中华人民共和国行业标建筑地基处理技术规范JGJ 79-2002条文说明 5
12.2 设计
12.2.1 旋喷桩直径的确定是一个复杂的问题,尤其是深部的直径,无法用准确的方法确定。因此,除了浅层可以用开挖的方法确定之外,只能用半经验的方法加以判断、确定。
根据国内外的施工经验,其设计直径可参考表15选用。定喷及摆喷的有效长度约为旋喷桩直径的1.0~1.5倍。
12.2.2 旋喷桩复合地基承载力通过现场载荷试验方法确定误差较小。由于通过公式计算在确定折减系数β和单桩承载力方面均可能有较大的变化幅度,因此只能用作估算。对于承载力较低时β取低值,是出于减小变形的考虑。
12.2.8 当旋喷桩需要相邻桩相互搭接形成整体时,应考虑施工中垂直度误差等,设计桩径相互搭接不宜小于300mm。尤其在截水工程中尚需要采取可靠方案或措施保证相邻桩的搭接,防止截水失败。
12.3 施工
12.3.1 施工前,应对照设计图纸核实设计孔位处有无妨碍施工和影响安全的障碍物。如遇有上水管、下水管、电缆线、煤气管、人防工程、旧建筑基础和其他地下埋设物等障碍物影响施工时,则应与有关单位协商清除或搬移障碍物或更改设计孔位。
12.3.2 由于高压喷射注浆的压力愈大,处理地基的效果愈好,根据国内实际工程中应用实例,单管法、双管法及三管法的高压水泥浆液流或高压水射流的压力宜大于20MPa,气流的压力以空气压缩机的最大压力为限,通常在0.7MPa左右,低压水泥浆的灌注压力,通常在1.0~2.OMPa左右,提升速度为0.05~0.25m/min,旋转速度可取10~20r/min。
12.3.3 喷射注浆的主要材料为水泥,对于无特殊要求的工程宜采用强度等级为32.5级及以上普通硅酸盐水泥。根据需要,可在水泥浆中分别加入适量的外加剂和掺合料,以改善水泥浆液的性能,如早强剂、悬浮剂等。所用外加剂或掺合剂的数量,应根据水泥土的特点通过室内配比试验或现场试验确定。当有足够实践经验时,亦可按经验确定。
喷射注浆的材料还可选用化学浆液。因费用昂贵,只有少数工程应用。
12.3.4 水泥浆液的水灰比越小,高压喷射注浆处理地基的强度越高。在生产中因注浆设备的原因,水灰比太小时,喷射有困难,故水灰比通常取0.8~1.5,生产实践中常用1.0。
由于生产、运输和保存等原因,有些水泥厂的水泥成分不够稳定,质量波动较大,可导致高压喷射水泥浆液凝固时间过长,固结强度降低。因此事先应对各批水泥进行检验,鉴定合格后才能使用。对拌制水泥浆的用水,只要符合混凝土拌合标准即可使用。
12.3.5 高压喷射注浆的全过程为钻机就位、钻孔、置入注浆管、高压喷射注浆和拔出注浆管等基本工序。施工结束后应立即对机具和孔口进行清洗。钻孔的目的是为了置人注浆管到预定的土层深度,如能用振动或直接把注浆管钻入土层预定深度,则钻孔和置人注浆管的两道工序合并为一道工序。
12.3.6 高压泵通过高压橡胶软管输送高压浆液至钻机上的注浆管,进行喷射注浆。若钻机和高压水泵的距离过远,势必要增加高压橡胶软管的长度,使高压喷射流的沿程损失增大,造成实际喷射压力降低的后果。因此钻机与高压水泵的距离不宜过远,在大面积场地施工时,为了减少沿程损失,则应搬动高压泵保持与钻机的距离。
实际施工孔位与设计孔位偏差过大时,会影响加固效果。故规定孔位偏差值应小于50mm,并且必须保持钻孔的垂直度。土层的结构和土质种类对加固质量关系更为密切,只有通过钻孔过程详细记录地质情况并了解地下情况后,施工时才能因地制宜及时调整工艺和变更喷射参数,达到处理效果良好的目的。
12.3.7 各种形式的高压喷射注浆,均自下而上进行。当注浆管不能一次提升完成而需分数次卸管时,卸管后喷射的搭接长度不得小于100mm,以保证固结体的整体性。
12.3.8 在不改变喷射参数的条件下,对同一标高的土层作重复喷射时,能加大有效加固长度和提高固结体强度。这是一种局部获得较大旋喷直径或定喷、摆喷范围的简易有效方法。复喷的方法根据工程要求决定。在实际工作中,旋喷桩通常在底部和顶部进行复喷,以增大承载力和确保处理质量。
12.3.9 当喷射注浆过程中出现下列异常情况时,需查明原因并采取相应措施:
1 流量不变而压力突然下降时,应检查各部位的泄漏情况,必要时拔出注浆管,检查密封性能。
2 出现不冒浆或断续冒浆时,若系土质松软则视为正常现象,可适当进行复喷;若系附近有空洞、通道,则应不提升注浆管继续注浆直至冒浆为止或拔出注浆管待浆液凝固后重新注浆。
3 压力稍有下降时,可能系注浆管被击穿或有孔洞,使喷射能力降低。此时应拔出注浆管进行检查。
4 压力陡增超过最高限值、流量为零、停机后压力仍不变动时,则可能系喷嘴堵塞。应拔管疏通喷嘴。
12.3.10 当高压喷射注浆完毕后,或在喷射注浆过程中因故中断,短时间(小于或等于浆液初凝时间)内不能继续喷浆时,均应立即拔出注浆管清洗备用,以防浆液凝固后拔不出管来。
为防止因浆液凝固收缩,产生加固地基与建筑基础不密贴或脱空现象,可采用超高喷射(旋喷处理地基的顶面超过建筑基础底面,其超高量大于收缩高度)、回灌冒浆或第二次注浆等措施。
12.3.11 高压喷射注浆处理地基时,在浆液未硬化前,有效喷射范围内的地基因受到扰动而强度降低,容易产生附加变形,因此在处理既有建筑地基或在邻近既有建筑旁施工时,应防止施工过程中,在浆液凝固硬化前导致建筑物的附加下沉。通常采用控制施工速度、顺序和加快浆液凝固时间等方法防止或减小附加变形。
12.3.12 在城市施工中泥浆管理直接影响文明施工,必须在开工前做好规划,做到有计划的堆放或废浆及时排出现场,保持场地文明。
12.3.13 应在专门的记录表格上做好自检,如实记录施工的各项参数和详细描述喷射注浆时的各种现象,以便判断加固效果并为质量检验提供资料。
12.4 质量检验
12.4.1 应在严格控制施工参数的基础上,根据具体情况选定质量检验方法。开挖检查法虽简单易行,通常在浅层进行,但难以对整个固结体的质量作全面检查。钻孔取芯是检验单孔固结体质量的常用方法,选用时需以不破坏固结体和有代表性为前提,可以在28d后取芯或在未凝以前软取芯(软弱粘性土地基)。标准贯入和静力触探在有经验的情况下也可以应用。载荷试验是建筑地基处理后检验地基承载力的良好方法。压水试验通常在工程有防渗漏要求时采用。
建筑物的沉降观测及基坑开挖过程测试和观察是全面检查建筑地基处理质量的不可缺少的重要方法。
