土木工程专业函授本科毕业论文.doc
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摘要
软弱膨胀土地基是一种比较特殊的地基。
当利用这种土作为建筑物地基时,必须采取必要的处理措施,以消除土的膨胀潜势。
处理措施一般分为深层和浅层处理,本文通过工程实例,分析了不同建(构)筑物在相同的地质条件下的几种处理方法,重点阐述了真空预压联合堆载法+强夯法加固软土地基的施工工艺过程及真空预压联合堆载法施工难点的控制措施。
关键词:
膨胀土地基处理桩基础真空预压联合堆载强夯山皮土垫层振冲碾压
Abstract
Weakexpansionofthelandbaseisaspecialfoundation.Whentheuseofthislandasabuildingfoundation,wemusttakethenecessarymeasurestodealwithinordertoeliminatetheexpansionofsoilPotential.Treatmentmeasuresaregenerallydeepandshallowsub-processing,thispaperengineeringexamples,analysisofdifferentconstruction(structures)inthesamebuildingcomplexgeologicalconditions,severaltreatmentmethods.
keyword:
ExpansivesoilFoundationtreatmentPilefoundationVacuumpreloadingPreloadingTampingHillLeathersoilCushionVibro-rolling.
目录
第1章前言.......................................................1
第2章工程实例分析.................................................2
2.1、工程概况......................................................2
2.2、地质情况......................................................2
2.3、工程技术指标..................................................5
2.4、地基处理方案的选择............................................5
2.5、堆场地基处理的施工工艺工程...................................6
2.6、单层附属建筑设施的地基处理...................................16
第3章真空联合堆载加固软基的难点分析............................18
3.1、难点的因素分析.............................................18
3.2、难点的解决措施...............................................18
第4章地基处理工程的质量检测...................................24
4.1、检测目的.....................................................24
4.2、检测依据及方法...............................................24
