地基處理技術的進展與動態(tài)

地基處理技術的進展與動態(tài)

隨著我國工程建設規(guī)模的日益擴大，建筑用地的日趨緊張，建筑場地的選擇范圍越來越窄，工程地質條件越來越差，施工環(huán)境的保護要求越來越高，地基處理的難度越來越大。同時，由于我國地域遼闊，更增加了工程地質條件和地基土的復雜性，愈來愈多的地基處理難題擺在了我們面前，山西省機械施工公司作為地基處理的專業(yè)隊伍，面對大量的巖土工程課題，充分發(fā)揮自己的技術優(yōu)勢和設備優(yōu)勢，不斷的探索、創(chuàng)新，取得了較大的進展和可喜的成果。

一.8000KN.m高能級強夯處理濕陷性黃土深度的突破

目前，濕陷性黃土地基處理的最常用的方法是強夯，最高能級8000KN.m，處理深度一般在10-12m之間，最多不超過13m。山西作為黃土高原地區(qū)，為數(shù)眾多的建筑場地位于濕陷性黃土地基上，由于城市、平原地區(qū)用地逐漸枯竭，建筑用地逐漸向濕陷土層深厚的黃土塬、梁、高階地發(fā)展，濕陷性黃土厚度超過15m的建筑場地越來越多。太原五龍灣水上樂園位于太原市東山山前洪積扇的上緣，其濕陷土層最大厚度達22.5m，地基處理要求消除濕陷深度最大達19m。在這樣的地基上進行甲類建筑物的建設，需要消除地基的全部濕陷量，地基處理的難度可想而知，如果能將8000KN.m高能級強夯的處理深度提高到15m以上，顯然對濕陷性黃土地基的處理有著重大的工程意義。根據(jù)我公司多年的工程經(jīng)驗，我們認為采用適當?shù)妮o助手段，8000KN.m強夯的處理深度有可能達到這一新的深度。

1.1

工程實例：山西呂梁市橫泉水庫已筑壩體強夯試驗

1.1.

1

工程概況

橫泉水庫位于山西呂梁市方山縣橫泉村，是北川河上規(guī)劃的中型水庫。該庫水壩幾度上馬和下馬，從1958年-1967年在左岸河床部分采用四種施工方法，筑壩230米，頂寬90-110米，高17米左右，頂部面積2.3萬m2，上游壩坡1：4，下游壩坡1：3.5。左壩體巖性為淡黃色、淺紅色低液限粘性土，人工填筑壩體時間、筑壩形式不同，其物理力學性質有不同程度差異。壩體天然含水量w0=5.4-23.0％，平均14.2％，干密度ρd=1.32-1.77g/cm3，平均1.52

g/cm3，壓縮系數(shù)α1-2=0.04-0.47MPa-1，具中低壓縮性；濕陷系數(shù)由上至下0.0-10.0m內，δs=0.00-0.053。局部土層具濕陷性；10.0-17.0m內，δs=0.00-0.017。土層基本無濕陷性。

1.1.2設計要求

1.濕陷系數(shù)δs＜0.015。

2.干密度ρd≥1.58-1.62

g/cm3。(具體待定)

3．有效加固深度10.0-12.0m。

1.1.3地基處理方案

由于現(xiàn)壩體的力學指標無法滿足設計要求，故擬采用8000KN.m能級強夯處理，在進行強夯試驗時，試驗大綱要求先按16m厚度的處理深度進行強夯參數(shù)的設計，以便為今后更大更厚深度的類似壩體的加固處理探索方法。

根據(jù)現(xiàn)場踏勘，壩體由于當年降水量偏高土層含水量、飽和度均高于勘測報告，土質由堅硬－硬塑狀態(tài)趨于硬塑－可塑狀態(tài)，含水量、飽和度適中，非常適宜高能級強夯。據(jù)此確定了強夯方案主要以加大夯坑深度和最后二擊貫入度為控制指標的思路。強夯施工參數(shù)表見表一。

