地基處理與加固的兩種其他方法

1、地基處理與加固的兩種其他方法、凍結(jié)法1、起源凍結(jié)法最早用于俄國(guó)金礦開(kāi)采，1880年德國(guó)人彼茨舒提出了人工凍結(jié)法原理，188孫將這個(gè)原理首先用于人工凍結(jié)法鑿井。凍結(jié)法施工技術(shù)起始于人工大然凍結(jié)，人們最初利用天然凍土開(kāi)挖底下基礎(chǔ)，后來(lái)有了人工制冷技術(shù)，人們才開(kāi)始利用人工制冷技術(shù)來(lái)凍結(jié)含水土層，含水土層被凍結(jié)成凍土并達(dá)到一定的強(qiáng)度，人們利用凍土的結(jié)構(gòu)掩護(hù)進(jìn)行基坑施工。現(xiàn)在已廣泛應(yīng)用于地鐵、深基坑、礦井建設(shè)等工程中。我國(guó)自195研首次在開(kāi)灤林西風(fēng)井采用凍結(jié)法以來(lái)，主要應(yīng)用于煤礦井筒特殊法施工，現(xiàn)已施工了500多個(gè)凍結(jié)井筒約901口n延米。已完工的山東龍周副井沖積層厚567.7m,凍結(jié)深度650m,為國(guó)

2、內(nèi)之最。目前正在施工的郭屯主、副風(fēng)井凍結(jié)深度已702m。這50年中，我國(guó)人工制冷凍結(jié)技術(shù)經(jīng)歷了引進(jìn)、推廣、改進(jìn)和發(fā)展幾個(gè)階段，其中具有代表的工程主要有安徽潘三東風(fēng)井、河南陳四樓主、副井、山東濟(jì)西主、副井以及龍周副井。上述井筒的建成標(biāo)志著我國(guó)凍結(jié)鑿井技術(shù)已達(dá)到國(guó)家先進(jìn)水平，當(dāng)然也遇到了無(wú)數(shù)的困難。其中，兩淮施工中經(jīng)常遇到的凍結(jié)管斷管，井壁破裂漏水，甚至淹井等事故，不僅危及井筒施工安全，還大大推遲了工期，經(jīng)濟(jì)損失重教訓(xùn)是深刻的，但也激勵(lì)了幾代工程技術(shù)人員的攻關(guān)積極性，為此，完成了多項(xiàng)重大科研項(xiàng)目，從而也獲得了國(guó)家和省部級(jí)多項(xiàng)科研進(jìn)步獎(jiǎng)、無(wú)數(shù)工程技術(shù)人員增長(zhǎng)了才干，成為高級(jí)工程師，有的還獲得國(guó)家政府

3、津貼。2、基本原理凍結(jié)施工法是常用的施工方法之一，使用制冷技術(shù)使地層中的水凍結(jié)，將大然巖土凍結(jié)成凍土，從而把不穩(wěn)定的臺(tái)水土體固化，形成具有一定厚度的凍結(jié)結(jié)構(gòu)體一一凍結(jié)礁。當(dāng)結(jié)構(gòu)體具有相當(dāng)?shù)膹?qiáng)度，可以抵抗周?chē)乃翂毫?，隔絕地下水，形成封閉的不透水帳幕，地下工程于是可在凍結(jié)壁的保護(hù)下進(jìn)行施工。它具有以下特點(diǎn)：(1)、有效隔絕地下水。其抗?jié)B透性能是其它任何方法不能相比的，對(duì)于含水量大于10%的任何含水、松散，不穩(wěn)定地層均可采用凍結(jié)法施工技術(shù)：(2)、凍土帷幕的形狀和強(qiáng)度可視施工現(xiàn)場(chǎng)條件，地質(zhì)條件靈活布置和調(diào)整，凍土強(qiáng)度可達(dá)5-10Mpa能有效提高工效；(3)、凍結(jié)法施工對(duì)周?chē)h(huán)境無(wú)污染，無(wú)異物進(jìn)入

4、土壤，噪音小。凍結(jié)結(jié)束后.凍土墻融化，不影響建筑物周?chē)叵陆Y(jié)構(gòu)；(4)、凍結(jié)施工用于樁基施工或其它工藝平行作業(yè)。能有效縮短施工工期。采用凍結(jié)法施工。凍土帷幕能滿(mǎn)足受力要求.不需下沉龐大的鋼護(hù)筒。也無(wú)需大噸位鉆機(jī)，解決了起重設(shè)備能力不足的困難，降低了施工難度；而且能有效地隔絕了地下水，實(shí)現(xiàn)樁基干處施工。減小大直徑樁澆注水下混凝土的風(fēng)險(xiǎn)；同時(shí)，能有效提高工效，比常規(guī)方法施工方法節(jié)約工程成本。3、設(shè)計(jì)計(jì)算我國(guó)凍結(jié)法鑿井的主要地層為沖積層。凍結(jié)壁的設(shè)計(jì)是指滿(mǎn)足砂性土的強(qiáng)度和粘性土中變形要求的厚度。其厚度計(jì)算主要是根據(jù)地壓、凍土熱學(xué)和力學(xué)性質(zhì)、井筒掘進(jìn)直徑、段高和裸露時(shí)間以及井壁結(jié)構(gòu)與工藝等，實(shí)際上由于

