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岩土研究院

地基分类及其特点

351 2022-02-21 10:46:08

地基是受建筑物荷载影响的那一部土层与基础直接相连。

地基可分成天然地基和人工地基。天然地基是基础未经加周而直接在上面建造房屋,是工业与民用建筑中常用的一种基础类型。人工地基是由于天然地基不很坚固,须先进行人工处理,如换垫等然后再在上面建筑构筑物。天然地基施工简单造价低廉而人工地基施工复杂,造价相对较高。

地基的分类,可以按地基处理原理、地基处理的目的、处理地基的性质、地基处理的时效、动机等不同角度进行分类、其中最本质的是根据地基处理原理进行分类。地基严格分类是很困难的,不少地基处理方法具有几种不同的作用。例如;振冲地基具有置换作用,有的还有挤密作用。又如各种挤密法中,同时也有置换作用。此外,还有一些地基处理方法的加面机理以及计算方法目前还不是十分明确,尚需进一步探讨。地基处理方法不断的发展,功能不断地扩大,也使分类变得更加困难。因此,下述分类仅供读者参考。

一、排水固结地基

排水固结地基的原理是软粘土地基在荷载作用下,土中孔隙水慢馒排出,孔隙比减小,地基发生固结变形,同时,随着超静水压力逐渐消散,土的有效应力增大,地基土的强度逐步增长。

排水面结地基常用于解决软粘土地基的沉降和稳定问题。 可使地基的沉降在加载预压期间基本完成或大部分完成,使建筑物在使用期间不致产生过大的沉降和沉降差。同时可增加地基土的抗剪强度,从而提高地基的承载力和稳定性。

排水固结地基是由排水系统和加压系统两部分组合而成的。排水系统可在天然地基中设置竖向排水体(如普通砂井、袋装砂井、塑料排水板等),以及利用天然地基土层本身的透水性。加压系统有堆载法、真空法、降低地下水位法、电渗法以及联合法。

根据排水系统和加压系统的不同,排水固结地基可分为下述几种方法∶

1.堆载预压地基

在建造建筑物以前,通过临时堆填土石等方法对地基加载预压,达到预先完成部分或大部地基沉降,并通过地基土固结提高地基承载力,然后撤除荷载,再建造建筑物。

临时的预压荷载一般等于建筑物的荷载,但为了减少由于次固结而产生的沉降,预压荷载也可大于建筑物荷载,称为超载预压。

为了加速堆载预压地基固结速度,常可与砂井法或塑料排水板法等同时应用。如粘土层较薄,透水性较好,也可单独采用堆载预压地基。

2.砂井地基(并包括袋装砂井,塑料排水板等法)

根据一维固结理论,粘性土达到一定固结度所需的时间与排水距离的平方成正比(如按砂井固结理论达到一定固结度所需的时间与排水距离的2.3次方成正比),因此,减少排水距离是缩短固结时间的最有效方法。在软粘土地基中、设置一系列砂井、在砂井之上铺设砂垫或砂沟、 人为地增加土层固结排水通道,缩短排水距离,从而加速固结,并加速强度的增长,这种方法称为砂并法。

砂并地基常辅以堆载预压,称为砂井堆载预压法。3.真空预压地基

在粘土层上铺设砂垫层,然后用薄膜密封砂垫层,用真空泵对砂垫及砂并抽气,使地上水位降低,同时在大气压力作用下加速地基固结,与荷载预压法相比,真空预压法就是以真空造成的大气压力代替临时堆土荷载或其一部分。由于真空预压的压力只能达到某一程度,如达不到结构物的荷载时,还可另加荷载。二、振密、挤密地基

振密、挤密法的原理是采用一定的手段,通过振动、挤压使地基土体孔隙比减小,强度提高,达到地基处理的目的,根据采用的手段可分为下述几种∶

1.表层压实地基

采用人工.或机械夯实、机械碾压或振动对填土、湿陷性黄土、松散无粘性土等软弱或原来比较疏松表层土进行压实,也可采用分层回填压实加固。分层压实的填料也可适量添加石灰、水泥等。

2.重锤夯实地基

利用重锤自由下落时的冲击能来夯实浅层土地基,使其表面形成一层较为均匀的硬壳层。

3.强夯地基

将很重的锤从高处自由落下,反复多次夯击地面,给地基以冲击力和振动,从而提高地基土的强度并降低其压缩性。

4.振冲挤密地基

振冲挤密法通常用以加固砂层,其原理是;一方面依靠振冲器的强力振动使饱和砂层发生液化,颗粒重新排列,孔隙比减少;另一方面依靠振冲器的水平振动力,形成垂直孔洞,在其中加入回填料,使砂层挤压加密。

5.土桩和灰土桩地基

土桩和灰土桩挤密地基是由桩间挤密土和填夯的桩体组成的人工."复合地基"。十桩主要适用于消除湿陷性黄土地基的湿陷性,灰土桩主要适用于提高入工填土地基的承载力。

6.砂桩地基

在松散砂土或入工填土中设置砂桩,能对周围土体或产生挤密作用,或同时产生振密作用,就可以显著提高地基强度,改善地基的整体稳定性,并减少地基沉降量。

三、置换地基

以砂、碎石等材料置换软弱地基中部分软弱土体,形成复合地基,或在软弱地基中部分土体内掺入水泥、水泥砂浆,以及石灰等物,形成加固体,与未加固部分形成复合地基,达到提高地基承载力,减少压缩量的目的,置换及拌入法包括下述几种方法∶