場地地基土勘測時的含水量、飽和度與強夯施工后的含水量、飽和度指標見表2。

強夯施工參數(shù)表

表1

夯擊遍數(shù)單擊夯擊能（KN.m）夯距（m）布點形式單點夯擊參考擊數(shù)（擊）最后二擊貫入度（cm）夯坑深度（cm）

一遍點夯800010正三角形2010》5

二遍點夯800010正三角形1810》5

三遍點夯80005×8.66矩形1510》4

四遍滿夯2000—夯印相搭1/45——

1.1.4強夯加固效果

1.1.4.1夯擊數(shù)與夯坑深度

第一遍夯擊點:夯坑深度5.06-5.47m，夯擊數(shù)20-25擊。

第二遍夯擊點:夯坑深度5.06-5.47m，夯擊數(shù)20-27擊。

第三遍夯擊點:夯坑深度4.01-4.73m，夯擊數(shù)20擊。

1.1.4.2場地最終夯沉量

場地最終夯沉量=起夯面標高-夯后整平后標高，約1.60m。

1.1.4.3加固效果檢測

強夯加固后，進行了探井取樣、土工分析檢測，根據(jù)夯后4個探井和地勘報告8個探險井的干密度、孔隙比、壓縮系數(shù)、壓縮模量、濕陷系數(shù)等物理力學指標的對比(見表3-7)，強夯的有效加固深度達到了16米。

二、強夯在施工區(qū)域、地基土類型方面的進展

2004年，我公司進入云貴高原發(fā)耳電廠承擔了泥巖高填方地基強夯的試驗與施工。這也是高能級強夯首次在貴州這樣一個潮濕多雨、工程地質條件、地基土類型特殊的條件下施工。從施工地域及應用范圍上實現(xiàn)了突破，此前貴州也曾進行了強夯小面積的試驗，但未取得成功。

2.1工程實例：貴州省發(fā)耳電廠（4×60MW）高填方地基強夯試驗與施工

2.1.1工程地質概況

建筑場地位于黔西高原發(fā)耳旋扭構造形成的向斜盆地中，現(xiàn)場山巒疊障，地形破碎，主廠房和冷卻塔地基處于剝蝕中低山斜坡，廠坪自然地面標高1015-1125m，高差約110m，建筑場地工程不良地質現(xiàn)象強列發(fā)育，滑坡、小煤窯采空區(qū)、舊河道分布廣泛，斜坡上裂隙水、泉水多處露頭，場地地基土主要為第四系成因類型多樣的殘坡積層，沖洪積層及滑坡堆積層，下伏基巖為二迭系的砂、泥巖互層夾煤層。地基土主要為粉質粘土、含碎石粘性土、含粘性土碎石。地基土表層中的沖洪層和殘坡積層中含有相當數(shù)量的高飽和度軟土，承載力80Kpa，壓縮模量3-4Mpa。高填方填料主要為現(xiàn)場開挖出的殘坡積粉質粘土、砂巖、泥巖，其中以泥巖和殘坡積粉質粘土為主。

2.1.2場區(qū)地基處理面臨的幾個主要巖土工程課題

1.建筑場地處于大挖大填地段，主要建筑場地位于高填方場地上，最大填方高度35m，場地穩(wěn)定性問題十分突出，同時由于斜坡地帶地下水出露，使場地穩(wěn)定性問題更為突出。

2.建筑場地位于亞熱帶濕潤地區(qū)，潮濕多雨，場地地基土含水量無法控制，舊河道一帶、地下水位埋藏淺，地基土主要為粘性土碎石混合土，場地地基的土夯實加固難度大。

3.高填方地基回填土主要為粘性土和泥巖，本場地泥巖以粘土礦物為主，極易風化，浸水后分解軟化，失水后易龜裂崩解，泥巖作為主要填料，強夯加固的可行性及夯后的強度是未知因素。

2.1.3強夯方案的確定

2.1.3.1強夯處理的范圍

強夯處理的范圍分為兩大部分：1.原土地面強夯，這部分包括了整個場區(qū)填方范圍內的原地表，一部分為河流改道后的舊河道，一部分為中低山斜坡及耕地；2.填筑體強夯，即按設計要求填筑厚度分層填筑起來的強夯加固層。