5、凍土熱學(xué)和力學(xué)的耦合計(jì)算的影響因素很多，故一般采取熱學(xué)與力學(xué)分別計(jì)算和相互檢驗(yàn)的方法。在深井粘土層中凍結(jié)壁的厚度與強(qiáng)度，往往是造成許多重大事故的主要原因，因?yàn)檎承酝翉?qiáng)度低，流變特性顯著，而過(guò)去的設(shè)計(jì)中很少考慮到。淺井常用拉麥公式和多姆克公式，均是按平面應(yīng)變力學(xué)模型來(lái)計(jì)算的，同時(shí)也都沒(méi)有考慮到凍土的流變特性（即與時(shí)間有關(guān)這一特征），對(duì)于深井中應(yīng)采用前蘇聯(lián)維亞諾夫和扎列茨基提出的小段高（空間結(jié)構(gòu)）的強(qiáng)度和變形公式。這個(gè)公式不僅考慮了強(qiáng)度，也考慮到變形。龍固副井就是按此公式計(jì)算的，施工中也是順利的。前述兩個(gè)公式都是基于與時(shí)間有關(guān)的彈性或彈塑性理論，后一公式已考慮了凍土流變（參數(shù)mA）和掘砌工藝（參數(shù)

6、e,l,施工中在支設(shè)時(shí)，必須做到大頭朝下、保證垂直度誤差小于5mm底部支座要牢固，選用的支撐應(yīng)材質(zhì)均勻、無(wú)彎曲、缺陷少，使木支撐盡量符合最佳的受力狀況，這樣才能確保結(jié)構(gòu)的安全性，并滿(mǎn)足質(zhì)量要求。4、施工工藝與設(shè)備4.1 凍結(jié)法的施工工藝第一階段是凍結(jié)管的排列，根據(jù)工程特征要求，可布置各種形狀；第二階段，開(kāi)始土壤凍結(jié)，凍土首先從每個(gè)凍結(jié)管周?chē)蛲鈹U(kuò)展，當(dāng)各分離的圓柱凍結(jié)體聯(lián)成一體時(shí)，該凍結(jié)階段就告完成；第三階段是繼續(xù)降低凍結(jié)體的平均濕度和擴(kuò)大凍土墻厚度使之達(dá)到設(shè)計(jì)要求；第四階段是維持低溫，保證開(kāi)挖和做永久結(jié)構(gòu)施工期間，凍土墻強(qiáng)度保持不變。完成使命后即開(kāi)始強(qiáng)行解凍，拔除凍結(jié)管。4.2 凍結(jié)法的施工

7、設(shè)備凍結(jié)法施工旁通道所用設(shè)備主要有：1、螺桿冷凍機(jī)組（JYSGF300II2臺(tái)110KW87500Kcal/h）2、鹽水泵（IS125-100-2002臺(tái)45KW200m3/h）3、冷卻水泵（IS125-100-200C4臺(tái)15KW120m3/h）4、冷卻塔（NBL-504臺(tái)15m3/h）5、鉆機(jī)（MK-501臺(tái)）6、電焊機(jī)（BS-402臺(tái)）7、抽氟機(jī)（1臺(tái)）說(shuō)明：以上1-4項(xiàng)凍結(jié)設(shè)備均備用一臺(tái)。凍結(jié)法施工旁通道所用量測(cè)設(shè)備主要有：1、經(jīng)緯儀（J21臺(tái)）2、測(cè)溫儀（GDM81451臺(tái)測(cè)量?jī)鐾翜囟龋?、精密水準(zhǔn)儀（1臺(tái)）4、打壓機(jī)（20MPa1臺(tái)凍結(jié)器打壓試漏）5、收斂?jī)x（1臺(tái)凍土帷幕收斂）6、

