施工工艺复杂,能有效提高地基抗震液化能力,施工时
对周围环境影响大
适用于砂土、粉性土、黏性土、人工填土等地基以及液化地基 40~60
元/m
管桩法 刚性复合地基,桩和桩间土共同承担路基荷,管桩可穿透软土层,以较硬土层作为持力层 施工工艺复杂,复合层变形小,地基稳定性好 适用于处理淤泥质土、粉性土、黏性土、素填土等地基 200~250
元/m



粉煤灰 通过减小路堤自重荷载,减小路堤总沉降,增强路基稳定 施工工艺简单,效果一般 工程沿线粉煤灰丰富的软土路基 60~100
元/m
泡沫
混凝土
施工工艺较复杂 适用于高填方路堤,地基软土深厚 300~400
元/m
EPS 施工工艺复杂,材料供应有限 适用于高填方路堤,地基软土深厚 250~400
元/m

改扩建工程的软土地基处理应符合以下要求:

(1)地基处理措施的选取和设计,应综合考虑软土层厚度和埋深、既有地基的固结度和剩余沉降情况、路基高度和拼接形式等因素,控制拓宽路基的沉降并尽量减小对既有路基的影响。

(2)浅层软土地基,可采用垫层和浅层处理措施减小拓宽路基的沉降。

(3)深厚软土地基,优先采用复合地基,其次采用轻质路堤等处理措施,不宜采用对既有路基产生严重影响的排水固结法或强夯法,轻质路堤宜采用现浇泡沫混凝土或EPS。对于鱼(水)塘、河流、水库等路段,需要排水清淤时,应采取防渗和隔水措施后方可降水。

(4)新老路基分离设置,且距离小于20m时,可采用设置隔离措施或对新建路基地基予以处理,减小新建路基对既有路基的沉降影响。

软弱地基利用与处理

(一)利用软弱土层作为持力层时应符合的规定

1.对于淤泥和淤泥质土,宜利用其上覆较好土层作为持力层,当上覆土层较薄,应采取避免施工时对淤泥和淤泥质土扰动的措施。

2.对于冲填土、建筑垃圾和性能稳定的工业废料,当均匀性和密实度较好时,可利用其作为轻型建筑物地基的持力层。

(二)局部软弱土层及暗塘、暗沟等的处理方法

当地基承载力或变形不能满足设计要求时,地基处理可选用机械压实、堆载预压、真空预压、换填垫层或复合地基等方法。处理后的地基承载力应通过试验确定。

1.机械压实,包括重锤夯实、强夯、振动压实等方法,可用于处理由建筑垃圾或工业废料组成的杂填土地基,处理有效深度应通过试验确定。

2.堆载预压,可用于处理较厚淤泥和淤泥质土地基。预压荷载宜大于设计荷载,预压时间应根据建筑物的要求及地基固结情况确定,并应考虑堆载大小和速率对堆载效果和周围建筑物的影响。采用塑料排水带或砂井进行堆载预压和真空预压时,应在塑料排水带或砂井顶部做排水砂垫层。

3.换填垫层(包括加筋垫层),可用于软弱地基的浅层处理。垫层材料可采用中砂、粗砂、砾砂、角(圆)砾、碎(卵)石、矿渣、灰土、黏性土,以及其他性能稳定、无腐蚀性的材料。加筋材料可采用高强度、低徐变、耐久性好的土工合成材料。

4.复合地基设计应满足建筑物承载力和变形要求。

软弱地基的建筑措施

在满足使用和其他要求的前提下,软弱地基上的建筑体型应力求简单。当软弱地基上的建筑体型比较复杂时,宜根据其平面形状和高度差异情况,在适当部位用沉降缝将其划分成若干个刚度较好的单元;当高度差异或荷载差异较大时,可将两者隔开一定距离,当拉开距离后的两单元必须连接时,应采用能自由沉降的连接构造。

当建筑物设置沉降缝时,应符合下列规定:

(1)建筑物的下列部位,宜设置沉降缝:

① 建筑平面的转折部位;

② 高度差异或荷载差异处;

③ 长高比过大的砌体承重结构或钢筋混凝土框架结构的适当部位;

④ 地基土的压缩性有显著差异处;

⑤ 建筑结构或基础类型不同处;

⑥ 分期建造房屋的交界处。

(2)沉降缝应有足够的宽度,沉降缝宽度可按表选用。

房屋层数 沉降缝宽度
2~3 50~80
4~5 80~120
>5 ≥120

相邻高耸结构或对倾斜要求严格的构筑物的外墙间隔距离,应根据倾斜允许值计算确定。

建筑物各组成部分的标高,应根据可能产生的不均匀沉降采取下列相应措施:

① 室内地坪和地下设施的标高,应根据预估沉降量予以提高。建筑物各部分(或设备之间)有联系时,可将沉降较大者标高提高;

② 建筑物与设备之间应留有净空。当建筑物有管道穿过时应预留孔洞,或采用柔性的管道接头等。

软弱地基的结构措施

(一)减少建筑物沉降和不均匀沉降的措施

为减少建筑物沉降和不均匀沉降,可采用下列措施:

(1)选用轻型结构,减轻墙体自重,采用架空地板代替室内填土;

(2)设置地下室或半地下室,采用覆土少、自重轻的基础形式;

(3)调整各部分的荷载分布、基础宽度或埋置深度;

(4)对不均匀沉降要求严格的建筑物,可选用较小的基底压力。

(二)增强整体刚度和承载力的措施

对于建筑体型复杂、荷载差异较大的框架结构,可采用箱基、桩基础、筏基等加强基础整体刚度,减少不均匀沉降。对于砌体承重结构的房屋,宜采用下列措施增强整体刚度和承载力:

(1)对于3层和3层以上的房屋,其长高比L/Hf不宜大于2.5;当房屋的长高比为2.5<L/Hf≤3.0时,宜做到纵墙不转折或少转折,并应控制其内横墙间距或增强基础刚度和承载力。当房屋的预估最大沉降量不大于120mm时,其长高比可不受限制;

(2)墙体内宜设置钢筋混凝土圈梁或钢筋砖圈梁;

(3)在墙体上开洞时,宜在开洞部位配筋或采用构造柱及圈梁加强,圈梁应按下列要求设置:

① 在多层房屋的基础和顶层处应各设置一道,其他各层可隔层设置,必要时也可逐层设置。单层工业厂房、仓库,可结合基础梁、连系梁、过梁等酌情设置。

② 圈梁应设置在外墙、内纵墙和主要内横墙上,并宜在平面内连成封闭系统。

继续阅读