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岩土研究院

地基处理技术的国内外发展情况

403 2022-04-20 10:31:38

近40年来,国外在地基处理技术方面发展极为迅速,老方法得到改进,新方法不断涌现。在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加速固结这一基本观点出发,发展了砂井(袋装砂井或塑料排水带)预压和土工合成材料;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,对地基处理工程提供了强大的生产手段∶如能制造重达几十吨的专用地基加固施工机械,解决了选用“强夯法”加固时提锤的起重机械;潜水电机的出现,随之带来了振动水冲法的振冲器的施工机械;真空泵的问世,才能建立真空预压法;生产了大于200个大气压以上的压缩空气机,从而产生了“高压喷射注浆法”等地基加固方法。

随着地基处理工程的实践和发展,人们在加固土的工程性质的同时,不断丰富了对土的特性研究和认识,从而又进一步推动了地基处理技术和方法的更新,因而地基处理成为土力学基础工程领域中一个较有生命力的分支。在1981年6月召开的第十届国际土力学及基础工程会议上,有46篇论文专门论述了“地基处理”技术,并成为大会中12个重要议题之一;在1983年召开的第八届欧洲土力学及基础工程会议上所讨论的主题就是“地基处理”。国际土力学及基础工程学会下成立了“地基处理学术委员会”ISSMFE TC-17,在该学术委员会下于1997年1月正式创办了“地基处理”的期刊“Ground Improvement”(Thomas Talford Services Limited, I Heron Quay,London E14 4JD,UK)。1984年中国土木工程学会土力学基础工程学会下成立了“地基处理学术委员会”(由浙江大学负责),并于1986年~1997年先后召开了全国性五届地基处理学术讨论会,并组织编著了《地基处理手册》(1988,中国建筑工业出版社,该手册第二版即将问世)和出版了“地基处理”期刊(浙江大学负责主编);1987年由中国建筑科学研究院地基所主编了中华人民共和国行业标准《建筑地基处理技术规范》(JGJ79——91)0-21;为了适应地区地质条件,1990年由同济大学主编了上海市标准《地基处理技术规范》(DBJ08——40——94)5***;1994年由深圳市勘察研究院和深圳市环宇岩土工程公司主编了深圳市标准《深圳地区地基处理技术规范》(SJG 04—96),由此可见,地基处理技术在国内外土木和水利工程中都处于十分重要的地位。

当前,国内外地基处理方法名目繁多,本手册仅对国内先进的和常用的地基处理方法进行详细介绍,并着重阐明各种地基处理方法的加固机理、适用范围、设计计算、施工方法和质量检验。对各种地基处理方法的工程实例,尽可能反映该种方法适用的各种地质条件和建(构)筑物的特性。

托换技术(Underpinning)是指解决对既有建筑物的地基需要进行处理和基础需要进行加固的问题;和对既有建筑物基础下需要修建地下工程以及邻近需要建造新工程而影响到既有建筑物的安全面需对既有建筑物的地基基础进行加固的技术总称。托换技术是一种建筑技术难度较大、费用较贵、工期较长、责任性和风险性较强的特殊施工技术。目前由中国建筑科学研究院地基所主编的中华人民共和国行业标准《既有建筑物地基基础加固规范》即将问世。由于托换技术需要应用各种地基处理方法,因而本手册中凡各种地基处理方法中能应用于托换工程者,都将列举工程实例,以便拓宽该种地基处理方法的适用面。

过去传统的观念认为地基处理的适用范畴包括各种柔性桩(碎石桩、砂桩、土桩、灰土桩、石灰 桩等)和半刚性桩(深层搅拌桩、水泥粉喷桩和旋喷桩等),以上桩型和桩间土以复合地基的加固机理,即共同承受上部结构荷载为设计准则。有鉴于当前国内新开发的一种新水泥粉煤灰碎石桩(Cement Fly-ash Gravel Pile),简称为CFG桩,是在碎石桩基础上加进一些石屑、粉煤灰和少量水泥,加水拌和制成一种具有一定粘结强度的桩,在荷载作用下桩身不会出现压胀变形,桩土应力比n=25~35,当加固软弱地基时,其桩体作用显著,通过柔性垫层,其复合地基承载力提高幅度极大。因而本手册编写时,不拘泥于传统的地基处理范畴的概念,从国内工程实践出发,将地基处理范畴作了延伸。