8、鋼卷尺（20m1把）5、質(zhì)量檢測(cè)工程監(jiān)測(cè)的目的是根據(jù)量測(cè)結(jié)果，掌握地層及隧道的變形量及變形規(guī)律，以指導(dǎo)施工。由于旁通道施工位于地下十多米處，為防止施工時(shí)對(duì)地面周邊建筑、地下管線(xiàn)、民用及公共設(shè)施帶來(lái)不良影響，甚至嚴(yán)重破壞。對(duì)施工過(guò)程必須有完善的監(jiān)測(cè)。工程監(jiān)測(cè)的內(nèi)容工程監(jiān)測(cè)貫穿整個(gè)施工過(guò)程，其主要監(jiān)測(cè)內(nèi)容為：地表沉降監(jiān)測(cè)，隧道變形監(jiān)視，通道收斂變形監(jiān)測(cè)，凍土壓力監(jiān)測(cè)。6、工程實(shí)例6.1 工程概況及地質(zhì)情況廣州市軌道交通三號(hào)線(xiàn)天河客運(yùn)站折返線(xiàn)及風(fēng)道位于廣州市天河區(qū)廣汕公路。折返線(xiàn)斜穿廣汕公路和沙河立交橋，風(fēng)道在折返線(xiàn)北端。附近有新天河商貿(mào)城和天河汽車(chē)客運(yùn)站。由于該區(qū)段道路兩側(cè)地下管線(xiàn)較多；其次，廣汕

9、公路是連接廣州與汕頭、增城之間的莆要交通干道，交通繁忙，小能封路施工，因此考慮采用暗挖法施工。折返線(xiàn)設(shè)計(jì)起始咀程為SK0+10260,終點(diǎn)單程支SKo+25040,長(zhǎng)為147.8mi折返北端日f(shuō)挖風(fēng)道長(zhǎng)23.68m,除公路外地面多為建筑商鋪。折返線(xiàn)段隧道頂面距離地表最小約為8m最大開(kāi)挖跨度約為13.4ml斷面形式為馬蹄形，隧道臨時(shí)支護(hù)為厚350白C2M噴混凝土，內(nèi)襯為C3(ff450mm1S8奠筑鋼筋混凝土。折返線(xiàn)隧道拱部圍巖主要為32沖積一洪積砂層、41粉質(zhì)粘土層、54l花崗巖殘積砂質(zhì)粘性土層，邊墻及底部圍巖主要為5i2花崗巖殘積砂質(zhì)粘性土層、砂層密實(shí)度較差，富水性較強(qiáng)，穩(wěn)定性差。花崗巖風(fēng)化

10、殘積土因含砂量較多，遇水和擾動(dòng)易軟化崩解，水浸泡易發(fā)生崩解和流砂，甚至塌方。砂層為飽水層，透水性強(qiáng)，滲透系數(shù)為15n/d,花崗巖風(fēng)化殘積土層5FH1、5i2和全風(fēng)化巖6H,飽水性較好，為弱透水層。綜合評(píng)價(jià)地質(zhì)條件很差。根據(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn)，在這樣的地層中采用礦山法及常規(guī)輔助t法修建隧道，施工難度大，進(jìn)度緩慢且工程投資難以控制，借鑒同內(nèi)其他地區(qū)水平凍結(jié)的施工經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)多方研究確定，折返線(xiàn)暗挖隧道采用水平凍結(jié)法預(yù)加周?chē)鷰r及止水輔助施工，見(jiàn)圖l所示。然而在折返線(xiàn)初期支護(hù)完畢后，冷凍站停機(jī)，外圍凍結(jié)帷幕開(kāi)始自然解凍將產(chǎn)生融沉，會(huì)引起地面及隧道沉降，危及到地面建筑物和管線(xiàn)的安全，為此，需要進(jìn)行融沉的控制。6.

11、2 融沉控制總體方案根據(jù)以往凍土解凍的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合本工程的特點(diǎn)，采用自然解凍措施，在自然解凍的同時(shí)及時(shí)對(duì)凍土進(jìn)行跟蹤注漿，注漿的主要措施是根據(jù)在自然解凍期間監(jiān)測(cè)反饋的信息進(jìn)行地層跟蹤注漿壓密加固土體，具體方法為：(1)、隧道地面融沉控制采用地面注漿的方式進(jìn)行，對(duì)于非車(chē)行道部分，考慮從地面打管注漿，打管時(shí)避開(kāi)地下管線(xiàn)的位置，對(duì)于車(chē)行道部分，由于凍結(jié)凍脹脹幅度過(guò)長(zhǎng)，廣汕路路面及地下管線(xiàn)均進(jìn)行修復(fù)，為此，融沉的治理工作安排在路面及管線(xiàn)恢復(fù)施工期間利用占道范圍進(jìn)行分期地面注漿；(2)、隧道仰拱部位融沉控制采取襯砌中的預(yù)埋注漿管進(jìn)行跟蹤注漿，位置是在初期支護(hù)及凍土之間埋設(shè)注漿管，深度進(jìn)入凍土lOcm,以補(bǔ)