4.3、检测试验情况.................................................25
4.4、检测试验结论.................................................25
第5章结语....................................................27
致谢............................................................27
参考文献........................................................28
第1章前言
膨胀土系指粘粒成分主要由强亲水性矿物组成,具有吸水膨胀和失水收缩特性的粘性土。
由于膨胀性土会因为土中含水量的变化而发生相应的膨胀或收缩变形,特别是在场地膨胀性土层厚度不一,均匀性不一、不同部位处含水量的变化以及建筑物基底压力不等等原因时,就会导致地基土不均匀的隆起或下陷,使得建筑物产生墙体开裂、地面隆起或下陷等破坏。
因此,必须对膨胀性土场地进行处理,以满足自由膨胀率δef均小于0.4的要求。
二、软弱膨胀土地基处理的一般原则
膨胀土地基的处理应根据当地的气候条件、地基的胀缩等级、场地的工程地质及水文地质情况和建筑物结构类型等。
结合建筑经验和施工条件,因地制宜采取治理措施。
如果能够采用换填非膨胀土或采取化学等方法,从根本上改变地基土的性质,则是根治的最好方法,但存在着工程造价较高的问题。
如果用桩基或深埋的办法,使基础落到含水量较稳定的土层,就能大大减少建筑物的危害,对单体高层建筑的抗震非常有利,尤其适用于占地面积不大的单体高层建筑;对于上部荷重较轻的小型建(构)筑物,亦可直接浅埋基础但必须避免扰动下部膨胀土,并确保下部土层的碾压夯实效果;
由此可知,软基处理方法不仅对工程质量和施工工期有着重大影响,而且直接关系到投资和管理单位的经济效益和社会效益,因此,地基处理已成为各部门建设者最关心的问题。
软弱膨胀土地基的处理应根据场地土胀缩性能、水文地质条件,考虑具体建筑物适应变形的能力,采取相应的处理措施。
同时加强结构的整体变形能力,切断基底下外界渗水条件,以保证地基的稳定性。
20世纪50年代初,瑞典皇家地质学院杰尔曼教授提出了真空预压法,并先后在许多工程中进行了应用。
我国研究人员和学者在80年代初解决了密封闭气技术,并在天津港的软基处理中首次加以应用。
随着真空预压法施工技术的成熟和人们对其加固机理认识的深入,其应用范围也越来越广,在港口、码头、机场和堆场、工业与民用建筑等工程的地基加固中的应用很多,在大面积软基处理中有着较好的应用前景。
第2章工程实例分析
2.1、工程概况
国家物资储备局上海七处异地改扩建工程黄渡仓库工程位于上海市嘉定区黄渡工业园区内,其四周临界为:
东至星塔路、西靠盐铁河、南到桃浦路、北至沪宁铁路黄渡站(近黄渡火车站检测中心),占地面积约285亩,其中仓库及附属建筑设施占地面积为39171平方米,露天堆场及道路面积为145200平方米。
该仓库建成后,将成为华东地区最大的国家战略物资储备中心,主要用于储存有色金属、天然橡胶、纸浆等,同时承担其它物资的进口周转业务和“四代”业务。
2.2、工程地质情况
该工程勘察深度范围内揭露的土层主要为全新世松散堆积层,④层缺失,⑤层较发育。
根据各土层的地质时代、成因类型、分布发育规律、埋藏深度、土的物理力学性质指标、标准贯入试验击数、静力触探比贯入阻力及工程地质特征,划分为4个地基土层及分属不同大层的亚层,各地基土层的特征分述如下:
①1杂填土(KC)
杂色,湿,松散。
以粘性土和粉性土为主,混较多碎石和生活垃圾等。
