【基坑工程】基坑土體加固

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1、第24章基坑土體加固24.1概述24.1.1基坑土體加固的慨念基坑土體加固是指通過(guò)對(duì)軟弱地基摻入一定量的固化劑或使土體固結(jié)，以提高地基土的力學(xué)性能。從廣義的角度出發(fā)，加固可包含對(duì)場(chǎng)地的地基土加固和支護(hù)結(jié)構(gòu)加固，其中支護(hù)結(jié)構(gòu)加固是結(jié)構(gòu)范疇，非本文討論的內(nèi)容，可見(jiàn)有關(guān)專著。地基土加固是針對(duì)區(qū)域性的場(chǎng)地，地基[1][2]土處理或加固的方法較多，包括自密法、置換法、復(fù)合地基法、加筋法、灌漿法。自密法包括排水固結(jié)法、碾壓法、動(dòng)力夯實(shí)法，其中排水固結(jié)法又包括預(yù)壓法和降水法。置換法包括粗粒或細(xì)粒墊層法。復(fù)合地基法包括碎石樁法、砂樁法

2、、灰土樁法、水泥土樁法。其中水泥土樁法包括深層攪拌和旋噴樁等工法。每一種地基加固方法都有其適用范圍和局限性，不存在任何條件下都是最合理的處理方法。場(chǎng)地的地基土加固通常分為兩種類型：結(jié)構(gòu)物地基加固和施工期間地基加固。前者屬于永久性加固，后者是施工期間的臨時(shí)性加固。本文主要是針對(duì)基坑開(kāi)挖工程中的臨時(shí)性地基處理，我們稱之為基坑土體加固。處理的對(duì)象指軟弱地基土，包括由淤泥質(zhì)土、人工填土、或其他高壓縮性土層構(gòu)成的軟弱地基。主要是為提高土的強(qiáng)度和降低地基土的壓縮性，確保施工期間基坑本身的安全和基坑周邊環(huán)境安全而對(duì)基坑相應(yīng)的土體進(jìn)行

3、加固。基坑開(kāi)挖時(shí)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的受力及變形情況與其插入深度、土的力學(xué)性能、地下水狀況、施工工況、開(kāi)挖方式及周?chē)h(huán)境等因素有關(guān)。隨著坑內(nèi)土的不斷挖深，土的受力狀況發(fā)生變化，作為擋土結(jié)構(gòu)兩側(cè)的水、土壓力處于動(dòng)態(tài)變化中，擋土墻后的土體隨墻體的變化向基坑方向移動(dòng)，此外，在開(kāi)挖時(shí)由于采用內(nèi)降水，使坑外水位發(fā)生變化，也會(huì)使土體產(chǎn)生位移，影響周?chē)鷺?gòu)筑物的安全。為了掌握施工和使用過(guò)程中圍護(hù)結(jié)構(gòu)的受力及變化情況，使圍護(hù)結(jié)構(gòu)在基坑開(kāi)挖和使用過(guò)程中，安全地起到擋土、擋水作用，保證在施工過(guò)程中工程和周?chē)h(huán)境的安全，必須采取相應(yīng)的工程措施，其中對(duì)基坑

4、土體進(jìn)行預(yù)加固是一種行之有效的技術(shù)措施。24.1.2軟弱土體與基坑變形的關(guān)系基坑圍護(hù)墻前后有較大的水位差和土壓力差，實(shí)際開(kāi)挖工程中，墻體位移不允許大到極限平衡狀態(tài)。大量工程實(shí)測(cè)資料表明，不同深度的側(cè)向變形及側(cè)壓力系數(shù)的變化很大，一般情況下在開(kāi)挖面附近及開(kāi)挖坑底位置一定深度區(qū)域的墻體變形較大，相應(yīng)位置的土體壓縮也[3]較大。對(duì)于軟土地基，由于軟土側(cè)向約束作用微弱，透水性差，高靈敏度的軟土被擠壓，破壞了原結(jié)構(gòu)。在基坑工程中可考慮加固的軟弱土體主要包括淤泥質(zhì)土、素填土、沖填土、松散的砂及含承壓水土層等。軟土一般主要分布在河流