12、償融沉，為了保證及時(shí)均勻的填充凍土融化所產(chǎn)生的空隙，采用分層注漿，即由于漿液擴(kuò)散面積有限，當(dāng)隧道結(jié)構(gòu)內(nèi)預(yù)埋的注漿孔一次性注滿(mǎn)時(shí)，隨凍土解凍過(guò)程用鋼筋或電鉆穿透注漿層，在此注漿層外圍進(jìn)行再次注漿。依次類(lèi)推，直至將融化的凍土填充完畢，控制好融沉現(xiàn)象；(3)、通過(guò)隧道襯砌中的預(yù)埋的注漿管進(jìn)行凍結(jié)帷幕外圍深層跟蹤注漿，位置足在初期支護(hù)及凍土之間埋設(shè)注漿管，深度進(jìn)入凍土10cm,隧道結(jié)構(gòu)層施工結(jié)束后，利用J-200金剛石鉆機(jī)在結(jié)構(gòu)層預(yù)埋的注漿管中施工深層注漿孔，深層注漿孔孔深至凍結(jié)帷幕外圍，然后從凍結(jié)帷幕外圍進(jìn)行注漿，填充、改良土體，防止凍結(jié)帷幕外圍土體隨著凍土融化產(chǎn)生的空隙而下沉。6.3 施工技術(shù)措施

13、1、注漿管的布設(shè)結(jié)合本工程隧道內(nèi)注漿管布置重點(diǎn)為隧道的的仰拱部位。在隧道施工初期支護(hù)、結(jié)構(gòu)層時(shí)預(yù)埋注漿管。(1)、在隧道底部?jī)啥烁?.5mS分28個(gè)斷面預(yù)埋注漿管，每個(gè)斷面寬度為5m,每個(gè)斷面預(yù)埋4個(gè)注漿管。共112個(gè)注漿管；(2)、田區(qū)和IV區(qū)兩個(gè)斷面注漿管采用梅花式錯(cuò)開(kāi)布置；(3)、結(jié)構(gòu)層施工結(jié)束后，利用J-200型鉆機(jī)在已預(yù)埋好注漿管中施工深層注漿孑L,穿透凍結(jié)帷幕；2、預(yù)埋注漿管結(jié)構(gòu)(1)、注漿管選用6.66cm的鍍鋅管，頂端接帶螺紋的外管箍，并用內(nèi)絲堵封閉，管長(zhǎng)按照結(jié)構(gòu)施工調(diào)整；(2)、距注漿管端部250mnft設(shè)置一道止水鋼板，增加防水效果。注漿管固定澆筑混凝土前將其焊接在臨時(shí)支護(hù)

14、的主鋼筋上，注漿管外口離模板約3cm,管口另一端進(jìn)入凍土lOcm。3、注漿設(shè)計(jì)參數(shù)a.注漿材料選用根據(jù)隧道范圍內(nèi)土層的特性?xún)鐾寥诔磷{采用單液漿，及水泥和粉煤灰，其配比為：使用水灰比為2:3的水泥漿。最后注漿結(jié)束后不再出現(xiàn)融沉?xí)r，采用雙液漿封孔，封孔選用水泥和水玻璃漿液，水泥漿與水玻璃配比為1:0.2-0.5;雙液漿初凝時(shí)間約為4560min。b.注漿時(shí)間控制初期支護(hù)施工完畢后，冷凍機(jī)停機(jī)，即進(jìn)入自然解凍期，等初期支護(hù)混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度時(shí)再進(jìn)行跟蹤注漿，注漿對(duì)于凍結(jié)狀態(tài)下的土層一般是難以進(jìn)行的，只能對(duì)融層狀態(tài)下的土層注漿才可達(dá)到應(yīng)有的效果，因此注漿時(shí)間控制應(yīng)以?xún)鼋Y(jié)土層開(kāi)始融化時(shí)為準(zhǔn)，一般停機(jī)1

15、5d后開(kāi)始注漿。融沉注漿時(shí)間約為6個(gè)月，原則上以隧道和地面不再沉降為準(zhǔn)。c.注漿壓力考慮地面覆土厚度，為防止隧道結(jié)構(gòu)受到影響，選用小壓力，多次注漿的方式，注漿壓力為0.2O.3MPa瞬間壓力不超過(guò)0.5MPa注漿量控制在1015L/min。d.注漿順序注漿順序，先隧道底部，再隧道中部，每一注漿段中遵循先下部、后中部的原則，使加固的注漿液逐漸向上擴(kuò)展，避免死角，改善隧道土體，提高充填效果。e.注漿量根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，融沉注漿總量一般為凍土體積的15%左右，經(jīng)過(guò)計(jì)算該工程注漿量約為3340m3實(shí)際用量以地面及隧道不沉降為準(zhǔn)。f.注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)注漿是否結(jié)束根據(jù)隧道沉降監(jiān)測(cè)反饋的信息和最大注漿壓力控制，一般