该土层仅在本次勘察区域东北角和东南角及部分经填埋的人工沟渠中有分布,顶板标高一般为+4.57~+3.01m,厚度一般为0.5~1.7m。
①2灰黄色素填土(KC)
局部为褐黄色,湿,松散。
以粘性土为主,混少量粉土,含较多植物根茎和氧化铁斑迹。
该层在勘探区分布较广泛,一般直接裸露于地表面,土质不均匀,在J23、J79、J80、J81和J85孔处土质较差,静力触探比贯入阻力Ps值为0.73~0.96MPa,在J50、J51、J55、J57和J61孔处土质较好,静力触探比贯入阻力Ps值为2.04~2.76MPa,顶板标高为+4.33~+1.70m,厚度一般为0.4~1.3m左右。
静力触探比贯入阻力Ps值为1.56MPa。
①3灰黑色浜土(KC)
饱和,流塑。
以淤泥为主,有机质含量高,偶含腐植物,有臭味。
该层仅在沟、浜区有分布,顶板标高一般为+2.50~+1.10m,厚度一般为0.4~1.4m。
②2灰黄色粉质粘土(al-mQ43)
湿~饱和,可塑~软塑。
切面较粗糙,无摇震反应,干强度中等,韧性中等,含较多氧化铁斑迹和铁锰质结核,局部夹粉土薄层;局部粉性较重,近粘质粉土;其性质具明显的“上好下差”之规律。
该层分布较稳定,仅在沟、浜区域缺失,顶板标高一般为+3.37~+1.24m,一般厚度为0.7~2.2m。
静力触探比贯入阻力Ps值为1.39MPa。
②3灰色砂质粉土夹淤泥质粉质粘土(al-mQ43)
饱和,松散。
切面粗糙,土质不均,含云母,摇震反应较快,干强度低,韧性低。
局部砂性重,为砂质粉土,局部夹大量淤泥质粉质粘土薄层,近互层状。
该层分布广泛,顶板标高在+2.13~-0.02m之间,厚度一般为0.9~3.6m。
实测标贯击数一般为5~6击,静力触探比贯入阻力Ps值为1.05MPa。
③灰色淤泥质粉质粘土夹粉土(mQ42)
饱和,流塑。
切面较粗糙,土质不均,摇震见反应,干强度中等,韧性中等,无光泽。
局部夹较多粉砂薄层,近互层状,下部一般夹层较少。
该层在勘察区分布稳定,顶板标高一般为+0.39~-5.37m,厚度一般为4.2~9.0m左右。
实测标贯击数一般为1~3击,静力触探比贯入阻力Ps值为0.79MPa。
③t灰色砂质粉土(mQ42)
饱和,稍密。
土质较均,含云母,摇震反应较快,干强度低,韧性低。
夹粘性土薄层。
局部砂性较重,为粉砂。
该层在勘察区仅以透镜体状零星分布于③灰色淤泥质粉质粘土夹粉土层中,顶板标高在-3.12~-10.75m之间,厚度为0.7~3.9m。
实测标贯击数一般为12~14击,静力触探比贯入阻力Ps值为4.74MPa。
⑤1-1灰色淤泥质粘土及粘土(al-mQ41)
饱和,流塑~软塑。
切面光滑,土质较均匀,摇震见反应,干强度高,韧性高,稍有光泽,含有机质和腐植物。
夹少量粉砂及粉土薄层,偶含砂眼,局部粉土含量较高,为淤泥质粉质粘土。
该层分布稳定,顶板标高为-5.92~-13.75m,厚度一般为3.8~11.9m左右。
实测标贯击数一般为2~3击,静力触探比贯入阻力Ps值为0.76MPa。
⑤1-2灰色粉质粘土(al-mQ41)
饱和,软塑。
土质较均匀,摇震见反应,干强度中等,韧性中等,含有机质和少量贝壳碎屑,局部含钙泥质斑迹。
夹少量粉砂及粉土薄层,上部局部为淤泥质粘土,下部局部为粉质粘土。
该层分布稳定,顶板标高为-14.43~-19.22m,厚度一般为4.4~10.7m左右。
实测标贯击数一般为2~6击,静力触探比贯入阻力Ps值为1.07MPa。
⑤3-1灰色粉质粘土夹粉砂(al-mQ41)
饱和,可塑。
切面较粗糙,土质不均匀,摇震见反应,干强度中等,韧性中等,偶含腐植物和钙泥质斑迹。
局部夹层较多,为互层状;局部为粉质粘土。
该层分布稳定,顶板标高一般为-22.00~-26.81m,该层厚度一般为4.5~12.7m。
