振冲置换法的振冲施工中,振冲器沉入土中的最终深度,宜为超过设计处理深度以上( )m。
A 、1.2~1.5
B 、0.3~0.5
C 、0.8~1.0
D 、1.0~1.2
【正确答案:B】
地基处理方法:
在建筑学中地基的处理是十分重要的,上层建筑是否牢固地基有无可替代的作用。建筑物的地基不够好,上层建筑很可能倒塌,这样说一点也不为过,而地基处理的主要目的是采用各种地基处理方法以改善地基条件。
地基处理的对象是软弱地基和特殊土地基。我国的《建筑地基基础设计规范》(GBJ7-89)中明确规定:“软弱地基是指主要由淤泥、淤泥质土、冲填土、杂填土或其它高压缩性土层构成的地基”。
特殊土地基带有地区性的特点,它包括软土、湿陷性黄土、膨胀土、红粘土和冻土等地基。
对于地基的改善措施主要有以下五方面:
1. 改善剪切特性
地基的剪切破坏表现在建筑物的地基承载力不够;使结构失稳或土方开挖时边坡失稳;使临近地基产生隆起或基坑开挖时坑底隆起。因此,为了防止剪切破坏,就需要采取增加地基土的抗剪强度的措施。
2. 改善压缩特性
地基的高压缩性表现在建筑物的沉降和差异沉降大,因此需要采取措施提高地基土的压缩模量。
3. 改善透水特性
地基的透水性表现在堤坝、房屋等基础产生的地基渗漏;基坑开挖过程中产生流沙和管涌。因此需要研究和采取使地基土变成不透水或减少其水压力的措施。
4. 改善动力特性
地基的动力特性表现在地震时粉、砂土将会产生液化;由于交通荷载或打桩等原因,使邻近地基产生振动下沉。因此需要研究和采取使地基土防止液化,并改善振动特性以提高地基抗震性能的措施。
5. 改善特殊土的不良地基的特性
主要是指消除或减少黄土的湿陷性和膨胀土的胀缩性等地基处理的措施。
这些是基本的改善措施,如果要有坚固的地基就必须根据实际情况来选择合适的处理方法,以下几种地基的处理方法是比较实用的。
一、换填法:当建筑物基础下的持力层比较软弱、不能满足上部结构荷载对地基的要求时,常采用换土垫层来处理软弱地基。即将基础下一定范围内的土层挖去,然后回填以强度较大的砂、碎石或灰土等,并夯实至密实。
二、预压法:预压法是一种有效的软土地基处理方法。该方法的实质是,在建筑物或构筑物建造前,先在拟建场地上施加或分级施加与其相当的荷载,使土体中孔隙水排出,孔隙体积变小,土体密实,提高地基承载力和稳定性。堆载预压法处理深度一般达10m左右,真空预压法处理深度可达15m左右。
三、强夯法:强夯法是法国L·梅纳(Menard)1969年首创的一种地基加固方法,即用几十吨重锤从高处落下,反复多次夯击地面,对地基进行强力夯实。实践证明,经夯击后的地基承载力可提高2~5倍,压缩性可降低200~500%,影响深度在10m以上。
四、振冲法:振冲法是振动水冲击法的简称,按不同土类可分为振冲置换法和振冲密实法两类。振冲法在粘性土中主要起振冲置换作用,置换后填料形成的桩体与土组成复合地基;在砂土中主要起振动挤密和振动液化作用。振冲法的处理深度可达10m左右。
五、深层搅拌法:深层搅拌法系利用水泥或其它固化剂通过特制的搅拌机械,在地基中将水泥和土体强制拌和,使软弱土硬结成整体,形成具有水稳性和足够强度的水泥土桩或地下连续墙,处理深度可达8~12m。 施工过程:定位—沉入到底部—喷浆搅拌(上升)—重复搅拌(下沉)—重复搅拌(上升)—完毕
六、砂石桩法:振动沉管砂石桩是振动沉管砂桩和振动沉管碎石桩的简称。振动沉管砂石桩就是在振动机的振动作用下,把套管打入规定的设计深度,夯管入土后,挤密了套管周围土体,然后投入砂石,再排砂石于土中,振动密实成桩,多次循环后就成为砂石桩。也可采用锤击沉管方法。桩与桩间土形成复合地基,从而提高地基的承载力和防止砂土振动液化,也可用于增大软弱粘性土的整体稳定性。其处理深度达10m左右。
七、土或灰土挤密桩法:土桩及灰土桩是利用沉管、冲击或爆扩等方法在地基中挤土成孔,然后向孔内夯填素土或灰土成桩。成孔时,桩孔部位的土被侧向挤出,从而使桩周土得以加密。土桩及灰土桩挤密地基,是由土桩或灰土桩与桩间挤密土共同组成复合地基。土桩及灰土桩法的特点是:就地取材,以土治土,原位处理、深层加密和费用较低。
用这些方法可以使地基比较坚固,但并没有什么是完美的,同样地基处理技术也在不断的完善与改进中。近40年来,国外在地基处理技术方面发展十分迅速,老方法得到改进,新方法不断涌现。在20世纪60年代中期,从如何提高土的抗拉强度这一思路中,发展了土的“加筋法”;从如何有利于土的排水和排水固结这一基本观点出发,发展了土工合成材料、砂井预压和塑料排水带;从如何进行深层密实处理的方法考虑,采用加大击实功的措施,发展了“强夯法”和“振动水冲法”等。另外,现代工业的发展对地基工程提供了强大的生产手段,如能制造重达几十吨的强夯起重机械;潜水电机的出现,带来了振动水冲法中振冲器的施工机械;真空泵的问世,才能建立真空预压法;生产了大于200个大气压的压缩空气机, 从而产生了“高压喷射注浆法”。