16、情況下注漿結(jié)束壓力為0.50.7MPa漿液注入量控制在凍土體積的15%左右，地面變形基本穩(wěn)定在2m而右。注漿結(jié)束后，要再注入雙液漿封堵注漿管，并由工人修整管口與砌筑面一樣平，既保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，又美觀(guān)整齊。4、注漿與其它工序交叉施工的協(xié)調(diào)與組織由于凍土自然解凍的時(shí)問(wèn)較長(zhǎng)，融沉的治理不得不與其他工序交叉進(jìn)行，且跨越隧道建設(shè)及地鐵的運(yùn)營(yíng)期。對(duì)于與隧道施工的工序交叉的施工組織：二襯仰拱基面清理完成后，將初支預(yù)埋的注漿管接長(zhǎng)，直到長(zhǎng)度露出二襯仰拱回填的混凝土面為止，防水板鋪設(shè)時(shí)將注漿管穿透防水板。拱墻襯砌施工完成后啟用預(yù)埋的注漿管進(jìn)行注漿。融沉注漿處理跨越了隧道裝修及機(jī)電施工期，所埋設(shè)的注漿管的位置應(yīng)避開(kāi)

17、軌道的道床排水溝及軌道的鋪設(shè)位置，且注漿管外露的長(zhǎng)度不超過(guò)軌道道床混凝土面15cm,因折返線(xiàn)隧道短，軌道鋪設(shè)采用人工鋪架，為此融沉注漿施工可與軌道鋪架同時(shí)進(jìn)行，隧道內(nèi)強(qiáng)電的施工與仰拱融沉注漿也可同時(shí)進(jìn)行；融沉注漿工作在地鐵運(yùn)營(yíng)后，則安排在每天地鐵停運(yùn)的時(shí)間段進(jìn)行。二、夯實(shí)水泥土樁法1、起源夯實(shí)水泥土樁復(fù)合地基技術(shù)由1991年中國(guó)建筑科學(xué)研究院地基基礎(chǔ)研究所開(kāi)發(fā)研究，其后與河北建筑科學(xué)研究院一起，對(duì)該樁的力學(xué)特性、適用范圍、施工工藝及其特點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)研究。夯實(shí)水泥土樁主要材料為土，輔助材料為水泥，水泥使用量為土的1/8-1/4,成本低廉。承載力可提高50%100%,沉降量減少。1998年，該項(xiàng)成

18、果列為國(guó)家及科技成果重點(diǎn)推廣計(jì)劃，2000年列為建設(shè)部科技成果專(zhuān)業(yè)化指南項(xiàng)目。2、基本原理夯實(shí)水泥土樁是用人工或機(jī)械成孔，選用相對(duì)單一的土質(zhì)材料，與水泥按一定配比，在孔外充分拌和均勻制成水泥土，分層向孔內(nèi)回填并強(qiáng)力夯實(shí)，制成均勻的水泥土樁。樁、樁間土和褥墊層一起形成復(fù)合地基。其能夠起到加固地基的機(jī)理有兩方面：其一是夯實(shí)水泥土樁的化學(xué)作用機(jī)理，其二是該樁的物理作用。2.1 夯實(shí)水泥土樁的化學(xué)作用機(jī)理(1)水泥的固化作用夯實(shí)水泥土樁是將水泥與攪合土料充分?jǐn)嚭秃笾饘犹钊肟字小Ｓ捎谂c水泥攪和的土料不同，其加固機(jī)理也有差異。當(dāng)攪和土料為砂性土?xí)r夯實(shí)水泥的固化機(jī)理類(lèi)似于建筑上的水泥砂漿，具有較高的強(qiáng)度，其

19、固化時(shí)間也相對(duì)較短；當(dāng)攪和料為粘性土或粉土?xí)r，由于水泥滲入比(一般為8%20%),而且土料中的粘粒及粉粒都具有很大的比表面積并含有一定的活性物質(zhì)，所以水泥固化速度比較緩慢，具固化機(jī)理比較復(fù)雜。(2)水泥的水解反應(yīng)夯實(shí)水泥樁的樁體材料主要是固化劑(水泥)、攪和土料以及水。在將攪和料逐層夯入孔內(nèi)形成樁體的過(guò)程中，水泥顆粒表面物質(zhì)將與攪和料中的水分充分接觸，從而發(fā)生水解反應(yīng)，生成氫氧化鈣、含水硅酸鈣、含水鋁酸鈣以及含水鐵酸鈣等化合物。這些水化物形成膠體，進(jìn)一步凝結(jié)硬化成水化物晶體，析出的凝膠粒子，有的自身硬化形成水泥石骨架，有的則與周?chē)哂幸欢ɑ钚缘恼沉０l(fā)生反應(yīng)。（3）水泥化合物與土顆粒的作用水泥化