12.4.2 检验点的位置应重点布置在有代表性的加固区。必要时,对喷射注浆时出现过异常现象和地质复杂的地段亦应检验。
12.4.3 每个建筑工程喷射注浆处理后,不论其大小,均应进行检验。检验量为施工孔数的1%,并且至少要检验3点。
12.4.4 高压喷射注浆处理地基的强度离散性大,在软弱粘性土中,强度增长速度较慢。检验时间应在喷射注浆后28d进行,以防由于固结体强度不高时,因检验而受到破坏,影响检验的可靠性。
13 石灰桩法
13.1 一般规定
13.1.1 石灰桩是以生石灰为主要固化剂与粉煤灰或火山灰、炉渣、矿渣、粘性土等掺合料按一定的比例均匀混合后,在桩孔中经机械或人工分层振压或夯实所形成的密实桩体。为提高桩身强度,还可掺加石膏、水泥等外加剂。
石灰桩的主要作用机理是通过生石灰的吸水膨胀挤密桩周土,继而经过离子交换和胶凝反应使桩间土强度提高。同时桩身生石灰与活性掺合料经过水化、胶凝反应,使桩身具有0.3~1.OMPa的抗压强度。
石灰桩属可压缩的低粘结强度桩,能与桩间土共同作用形成复合地基。
由于生石灰的吸水膨胀作用,特别适用于新填土和淤泥的加固,生石灰吸水后还可使淤泥产生自重固结。形成强度后的密集的石灰桩身与经加固的桩间土结合为一体,使桩间土欠固结状态消失。
石灰桩与灰土桩不同,可用于地下水位以下的土层,用于地下水位以上的土层时,如土中含水量过低,则生石灰水化反应不充分,桩身强度降低,甚至不能硬化。此时采取减少生石灰用量和增加掺合料含水量的办法,经实践证明是有效的。
石灰桩不适用于地下水下的砂类土。
13.1.2 石灰桩可就地取材,各地生石灰、掺合料及土质均有差异,在无经验的地区应进行材料配比试验。由于生石灰膨胀作用,其强度与侧限有关,因此,配比试验宜在现场地基土中进行。
13.2 设计
13.2.1 块状生石灰经测试其孔隙率为35%~39%,掺合料的掺入数量理论上至少应能充满生石灰块的孔隙,以降低造价,减少生石灰膨胀作用的内耗。
生石灰与粉煤灰、炉碴、火山灰等活性材料可以发生水化反应,生成不溶于水的水化物,同时使用工业废料也符合国家环保政策。
在淤泥中增加生石灰用量有利于淤泥的固结,桩顶附近减少生石灰用量可减少生石灰膨胀引起的地面隆起,同时桩体强度较高。
当生石灰用量超过总体积的30%时,桩身强度下降,但对软土的加固效果较好,经过工程实践及试验总结,生石灰与掺合料的体积比为1:1或1:2较合理,土质软弱时采用1:1,一般采用1:2。
桩身材料加入少量的石膏或水泥可以提高桩身强度,在地下水渗透较严重的情况下或为提高桩顶强度时,可适量加入。
13.2.2 石灰桩属可压缩性桩,一般情况下桩顶可不设垫层。石灰桩身根据不同的掺合料有不同的渗透系数,其值为10-3~10-5cm/s量级,可作为竖向排水通道。
13.2.3 由于石灰桩的膨胀作用,桩顶覆盖压力不够时,易引起桩顶土隆起,增加再沉降,因此其空口高度不宜小于500mm,以保持一定的覆盖压力。
其封口标高应略高于原地面系为了防止地面水早期渗入桩顶,导致桩身强度降低。
13.2.4 试验表明,石灰桩宜采用细而密的布桩方式,这样可以充分发挥生石灰的膨胀挤密效应,但桩径过小则施工速度受影响。目前人工成孔的桩径以φ300mm为宜,机械成孔以φ350mm左右为宜。
过去的习惯是将基础以外也布置数排石灰桩,如此则造价剧增,试验表明在一般的软土中,围护桩对提高复合地基承载力的增益不大。在承载力很低的淤泥或淤泥质土中,基础外围增加1~2排围护桩有利于对淤泥的加固,可以提高地基的整体稳定性,同时围护桩可将土中大孔隙挤密能起止水作用,可提高内排桩的施工质量。
13.2.5 洛阳铲成孔桩长不宜超过6m,系指人工成孔,如用机动洛阳铲可适当加长。机械成孔管外投料时,如桩长过长,则不能保证成桩直径,特别在易缩孔的软土中,桩长只能控制在6m以内,不缩孔时,桩长可控制在8m以内。
13.2.6 由于石灰桩复合地基桩土变形谐调,石灰桩身又为可压缩的柔性桩,复合土层承载性能接近人工垫层。大量工程实践证明,复合土层沉降仅为桩长的0.5%~0.8%,沉降主要来自于桩底下卧层,因此宜将桩端置于承载力较高的土层中。
正如本规范第13.2.10条说明中所述,石灰桩具有减载和预压作用,因此在深厚的软土中刚度较好的建筑物有可能使用"悬浮桩",在无地区经验时,应进行大压板载荷试验,确定加固深度。
13.2.8 石灰桩桩身强度与土的强度有密切关系。土强度高时,对桩的约束力大,生石灰膨胀时可增加桩身密度,提高桩身强度,反之当土的强度较低时,桩身强度也相应降低。石灰桩在软土中的桩身强度多在0.3~1.0MPa之间,强度较低,其复合地基承载力不宜超过160kPa,而多在120~160kPa之间。如土的强度较高,可减少生石灰用量,外加石膏或水泥等外加剂,提高桩身强度,复合地基承载力可以提高,同时应当注意,在强度高的土中,如生石灰用量过大,则会破坏土的结构,综合加固效果不好。
13.2.9 试验研究证明,当石灰桩复合地基荷载达到其承载力特征值时,具有以下特征:
1 沿桩长范围内各点桩和土的相对位移很小(2mm以内),桩土变形谐调;
2 土的接触压力接近达到桩间土承载力特征值,即桩间土发挥度系数为1;
3 桩顶接触压力达到桩体比例极限,桩顶出现塑性变形;
4 桩土应力比趋于稳定,其值在2.5~5之间;
5 桩土的接触压力可采用平均压力进行计算。
基于以上特征,按本规范(7.2.8-1)式常规的面积比方法计算复合地基承载力是适宜的,在置换率计算中,桩径除考虑膨胀作用外,尚应考虑桩边2cm左右厚的硬壳层,故计算桩径取成孔直径的1.1~1.2倍。
桩间土的承载力与置换率、生石灰掺量以及成孔方式等因素有关。
试验检测表明生石灰对桩周边厚0.3d左右的环状土体显示了明显的加固效果,强度提高系数达1.4~1.6,圆环以外的土体加固效果不明显。因此,可采用下式计算桩间土承载力:
13.2.10 石灰桩的掺合料为轻质的粉煤灰或炉碴,生石灰块的重度约10kN/m3,石灰桩身饱和后重度为13kN/m3,以轻质的石灰桩置换土,复合土层的自重减轻,特别是石灰桩复合地基的置换率较大,减载效应明显。复合土层自重减轻即是减少了桩底下卧层软土的附加应力,以附加应力的减少值反推上部荷载减少的对应值是一个可观的数值。这种减载效应对减少软土变形增益很大。同时考虑石灰的膨胀对桩底土的预压作用,石灰桩底下卧层的变形较常规计算减小,经过湖北、广东地区四十余个工程沉降实测结果的对比(人工洛阳铲成孔、桩长6m以内,条形基础简化为筏基计算),变形较常规计算有明显减小。由于各地情况不同,统计数量有限,应以当地经验为主。