实测标贯击数一般为6~8击;静力触探比贯入阻力Ps值为1.74MPa。
⑤3-2灰色粉砂夹粉质粘土(al-mQ41)
饱和,中密~密实。
土质不均,含云母,摇震反应较快,干强度低,韧性低;局部夹层较少,砂质较纯;局部粉性较重,近砂质粉土。
该层在勘察区普遍发育,顶板标高一般为-27.68~-45.24m,该层部分勘探孔未揭穿,厚度变化较大,已揭穿的厚度为1.8~12.8m。
实测标贯击数一般为19~34击,静力触探比贯入阻力Ps值为6.91MPa。
⑤3-3灰色粉质粘土(al-mQ41)
饱和,可塑。
土质较均,切面较粗糙,含少量腐植物和钙泥质斑迹,干强度中等,韧性中等。
局部夹粉土或粉砂薄层,局部近粘质粉土。
该层分布较广泛,顶板标高为-35.02~-40.85m,大部分勘探孔未揭穿,已揭穿的厚度为0.8~6.1m。
实测标贯击数一般为8~11击,单桥静力触探比贯入阻力Ps值为1.75MPa。
2.3工程技术指标:
处理后,场区地基在强度和沉降方面应该满足如下要求:
2.3.1加固后地基表层承载力特征值不小于135kpa;
2.3.2加固后的地基表层回弹模量大于35Mpa;
2.3.3使用期内工后沉降量小于20cm;
2.3.4使用期内不均匀沉降小于千分之三;
2.3.5施工地面总沉降量不小于计算最终沉降量的85%(计算沉降约1100mm),同时处理土层地基总固结度大于85%。
2.4地基处理方案的选择
因全库区新建露天堆场较多,还包含仓库和附属建筑设施,结构型式多样,对不均匀胀缩变形的适应能力和使用要求均不同。
因此慎重研究比较,合理选择运用地基处理方案,对于保证建筑物安全可靠,节省国家投资,加快工程进度都具有十分重要的意义。
2.4.1物资仓库:
1#、2#仓库为单层门式钢架结构,高度为10.0m,柱底轴力约50t/柱;3#仓库为二层楼库,钢筋混凝土框架结构,高度为16.0m,柱底轴力约为700t/柱;基础均采用预应力管桩的桩基独立承台,地面堆载约为120kN/m2,设计地坪标高均为5.3m,建筑面积约39000m2。
本仓库的基础方案选择如下:
方案一:
砂石垫层法。
能够充分利用天然地基强度,减少基底附加应力和调整基础变形沉降,较深层处理经济,且施工机具简单,材料来源广,通常是一种优先考虑的地基处理方案。
由于本场地地下水位高,且与电解区域内净化系统除尘烟道较近,烟道开挖较深,如采用本处理方法使得基槽开挖较宽较深,不利于机械碾压,如果采用人工分层夯实,质量不易保证,往往压实系数达不到设计要求,施工工期较长,由于该地区雨量丰富,工期拖延会给工程地基处理及基础的施工质量造成不利影响,且砂石用量较大。
方案二:
沉管灌注桩。
该桩单价低,施工快。
但根据地质勘探报告,沉管灌注桩端阻力小,所需桩数多,因而对上部土层的破坏较为严重,且该桩的成桩质量人为因素很大,容易产生质量缺陷桩。
方案三:
预应力管桩。
该桩单价较低,施工非常快,预应力管桩的桩端承载力较高,所需的桩数较少,因而对上部土层的破坏较少,且该桩的成桩质量稳定,容易保证工程的质量。
经过技术及经济分析比较,本工程采用预应力管桩。
由于桩的长度主要取决于地层的结构和上部结构传下来的荷载,加上机械器具的因素,本工程采用PHC-AB400-80-29高强预应力管桩,总桩长为29m。
2.4.2露天堆场:
地面堆载要求约120kN/m2
本工程的露天堆场地基处理方法经各方专家的论证和评审结果确定为:
采用铺砂垫层、插排水板、再真空预压、堆填料、再加强夯处理、最后振冲碾压的软土地基处理方案比较可靠,此方案的目标效果明确,施工工艺措施基本到位,且堆载土较少(无浪费),如精心施工,能做到方案承诺的施工期沉降900mm的目标,后期沉降是基本能控制的。
2.5堆场地基处理的施工工艺过程