20、合物與土顆粒之間的作用表現(xiàn)在：一是水泥土的離子交換和團(tuán)粒化作用；二是水泥土的凝硬作用。2.2 夯實(shí)水泥土樁的物理作用機(jī)理夯實(shí)水泥土樁的強(qiáng)度主要由兩部分組成：一是水泥膠結(jié)體的強(qiáng)度，二是夯實(shí)后因密實(shí)度增加而提高的強(qiáng)度。根據(jù)樁體材料的夯實(shí)實(shí)驗(yàn)原理，將混合料均勻攪拌填料后，隨著夯擊次數(shù)即夯擊能的增加，混合料的干密度逐漸增大，強(qiáng)度明顯提高。在夯實(shí)能確定后，只要施工時(shí)能將樁體混合料的含水量控制到最佳含水量，就可獲得施工樁體的最佳干密度和樁體的最佳夯實(shí)強(qiáng)度。樁體的密實(shí)和均勻是由夯實(shí)水泥樁夯實(shí)機(jī)的夯錘質(zhì)量及其起落高度決定的。當(dāng)夯錘質(zhì)量和起落高達(dá)一定，夯擊能為常數(shù)時(shí)，樁體就密實(shí)均勻，強(qiáng)度就會(huì)提高，質(zhì)量可得到有效

21、保證。3、設(shè)計(jì)計(jì)算3.1 樁長(zhǎng)的確定首先根據(jù)工程地質(zhì)勘查報(bào)告確定樁端持力層。樁端持力層應(yīng)為較硬土層，樁端伸入持力層不應(yīng)少于1.5d（d為樁直徑）。確定樁長(zhǎng)時(shí)應(yīng)使復(fù)合地基同時(shí)滿(mǎn)足承載力和沉降要求。如果考慮滿(mǎn)足承載力需求，樁長(zhǎng)可能較短，但較短的樁會(huì)造成地基沉降量增大，無(wú)法滿(mǎn)足沉降要求。同時(shí)，樁受到荷載作用時(shí)，樁頂應(yīng)力比較集中，受力較大，樁頂?shù)馁|(zhì)量必須達(dá)到設(shè)計(jì)要求。所以進(jìn)行樁長(zhǎng)設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)該預(yù)留足夠的樁頂保護(hù)長(zhǎng)度，只有這樣，才能保證樁頂?shù)暮粚?shí)效果，從而保證樁頂水泥強(qiáng)度和質(zhì)量。3.2 單樁豎向承載力特征值計(jì)算水泥土樁承載力依據(jù)建筑地基處理規(guī)范中夯實(shí)水泥土樁豎向承載力設(shè)計(jì)計(jì)算和關(guān)于水泥樁計(jì)算的有關(guān)資料來(lái)確

22、定。單樁承載力設(shè)計(jì)特征值確定后，應(yīng)特別注意，該值必須滿(mǎn)足下式要求：nRa=Up£qsili+qpAp且要滿(mǎn)足RaM力fcuApi1式中：up樁的周長(zhǎng)（m）；n樁長(zhǎng)范圍內(nèi)所劃分的土層數(shù)；qsi、qp樁周第i層土的側(cè)阻力、端阻力特征值（kPa）；fcu樁體混合料試塊標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28天立方體抗壓強(qiáng)度平均值（kPa）;n樁體強(qiáng)度折減系數(shù)，取0.350.5。3.3 樁徑的確定樁徑直為300600mm,常用的為350400mm,可根據(jù)設(shè)計(jì)及所選用的成孔方法確定。選用的夯錘應(yīng)與樁徑相適應(yīng)。3.4 單樁影響面積及樁間距的計(jì)算|在地基處理中，一般設(shè)計(jì)單位給定的是地基經(jīng)處理后的地基承載力特征值和變形要求，因

23、此根據(jù)工程地質(zhì)勘查報(bào)告和相關(guān)規(guī)范、規(guī)程確定出樁深度和單樁承載力后，應(yīng)該計(jì)算單樁影響面積，以便確定布樁間距。單樁影響面積可用下式計(jì)八Ra-二fakApAfspk*fak式中：A單樁影響面積（包括單樁）（m2）;Ra單樁豎向承載力特征值（kPa）；fspk復(fù)合地基承載力特征值（kPa）；Ap樁體截面面積（m2）;fak天然地基承載力特征伯：（kPa）；a天然地基發(fā)揮能力系數(shù)，一般為0.850.95。計(jì)算出單樁影響面積后再進(jìn)行樁間距Sd計(jì)算。已知單樁影響面積求布樁問(wèn)距的公式如下：正三角形布樁樁間距為：&=1.07457.,A正方形布樁樁間距為：Sd=A最后還要核驗(yàn)置換率（5%15%）是否在規(guī)