式(13.2.10)为常规复合模量的计算公式,系数α为桩间土加固后压缩模量的提高系数。如前述石灰桩身强度与桩间土强度有对应关系,桩身压缩模量也随桩间土模量的不同而变化,此大彼大,此小彼小,鉴于这种对应性质,复合地基桩土应力比的变化范围缩小,经大量测试,桩土应力比的范围为2~5,大多为3~4。
石灰桩桩身压缩模量可用环刀取样,作室内压缩试验求得。
13.3 施工
13.3.1 生石灰块的膨胀率大于生石灰粉,同时生石灰粉易污染环境。为了使生石灰与掺合料反应充分,应将块状生石灰粉碎,其粒径30~50mm为佳,最大不宜超过70mm。
13.3.2 掺合料含水量过少则不易夯实,过大时在地下水位以下易引起冲孔(放炮)。
石灰桩身密实度是质量控制的重要指标,由于周围土的约束力不同,配比也不同,桩身密实度的定量控制指标难以确定,桩身密实度的控制宜根据施工工艺的不同凭经验控制。无经验的地区应进行成桩工艺试验。成桩7~10d后用轻便触探(N10)进行对比检测,选择适合的工艺。
13.3.3 管外投料或人工成孔时,孔内往往存水,此时应采用小型软轴水泵或潜水泵排干孔内水,方能向孔内投料。
在向孔内投料的过程中如孔内渗水严重,则影响夯实(压实)桩料的质量,此时应采取降水或增打围护桩隔水的措施。
13.3.9 石灰桩施工中的冲孔(放炮)现象应引起重视,其主要原因在于孔内进水或存水使生石灰与水迅速反应,其温度高达200~300℃,空气遇热膨胀,不易夯实,桩身孔隙大,孔隙内空气在高温下迅速膨胀,将上部夯实的桩料冲出孔口。应采取减少掺合料含水量,排干孔内积水或降水,加强夯实等措施,确保安全。
13.4 质量检测
13.4.1 石灰桩加固软土的机理分为物理加固和化学加固两个作用,物理作用(吸水、膨胀)的完成时间较短,一般情况下7d以内均可完成。此时桩身的直径和密度已定型,在夯实力和生石灰膨胀力作用下,7~1Od桩身已具有一定的强度。而石灰桩的化学作用则速度缓慢,桩身强度的增长可延续3年甚至5年。考虑到施工的需要,目前将一个月龄期的强度视为桩身设计强度,7~1Od龄期的强度约为设计强度的60%左右。
龄期7~1Od时,石灰桩身内部仍维持较高的温度(30~50℃),采用静力触探检测时应考虑温度对探头精度的影响。
13.4.2~13.4.3 大量的检测结果证明,石灰桩复合地基在整个受力阶段,都是受变形控制的,其p-s曲线呈缓变型。石灰桩复合地基中的桩土具有良好的协同工作特征,土的变形控制着复合地基的变形,所以石灰桩复合地基的允许变形宜与天然地基的标准相近。
在取得载荷试验与静力触探检测对比经验的条件下,也可采用静力触探估算复合地基承载力。关于桩体强度的确定,可取0.1ps为桩体比例极限,这是经过桩体取样在试验机上作抗压试验求得比例极限与原位静力触探ps值对比的结果。但仅适用于掺合料为粉煤灰、炉碴的情况。
地下水以下的桩底存在动水压力。夯实也不如桩的中上部,因此其桩身强度较低。桩的顶部由于覆盖压力有限,桩体强度也有所降低。因此石灰桩的桩体强度沿桩长变化,中部最高,顶部及底部较差。
试验证明当底部桩身具有一定强度时,由于化学反应的结果,其后期强度可以提高,但当7~1Od比贯入阻力很小(ps值小于1MPa)时,其后期强度的提高有限。
14 灰土挤密桩法和土挤密桩法
14.1 一般规定
14.1.1 灰土挤密桩或土挤密桩通过成孔过程中的横向挤压作用,桩孔内的土被挤向周围,使桩间土得以挤密,然后将备好的灰土或素土(粘性土)分层填入桩孔内,并分层捣实至设计标高。用灰土分层夯实的桩体,称为灰土挤密桩;用素土分层夯实的桩体,称为土挤密桩。二者分别与挤密的桩间土组成复合地基,共同承受基础的上部荷载。
大量的试验研究资料和工程实践表明,灰土挤密桩和土挤密桩用于处理地下水位以上的湿陷性黄土、素填土、杂填土等地基,不论是消除土的湿陷性还是提高承载力都是有效的。但当土的含水量大于24%及其饱和度超过65%时,在成孔及拔管过程中,桩孔及其周围容易缩颈和隆起,挤密效果差,故上述方法不适用于处理地下水位以下及毛细饱和带的土层。
基底下5m以内的湿陷性黄土、素填土、杂填土,通常采用土(或灰土)垫层或强夯等方法处理。大于15m的土层,由于成孔设备限制,一般采用其他方法处理。本条规定可处理地基的深度为5~15m,基本上符合陕西、甘肃和山西等省的情况。
饱和度小于60%的湿陷性黄土,其承载力较高,湿陷性较强,处理地基常以消除湿陷性为主。而素填土、杂填土的湿陷性一般较小,但其压缩性高、承载力低,故处理地基常以降低压缩性、提高承载力为主。
灰土挤密桩和土挤密桩,在消除土的湿陷性和减小渗透性方面,其效果基本相同或差别不明显,但土挤密桩地基的承载力和水稳性不及灰土挤密桩,选用上述方法时,应根据工程要求和处理地基的目的确定。
14.1.2 灰土挤密桩和土挤密桩是一种比较成熟的地基处理方法,自二十世纪60年代以来,在陕西、甘肃等湿陷性黄土地区的工业与民用建筑的地基处理中已广泛使用,积累了一定的经验,对一般工程,施工前在现场不进行成孔挤密等试验,不致产生不良后果,并有利于加快地基处理的施工进度。但在缺乏建筑经验的地区和对不均匀沉降有严格限制的重要工程,施工前应按设计要求在现场进行试验,以检验地基处理方案和设计参数的合理性,对确保地基处理质量,查明其效果都很有必要。
试验内容包括成孔、孔内夯实质量、桩间土的挤密情况、单桩和桩间土以及单桩或多桩复合地基的承载力等。
14.2 设计
14.2.1 局部处理地基的宽度超出基础底面边缘一定范围,主要在于改善应力扩散,增强地基的稳定性,防止基底下被处理的土层,在基础荷载作用下受水浸湿时产生侧向挤出,并使处理与未处理接触面的土体保持稳定。
局部处理超出基础边缘的范围较小,通常只考虑消除拟处理土层的湿陷性,而未考虑防渗隔水作用。但只要处理宽度不小于本条规定,不论是非自重湿陷性黄土还是自重湿陷性黄土,采用灰土挤密桩或土挤密桩处理后,对防止侧向挤出、减小湿陷变形的效果都很明显。
整片处理的范围大,既可消除拟处理土层的湿陷性,又可防止水从侧向渗入未处理的下部土层引起湿陷,故整片处理兼有防渗隔水作用。
14.2.2 本条对灰土挤密桩和土挤密桩处理地基的深度作了原则性规定,具体深度由设计根据现场土质情况、工程要求和成孔设备等因素确定。