土工合成材料是岩土工程领域中以合成纤维、塑料、合成橡胶等聚合物为原料制成的用于岩土工程的新型材料的技术总称。它在世界上的出现虽然已经有一百年的历史,但应用于土建工程则是30年代末才开始,首先将塑料薄膜作为防渗材料应用于水利工程,到50 年代末开始应用于海岸护坡工程,到70年代由于无纺织物的推广,才以迅猛的速度发展起来,从而在岩土工程学科中形成一个重要的分支。1983年国际土力学与基础工程协会成立了土工织物技术委员会,并出版了多本专著和手册。在我国土工合成材料的用途极为广泛,已用于排水、反滤、隔离、防护、防渗和加筋等六个方面,形成一门新的边缘学科。在水利、铁路、公路、港工、建筑、矿冶和电力等工程领域都在逐渐推广。土工特性的准确测试和设计参数的正确选用二者密切相关,我国目前已有试验操作规程,材性试验已不只局限于测定材料自身的强度,材料与土的界面特性、材料在土约束条件下的力学性能开始成为研究的重点,且逐渐由室内试验转向现场原型试验观测。当前国外已崛起EPS工法(Ex-panded Poly-Styrol),这种泡沫苯乙烯大型砌块具有超轻质性、耐压性、自立性和耐水性,其重度仅为0.2~0.4kN/m³,是土的击~100;其抗压强度为100~350kPa;压缩变形小于20%时处于弹性状态,其最大压应力即使取屈服应力的50%,反复加荷10万次,弹性模量也不变,而且不存在压缩徐变。由于荷载减轻、土压力降低、施工简便迅速,并可考虑排水和抗震等各种设计和施工条件,为此,泡沫苯乙烯大型砌块具有无限广阔的发展前景,目前我国已有厂商生产。迄今土工合成材料的分析计算方法尚未逾越传统土力学(极限平衡法)的框架,实际上土工合成材料埋入土体内,而其复合体有其自身特性,它具有明显的各向异性,其破坏型式也有差异。总之,土工合成材料的应用即将成为我国岩土工程领域中的一个热点。

注浆法(亦称灌浆法)在90年代国内外应用的特点是∶

(1)不仅在水电建设中都要进行大规模的防渗和加固注浆,在土木和地下工程中也占有十分重要的地位;不仅在新建工程中应用,而且在改建和扩建工程、尤其在托换工程领域中应用更为广泛;

(2)国内外各类注浆工程中仍是水泥系和水玻璃系浆材占主导地位(约占90%~95%);

(3)国外在注浆施工中普遍设立电子计算机监测系统,用来专门收集和处理诸如注浆压力、浆液稠度和进浆量等重要数据,这不仅可使工效提高,还能更好地控制注浆工序和质量,提高了注浆法的科学性和先进性,

(4)国内外在注浆理论方面仍属比较薄弱的环节。在1991年广州召开的全国灌浆技术学术讨论会中,熊厚金工程师提出在软基中构成了土-浆脉复合地基的加固机理。在注浆技术的工程实践中,人们关注的趋向有∶

(1)在桩侧和桩底进行水泥注浆以提高单桩承载力;

(2)在深基坑开挖中,对支护桩的后侧及基坑底面注浆,可形成挡水帷幕防渗作用;

(3)对结构物及文物的修补和修复;

(4)在托换工程中用注浆法提高地基承载力和地基土的模量,以制止沉降和不均匀沉降;

(5)在地铁和敷设地下管道工程中,用注浆法加固粉砂和淤泥质地层。

当前地基处理的发展新水平,反映在处理机械、材料、设计计算理论、施工工艺和现场监测技术的整体水平和多种地基处理方法的综合应用能力。

众所周知,迄今为止还没有一种万能的地基处理方法,每一种地基处理方法都有其适用范围和其局限性。只有根据所加固工程的特性、地质条件、环境情况和施工条件等因素,因地制宜地选择一种或综合运用几种地基处理方法,才有可能取得最佳的技术经济效益。

作者对今后地基处理发展中的几点设想∶

1.重视研制地基处理机械设备向深、大、多功能和自动监控装置的方向发展;

2.加强监测地基施工质量和检验地基处理效果的测试方法,尤其须加强沉降观测直至稳定,以便求得地基处理工程中的沉降经验参数;

3.开展复合地基的理论研究工作,实际上对柔性桩、半刚性桩和刚性桩的复合地基的.加固机理应该是不同的;

4.应发展充分利用工业废料和减小环境污染的地基处理新方法,如在上海市标准《地基处理技术规范》-4-4中,明确将上海市电厂粉煤灰和干渣材料可用作换填法的填筑材料;

5.提高勘测、设计和施工的技术队伍素质,做好地基处理技术规范的普及教育的培训工作。

地基处理的发展虽然极为迅速,地基处理方法也日新月异,有的地基处理方法也列入了规范,在设计、施工和质量检验方面有所遵循,但地基处理毕竟还是一门新兴学科,有待在今后实践中不断总结提高和逐步完善。

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