房建工程软土地基的施工技术研究

  

    摘要：结合工程实践，对几种软土地基常用的处理方法进行说明，指出深层水泥搅拌桩、深层石灰搅拌桩、砂垫层和砂石垫层换填等方法在施工过程中的注意事项和质量检验标准。

　摘要：结合工程实践，对几种软土地基常用的处理方法进行说明，指出深层水泥搅拌桩、深层石灰搅拌桩、砂垫层和砂石垫层换填等方法在施工过程中的注意事项和质量检验标准。

　　关键词：铁路房建；软土地基；处理方法

 

　　铁路房建工程常修建在铁路站线两侧，对地基工程的强度及沉降要求高于普通房建工程，特别是软土地基，如施工方法不当或未按规定和操作规程进行，不仅会影响房建工程的质量，严重的还会对线路造成影响。

 

　　一、软土工程性质

 

　　软土是指天然含水量大、压缩性高、承载力低的一种软塑到流塑状态的饱和黏土，多分布在沿海、内陆、平原、山区的湖泊河滩周边等地区。

 

　　软土天然含水量高，一般液限wL值较高；天然孔隙比e＞1.0.当软土由生物化学作用形成e＞1.5时为淤泥，天然孔隙比1.0＜e＜1.5时为淤泥质土；压缩性高，压缩系数a1-2 0.5㎡／mm；强度低，不排水抗剪强度＜0.03MPa，长期强度更低；渗透系数小（K= 10-7-10-8cm/s）。

 

　　软土的工程性质有：（1）触变性。软土在未破坏时，具固态特征，一经扰动或破坏，即转变为稀释流动状态；（2）高压缩性。压缩系数大，大部分压缩变形发生在垂直压力为0.1MPa时，造成建筑物沉降量大； （3）低透水性。软土的透水性很低，可认为是不透水的，因此软土的排水固结需要相当长的时间，反映在建筑物的沉降延续时间长，常在十年以上；（4）不均匀性。软土由微细的和高分散的颗粒组成，土质不均匀，当平面上建筑荷载不均匀时，将会使建筑物产生较大的差异沉降，造成建筑物裂缝或损坏；（5）沉降速度快。沉降速度随荷载的增加而增加，沉降速度最大时可达1~2 mm/d；（6）流变性。在一定剪应力作用下，具有发生缓慢长期变形的性质；软土的长期强度小于瞬时强度。

 

　　二、常用的软土地基处理方法

 

　　（一）深层水泥搅拌桩

 

　　深层水泥搅拌桩适用于处理淤泥、淤泥质土、泥炭土和粉土，是进行软基处理的一种有效方法。深层水泥搅拌桩是利用水泥作为固化剂的主剂，通过特制的深层搅拌机械在地基深部就地将软土和固化剂强制拌和，使软土硬结，提高地基强度。

 

　　1.试桩。试桩是为了寻求最佳的搅拌次数、确定水泥浆的水灰比、泵送时间、泵送压力、搅拌机提升速度、下钻速度以及复搅深度等参数，以指导下一步水泥搅拌桩的大规模施工。每个标段的试桩≮5根，且必须待试桩成功后方可进行水泥搅拌桩的正式施工。试桩检验可采取7d后直接开挖取出，或至少14d后取芯，以检验水泥搅拌桩的搅拌均匀程度和水泥土强度。

 

　　2.施工准备。深层搅拌桩施工场地应事先整平，清除桩位处地上、地下障碍物。场地低洼时应回填黏土，不得回填杂土。水泥搅拌桩应采用合格的32.5级普通硅酸盐袋装水泥以便于计量。水泥搅拌桩施工机械必须具备良好及稳定的性能，钻机开钻之前应由监理工程师和项目经理部组织检查验收。

 