当以消除地基土的湿陷性为主要目的时,在非自重湿陷性黄土场地,宜将附加应力与土的饱和自重应力之和大于湿陷起始压力的全部土层进行处理,或处理至地基压缩层的下限截止;在自重湿陷性黄土场地,宜处理至非湿陷性黄土层顶面止。
当以降低土的压缩性、提高地基承载力为主要目的时,宜对基底下压缩层范围内压缩系数a1~2大于0.40MPa-1或压缩模量小于6MPa的土层进行处理。
对湿陷性黄土地基,也可按现行国家标准《湿陷性黄土地区建筑规范》GB 50025的有关规定执行。
14.2.3 根据我国黄土地区的现有成孔设备,沉管(锤击、振动)成孔的桩孔直径多为0.37~0.40m。布置桩孔应考虑消除桩间土的湿陷性。桩间土的挤密用平均挤密系数表示。
大量试验研究资料和工程经验表明,消除桩间土的湿陷性,桩孔之间的中心距离通常为桩孔直径的2.0~2.5倍,也可按本条公式(14.2.3)进行估算。
14.2.4 湿陷性黄土为天然结构,处理湿陷性黄土与处理扰动土有所不同,故检验桩间土的质量用平均挤密系数控制,而不用压实系数控制,平均挤密系数是在成孔挤密深度内,通过取土样测定桩间土的平均干密度与其最大于密度的比值而获得,平均干密度的取样自桩顶向下0.5m起,每1m不应少于2点(1组),即:桩孔外100mm处1点,桩孔之间的中心距(1/2处)1点。当桩长大于6m时,全部深度内取样点不应少于12点(6组);当桩长小于6m时,全部深度内的取样点不应少于10点(5组)。
14.2.6 当为消除黄土、素填土和杂填土的湿陷性而处理地基时,桩孔内用素土(粘性土、粉质粘土)作填料,可满足工程要求,当同时要求提高其承载力或水稳性时,桩孔内用灰土作填料较合适。
为防止填入桩孔内的灰土吸水后产生膨胀,不得使用生石灰与土拌合,而应用消解后的石灰与黄土或其他粘性土拌合。石灰富含钙离子,与土混合后产生离子交换作用,在较短时间内便成为凝硬性材料,因此拌合后的灰土放置时间不可太长,并宜于当日使用完毕。
14.2.7 灰土挤密桩或土挤密桩回填夯实结束后,在桩顶标高以上设置300~500mm厚的灰土垫层,一方面可使桩顶和桩间土找平,另方面有利于改善应力扩散,调整桩土的应力比,并对减小桩身应力集中也有良好作用。
14.2.8 为确定灰土挤密桩或土挤密桩的桩数及其桩长(或处理深度),设计时往往需要了解采用灰土挤密桩或土挤密桩处理地基的承载力,而原位测试(包括载荷试验、静力触探、动力触探)结果比较可靠。
用载荷试验可测定单桩和桩间土的承载力,也可测定单桩复合地基或多桩复合地基的承载力。当不用载荷试验时,桩间土的承载力可采用静力触探测定。桩体特别是灰土填孔的桩体,采用静力触探测定其承载力不一定可行,但可采用动力触探测定。
14.2.9 灰土挤密桩或土挤密桩复合地基的变形,包括桩和桩间土及其下卧未处理土层的变形。前者通过挤密后,桩间土的物理力学性质明显改善,即土的干密度增大、压缩性降低、承载力提高,湿陷性消除,故桩和桩间土(复合土层)的变形可不计算,但应计算下卧未处理土层的变形。
14.3 施工
14.3.1 现有成孔方法,包括沉管(锤击、振动)和冲击等方法,但都有一定的局限性,在城乡建设和居民较集中的地区往往限制使用,如锤击沉管成孔,通常允许在新建场地使用,故选用上述方法时,应综合考虑设计要求、成孔设备或成孔方法、现场土质和对周围环境的影响等因素。
14.3.2 施工灰土挤密桩或土挤密桩时,在成孔或拔管过程中,对桩孔(或桩顶)上部土层有一定的松动作用,因此施工前应根据选用的成孔设备和施工方法,在基底标高以上预留一定厚度的松动土层,待成孔和桩孔回填夯实结束后,将其挖除或按设计规定进行处理。
14.3.3 拟处理地基土的含水量对成孔施工与桩间土的挤密至关重要。工程实践表明,当天然土的含水量小于12%时,土呈坚硬状态,成孔挤密困难,且设备容易损坏;当天然土的含水量等于或大于24%,饱和度大于65%时,桩孔可能缩颈,桩孔周围的土容易隆起,挤密效果差;当天然土的含水量接近最优(或塑限)含水量时,成孔施工速度快,桩间土的挤密效果好。因此,在成孔过程中,应掌握好拟处理地基土的含水量不要太大或太小,最优含水量是成孔挤密施工的理想含水量,而现场土质往往并非恰好是最优含水量,如只允许在最优含水量状态下进行成孔施工,小于最优含水量的土便需要加水增湿,大于最优含水量的土则要采取晾干等措施,这样施工很麻烦,而且不易掌握准确和加水均匀。因此,当拟处理地基土的含水量低于12%时,宜按公式(14.3.2)计算的加水量进行增湿。对含水量介于12~24%的土,只要成孔施工顺利,桩孔不出现缩颈,桩间土的挤密效果符合设计要求,不一定要采取增湿或晾干措施。
14.3.4 成孔和孔内回填夯实的施工顺序,习惯做法从外向里间隔1~2孔进行,但施工到中间部位,桩孔往往打不下去或桩孔周围地面明显隆起,为此有的修改设计,增大桩孔之间的中心距离,这样很麻烦。为此本条改为对整片处理,宜从里(或中间)向外间隔1~2孔进行,对大型工程可采取分段施工,对局部处理,宜从外向里间隔1~2孔进行。局部处理的范围小,且多为独立基础及条形基础,从外向里对桩间土的挤密有好处,也不致出现类似整片处理或桩孔打不下去的情况。
桩孔的直径与成孔设备或成孔方法有关,成孔设备或成孔方法如已选定,桩孔直径基本上固定不变,桩孔深度按设计规定,为防止施工出现偏差或不按设计图施工,在施工过程中应加强监督,采取随机抽样的方法进行检查,但抽查数量不可太多,每台班检查1~2孔即可,以免影响施工进度。
14.3.5~14.3.7 施工记录是验收的原始依据。必须强调施工记录的真实性和准确性,且不得任意涂改。为此应选择有一定业务素质的相关人员担任施工记录,这样才能确保做好施工记录。
土料和灰土受雨水淋湿或冻结,容易出现"橡皮土",且不易夯实。当雨季或冬季选择灰土挤密桩或土挤密桩处理地基时,应采取防雨或防冻措施,保护灰土或土料不受雨水淋湿或冻结,以确保施工质量。
14.4 质量检验
14.4.1 为确保灰土挤密桩或土挤密桩处理地基的质量,在施工过程中应采取抽样检验,检验数据和结论应准确、真实,具有说服力,对检验结果应进行综合分析或综合评价。
14.4.2 本条根据一般工程和重要工程,对抽样检验的数量分别作了规定。由于挖探井取土样对桩体和桩间土均有一定程度的扰动及破坏,因此选点应具有代表性,并保证检验数据的可靠性。
取样结束后,其探井应分层回填夯实,压实系数不应小于0.93。