2.1.3.2填筑體的分層厚度

填筑體的分層厚度按9m、6m、5m三種厚度試驗，最后根據(jù)強夯試驗結果確定為6m。

2.1.3.3強夯方法

1.在原土地區(qū)采用直接強夯法，主要為地下水位較低和斜坡地帶無軟土復蓋區(qū)。

2.在地下水位較高（地下水位埋深＜1.5m）和斜坡地帶有軟土復蓋區(qū)，采用夯坑中加填料（半置換強夯法）。

3.填筑體強夯，主要采用直接強夯法，夯后夯坑用回填土填平后再進行下一遍強夯，當強夯期間遭遇多雨時，可酌情采用半置換法。

2.1.3.4強夯能級

1.原地面強夯：處理深度在5-7m時，采用4000KN.m；處理深度在7-10m時，采用6000KN.m。

2.填筑體強夯：經(jīng)試驗驗證，6m厚度4000KN.m能級強夯加固效果、綜合效益最佳。

2.1.3.5場地穩(wěn)定性保證措施

1.原地面的清理，對原地面的耕土、草皮、樹根采用推土機、人工全部清除，開挖厚度30-50cm，對原地表的軟土層一般挖除，當軟土層太厚時，采用強夯置換處理。

2.做好填筑面與原地面結合部的處理，山坡的填方地段，填土堆積前對原始傾斜坡度大于5度的地表挖成階梯形，并進行反臺階處理，臺階寬度不小于6m，階梯高寬比不大于1∶3。

3.地表水的處理

對地面存在的泉眼、地下徑流逐個處理，設置暗管，盲溝引出場區(qū)。

4.在填方標高至1035米和1041米（填方地坪標高±0.00為1060.30m）,設置兩層排水網(wǎng)絡。

5.在強夯區(qū)和人工邊坡?lián)鯄χg設置過渡帶，過渡帶寬度6m，過渡帶構筑與邊坡?lián)鯄χg設置反濾層，與過濾帶一并分層碾壓構筑完成。

2.1.3.6飽和填土的強夯施工措施

1.原地表處理后和填筑體填筑前，先設一層砂巖碎石土，厚度80cm，以利于填土層下部的排水。

2.本場地充分利用泥巖，改善填土的透水性。我們認為泥巖雖說是物理力學性質很差的一種軟巖，但必竟屬于巖石類，在其未分解和軟化前，其透水性和強度應好于一般粘性土，而其分解軟化畢竟還需要一個過程和持續(xù)的時間。如果能及時回填及時強夯，趨利避害，使的泥巖在分解軟化前就強夯完畢。事實證明，這是本場地順利施工的關健所在。

3.施工現(xiàn)場配有排水泵及其它排水設施，在大雨時及時將夯坑水排出。

2.1.4強夯加固效果

2.1.4.1原土基強夯加固效果

強夯加固效果的檢驗采用超重動力觸探N120、靜力載荷、干密度試驗、現(xiàn)場直接剪切試驗。檢測結果表明，4000KN.m直接強夯的有效加固深度為7m，6000KN.m直接強夯的有效加固深度為9m，4000KN.m填料強夯有效加固深度為7.0m。