　　3.施工要点。（1）施工工艺流程：桩位放样→钻机就位→检验、调整钻机→正循环钻进至设计深度→打开高压注浆泵→反循环提钻并喷水泥浆→至工作基准面以下0.3m→重复搅拌下钻并喷水泥浆至设计深度→反循环提钻至地表→成桩结束→施工下一根桩。（2）水泥搅拌桩开钻之前，应用水清洗整个管道并检验管道中有无堵塞现象，待水排尽后方可下钻。（3）为保证水泥搅拌桩桩体垂直度满足规范要求，在主机上悬挂一吊锤，通过控制吊锤与钻杆上、下、左、右距离相等来进行控制。（4）对每根成型的搅拌桩，质量检查重点是水泥用量、水泥浆拌制的罐数、压浆过程中是否有断浆现象、喷浆搅拌提升时间以及复搅次数。（5）水泥搅拌配合比：水灰比0.45~0.5、水泥掺量12％、每米掺灰量46~25kg、高效减水剂0.5％。（6）水泥搅拌桩施工采用二喷四搅工艺。第一次下钻时为避免堵管可带浆下钻，喷浆量应小于总量的1/2，严禁带水下钻。第一次下钻和提钻时一律采用低档操作，复搅时可提高一个档位。每根桩的正常成桩时间应≮40 min，喷浆压力0.4MPa.

 

　　（二）深层石灰搅拌桩

 

　　深层石灰搅拌桩适用于处理塑性指标较高的软黏土地基，在相同条件下，石灰作为固化剂处理的临时加固效果比水泥好。深层石灰搅拌桩是在软土地基中将石灰和地基土进行强制搅拌混合，地基土和石灰发生化学反应，在稳定地基土的同时，提高强度的方法。这种方法具有技术简单可行且经济合理的特点，能有效地加固软弱地基，减少软土层沉降和整体工程工后沉降，提高软土层的承载力。

 

　　1.材料要求。石灰应该是细磨的，在搅拌过程中，为防止桩体中石灰聚集，石灰最大粒径应＜2 mm.石灰应尽量选取纯净无杂质的，石灰中氧化钙和氧化镁含量至少应为8.5%，其中氧化钙含量最好≮80%.石灰的储存期不宜超过三个月，石灰的液性指数≮70 % .

 

　　2.施工准备。工作场地表层硬壳很薄时，需先铺填砂、砾石垫层，以便机械在场内顺利移动和施钻；配置钻机、粉体发送器、空气压缩机、搅拌钻头等；通过原位测试及室内试验取得地基土、灰土的物理力学及化学指标，选取最佳含灰量作为设计掺灰量；确定设置搅拌范围，选择桩长、截面及根数。

 

　　3.施工要点。粉体搅拌法施工顺序：桩体对位→下钻→钻进→提升→提升结束。根据结构要求的承载力，初步选定桩的间距，从而定出加固范围内搅拌桩的数量以及每平方米内搅拌桩所占的面积。搅拌桩的排列一般呈等边三角形，也可四方形布置，桩径为0.5m~1.5m ，桩距约1m.空压机的压力不需要很高，风量不宜过大。钻机及桅杆安装在载体上，在地面上进行操作，要满足耐压力要求。在施工现场要设置石灰池，石灰粉要遮盖，一是防止飞粉污染，二是防止遇雨水产生化学反应，溅伤皮肤及眼睛，施工人员要配戴防护眼镜。钻头提升距地面30cm~50cm 应停止喷粉，以防溢出地面。

 

　　（三）砂垫层和砂石垫层换填

 

　　砂垫层和砂石垫层是使用夯（压）实的砂或石垫层替换基础下部一定厚度的软土层，以起到提高基础下地基强度、承载力，减少沉降量，加速软土层的排水固结作用，目前使用较为广泛。

 

　　1.材料要求。砂垫层和砂石垫层所用材料，宜采用级配良好、质地坚硬的中砂、粗砂、砾砂、碎（卵）石、石屑或其他工业废粒料。在缺少中、粗砂和砾砂地区，也可采用细砂，但亦同时掺入一定数量的碎石或卵石，其掺量按设计规定（含石量≯50 %）。所用砂石材料，不得含有草根、垃圾等有机杂质。用作排水固结地基的材料，含泥量宜≯30％。碎石和卵石最大粒径宜≯50mm.