2.5.1地基处理施工顺序
按先交工的先施工且保证后续工序施工能够有工作界面的原则顺利开展,具体为:
砂垫层插板真空预压堆填料 强夯震冲碾压
竣工验收
2.5.2施工区域的划分:
根据实际情况将整个现场划分为六个施工区域。
(见最后页的附图)
2.5.3外围排水系统的建立:
利用场地西侧的盐铁河,以及南侧的罗家村河建立排水系统。
2.5.4水平透水层:
铺设40cm厚中粗砂排水垫层作为水平向排水体,砂垫层铺设前,场地应基本平整,高差不得大于25cm。
砂子选用中粗砂,杂质含量小于5%,严禁混有尖石、铁器等利刃硬物,发现后必须清除。
砂垫层铺设的误差为±4cm。
2.5.5具体施工过程如下:
2.5.5.1排水板施工
2.5.5.1.1排水板需满足《公路工程土工合成材料塑料排水板(带)》SPB-B型塑料排水板的设计的要求,其外形尺寸应均匀,宽度允许偏差为±2mm,厚度允许偏差为+0.5mm,排水板芯无接头,表面平滑无空洞和气泡。
2.5.5.1.2厂方提供的塑料排水板出厂合格证及国家认可的质量检测鉴定单位出具的技术性能鉴定书。
2.5.5.1.3同批次生产的塑料排水板每20万米进行一次抽样检验,少于20万米也应进行一次抽样检验,不同批的塑料排水板应分批分次检验。
2.5.5.1.4工艺流程测放板位
板位验收
机械就位
穿排水板并固定
对板位
插板到设计标高
留头20cm
移机到下一个
拔管
排水板施工工艺流程图
2.5.5.1.5施工工艺方法
塑料排水板施工选用BY30、DZ-M、PC200型门架式和履带式插板机,震动插入(见下图1),套管插入杆为扁平状或圆形,且套管保证足够的刚度和强度,内径大于排水板的尺寸,在打设中保护排水板不被损坏。
整平砂垫层达到设计要求的平整度,准确测放每一根排水板点位,经监理验收签字认可后方可施打排水板。
塑料排水板间距1.2m,正方形布置,每根长度15米。
平面位置偏差<10cm,垂直度允许偏差<1.5%,板位标记偏差70mm。
机械就位后,将塑料排水板从导管中穿出,并与钢靴连接,贴紧管底,排水板与钢靴的锚固长度应不小于50cm,以防回带现象。
对准板位施插。
排水板需接长时,为减少排水板与导管阻力,应采用滤水膜内平搭接的方法,为保证输水畅通并且有足够的搭接强度,搭接长度应在20cm以上。
施工时应注意及时清理导管内杂物,以减少排水板与导管间的摩擦。
打到设计深度时,提管出土后将排水板截断,进行下一步施工。
严格控制打设深度,严禁出现扭结、断裂和撕破滤膜等现象,拔管后带上排水板的长度不宜超过30cm,塑料排水板插设后露头长度不少于20cm,以防影响排水固结。
2.5.5.1.6排水板回带和断带的产生与防治措施
产生原因
解决措施
回
带
1、层粘土太软,或地下
水太多挂不住桩靴,提管时随管而上
2、桩靴的扣带环连接不牢,容易脱落。
1、加高压水:
一是加水后提管时下端产生一个瞬时真空拉力,将桩靴脱开桩头留下,二是靠水本身的自重将桩靴压留在粘土中。
2、在桩靴穿排水板的扣环上,再横穿一条30~40cm的排水板(外露),桩靴容易脱落,同时也增加了阻力,使桩靴脱落。
3、加强扣带环与桩靴板的连接(如改用螺纹连接)
断
带
1、桩靴封口不严密,泥砂进入插管,提管时卡住排水板造成断带。
2、桩靴底板太薄,碰到硬地基时,由于振动式插扳机振动时间太长,将排水板与桩靴连接处振断,进而回带。
1、加高压水,泥砂不易进入,保持管内干净畅通。
2、在桩靴穿排水板的扣环上,加穿一条30~40cm长的排水板(外包住插管端头),加强管口的密封性,减少泥砂的进入。
3、加厚桩靴的底板
2.5.5.1.7埋塑料排水板板头:
塑料排水板验收合格后,及时将板头埋入砂垫层中,埋设方向与砂面平行,以确保排水畅通,同时防止刺破密封膜。
