[建筑地基的加固方法探讨]既有建筑地基基础加固技术规范

　　摘要 本文针对我国东南沿海和内陆广泛分布着饱和软粘土的地质情况和特点，介绍了排水固结法的是原理、加固地基的方法以及排水固结法施工的具体措施，与此同时对适应各类建筑工程的需要的处理地基的灌浆法也进行了详细的阐述。
　　关键词 建筑；地基；排水固结；灌浆法
　　中图分类号TU9 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）35-0112-02
　　1 排水固结法
　　1.1排水固结法原理
　　饱和软粘土含水量大、孔隙比大、颗粒细，因而压缩性高、强度低、透水性差。在该地基上直接修建筑物或进行填方工程时，由于在荷载作用下会产生很大的固结沉降和沉降差，且地基土强度不够，其承载力和稳定性也往往不能满足工程要求，在工程实践中，常采用排水固结法对软粘土地基进行处理。
　　根据太沙基固结理论，饱和粘性土固结所需的时间和排水距离的平方成正比。为了加速土层固结，最有效的方法是增加土层排水途径，缩短排水距离。因此常在被加固地基中置入砂井、塑料排水板等竖向排水体，使土层中孔隙水主要从水平向通过砂井和部分从竖向排出，砂井缩短了排水距离，因而大大加速了地基的固结速率。
　　1.2用排水固结原理加固地基的方法
　　排水固结法的实施有两个方面，一是加载预压；另一是排水，即在地基中做排水通道，以缩短孔隙水渗流距离，加速地基土固结过程。
　　1.2.1预压方法
　　预压方法有堆载法、真空法、降低地下水位法等。在实际中，可单独使用一种方法，也可将几种方法联合使用。
　　1）堆载预压法
　　堆载预压法是工程上常用的有效方法，堆载一般用填土、砂石等散粒材料，当采用加载预压时必须控制加载速度，制定出分级加载计划，以防地基在预压过程中丧失稳定性，因而所需工期较长。
　　2）真空预压法
　　真空预压法是在需要加固的软粘土地基内设置砂井，然后在地面铺设砂垫层，其上覆盖不透气的密封膜，使与大气隔绝，通过埋设于砂垫层中的吸水管道，用真空装置进行抽气，将膜内空气排出，因而在膜内产生一个负压，促使孔隙水从砂井排出，达到固结的目的。
　　真空预压法适用于一般软粘土地基，但在粘土层与透水层相间的地基，抽真空时地下水会大量流入，不可能得到规定的负压，故不宜采用此法。
　　3）降低地下水位法
　　地基土中地下水位下降，则土的自重有效应力增加，促使地基土体固结。
　　降低地下水位法最适宜于砂或砂性土地基，也适用于软粘土层上存在砂或砂性土的情况。对于深厚的软粘土层，为加速其固结，可设置砂井，并采用井点降低地下水位。但降低地下水位，可能引起邻近建筑物基础的附加沉降，对此必须引起足够的重视。
　　1.2.2排水方法
　　排水方法是在地基中置入排水体，以缩短土层排水距离。竖向排水体可用就地灌筑砂井、袋装砂井、塑料排水板等做成。水平排水体一般由地基表面的砂垫层组成。当软粘土层较薄，或土的渗透性较好而施工期又较长时，可仅在地表铺设一定厚度的砂垫层，当加载后，土层中的孔隙水竖向流入砂垫层而排出。对于厚度大、透水性又很差的软粘土，需同时用水平排水体和竖向排水体构成排水系统，使土层孔隙水由竖向排水体流入水平排水体。
　　一般工程应用总是综合考虑预压和排水两种措施，最常用的方法是砂井预压固结法。
　　也可以用类似的机具将石灰粉末与地基土进行搅拌形成石灰土桩。石灰与土进行离子交换和凝硬作用而使加固土硬化。初步研究表明当一般石灰用量（按重量计）为10%~12%以内时，石灰土强度随石灰含量的增加而提高，对不排水抗剪强度为10kPa~15kPa的软粘土，石灰与土搅拌后的强度通常可达原土强度的10~15倍。但石灰含量超过12%后抗剪强度不再增大。
　　无论是水泥土桩或石灰土桩都与四周原位土形成复合地基。故应采用复合地基理论进行分析。
　　深层搅拌法用于处理比较软弱的地基，适用的土类为淤泥、淤泥质土、粉土和含水量较高且地基承载力特征值不大于120kPa的软粘土。
　　1.3排水固结法施工
　　1.3.1施工
