基坑土体加固的方法与适用性

基坑土体加固的方法,包括注浆(各种注浆工艺、双液速凝注浆等)、双轴搅拌桩、三轴搅拌桩(SMW)、高压旋喷桩、降水等加固方式。基坑土体加固方法及适用性可参见下表。

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表中地基加固的各施工工法可详见相关专业规程或规范。表中人工填土包括杂填土、浜填土、素填土和冲填土地基等。其中素填土是由碎石、砂土、粉土、粘性土组成的填土,其中含少量杂质;冲填土则由水力冲填泥砂形成的填土;杂填土则是由建筑垃圾、工业废料、生活垃圾等杂物组成的填土,土性不均匀,且常含有机质,会影响加固的效果和质量,?#35270;?/span>慎重对待。

在软弱土层,如上海、广州、天津等沿海城市地区,建筑深基坑在开挖时使周围土层产生?#27426;?#30340;变形,而这些变形又有可能对周围环境产生不利影响和危害。为避免坑内软弱土体的破坏,采用压浆、旋喷注浆、搅拌桩或其它方法对地基掺入?#27426;?#37327;的固化剂或使土体固结,能有效提高土体的抗压强度和土体的侧向抗力,减少土体压缩和地基变形及围护墙向坑内的位移,减少基坑开挖对环境的不利影响,并使基坑围护结构或邻近结构及环境不致发生超过?#24066;?#30340;沉降或位移。

一、注浆加固应用范围

注浆包括分层注浆法、埋管法、低坍落度砂浆法、柱状布袋注浆法等。注浆?#21830;?#39640;地基土的?#24615;?#21147;,增加围护墙内侧土体的?#27426;?#22303;压力,但对提高土体抗侧向的变?#25991;?#21147;不明显。一般在计算时不考虑提高加固区土的抗剪强度指标和土的侧向比例系数。在基坑较浅或环境尚好的砂性或粉性土基坑内可采用注浆进行地基加固处理。

对基坑土体采用注浆加固时,一般应用范围包括:

⑴ 注浆可用于坑底范围的土体加固。一般用于环境保护要求不高的基坑工程。

⑵ 在分段开挖的长而大的基坑中,如果坑内土体的纵向抗滑移稳定性不足,可对斜坡体进行加固。

⑶ 当围护墙是地下连续墙或灌注桩时,如果需要减少围护墙的垂直沉降、或提高围护墙的垂直?#24615;?#30340;能力,可用埋管注浆法对围护?#38477;?#37096;进行注浆加固。

⑷ 在围护墙外侧进行注浆加固,或用于周边环境保护的跟踪注浆以减少围护墙的侧向土压力及控制基坑周围构筑物的变形。

由于注浆工艺的局限性,注浆加固体的离散性大,均匀性和强度保证的可靠性相对较差,施工过程的质量控制?#22270;?#39564;存在不?#33539;?#24615;,其效果有时达不到设计对土体加固的强度要求。

对开挖较深的基坑采用注浆加固工艺时应综合评估其加固施工有效性。注浆加固深度的限制不包括对基坑工程中的围护墙?#38477;?#25110;立柱桩桩底的注浆加固。

二、搅拌桩加固应用范围

搅拌桩是利用钻机搅拌土体把固化剂注入土体中,并是土体与浆液搅拌混合,浆液凝固后,便在土层中形成一个圆柱状固结体。搅拌桩加固?#21830;?#39640;地基土的?#24615;?#21147;,增加围护墙内侧土体的?#27426;?#22303;压力,减少土体的压缩变形和围护墙的水平位移,增加基坑底部抗隆起稳定性和开挖边坡的稳定性。

对基坑土体采用搅拌桩加固时,一般应用范围包括:

⑴ 搅拌桩加固可用于基坑?#27426;?#21306;的土体加固,?#26434;?#29305;定的基坑工程,可根据周围环境对围护墙外侧最大地层沉降(Δmax)的限制,?#33539;?#22522;坑底部的?#24066;?#25239;隆起安全系数。