15 柱锤冲扩桩法
15.1 一般规定
15.1.1 柱锤冲扩桩法的加固机理主要有以下四点:1是成孔及成桩过程中对原土的动力挤密作用;2是对原土的动力固结作用;3是冲扩桩充填置换作用(包括桩身及挤入桩间土的骨料);4是生石灰的水化和胶凝作用(化学置换)。
上述作用依不同土类而有明显区别。对地下水位以上杂填土、素填土、粉土及可塑状态粘性土、黄土等,在冲孔过程中成孔质量较好,无坍孔及缩颈现象,孔内无积水,成桩过程中地面不隆起甚至下沉,经检测孔底及桩间土在成孔及成桩过程中得到挤密,试验表明挤密土影响范围约为2~3倍桩径。而对地下水位以下饱和松软土层冲孔时坍孔严重,有时甚至无法成孔,在成桩过程中地面隆起严重,经检测桩底及桩间土挤密效果不明显,桩身质量也较难保证,因此对上述土层应慎用。限于目前设备条件,处理深度不宜大于6m,否则不经济。对于湿陷性黄土地区,其地基处理深度及复合地基承载力特征值,可按当地经验确定。
15.1.2 柱锤冲扩桩法目前还处于半理论半经验状态,成孔和成桩工艺及地基固结效果直接受到土质条件的影响。因此在正式施工前进行成桩试验及试验性施工十分必要。根据现场试验取得的资料修改设计,制定施工及检验要求。
现场试验主要内容:1.成孔及成桩试验;2.试验性施工;3.复合地基承载力对比试验(载荷试验及动力触探试验)。
15.2 设计
15.2.1 地基处理的宽度超过基础底面边缘一定范围,主要作用在于增强地基的稳定性,防止基底下被处理土层在附加应力作用下产生侧向变形,因此原天然土层越软,加宽的范围应越大。通常按压力扩散角θ=30°来确定加固范围的宽度,并不少于1~2排桩。
用柱锤冲扩桩法处理可液化地基应适当加大处理宽度。对于上部荷载较小的室内非承重墙及单层砖房可仅在基础范围内布桩。
15.2.2 对于可塑状态粘性土、黄土等,因靠冲扩桩的挤密来提高桩间土的密实度,所以采用等边三角形布桩有利,可使地基挤密均匀。对于软粘土地基,主要靠置换,因而选用任何一种布桩方式均可。考虑到施工方便,以正方形或正方形中间补桩一根(等腰三角形)的布桩形式最为常用。
桩间距与设计要求的复合地基承载力及原地基土的承载力有关,根据经验,桩中距一般可取1.5~2.5m或取桩径的2~3倍。
15.2.3 柱锤冲扩桩法有以下三个直径:
1 柱锤直径:它是柱锤实际直径,现已经形成系列,常用直径为300~500mm,如公称φ377锤,就是377mm直径的柱锤。
2 冲孔直径:它是冲孔达到设计深度时,地基被冲击成孔的直径,对于可塑状态粘性土其成孔直径往往比锤直径要大。
3 桩径:它是桩身填料夯实后的平均直径,它比冲孔直径大,如φ377柱锤夯实后形成的桩径可达600~800mm。因此,桩径不是一个常数,当土层松软时,桩径就大,当土层较密时,桩径就小。
设计时一般先根据经验假设桩径,假设时应考虑柱锤规格、土质情况及复合地基的设计要求,一般常用d=500~800mm,经试成桩后再调整桩径。
15.2.4 地基处理深度的确定应考虑:1.软弱土层厚度;2.可液化土层厚度;3.地基变形等因素。限于设备条件,柱锤冲扩桩法适用于6m以内的浅层处理,因此当软弱土层较厚时应进行地基变形和下卧层地基承载力验算。
15.2.5 柱锤冲扩桩法是从地下向地表进行加固,由于地表约束减少,加之成桩过程中桩间土隆起造成桩顶及槽底土质松动,因此为保证地基处理效果及扩散基底压力,对低于槽底的松散桩头及松软桩间土应予以清除,换填砂石垫层。
15.2.6 桩体材料推荐采用以拆房土为主组成的碎砖三合土,主要是为了降低工程造价,减少杂土丢弃对环境的污染。有条件时也可以采用级配砂石、矿渣、灰土、水泥混合土等,由于目前尚缺少足够的工程经验,因此当采用其他材料时,应经试验确定其适用性和配合比等有关参数。
碎砖三合土的配合比(体积比)除设计有特殊要求外,一般可采用1:2:4(生石灰:碎砖:粘性土)。对地下水位以下流塑状态松软土层,宜适当加大碎砖及生石灰用量。碎砖三合土中的石灰宜采用块状生石灰,CaO含量应在80%以上。碎砖三合土中的土料,尽量选用就地基坑开挖出的粘性土料,不应含有机物料(如油毡、苇草、木片等),不应使用淤泥质土、盐渍土和冻土。土料含水量对桩身密实度影响较大,因此应采用最佳含水量进行施工,考虑实际施工时土料来源及成分复杂,根据大量工程实践经验,采用目力鉴别即手握成团、落地开花即可。
为了保证桩身均匀及触探试验的可靠性,碎砖粒径不宜大于120mm,如条件容许碎砖粒径控制在60mm左右最佳,成桩过程中严禁使用粒径大于240mm砖料及混凝土块。
15.2.7 柱锤冲扩三合土桩属散体材料桩(或柔性桩),桩身密实度及承载力因受桩间土影响而较离散,因此规范规定应按复合地基载荷试验确定其承载力。
15.2.8 本规范式(7.2.9)是根据复合地基在上部荷载作用下协调变形、应变趋于一致,复合地基中桩和桩间土应力按压缩模量大小分配而推导出来的。
15.3 施工
15.3.1 本规范建议采用的柱锤及自动脱钩装置为沧州市机械施工有限公司的产品。目前生产上采用的系列柱锤如表18所示:
柱锤可用钢材制作或用钢板为外壳内部浇筑混凝土制成,也可用钢管为外壳内部浇铸铁制成。
为了适应不同工程的要求,钢制柱锤可制成装配式,由组合块和锤顶两部分组成,使用时用螺栓连成整体,调整组合块数(一般0.5t/块),即可按工程需要组合成不同质量和长度的柱锤。
锤型选择应按土质软硬、处理深度及成桩直径经试成桩后加以确定,柱锤长度不宜小于处理深度。
15.3.2 升降柱锤的设备可选用10~30t自行杆式起重机或其他专用设备,采用自动脱钩装置,起重能力应通过计算(按锤质量及成孔时土层对柱锤的吸附力)或现场试验确定,一般不应小于锤质量的3~5倍。
15.3.3 场地平整、清除障碍物是机械作业的基本条件。当加固深度较深,柱锤长度不够时,也可采取先挖出一部分土,然后再进行冲扩施工。
施工时桩位放线一般可在地面上撒白灰线,或在桩位处用短钢钎击深200mm,然后灌入白灰,以保证桩位准确。桩点要醒目、持久,以防漏桩。
柱锤冲扩桩法成孔方式有:
1 冲击成孔:最基本的成孔工艺,条件是冲孔时孔内无明水、孔壁直立、不坍孔、不缩颈。
2 填料冲击成孔:当冲击成孔出现坍孔或缩颈时,采用本法。这时的填料与成桩填料不同,主要目的是吸收孔壁附近地基中的水分,密实孔壁,使孔壁直立、不坍孔、不缩颈。碎砖及生石灰能够显著降低土壤中的水分,提高桩间土承载力,因此填料冲击成孔时应采用碎砖及生石灰块。