原土區(qū)強夯效果檢測結果

表8

試驗分區(qū)承載力特征值（kpa）變形模量（Mpa）文克勒系數(shù)壓實系數(shù)(λc)加固深度（m）抗剪強度

原土基直接強夯4000KN.m試區(qū)30027.0446.4＞0.97≥7

原土基直接強夯6000KN.m試區(qū)≥30057.862.6＞0.97≥9

原土基半置換強夯4000KN.m試區(qū)30024.842.6＞0.97≥7C=6

kpa

φ＞3502.1.4.2填筑體強夯加固效果

表9

比例界限

（kpa）比例界限時

沉降量（mm）變形模量（Mpa）承載力特征值（kpa）文克勒系數(shù)壓實系數(shù)λc

原土

狀態(tài)飽和

狀態(tài)原土

狀態(tài)飽和

狀態(tài)原土

狀態(tài)飽和

狀態(tài)飽和

狀態(tài)飽和

狀態(tài)〉0.97

3253007.386.5833.8726.5430045.6三、靜態(tài)泥漿護壁、旋挖鉆孔灌注樁在巨厚砂、卵石層地基中的應用

靜態(tài)泥漿護壁、旋挖鉆孔灌注樁施工工藝是我公司率先在山西開發(fā)的一項灌注樁成樁工藝，依據(jù)本項工藝編寫的工法2003年被建設部和中國建筑業(yè)協(xié)會批準為國家級工法。此項工藝采用非水介質排渣。鉆渣土直接由鉆具帶出，不依靠泥漿輸送，大大減少了泥漿的使用量，因而鉆孔泥皮薄，側摩阻力損失小，孔形規(guī)矩，混凝土灌注量穩(wěn)定，同時鉆桿自由伸縮，機械化程度高，環(huán)境污染小，噪聲低，振動小是鉆孔灌注樁成孔工藝的發(fā)展方向。本項工藝在山西、北京、西安等地廣泛應用，取得了良好的社會效率和經(jīng)濟效率。但該工藝對施工技術有著較高的要求，其關鍵技術有兩項。一是為適應不同地層的鉆孔要求，應配制性能不同的高質量穩(wěn)定液（泥漿）；二是為適應不同地層的鉆進要求需配備不同規(guī)格類型的鉆具。目前，我國該項工藝的主要施工設備主要均為國外引進。鉆具的配套費用相當昂貴，我們不可能化費大量資金進行完善配套，只能有選擇、有重點的配套。在我們引進的鉆具中只是購置了用途較廣的筒鉆、短螺旋鉆和砂鉆。因而在遇到高地下水位、巨厚砂、卵石地層時，碰到了相當大的困難。

3.1.1密實卵石層鉆具的開發(fā)

我公司引進的意大利HR160鉆機只配備了筒鉆和國產(chǎn)砂鉆。在密實砂層中采用砂鉆鉆進時，由于砂鉆斗齒短、角度小、切削力弱，導致施工進度緩慢，有時每小時進尺僅為10-20cm，而采用筒鉆鉆進時由于筒底密封性差，在鉆頭提升過程中，鉆碴泄漏，使穩(wěn)定液中含砂量增高，給灌注造成很大困難，也曾經(jīng)采用筒鉆鉆進、砂鉆撈渣，但由于鉆頭的頻繁倒換，增加了設備、油料的損耗和工人勞動強度的增加，成孔時間也大大延長。在這樣的情況下我公司工程技術人員決定自行開發(fā)砂石鉆。第一次的鉆具改進是對砂鉆改造，增大切削角度和斗齒長度。改進后的砂鉆明顯提高了鉆進速度，但仍然存在著鉆頭筒底變形嚴重、密封不嚴、磨損較快等弊端。第二次改進，結合了巖芯鉆的鉆削原理，重點解決了斗門開啟、底板變形及密封性、斗齒磨損等難題。新設計的砂石鉆在密實卵石層中鉆進工效提高了1.5倍以上。

3.1.2穩(wěn)定液的配制

高質量的穩(wěn)定液（泥漿）配制是旋挖鉆孔灌注樁的又一關健。雖然有關穩(wěn)定液的敘述在各種技術書籍中并不少見，但由于穩(wěn)定液配制的物理化學原理較為復雜，控制指標、管理程序繁瑣；同時各種鉆進方法、不同地層、不同使用階段穩(wěn)定液所應具備的性能是不一樣的，所起的作用也是不一樣的，有些作用甚至是相互矛盾的。例如，在砂層中鉆進時，穩(wěn)定液應能起到懸浮鉆渣，使鉆渣沉降緩慢，清孔容易，而在灌注混凝土時，則希望泥漿具有與混凝土不相混合，同時具有使鉆渣顆粒聚集加速沉淀的性能。在泥漿循環(huán)凈置時，希望穩(wěn)定液粘土顆粒與水不分離不沉淀，而卻希望泥漿中鉆渣盡快絮凝沉淀而分離出去。希望穩(wěn)定液能同時具備這些功能，的確不是一件容易的事。我公司工程技術人員經(jīng)過多方請教認真學習，多次試驗，精心配制，終于能熟悉掌握、正確配制和使用穩(wěn)定液，使旋挖鉆孔灌注樁工藝取得了突出進展，保證了在復雜地層中施工的順利和質量的要求。

3.1.3工程實例：太原市環(huán)城高速公路西北環(huán)汾河特大橋鉆孔灌注樁工程

3.1.3.1工程概況：太原市環(huán)城高速公路西北環(huán)汾河特大橋，橋型為雙塔斜拉橋，塔基基礎為混凝土鉆孔灌注樁，樁徑D=1.5m，樁長35-58.5m，樁數(shù)80根。其中由我公司施工的共74根。場地土層主要為汾河沖積層，以粉土、粉細砂、砂卵石為主。由我公司施工的灌注樁按土層分布和樁長為以下幾個類型。

1.一組樁：樁長35m，地基土層主要分為3層，①層粉土，厚度6-10m左右；②層粉質粘土，厚度7-10m左右；③層卵石層，厚度12.89-29.0m左右此類樁數(shù)38根。

2.二組樁：樁長57.5m，地基土層也主要分為3層，其①層和②層與一組樁相同，只是③層厚度在