 

　　2.施工准备。施工前应验槽，先将浮土清除，基槽（坑）的边坡必须稳定，草地和两侧如有孔洞、沟、井等应加以填实。在地下水位高于基槽（坑）地面施工时，应采取排水或降低地下水的措施，使基槽（坑）处无积水状态。人工级配的砂、石材料，应按级配拌合均匀，再行铺填捣实。

 

　　3.施工要点。砂垫层和砂石垫层的底面宜铺设在同一标高上，如深度不同时，施工应按先深后浅的程序进行。土面应挖成台阶或斜坡搭接，搭接处应注意捣实。分段施工时，接头处应作成斜坡，每层错开0.5m~1m，并应充分捣实。采用碎石垫层时，为防止基坑底面的表层软土发生局部破坏，应在基坑底部及四侧先铺一层砂，然后再铺碎石垫层。垫层应分层铺垫，分层夯（压）实，铺设方法有：平振法、插振法、水撼法、夯实法、碾压法等。平振法是用平板式振捣器来回振捣，振捣次数以简易测定密实度合格为准，振捣器移动时，每行应搭接1/3，以防振动面积不搭接。每层铺设厚度为200mm~250mm，施工时最优含水量为15％~20％。此法不宜使用于细砂或含泥量较大的沙铺筑砂垫层。插振法是用插入式振捣器根据机械的振幅大小来决定插入间距，不应插入下卧黏性土层，插入振捣完毕所留的孔洞，应用砂填实。每层铺设厚度应根据振捣器的插入深度确定，施工时最优含水量为饱和。此法不宜使用于细砂或含泥量较大的沙铺筑砂垫层。夯实法适用木夯或机械夯，一夯压半夯，全面夯实。每层铺设厚度为150mm~200mm，施工时最优含水量为8％~12％。此法较适用于砂石垫层。

 

　　（四）其他软基处理方法

 

　　软土地基的加固除以上方法外还有：振冲地基加固、碎石桩挤密加固地基、砂桩加固地基、水泥煤灰碎石桩、塑料板排水加固、石灰粉煤灰（火山灰、钢渣或黏土）桩等软基处理方法。

 

　　1.振冲法加固地基虽然现在已开始在软黏土和杂填土地基加固中使用，但该方法仍是松散砂土地基的最佳加固方法。当用于软黏土时必须适当控制水压、电流及填料密实度等才能有效保证加固效果。碎石桩挤密加固地基是用振动沉管桩机将钢套管沉入土中再灌入碎石而成。

 

　　2.砂桩加固地基也是一种适用于软弱土、淤泥质土及新填土的地基加固方法，砂桩是利用振动灌注施工机械，向地基土中沉入钢管灌注砂料而成，能起到砂井排水及挤密加固地基的作用。

 

　　3.水泥粉煤灰碎石桩是采用碎石、石屑、粉煤灰、少量水泥进行拌和后，利用沉桩机械，振动灌入地基中，制成一种具有黏结强度的非柔性、非刚性的亚类桩，它与桩间土形成复合地基，共同承受荷载，从而达到加固地基的目的。水泥粉煤灰碎石桩在群桩施工中应注意桩的间距，桩距过小容易产生紧缩，桩距过大影响加固效果。

 

　　4.塑料板排水加固软基是将带状塑料排水板，用插板机插入软土中，然后在土面加载预压（或采用真空预压），使土中水沿塑料板的通道溢出，并从砂垫层中排走，使地基得到加固，这种方法施工工期较长。

 

　　5.石灰粉煤灰（火山灰、钢渣或黏土）桩的施工方法与深层石灰搅拌桩相似，只是在石灰中再添加粉煤灰、火山灰、钢渣或黏土，采用掺合料后可有效防止石灰桩软心。

 

　　在施工中遇到软弱地基时，应进行必要的补充勘探工作，提高沉降计算的精度和设计的合理性。在施工中应严格按照技术规程及施工规范操作，同时做好施工组织和施工质量控制，在确保结构安全的前提下，满足施工便捷且经济合理。

 

　　参考文献：

 

　　[1]龚晓南。复合地基设计和施工指南[M].北京：人民交通出版社，2003.

 

　　GS50202-2002，建筑地基基础工程施工质量验收规范[S].

 

　　叶书麟。地基处理[M].北京：中国建筑工业出版社，199