1.垫层地基

在天然地层上铺设垫层,作为人工填筑的持力层。同时将结构物基底压力扩散到下卧天然地层中,使其应力减少到下卧层的许可承载力范围以内,从而满足地基稳定性的要求、同时由于垫层材料的压缩性低干天然的软粘土层,采用垫层法也可减少地基的沉降量。

垫层材料可分柔性材料和刚性材料。柔性材料包括砂土、碎石、石渣、煤灰、矿渣、粘性土等,刚性材料包括木材垫层,金属垫层,合成树

脂垫层等。砂、砾、碎石或石渣等无粘性土是最常采用的垫层材料,因为这类土的强度大,压缩性小,透水性良好,比较容易使之密实,且在不少地区料源丰富,价格便宜。

2.振冲置换地基(或称碎石桩地基)

利用 一·种能产生水平向振动的管状机械设备在高压水流下边振边冲,在软弱粘性土地基中成孔,再在孔内分批填入碎石或卵石等材料制成…根根桩体。桩体和原来的粘性土构成所谓复合地基,以提高地基承载力,并减小压缩性。碎石桩的承载力和沉降量在很大程度上取决于周围软土对碎石桩的约束作用,如周围的土过于软弱,对碎石桩的约束作用就差。

四、灌浆地基

灌浆法的实质是用气压、液压或电化学原理,把某些能固化的浆液注人各种介质的裂缝或孔隙,以改善地基的物理力学性质。

灌浆法可用于防渗、堵漏、加固和纠正结构物偏斜,它主要适用于砂及砂研石地基,以及湿陷性黄土地基等。灌浆法在水利、建筑、道桥以及地下建筑等工程的各个领域中都得到广泛应用。

灌浆材料常分为粒状浆材和化学浆材两个系统。粒状浆材主要包括纯水泥浆、粘土水泥浆、水泥砂浆以及石灰浆等。化学浆材的品种很多,包括环氧树脂类、甲基丙烯酸酯类、聚氨酯类、丙烯酰胺类、木质素类和硅酸盐类等。

在地基处理中,常用的灌浆方法按其依据的理论可分下述四种;渗入盐灌浆法、劈裂灌浆法、压密灌浆法、电动化学灌浆法等。

若在灌浆压力作用下,浆液克服地层的初始应力和抗拉强度,引起岩体或土体结构的破坏,使地层中原有的孔隙或裂隙扩张,或形成新的裂缝或孔隙,从而使低透水性地层的可灌性和浆液扩散距离增大,称为劈裂灌浆法。

若通过钻孔向土层中压入浓浆,在压浆点周围形成泡形空间,使浆液对地基土起到挤压作用,称为压密灌浆法。

当在粘性土中插入金属电极并通以直流电后,就在土中引起电渗、电泳和离子交换等作用,促使在通电区域的土中以高价金属离子代换钠离子,使土的含水量显著降低、并可使土内形成渗浆"通道"。若在通电的同时向土中灌注硅酸盐浆液,就能在"通道"上形成硅胶,并与土粒胶结成具有一定力学强度的加固体,称为电动化学灌浆法。

冲填土、饱和粗细砂、湿陷性黄土、泥炭土、膨胀土、冻土、盐渍土、岩溶、山洞、山区地基以及垃圾掩埋土等。

岩土工程

五、加筋地基

通过在土层中埋设强度较大的土工聚合物、拉筋、受力杆件等达到提高地基承载力,减小沉降,或维持建筑物稳定的地基处理方法称为加筋法。加筋法一般有下述几种∶

1.土工聚合物

利用土.工聚合物(或称为土工合成物,或土工织物)的高强度、韧性等力学性能,扩散土中应力,增大土体的刚度模量或抗拉强度,改善土体或构成加筋土以及各种复合土工结构。土工聚合物除了上述加固强化作用外,还可以用作反滤、排水和隔离材料。

2.加筋土

把抗拉能力很强的拉筋埋置在土层中,通过土颗粒和拉筋之间的摩擦力形成一个整体、称为加筋土。拉筋一般使用具有耐拉力,摩擦系数大而耐腐蚀性的板状、网状、丝状、带状的材料, 主要是镀锌钢片、铝合金以及合成树脂等材料。关于加筋土本手册不作进--步介绍,读者如需进一步了解,请参考有关文献或专著。3.高压喷射注浆地基

过去此法称为旋喷桩。以高压喷射直接冲击破坏十体,使水泥浆液或其他浆液与土拌和,凝固后成为拌和柱体。在软弱地基中设置这种柱体群,形成了复合地基或挡土结构。

4.深层搅拌地基

深层搅拌法是用于加固饱和软粘土地基的一种新技术。它是利用水泥、石灰或其使材料作为固化剂的主剂,通过特别的深层搅拌机械,在地基深处就将软土和固化剂(水泥或石灰的浆液或粉体)强制搅拌,利用固化剂和软土之间所产生的一系列物理-化学反应,形成坚硬拌和柱体,与原地层共同起复合地基的作用。

高压喷射注浆法和深层搅拌法的差别在于采用不同的加料拌和手段。

5.石灰桩地基

在软弱地基中用机械成孔,填入作为固化剂的生石灰并加以搅拌或压实形成桩体,利用生石灰的吸水、膨胀、放热作用和土与石灰的离子交换反应、凝硬反应等作用,改善桩体周围土体的物理力学性质、石灰桩和周围被改良的土体一起组成复合地基,达到地基加固的目的。关于石灰桩法,本手册暂不介绍,读者如需进一步了解,请参阅其他文献或专著。然地基是否需要进行处理取决于地基是否能满足建筑物地基的要求,如稳定变形和渗流等方面,在土木工程中经常遇到的软弱地基和不良地基包括软粘土、杂填土。