3 二次复打成孔:当采用填料冲击成孔施工工艺也不能保证孔壁直立、不坍孔、不缩颈时,应采用本方案。在每一次冲扩时,填料以碎砖、生石灰为主,根据土质不同采用不同配比,其目的是吸收土壤中水分,改善原土性状。第二次复打成孔后要求孔壁直立、不坍孔,然后边填料边夯实形成桩体。第二次冲孔可在原桩位,也可在桩间进行。
套管成孔可解决坍孔及缩颈问题,但其施工工艺较复杂,因此只在特殊情况下使用。
桩体施工的关键是分层填料量、分层夯实厚度及总填料量。施工前应根据试成桩及设计要求的桩径和桩长进行确定。填料充盈系数不宜小于1.5。如密实度达不到设计要求,应空夯夯实。
每根桩的施工记录是工程质量管理的重要依据,也是施工中发现问题的重要一环,所以必须设专门技术人员负责记录工作。
要求夯填至桩顶设计标高以上,主要是为了保证桩顶密实度。当不能满足上述要求时,应进行夯实或采用局部换填处理。
15.3.4 柱锤冲扩桩法夯击能量较大,易发生地面隆起,造成表层桩和桩间土出现松动,从而降低处理效果,因此成孔及填料夯实的施工顺序宜间隔进行。
15.4 质量检验
15.4.1 柱锤冲扩桩法质量检验程序:施工中施工单位自检→竣工后质检部门抽检→基槽开挖后验槽三个环节。实践证明这是行之有效的,其中施工单位自检尤为重要。
15.4.2 采用柱锤冲扩桩法处理的地基,其承载力是随着时间增长而逐步提高的,因此要求在施工结束后休止7~14d再进行检验,实践证明这样不仅方便施工也是偏于安全的。对非饱和土和粉土休止时间可适当缩短。
桩身及桩间土密实度检验宜优先采用重型动力触探进行。检验点应随机抽样并经设计或监理认定,检测点不少于总桩数的2%且不少于6组(即同一检测点桩身及桩间土分别进行检验)。当土质条件复杂时,应加大检验数量。
柱锤冲扩桩复合地基质量评定主要是地基承载力大小及均匀程度。复合地基承载力与桩身及桩间土动力触探击数的相关关系应经对比试验按当地经验确定。实践表明采用柱锤冲扩桩法处理的土层往往上部及下部稍差而中间较密实,因此有必要时可分层进行评价。
15.4.5 基槽开挖检验的重点是桩顶密实度及槽底土质情况。由于柱锤冲扩桩法施工工艺的特点是冲孔后自下而上成桩,即由下往上对地基进行加固处理,由于顶部上覆压力小,容易造成桩顶及槽底土质松动,而这部分又是直接持力层,因此应加强对桩顶特别是槽底以下1m厚范围内土质的检验,检验方法可采用轻便触探进行。桩位偏差不宜大于1/2桩径,桩径负偏差不宜大于1OOmm,桩数应满足设计要求。
16 单液硅化法和碱液法
16.1 一般规定
16.1.1 碱液法在自重湿陷性黄土地区使用较少,而且加固深度不足5m,为防止采用碱液法加固既有建筑物地基产生附加沉降,本条规定,在自重湿陷性黄土场地,当采用碱液法加固时,应通过试验确定其可行性,待取得经验后再逐步扩大其应用范围。
16.1.2 采用单液硅化法或碱液法,对拟建的设备基础和构筑物的地基进行加固,主体工程尚未施工,在灌注溶液过程中,不致产生附加沉降,也无其他不良后果,经加固后的地基,土的湿陷性消除,承载力明显提高。
在非自重湿陷性黄土场地,既有建筑物和设备基础一旦出现不均匀沉降,或地基偶然受水浸湿引起湿陷,采用上述方法加固地基,可迅速阻止其沉降和裂缝继续发展。
16.1.3、16.1.4 进行单孔或多孔灌注溶液试验,主要在于确定设计、施工所需的有关参数以及单液硅化法与碱液法的加固效果。
酸性土和土中已渗入油脂或有机质含量较多的土,阻碍溶液与土接触,不产生化学反应,无加固作用或加固效果不佳。
16.2 设计
(Ⅰ)单液硅化法
16.2.1 单液硅化法加固湿陷性黄土地基的灌注工艺有两种。一是压力灌注,二是溶液自渗。
压力灌注溶液的速度快,扩散范围大,灌注溶液过程中,溶液与土接触初期,尚未产生化学反应,在自重湿陷性严重的场地,采用此法加固既有建筑物地基,附加沉降可达30cm以上,对既有建筑物显然是不允许的,故本条规定,压力灌注可用于加固自重湿陷性场地上拟建的设备基础和构筑物的地基,也可用于加固非自重湿陷性黄土场地上既有建筑物和设备基础的地基。因为非自重湿陷性黄土有一定的湿陷起始压力,基底附加应力不大于湿陷起始压力或虽大于湿陷起始压力但数值不大时,不致出现附加沉降,并已为大量工程实践和试验研究资料所证明。
压力灌注需要用加压设备(如空压机)和金属灌注管等,成本相对较高,其优点是加固范围较大,不只是可加固基础侧向,而且可加固既有建筑物基础底面以下的部分土层。
溶液自渗的速度慢,扩散范围小,溶液与土接触初期,对既有建筑物和设备基础的附加沉降很小(10~20mm),不超过建筑物地基的允许变形值。
此工艺是在二十世纪80年代初发展起来的,在现场通过大量的试验研究,采用溶液自渗加固了大厚度自重湿陷性黄土场地上既有建筑物和设备基础的地基,控制了建筑物的不均匀沉降及裂缝继续发展,并恢复了建筑物的使用功能。
溶液自渗的灌注孔可用钻机或洛阳铲成孔,不需要用灌注管和加压等设备,成本相对较低,含水量不大于20%、饱和度不大于60%的地基土,采用溶液自渗较合适。
16.2.2 湿陷性黄土的天然含水量较小,孔隙中一般无自由水,采用浓度(10%~15%)低的硅酸钠(俗称水玻璃)溶液注入土中,不致被孔隙中的水稀释,此外,溶液的浓度低,粘滞度小,可灌性好,渗透范围较大,加固土的无侧限抗压强度可达300kPa以上,并对降低加固土的成本有利。
加固湿陷性黄土的溶液用量,按公式(16.2.2)进行估算,便于做到心中有数,并可控制工程总预算及硅酸钠溶液的总消耗量,溶液填充孔隙的系数是根据已加固的工程经验得出的。
单液硅化加固湿陷性黄土的主要材料为液体水玻璃(即硅酸钠溶液),其颜色多为透明或稍许混浊,不溶于水的杂质含量不得超过规定值。
16.2.3 从工厂购进的水玻璃溶液,其浓度通常大于加固湿陷性黄土所要求的浓度,比重多为1.45或大于1.45,注入土中时的浓度宜为10%~15%,相对密度为1.13~1.15,故需要按式(16.2.3)计算加水量,对浓度高的水玻璃溶液进行稀释。
16.2.4 加固既有建(构)筑物和设备基础的地基,不可能直接在基础底面下布置灌注孔,而只能在基础侧向(或周边)布置灌注孔,因此基础底面下的土层难以达到加固要求,对基础侧向地基土进行加固,可以防止侧向挤出,减小地基的竖向变形,每侧布置一排灌注孔加固土体很难联成整体,故本条规定每侧布置灌注孔不宜少于2排。