振冲法亦称振动水冲法。在地基处理方法中,此种方法是深层密实法中的一种。它是以起重机吊起振冲器,启动潜水电机,使振冲器产生高频振动,同时开动水泵通过喷嘴喷射高压水流,边振边冲,将振冲器沉到土中的预定深度,然后经过清孔工序,用循环水带出孔中稠泥浆,此后就可从地面向孔中逐段添加填料(碎石或其他粗粒料),每段填料均在振动作用下被振挤密实,达到所要求的密实度后即可提升振冲器。如此重复上述操作,直至地面,从而在地基中形成一个大直径的密实桩体,如图7-3所示。
振冲法早期是用来挤密砂土地基,直接形成挤密的砂土地基。20世纪60年代初,振冲法开始用来加固粘性土地基,并形成碎石桩。因此,一般认为振冲法在粘性土中形成的密实碎石桩称为碎石桩。在砂性土中,振冲起挤密作用,故称为振冲挤密在粘性土中,振冲主要起置换作用,故称为振冲置换(《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2002)已不再明确将振冲法分为振冲置换法和振冲密实法两类)。
振冲法加固可提高地基承载力,减少沉降和不均匀沉降,且能达到地基抗地震液化能力的效果。目前振冲法应用在饱和松散粉细砂、中砂、砾砂、杂填土、粘性土和软土中,都取得了令人满意的效果。就工程而言,振冲法可用于中小型工业与民用建筑物港湾构筑物,如码头、护岸等土工构筑物,如土石坝、路基等材料堆置场、原料场其他如轨道、滑道、船坞等。
图7-3 振冲法施工过程
基础工程施工技术
图7-4 振冲器构造示意图|1—电缆2—水管3—吊管4—活节头5—电机垫板6—潜水电机7—转子8—电机轴9—联轴节10—空心轴11—壳体12—翼板13—偏心体14—向心轴承15—推力轴承16—射水管8.2.1.1 振冲施工主要参数及步骤
振冲施工根据设计荷载的大小并参照场地砂层强度的高低、试验设计桩长等条件,并结合当地施工经验及施工条件,最终选用江苏省江阴振冲器厂生产的ZCQ45型振冲器,振冲器功率为45kW。振冲施工现场如图8.4所示,施工主要内容及步骤如下:
1)清理平整施工场地,布置桩位,开挖排水网系统;
2)施工机具就位,使振冲器对准桩位;
3)启动供水泵和振冲器,将振冲器徐徐沉入直至达到设计深度;
4)到达深度后将射水量减至最小,留振至规定密实电流时上提0.5m,如此逐段振密直至孔口,最后通过扫桩头将孔口沉降部分填平并振密;
5)重复以上步骤制作各试验设计砂桩,完成后关闭振冲器和水泵。
图8.4 施工现场
8.2.1.2 振冲砂桩桩间距的确定
采用振冲砂桩法施工时,由于振冲器的强力振动和水冲力能够在砂层中产生超静孔隙水压力,使振冲器附近砂土发生短暂液化或结构破坏,砂颗粒在自重和桩管的振动挤压作用下重新排列,孔隙减少,从而起到使砂层密实的效果;另一方面是依靠振冲器的反复强迫水平振动和侧向挤压以及水动力作用将振冲上部孔壁塌陷的砂振动挤密,从而使砂层振密。对于振冲法来说,一般振动力越大,影响距离也相应越大。但过大的振动力又常常使砂土处于流态而不利于密实,因此实际密实效果不一定与振动力的大小呈正比增加,振动频率的高低与实际密实效果的关系亦是如此。当振动力和振动频率及施工工艺一定时,实际密实效果主要与桩间距有关,为了探讨不同桩间距振冲密实效果的差异,达到选择最优间距这一重要施工参数之目的,依照《建筑地基处理技术规范》(JGJ 79—2002)、参照各类文献并结合当地振冲法施工经验,设计桩长10m,桩间距1.4~2.2m进行振冲施工,通过标贯击数来反映不同桩间距工况下不同深度的密实效果。桩位布置形式及标贯试验点布置如图8.5所示。成桩15d后,上部开挖1.5m清理出桩头并整平(见图8.4),再在不同桩间距的桩间土中心位置进行标贯试验,根据不同间距在各种深度的标贯击数,综合分析并选取最合理的桩间距。标贯试验结果见表8.1,据此绘制的各深度标贯击数随不同桩间距变化曲线如图8.6所示。
图8.5 砂桩布桩及标贯试验点布置
表8.1 不同桩间距不同深度挤密效果标贯试验成果一览表
由各深度标贯击数随不同桩间距变化曲线(图8.6)可见,对于桩径为1m时不同桩间距对应的桩间土,各深度的标贯击数随桩间距的减小而增大,在所设计的不同间距试验工况中,1.4m间距在各深度的标贯击数均达到最大值,考虑到砂桩制桩的成本较小,因此在实际施工中应尽量采用小间距以获得更好的挤密效果。
图8.6 各深度标贯击数随不同桩间距变化曲线
然而对于近似半无限砂层中的振冲碎石桩,由于造价相对较大,因此不能只单纯考虑缩短桩间距以提高地基承载力,而应同时考虑经济合理性因素的制约。观察图8.6中曲线的特点,结合目前的施工实践,笔者认为无特殊要求时,在与试验区相近的地层条件下,可选择1.8m的桩间距作为碎石桩的最优桩间距。对于水泥土搅拌桩而言,由于其成桩的施工过程不存在挤密效应,因此其桩间距主要依据所需要的承载力大小来确定。