⑵ 在分段开挖的长而大的基坑中,如果坑内土体的纵向抗滑移稳定性不足,可对斜坡坡底的土体进行适当加固,可采用条分法对加固后的纵向抗滑移稳定性进行计算。

⑶ 在围护墙外侧进行搅拌加固,以减少围护墙的侧向土压力、防止围护墙接缝漏水和堵漏及控制基坑周围构筑物的变形。

⑷ 搅拌桩加固深度

加固土体的搅拌机一般有单轴、双轴和三轴,相应的水泥土搅拌桩也包括单(双)轴搅拌桩、三轴搅拌桩,标准搅拌?#26412;?#22312; 650~1200mm。搅拌桩的加固深度取决于施工机械的钻架高度、电机功率等技术?#38382;?#30001;于施工设备能力的局限性及加固效果的差别,不同工法的施工工艺的加固深度是不同?#27169;?#19988;需根据不同环境保护要求作出选择,?#21248;?#20445;工程实施的可行性和环境的安全性。国外最大加固深度已达 60m 以上,我国双(单)轴搅拌机的土体加固技术受限于施工工艺和施工设备能力的限制,其设备能力一般搅拌深度达到 18m,超出此深度时一般施工质量和加固效果难以保证,故在国内的双轴或单轴水泥土搅拌桩的加固深度一般控制在 18m 左右。三轴搅拌机的转轴刚度和搅拌机功率相比较优于双轴,相应的三轴水泥土搅拌桩的加固深度一般可达到 30m,少量进口的三轴设备的搅拌深度可达到 50m 以上。此外,国外海洋工程中开始采用大功率多?#26041;?#25292;设备,以解决海洋工程的施工?#35759;齲?#25552;高施工效率。

三、高压喷射注浆加固应用范围

高压喷射注浆对土体进行改良,土体经过高压喷射注浆后,由原来的松散状变成圆柱形,板壁形和扇型固结体,并且有良好的强度、抗渗性、耐久性。根据国内外的实践,高压喷射注浆?#21830;?#39640;加固土体的抗剪强度和地基?#24615;?#21147;,降低土体压缩性,增加围护墙内侧土体的被动土压力,减少土体的压缩变形和围护墙的水平位移,增加基坑底部抗隆起稳定性和开挖边坡的稳定性。旋喷搅拌具有提高土体抗侧向的变?#25991;?#21147;,一般在计算时可适当考虑提高加固区土的抗剪强度指标和土的侧向比例系数。

对基坑土体采用旋喷加固时,一般应用范围包括:

⑴ 旋喷加固可用于基坑?#27426;?#21306;的土体加固,可根据周围环境对围护墙外侧最大地层沉降(Δmax)的限制,?#33539;?#20986;基坑底部的?#24066;?#25239;隆起安全系数。

⑵ 对基坑开挖的边坡的土体进行适当加固,?#21830;?#39640;边坡的稳定性。

⑶ 在围护墙外侧进行旋喷加固,以减少围护墙的侧向土压力、防止围护墙接缝漏水和堵漏及控制基坑周围构筑物的变形。

⑷ 高压喷射注浆加固深度

高压喷射注浆因钻进深度较深,在软土地区的常规基坑工程中均可施工,故不作深度限制。但高压喷射注浆形成的旋喷桩桩径的离散性大,与搅拌桩桩径相比较,有?#27426;?#30340;变化范围。

⑸ 采用纯水泥浆液进行高压喷射注浆,当地下水流速较大用纯水泥浆注浆后有冲失的可能或工程有速凝早强需要时,在普通水泥中添加适量的速凝早强剂。

一般?#27492;擔?#19979;列土质的旋喷加固效果较?#36873;?#30722;性土 N<15;粘性土 N<10;素填土,不含或含少量砾石。?#26434;?#22362;硬土层、软岩以上的砂质土以及 N>10 的粘性土、人工填土层等土质条件则需要慎重考虑。?#26434;?#21547;?#26032;?#30707;的砾砂层,因浆液喷射不到卵石后侧,故常需通过现场试验?#33539;ā?/span>

旋喷桩的平面布置需根据加固的目的给予具体考虑。为了提高基坑土体的稳定?#22270;?#23569;围护墙的变形,其平面布置一般采用格栅性布置。

四、土体水平加固技术

以往地基加固,受限于施工工艺和施工设备能力的限制,仅对地基进行竖向处理,近年来,随着国家经济?#22270;?#26415;的发展,一种水平或斜向地基处理技术也已经在工程中大量运用,并已经形成《加筋水泥土桩锚支护技术规程》(CECS147-2004)。该工艺具有向土体中实现多方向加固的特点,通过对坑外土体侧向加固实现基坑稳定,是旋喷和搅拌桩土体加固技术的发展,优于?#20013;?#24120;规的单向加固技术。该加固工艺利用专用螺旋钻机在土体中成孔,在成孔同时通过螺旋钻机向土体喷射水泥砂浆液,浆液同砂土混合成水泥土,退出螺旋钻杆时(也可插入钢筋等筋材)在施工区域形成水泥土凝固体。该工艺对土体的加固具有主动的特点,可用于堤坝、基坑围护、边坡、隧道等软弱土层的加固。