当基础底面宽度大于3m时,除在基础每侧布置2排灌注孔外,是否需要布置斜向基础底面的灌注孔,可根据工程具体情况确定。
(Ⅱ)碱液法
16.2.5 室内外试验表明,当100g干土中可溶性和交换性钙镁离子含量不少于10mg·eq时,灌人氢氧化钠溶液都可得到较好的加固效果。
氢氧化钠溶液注入土中后,土粒表层会逐渐发生膨胀和软化,进而发生表面的相互溶合和胶结(钠铝硅酸盐类胶结),但这种溶合胶结是非水稳性的,只有在土粒周围存在有Ca(OH)2和Mg(OH)2的条件下,才能使这种胶结构成为强度高且具有水硬性的钙铝硅酸盐络合物。这些络合物的生成将使土粒牢固胶结,强度大大提高,并且具有充分的水稳性。
由于黄土中钙、镁离子含量一般都较高(属于钙、镁离子饱和土),故采用单液加固已足够。如钙、镁离子含量较低,则需考虑采用碱液与氯化钙溶液的双液法加固。为了提高碱液加固黄土的早期强度,也可适当注入一定量的氯化钙溶液。
16.2.6 碱液加固深度的确定,关系到加固效果和工程造价,要保证加固效果良好而造价又低,就需要确定一个合理的加固深度。碱液加固法适宜于浅层加固,加固深度不宜超过4~5m。过深除增加施工难度外,造价也较高。当加固深度超过5m时,应与其他加固方法进行技术经济比较后,再行决定。
位于湿陷性黄土地基上的基础,浸水后产生的湿陷量可分为由附加压力引起的湿陷以及由饱和自重压力引起的湿陷,前者一般称为外荷湿陷,后者称为自重湿陷。
有关浸水载荷试验资料表明,外荷湿陷与自重湿陷影响深度是不同的。对非自重湿陷性黄土地基只存在外荷湿陷。当其基底压力不超过200kPa时,外荷湿陷影响深度约为基础宽度b的1.0~2.4倍,但80%~90%的外荷湿陷量集中在基底下1.0~1.5b的深度范围内,其下所占的比例很小。对自重湿陷性黄土地基,外荷湿陷影响深度则为2.0~2.5b。在湿陷影响深度下限处土的附加压力与饱和自重压力的比值为0.25~0.36,其值较一般确定压缩层下限标准0.2(对一般土)或0.1(对软土)要大得多,故外荷湿陷影响深度小于压缩层深度。
位于黄土地基上的中小型工业与民用建筑物,其基础宽度多为1~2m。当基础宽度为2m或2m以上时,其外荷湿陷影响深度将超过4m,为避免加固深度过大,当基础较宽,也即外荷湿陷影响深度较大时,加固深度可减少到1.5~2.0b,这时可消除80%~90%的外荷湿陷量,从而大大减轻湿陷的危害。
对自重湿陷性黄土地基,试验研究表明,当地基属于自重湿陷不敏感或不很敏感类型时,如浸水范围小,外荷湿陷将占到总湿陷的87%~100%,自重湿陷将不产生或产生的很不充分。当基底压力不超过200kPa时,其外荷湿陷影响深度为2.0~2.5b,故本规范建议,对于这类地基,加固深度为2.0~3.0b,这样可基本消除地基的全部外荷湿陷。
16.2.7 试验表明,碱液灌注过程中,溶液除向四周渗透外,还往灌注孔上下各外渗一部分,其范围约相当于有效加固半径r。但灌注孔以上的渗出范围,由于溶液温度高,浓度也相对较大,故土体硬化快,强度高;而灌注孔以下部分,则因溶液温度和浓度都已降低,故强度较低。因此,在加固厚度计算时,可将孔下部渗出范围略去,而取h=l+r,偏于安全。
16.2.8 每一灌注孔加固后形成的加固土体可近似看做一圆柱体,这圆柱体的平均半径即为有效加固半径。灌液过程中,水分渗透距离远较加固范围大。在灌注孔四周,溶液温度高,浓度也相对较大;溶液往四周渗透中,溶液的浓度和温度都逐渐降低,故加固体强度也相应由高到低。试验结果表明,无侧限抗压强度-距离关系曲线近似为一抛物线,在加固柱体外缘,由于土的含水量增高,其强度比未加固的天然土还低。灌液试验中一般可取加固后无侧限抗压强度高于天然土无侧限抗压强度平均值50%以上的土体为有效加固体,其值大约在100~150kPa之间。有效加固体的平均半径即为有效加固半径。
从理论上讲,有效加固半径随溶液灌注量的增大而无限增大,但实际上,当溶液灌注超过某一定数量后,加固体积并不与灌注量成正比,这是因为外渗范围过大时,外围碱液浓度大大降低,起不到加固作用。因此存在一个较经济合理的加固半径。试验表明,这一合理半径一般为0.40~0.50m。
16.2.9 碱液加固一般采用直孔,很少采用斜孔。如灌注孔紧贴基础边缘。则有一半加固体位于基底以下,已起到承托基础的作用,故一般只需沿条形基础两侧或单独基础周边各布置一排孔即可。如孔距为1.8~2.0r,则加固体连成一体,相当于在原基础两侧或四周设置了刚性桩,与周围未加固土体组成复合地基。
16.2.10 湿陷性黄土的饱和度一般在15%~77%范围内变化,多数在40%~50%左右,故溶液充填土的孔隙时不可能全部取代原有水分,因此充填系数取0.6~0.8。举例如下,如加固1.0m3黄土,设其天然孔隙率为50%,饱和度为40%,则原有水份体积为0.2m3。当碱液充填系数为0.6时,则1.0m3土中注入碱液为0.3(0.6×0.5)m3,孔隙将被溶液全部充满,饱和度达100%。考虑到溶液注入过程中可能将取代原有土粒周围的部分弱结合水,这时可取充填系数为0.8,则注入碱液量为0.4(0.8×0.5)m3,将有0.1m3原有水分被挤出。
考虑到黄土的大孔隙性质,将有少量碱液顺大孔隙流失,不一定能均匀地向四周渗透,故实际施工时,应使碱液灌注量适当加大,本条建议取工作条件系数为1.1。
16.3 施工
(Ⅰ)单液硅化法
16.3.1 压力灌注溶液的施工步骤除配溶液等准备工作外,主要分为打灌注管和灌注溶液。通常自基础底面标高起向下分层进行,先施工第一加固层,完成后再施工第二加固层,在灌注溶液过程中,应注意观察溶液有无上冒(即冒出地面)现象,发现溶液上冒应立即停止灌注,分析原因,采取措施,堵塞溶液不出现上冒后,再继续灌注。打灌注管及连接胶皮管时,应精心施工,不得摇动灌注管,以免灌注管壁与土接触不严,形成缝隙,此外,胶皮管与灌注管连接完毕后,还应将灌注管上部及其周围0.5m厚的土层进行夯实,其干密度不得小于1.60g/cm3。
加固既有建筑物地基,在基础侧向应先施工外排,后施工内排,并间隔1~3孔进行打灌注管和灌注溶液。
16.3.2 溶液自渗的施工步骤除配溶液与压力灌注相同外,打灌注孔及灌注溶液与压力灌注有所不同,灌注孔直接钻(或打)至设计深度,不需分层施工,可用钻机或洛阳铲成孔,采用打管成孔时,孔成后应将管拔出,孔径一般为60~80mm。