　　应用排水固结法加固软粘土地基，其施工顺序如下：1）铺设水平排水垫层；2）设置竖向排水体；3）埋设观测设备；4）实施预压；5）检查预压效果；6）若不满足设计要求，则更改设计至满足设计要求为止。从施工角度分析，要保证排水固结法的加固效果，主要要做好3个环节，即铺设水平排水垫层、设置竖向排水体、施加固结压力。
　　1.3.2现场观测
　　在采用排水固结法加固地基时，应根据现场观测资料分析地基在堆载预压过程中和竣工后的固结、强度和沉降的变化，其不仅是发展理论及评价处理效果的依据，同时也可及时防止因设计和施工的不完善而引起的意外工程事故。工程上通常应进行孔隙水压力观测、沉降观测、侧向位移观测等。
　　2灌浆法
　　灌浆法是用液压或气压把能凝固的浆液注入有缝隙的岩土介质或物体中，以改善灌浆对象的物理力学性质，适应各类建筑工程的需要。下面主要介绍与地基处理有关的灌浆法。
　　2.1灌浆的目的及应用
　　灌浆的主要目的有：
　　1）加固。提高岩土的力学强度和变形模量，增强基础与周围岩土介质之间的结合，提高地基承载力，减少地基压缩变形，保证土体稳定性；
　　2）纠偏。使已发生不均匀沉降的建筑物恢复正常位置；
　　3）防渗。降低岩土渗透性，减少渗流量，提高抗渗能力；
　　4）堵漏。截断岩土中渗透水流。
　　灌浆法适用于土木工程中的各个领域。
　　2.2灌浆材料
　　灌浆工程中所用的浆液是由主剂（原材料）、溶剂（水或其它溶剂）及各种外加剂混合而成，通常所说的灌浆材料，是指浆液中所用的主剂。
　　灌浆材料常分为粒状浆材和化学浆材两个系统，其后再按材料的主要特点细分为不稳定粒状浆材、稳定粒状浆材、无机化学浆材和有机化学浆材等四类。
　　2.3灌浆理论
　　在地基处理中，灌浆工艺的实施可有不同途径，其灌浆机理可归纳为四类，即渗入性灌浆（或称压力灌浆、渗透灌浆）、劈裂灌浆、压密灌浆和电动化学灌浆。
　　2.3.1渗入性灌浆
　　渗入性灌浆是指在灌浆压力作用下，浆液在不扰动和破坏地层结构的条件下渗入岩土缝隙的灌浆。浆液的渗入与水在土中渗透相似，灌浆压力相对较低。
　　2.3.2劈裂灌浆
　　劈裂灌浆是利用水力劈裂原理，用较大的灌浆压力，使浆液克服地层初始应力和抗拉强度，使其沿小主应力作用的平面上发生劈裂，人为地制造或扩大岩土缝隙，以提高低透水性地基的可灌性和注浆量，从而获得更为满意的灌浆效果。在土层中的劈裂灌浆机理可用有效应力的库仑―莫尔破坏准则说明。地层中由于灌浆压力的作用，将使砂砾石土的有效应力减小。当灌浆压力pe达到下式的条件时，将导致地层破坏：
　　式中h-灌浆段深度；hw-地下水位高度；K-扣除浮力的小主应力与大主应力之比。
　　上式所代表的破坏机理可用莫尔包线解释。由于孔隙水压力和灌浆压力使有效应力逐渐减小，最终应力圆与破坏包线相接，表明地层已开始劈裂。
　　由劈裂灌浆的特点可知，它可应用于低透水性的岩土地层；而在不利的地质条件下，如有流动的地下水或不均匀地层情况时，可先用低强度、早胶凝的浆液灌注，再用劈裂灌浆的方法达到灌浆目的。
　　2.3.3压密灌浆
　　压密灌浆是用高压泵将稠度大的水泥浆或水泥砂浆压入预先钻好的孔内，浓浆在高压下向周围扩散，对土体起到排挤和压密作用，形成球状或圆柱状的浆泡。浆泡与土有明显的分界面。浆泡的横截面直径可达到1m或更大。
　　向外扩张的浆泡将在土体中引起复杂径向和切向应力体系。紧靠浆泡处的土体将遭受严重破坏和剪切，并形成塑性区，在此区内土体的密度可能因扰动而减小；离浆泡较远的土体则基本上发生弹性变形。实践表明，离浆泡界面0.3m~2.0m以内的土体都能受到明显的加密。
　　压密灌浆用于加固密度较低的软弱土有较好效果，但不适用于会进一步分解的有机质土。对受挤压后会出现较大孔隙水压力的饱和粘土，使用也要慎重。
　　压密灌浆特别适用于调整已经建成的建筑物的不均匀沉降。高压浆液在地基中从侧向施加压力，浆泡逐渐增大，使地基各部位按需要产生不同程度的上抬，上抬量可达10cm~30cm，其精度可控制在3mm内，从而使建筑物恢复到正常位置。压密灌浆还可用于托换方法不能加固的筏基以下土层（即将筏基临时打洞灌浆）；可用于减小地下管道设备与建筑物之间的不均匀沉降；当地基内有大孔隙或土洞时也可用压密灌浆填充。
　　2.3.4电动化学灌浆
　　如地基土的渗透系数k 本文为全文原貌 未安装PDF浏览器用户请先下载安装 原版全文