24、定的范圍內(nèi)，要合理選擇置換率，樁深較淺者取小值，樁深較深者取大值。布樁實(shí)際是應(yīng)遵循均勻布樁的原則，以使加固后的地基承載力分布均勻。布樁時(shí)，樁距應(yīng)在合理的范圍內(nèi)，樁距過(guò)大，會(huì)給基礎(chǔ)增加集中應(yīng)力，樁距太小，施工時(shí)容易互相干擾，從而影響施工進(jìn)度和工程質(zhì)量。且樁距一般為樁徑的24倍。3.5 復(fù)合地基承載力的確定一般根據(jù)下列公式計(jì)算：fsqk=mRk+B（1-m）fskAp式中：fspk復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值（kPa）;m面積置換率；Rk單樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值（kN）；樁問(wèn)土強(qiáng)度折減系數(shù)，可取0.81.0;fsk天然地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值（kPa）。3.6 墊層基礎(chǔ)與樁和樁間土之間設(shè)置一定厚度李莊散體材料組成的褥墊層

25、，厚度為100300mm,在荷載作用下，基礎(chǔ)通過(guò)褥墊層始終與樁間土保持接觸，保證樁和土體共同承擔(dān)荷載，減少基礎(chǔ)底面應(yīng)力集中度，調(diào)整樁土垂直和水平荷載分擔(dān)的作用，可提高處理后的復(fù)合地基強(qiáng)度和抗變形能力。墊層材料可選用中砂、粗砂、礫砂、碎石或級(jí)配砂石等，最大粒徑不宜大于20mmo3.7 樁身材料水泥摻和量以摻和比aw表示，即每立方米土的水泥摻和量與地基土的濕密度的比值。水泥土的強(qiáng)度隨摻和比增大而增大，設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)工程要求、土料性質(zhì)以及采用的水泥品種，由配合比實(shí)驗(yàn)確定。為便于施工，水泥與土的比例一般選用體積比，常取用的比例為水泥：土的體積比為1:51:8。3.8 沉降計(jì)算|加固區(qū)的沉降變形可采用分層總

26、和法計(jì)算，復(fù)合土層的分層與天然地基相同，各復(fù)合土層的壓縮模量等于該層天然地基壓縮模量的n倍，n為復(fù)合地基承載特征值與基礎(chǔ)地面下天然地基承載力特征值的比值4、施工工藝與設(shè)備4.1 施工設(shè)備夯實(shí)水泥樁成孔機(jī)具：成孔是夯實(shí)水泥土樁加固地基的第一步，成孔機(jī)具的優(yōu)劣直接影響著加固地基的質(zhì)量和施工效率。目前常用的成孔機(jī)具主要有排土法成孔機(jī)具和擠土法成孔機(jī)具水泥土樁夯實(shí)機(jī)械：夯實(shí)水泥土樁的夯實(shí)機(jī)械可借用土樁和灰土樁夯實(shí)機(jī)，也可根據(jù)實(shí)際情況研制或改造。目前我國(guó)夯實(shí)水泥土樁處人工夯實(shí)外，主要有以下幾種：吊錘式夯實(shí)機(jī)、夾板錘石夯實(shí)機(jī)、Sh30型地質(zhì)鉆改裝式夯實(shí)機(jī)，夯錘。4.2 施工工藝夯實(shí)水泥土樁的施工工藝主要可

27、分為沉管成孔、填料、夯實(shí)等三個(gè)階段。施工的程序分為：成孔、制備水泥土（填料）、夯填成樁（夯實(shí)）等幾項(xiàng)。（1）成孔根據(jù)成孔過(guò)程中取土與否，成孔可分為排土法和及突發(fā)成孔兩種。排土成孔法過(guò)程中對(duì)樁間土沒(méi)有擾動(dòng)，而擠土成孔則對(duì)樁間土有一定擠密作用，對(duì)于處理地下水位以上，有振密和擠密效應(yīng)的土應(yīng)選用擠土成孔。而含水量超過(guò)24%,呈流塑狀或含水量低于14%呈堅(jiān)硬狀態(tài)的地基宜選用排土成孔。（2）制備水泥土制備水泥土就是把水泥和土按照一定配合比進(jìn)行拌和，水泥一般采用32.5級(jí)普通硅酸鹽水泥或礦渣水泥，土料可就地取材，基坑挖出的粉細(xì)砂、粉質(zhì)土均可用作水泥土的原料。淤泥、耕土、凍土、膨脹土以及有機(jī)物含量超過(guò)5%的土