5、入海處，地質(zhì)成因極為復(fù)雜。上海、廣州等沿海地區(qū)為三角洲沉積，溫州，寧波為賓海相沉積。沿海一帶的軟土地區(qū)，多為淤泥質(zhì)土，埋藏厚度不一，天然孔隙比大于1.0但小于1.5，含水量大，抗剪強(qiáng)度低，壓縮性高。由于軟土的滲透系數(shù)較小，固結(jié)速率慢，如果施工速率過(guò)快，可造成局部較大的塑性開(kāi)展區(qū)，使基坑圍護(hù)變形急劇增加或建筑物產(chǎn)生嚴(yán)重的不均勻下沉。在粘性土的深基坑施工中，周?chē)馏w均達(dá)到一定的應(yīng)力水平，還有部分區(qū)域成為塑性區(qū)。由于粘性土的流變性，土體在相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)下隨暴露時(shí)間的延長(zhǎng)而產(chǎn)生移動(dòng)是不可避免的。因此，在基坑內(nèi)支撐挖出槽位以后，

6、如延擱支撐安裝時(shí)間或混凝土支撐形成時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，會(huì)明顯增加墻體變形和相應(yīng)的地面沉降。在開(kāi)挖到設(shè)計(jì)坑底標(biāo)高后，如不及時(shí)澆筑好底板，使基坑長(zhǎng)時(shí)間暴露，則因粘性土的流變性亦將增大墻體被動(dòng)壓力區(qū)的土體變形和墻外土體向坑內(nèi)的位移，因而增加坑外地表沉降。同濟(jì)大學(xué)董建國(guó)在考慮粘性土變形局部化的基坑設(shè)計(jì)方法一文中，提出了土體局部化變形理論，當(dāng)土體的屈服應(yīng)力接近于剪切帶開(kāi)始形成的偏應(yīng)力特征值，土體開(kāi)始發(fā)生局部變形，外力做功集中在土體的局部區(qū)域內(nèi)，最后可能在這些部位造成土體的局部破壞。該文分析研究的結(jié)論是建議在基坑設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)采用剪切帶開(kāi)始形成

7、(屈服點(diǎn))這個(gè)特征點(diǎn)對(duì)應(yīng)的偏應(yīng)力，確定土體的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)。為避免基坑開(kāi)挖過(guò)程中，被動(dòng)區(qū)形成剪切帶和初始損傷，確保土體不發(fā)生局部化變形或局部土體不被破壞，需對(duì)被動(dòng)區(qū)的土體進(jìn)行加固，并使圍護(hù)墻前的總體壓縮得到有效控制。[4]胡中雄和賈堅(jiān)關(guān)于基坑大面積卸荷機(jī)理研究，論述基坑開(kāi)挖即大面積卸荷時(shí)，基坑開(kāi)挖面以下土體由正常壓密狀態(tài)向超壓密狀態(tài)轉(zhuǎn)化，土的性質(zhì)也隨之變化。該文通過(guò)對(duì)卸荷條件下的強(qiáng)度特性研究、側(cè)向應(yīng)力松弛特性研究、卸荷影響深度研究，提出臨界卸荷比、極限卸荷比、強(qiáng)擾動(dòng)區(qū)的概念，并得出對(duì)被動(dòng)區(qū)裙邊軟弱土體進(jìn)行加固可以有效改善

8、擾動(dòng)區(qū)的土體強(qiáng)度。上海地區(qū)大量基坑工程實(shí)踐表明，一定深度的基坑內(nèi)土體和墻體變形密切相關(guān)，墻體過(guò)[5][6]大的變形，表明坑內(nèi)地基土已處于局部破壞狀態(tài)。為避免坑內(nèi)軟弱土體的破壞，對(duì)地基[7]土進(jìn)行土體固結(jié)，能有效提高土體的抗壓強(qiáng)度和土體的側(cè)向抗力，保證工程結(jié)構(gòu)或鄰近結(jié)構(gòu)不致發(fā)生超過(guò)允許的沉降或位移。24.1.3加固體性質(zhì)基坑土體加固