该技术已成功用于广州、杭州等地的建筑基坑工程,最大加固深度达到 10m 以上,取得了?#27426;?#30340;工程经验。该工法采用侧向加固时是在开挖过程中实现?#27169;?#25925;需要考虑严密的动态施工管理措施,并加强监测与试验,?#21248;?#20445;工程施工和环境处于安全可控的范围内。此外,由于城市规划红线的限制,该工法在城市建筑基坑中应用时,尚需考?#22681;?#26448;的回收,以避免对城市地下空间的不利影响。

五、坑内降水预固结地基法

1.降水技术发展简述

上海软土层因地下水位高且有砂质粉土或?#26012;?#23618;粉砂,挖深时容易发生流砂现象。自上个世纪 50 年代来,一直对降水井技术进行试验和实践,取得了很大成效。目前的降水技术包括轻型井点、喷射井点、电渗技术、深井降水等技术 ,已广泛应用于上海的淤泥质粉质粘土或粘土?#26012;?#23618;粉砂的软土地层,也应用于粉砂、细砂和砂质粉土等地层。排水固结法施工设备简单,费用低,对环境无污染。

2.降水作用和地质条件

在基坑内外进行地基加固以提高土的强度和刚性,对治理基坑周围地层位移问题的作用,无疑是肯定?#27169;?#20294;加固地基需要?#27426;?#20195;价和施工条件。基于工程经验,在密实的砂(粉)土采用降水的方法加固?#27426;?#21306;的土体是经济合理、行之有效的方法。港口?#25509;?#25110;工业建筑的堆场一般通过降水和真空予压的方法来加固场地地基土的强度。实践表明,通过降低地下水位,可以排除土体中的?#26434;?#27700;和部分空隙水,空隙水压力逐渐消散,有效应力增加,土体的抗剪强?#20154;?#30528;有效应力的增加而提高,达到加固坑内土体的目?#27169;?#21516;时也可减少开挖过程的坑内土体的回弹,对环境保护有利。

一个场地的地质条件,将决定降水或排水的?#38382;?span> 。如果地下水位以下的土层为一般均匀的、较厚的、?#26434;?#25490;水的砂性土,则用普通井点?#20302;?#25110;单井群井均可有效地降水,另一方面,若为成层土或粘质砂土时,则需采用滤网并适当缩短井点间距一般还要采用井外的砂粒倒滤层。若基坑底下有一薄层粘土,且下为砂层,则须考虑采用喷射井点或深井打人该砂层,用以减除下层的水压力,以免基底隆起或破坏。

在上海?#26012;?#30722;层的淤泥质粘土层中,水平渗?#36214;?#25968;为 l0-4 cm/s,垂直渗?#36214;?#25968;≤10 -6 cm/s,当在此地层中的降水深度为 17~18m,自地面挖至坑底的时间为 30d 时,超前降水时间≥28d。实践说明降水固结的软弱粘土?#26012;?#30722;层强度?#21830;?#39640; 30%以上,对砂性土效果则更大。大量工程的总结资料可证明适宜降水的基坑土层,以降水法加固是最经济有效的方法。

为提高降水加固土体的效果,降水深度要经过验算而合理?#33539;ǎ?#22914;图 24-1。

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在市区建筑设施密集地区,对密封性良好的围护墙体基坑内的含水砂性土或粉质粘土夹薄砂层等可适宜降水的地层,合理布设井点,在基坑开挖前超前降水,将基坑地面至设计基坑底面以下?#27426;?#28145;度的土层疏干并排水固结,既方便了土方开挖,更有利于提高围护墙?#27426;?/span>区及基坑中土体的强度和刚度。降水加固方法受到土层条件的限制,?#21248;?#22303;地基而言,其天然?#24615;?#21147;很低,渗?#36214;?#25968;较小,其排水作用的时?#27996;?#38271;,如无水平向的夹砂层采用井点降水是很难有明显效果?#27169;?#25925;而在基坑工程中的应用应慎重考虑。

一般在降水加固前须进行地质和环境调查,以判断其实施是否符合工程实?#26159;?#20917;,或改用其他有效的加固方法。通过现场抽水试验,主要反映土体性能的变化,包括土体孔隙比、含水量、强度指标等数值,为此需进行降水效果检测。在上海粘性土夹有薄层砂层或粘性土与砂性土互层的地质条件下,以井点降水加固土体,效果明显,使用广泛。此外,在选用本方法时,应考虑降水期间对四周环境可能的不利影响和经济费用,并采取措施予以消除此不利影响。

主题:加固规范

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