溶液自渗不需要灌注管及加压设备,而是通过灌注孔直接渗入欲加固的土层中,在自渗过程中,溶液无上冒现象,每隔一定时间向孔内添加一次溶液,防止溶液渗干。
16.3.3 硅酸钠溶液配好后,如不立即使用或停放一定时间后,溶液会产生沉淀现象,灌注时,应再将其搅拌均匀,以免影响顺利灌注。
16.3.4 不论是压力灌注还是溶液自渗,计算溶液量全部注入土中后,加固土体中的灌注孔均宜用2:8灰土分层回填夯实,防止地面水、生产或生活用水浸入地基土内。
16.3.5 对既有建筑物或设备基础进行沉降观测,可及时发现在灌注硅酸钠溶液过程中是否会引起附加沉降以及附加沉降的大小,便于查明原因,停止灌注或采取其他处理措施。
(Ⅱ)碱液法
16.3.6 灌注孔直径的大小主要与溶液的渗透量有关。如土质疏松,由于溶液渗透快,则孔径宜小。如孔径过大,在加固过程中,大量溶液将渗入灌注孔下部,形成上小下大的蒜头形加固体。如土的渗透性弱,而孔径较小,就将使溶液渗入缓慢,灌注时间延长,溶液由于在输液管中停留时间长,热量散失,将使加固体早期强度偏低,影响加固效果。
16.3.7 固体烧碱质量一般均能满足加固要求,液体烧碱及氯化钙在使用前均应进行化学成分定量分析,以便确定稀释到没计浓度时所需的加水量。
室内试验结果表明,用风干黄土加入相当于干土质量1.12%的氢氧化钠并拌合均匀制取试块,在常温下养护28d或在40~100℃高温下养护2h,然后浸水20h,测定其无侧限抗压强度可达166~446kPa。当拌合用的氢氧化钠含量低于干土质量1.12%时,试块浸水后即崩解。考虑到碱液在实际灌注过程中不可能分布均匀,因此一般按干土质量3%比例配料,湿陷性黄土干密度一般为1200~1500kg/m3,故加固每1m3黄土约需NaOH量为35~45kg。
碱液浓度对加固土强度有一定影响,试验表明,当碱液浓度较低时加固强度增长不明显,较合理的碱液浓度宜为90~100g/L。
16.3.8 由于固体烧碱中仍含有少量其他成分杂质,故配置碱液时应按纯NaOH含量来考虑。式(16.3.8-1)中忽略了由于固体烧碱投入后引起的溶液体积的少许变化。现将该式应用举例如下:
16.3.9 碱液灌注前加温主要是为了提高加固土体的早期强度。在常温下,加固强度增长很慢,加固3d后,强度才略有增长。温度超过40℃以上时,反应过程可大大加快,连续加温2h即可获得较高强度。温度愈高,强度愈大。试验表明,在40℃条件下养护2h,比常温下养护3d的强度提高2.87倍,比28d常温养护提高1.32倍。因此,施工时应将溶液加热到沸腾。加热可用煤、炭、木柴、煤气或通入锅炉蒸气,因地制宜。
16.3.10 碱液加固与硅化加固的施工工艺不同之处在于后者是加压灌注(一般情况下),而前者是无压自流灌注,因此一般渗透速度比硅化法慢。其平均灌注速度在1~10L/min之间,以2~5L/min速度效果最好。灌注速度超过10L/min,意味着土中存在有孔洞或裂隙,造成溶液流失;当灌注速度小于1L/min时,意味着溶液灌不进,如排除灌注管被杂质堵塞的因素,则表明土的可灌性差。当土中含水量超过28%或饱和度超过75%时,溶液就很难注入,一般应减少灌注量或另行采取其他加固措施以进行补救。
16.3.11 在灌液过程中,由于土体被溶液中携带的大量水分浸湿,立即变软,而加固强度的形成尚需一定时间。在加固土强度形成以前,土体在基础荷载作用下由于浸湿软化将使基础产生一定的附加下沉,为减少施工中产生过大的附加下沉,避免建筑物产生新的危害,应采取跳孔灌液并分段施工,以防止浸湿区连成一片。由于3d龄期强度可达到28d龄期强度的50%左右,故规定相邻两孔灌注时间间隔不少于3d。
16.3.12 采用CaCl2与NaOH的双液法加固地基时,两种溶液在土中相遇即反应生成Ca(OH)2与NaCl。前者将沉淀在土粒周围而起到胶结与填充的双重作用。由于黄土是钙、镁离子饱和土,故一般只采用单液法加固。但如要提高加固土强度,也可考虑用双液法。施工时如两种溶液先后采用同一容器,则在碱液灌注完成后应将容器中的残留碱液清洗干净,否则,后注入的CaCl2溶液将在容器中立即生成白色的Ca(OH)2沉淀物,从而使注液管堵塞,不利于溶液的渗入。为避免CaCl2溶液在土中置换过多的碱液中的钠离子,规定两种溶液间隔灌注时间不应少于8~12h,以便使先注入的碱液与被加固土体有较充分的反应时间。
16.3.13 施工中应注意安全操作,并备工作服、胶皮手套、风镜、围裙、鞋罩等。皮肤如沾上碱液,应立即用5%浓度的硼酸溶液冲洗。
16.4 质量检验
(Ⅰ)单液硅化法
16.4.3 沉降观测结果,也可作为评定地基加固质量和效果好坏的重要依据之一。地基加固结束后,既有建筑物或设备基础的沉降很小并很快稳定,说明地基加固的质量和效果则好,反之则差。观测时间一般不应少于半年。
(Ⅱ)碱液法
16.4.4~16.4.6 碱液加固后,土体强度有一个增长的过程,故验收工作应在施工完毕28d以后进行。
碱液加固工程质量的判定除以沉降观测为主要依据外,还应对加固土体的强度、有效加固半径和加固深度进行测定。有效加固半径和加固深度目前只能实地开挖测定。强度则可通过钻孔或开挖取样测定。由于碱液加固土的早期强度是不均匀的,一般应在有代表性的加固土体中部取样,试样的直径和高度均为50mm,试块数应不少于3个,取其强度平均值。考虑到后期强度还将继续增长,故允许加固土28d龄期的无侧限抗压强度的平均值可不低于设计值的90%。
如采用触探法检验加固质量,宜采用标准贯入试验;如采用轻便触探易导致钻杆损坏。
17 其他地基处理方法
17.0.1~17.0.5 除本规范4~16各章所列的地基处理方法外,常用的地基处理方法尚有注浆法、锚杆静压桩法、树根桩法和坑式静压桩法。这些方法已纳入行业标准《既有建筑地基基础加固技术规范》JGJ 123-2000内,有关这些方法的设计和施工应按该规范有关规定执行。为方便使用,本章列出了上述方法的适用土类。
附录A 复合地基载荷试验要点
A.0.2 正确选择承压板面积是确保试验结果准确性的重要环节。对于单桩或多桩复合地基载荷试验,其承压板面积必须与单桩或实际桩数所承担的处理面积相等。
A.0.4 载荷试验场地地基土含水量变化或地基土受到扰动,均会影响试验结果的准确性。引起地基土含水量变化的因素很多,诸如曝晒、冰冻、刮风、蒸发、基坑浸水和人工降低地下水位等均可引起地基土含水量变化。因此,试验前应采取有效的预防措施。