28、不得使用，土料應(yīng)過(guò)25mmx25mm篩。施工時(shí)，應(yīng)將水泥土拌和均勻，控制含水量，如土料水分過(guò)多或者不足時(shí)，應(yīng)曬干或?yàn)⑺疂駶?rùn)，一般應(yīng)按照經(jīng)驗(yàn)在現(xiàn)場(chǎng)直接判斷。其方法為手握成團(tuán)，兩指輕彈即碎，這時(shí)水泥土基本上接近最佳含水量。水泥土拌和可用強(qiáng)制式混凝土攪拌機(jī)，攪拌時(shí)間不低于1min。拌和好的水泥要及時(shí)用完，放置時(shí)間超過(guò)2h不宜使用。(3)夯填成樁樁孔夯填可用機(jī)械夯實(shí)也可用人工夯實(shí)。機(jī)械夯實(shí)時(shí)，夯錘質(zhì)量宜大于100kg,夯錘提升高度大于900mm。人工夯錘一般為25kg,提升高度不小于900mm0樁孔填料前應(yīng)清底并夯實(shí)，然后根據(jù)確定的分層回填厚度和夯實(shí)次數(shù)逐次填料夯實(shí)。當(dāng)?shù)鼗梁窟^(guò)大或者遇有砂層時(shí)，

29、夯實(shí)的震動(dòng)會(huì)引起塌孔，這時(shí)可用螺旋反壓法進(jìn)行壓填。5、質(zhì)量檢驗(yàn)(1)、施工過(guò)程中，對(duì)夯實(shí)水泥土樁的成樁質(zhì)量應(yīng)及時(shí)進(jìn)行抽樣檢驗(yàn)，抽樣檢驗(yàn)的數(shù)量不得少于總樁數(shù)的2%。對(duì)于一般工程，可檢驗(yàn)樁的干密度和施工記錄。干密度的檢驗(yàn)方法可在24h內(nèi)采用取土樣測(cè)定或采用輕型動(dòng)力觸探擊數(shù)N10與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定的干密度進(jìn)行比較，以判斷樁身質(zhì)量。成樁2h內(nèi)輕便動(dòng)力觸探的錘擊數(shù)N10一般不小于40擊。(2)、夯實(shí)水泥樁地基竣工驗(yàn)收時(shí)，承載力檢驗(yàn)應(yīng)采用單樁復(fù)合地基荷載試驗(yàn)。對(duì)重要或大型工程，尚應(yīng)進(jìn)行多樁復(fù)合地基荷載試驗(yàn)。(3)、夯實(shí)水泥土樁地基檢驗(yàn)數(shù)量應(yīng)為總樁數(shù)的0.5%1%,且每個(gè)單體工程不應(yīng)少于3點(diǎn)。(4)、當(dāng)以相對(duì)變

30、形確定行水水泥土樁復(fù)合地基的承載力特征值時(shí)，對(duì)以卵石、圓礫、密實(shí)粗中砂為主的地基可取荷載試驗(yàn)沉積比等于0.008所對(duì)應(yīng)的壓力，對(duì)以粘性土、粉土為主的地基可取荷載試驗(yàn)沉降比為0.01所對(duì)應(yīng)的壓力。6、工程實(shí)例6.1 工程概況河北省內(nèi)朔黃鐵路K269K273段路基填高811m,2000年初建成通車(chē)，2000年7月經(jīng)歷較大降雨后，路基邊坡防護(hù)骨架被沖毀，路肩滑塌溜下，邊坡上沖溝密布，整個(gè)路基發(fā)生不同程度的沉降，軌道變形較為嚴(yán)重，影響行車(chē)安全。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，路基填料主要為粉質(zhì)粘土(液限WL=30.037.8,塑限指數(shù)Ip=10.018.5)及粘土(液限WL=42.450.0,塑限指數(shù)Ip=18.03.0),不符合重載鐵路基床表層填料要求，且填料分布不均勻，含水量較大，基床表層土體強(qiáng)度降低。在列車(chē)荷載作用下，沉降量增大，而且沉降不均勻，使邊坡滑塌，軌道發(fā)生變形。經(jīng)朔黃公司、監(jiān)理單位、工務(wù)段共同協(xié)商，決定采用夯實(shí)水泥樁復(fù)合地基處理該段路基。6.2 主要設(shè)計(jì)指標(biāo)(1)經(jīng)處理后復(fù)合地基承載力學(xué)150kPa；(2)成孔直徑280mm,成樁直徑300mm;(3)成樁長(zhǎng)度1.0m2.5m;(4)樁間距0.6m,排距0.543m；(5)水泥用量為