2.5.5.1.8测打排水板后的砂面高程:
塑料板打设完成后,用水准仪测出加固区打板后砂面各点高程。
2.5.5.2真空预压施工
2.5.5.2.1真空预压工艺流程图(见下页图):
2.5.5.2.2铺设真空滤管和膜下测头,按滤管布置图要求,埋设布置滤管和膜下测头,然后用人工刮平砂面(滤管布置图详见附图)。
2.5.5.2.3打设塑料排水板过程中,可能会有水从塑料排水板孔中留出,为了不影响施工,应及时进行排水。
2.5.5.2.4滤管采用符合设计或规范要求的带孔塑料管,外包土工织物滤水层,捆扎结实,并使滤水层只透水不透砂。
滤管连接采用胶管,胶管套入滤管约10cm,用铁丝绑紧,铁丝接头严禁朝上,以免扎破滤膜。
滤管相交叉处采用二通、三通或四通连接。
2.5.5.2.5在埋设滤管前先由测量人员按设计图纸放线定位,将滤管放到埋设位置附近,然后按滤管设计位置在砂垫层上开沟,把滤管放到沟里埋好,要求其上覆100mm~200mm厚的砂层。
处理好接头及出膜口。
2.5.5.2.6挖压膜沟
开挖1.2米~1.5米深的压膜沟。
挖沟时如有塑料排水板,应沿沟边向上插入砂垫层中,不能剪断,插入量应大于0.2m。
2.5.5.2.7铺膜、安装射流泵
为了满足真空联合堆载(上有约90CM的山皮土)的需要,必须对密封膜进行保护。
所以在铺膜之前,应将带尖的石头等物清除干净,再铺设一层单面压膜土工布。
土工布的铺设、搭接长度、允许偏差等应满足设计要求,并应符合相关的规定。
土工布铺设时采用双排线重叠,搭接宽度不小于20cm。
将事先压制成型的密封膜,分两层逐层铺好,每铺一层均要进行检查修补,发现有破裂处,及时用清水清洗干净,再用胶水贴膜补好,完成后进行下道铺膜工作。
密封膜采用两层0.14mm聚氯乙烯薄膜,现场粘接时,要求搭接宽度不小于2.0m。
一定要选择无风或风力小的天气进行,一天铺完。
铺设时,顺风铺膜,统一指挥,并及时用砂袋将膜压好。
真空预压用塑料密封膜与垂直铺塑用密封膜的粘接处理,按照设计图进行粘接。
首先将垂直铺塑区域依据设计图深度开挖压膜沟,开挖压膜沟后,将垂直铺塑塑料密封膜整理平铺,将杂物或淤泥擦除干净,而后将真空预压塑料膜分块间隔不同距离粘贴其上。
分区压膜沟连接膜的处理,若两分区铺膜时间隔较长,采用搭接膜法,将两区的膜边压入压膜沟内,并将留出的膜用土覆盖,待连接下一个区的膜。
铺膜后,及时安装出膜装置,安装射流泵、输电电缆和观测表盘,开少量真空泵抽真空,以保证塑料膜不被风吹起。
射流泵安装严格按安装设计图施工。
2.5.5.2.8抽真空作业
射流泵布置后,调整各种仪表的初读数,进行开泵试抽气,并检查膜上是否有漏洞并采取措施。
真空射流泵要求功率大于7.5kW,安装后的射流泵应能形成不小于90kPa的真空压力。
真空管路的连接点严格进行密封,为避免在停泵后真空度很快降低,在真空管路中设置止回阀和阀门。
为保证真空预压区的真空度,每个区至少保持1000~1200m2/台真空泵的布置,施工期间所有泵24小时满负荷运转,按照总用电量控制,并准备好足够的备用泵,防止施工过程中泵的损坏。
抽真空稳定(膜下荷载达到80kPa)后,经监理验收真空作业正式开始,并及时做好各种观测记录或读数。
2.5.5.2.9填料(联合堆载)施工
真空预压荷载达到设计要求80kPa10天后,开始填料(联合堆载)施工。
为保护在堆载施工中不破坏密封膜,堆载前在密封膜上铺一层无纺布,无纺布的质量及搭接宽度要求:
在工厂缝合,搭接宽度不小于5cm;现场缝合搭接宽度不少于20cm。
在堆载预压施工期间,应加强对抽真空设备,及其监测仪器的保护工作。
堆载预压施工方法:
真空满载10天→铺设一层无纺
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