CN1086279A - 地基水平置换加固法 - Google Patents

Abstract

地基水平置换加固法，属建筑物基础土壤改良方 法，特别是改良地基持力层中有软弱土夹层或膨胀性 土的基础土壤。在该基础的一侧开一个导坑，暴露出 需要处理的土层，用千斤顶将工具式套管水平顶入土 层中，向管内填筑材料，拔管成桩，最后回填夯实导 坑。对膨胀性土层，先取出一定厚度的土层，再填筑 置换材料。该法简单实用，不需大型设备，加固目标 明确，成本低，效果好。

Description

本发明属于建（构）筑物地基基础土壤改良加固方法。特别涉及地基持力层中有软弱夹层或其他不良土质（如有膨胀性的钢渣土）的加固处理方法。

建筑物或构筑物地基和基础竖向置换加固方法，如：砂桩、碎石桩、石灰桩、灰土桩等，已形成成熟的专门技术。但在下述地基条件下，这些方法就难于实现或根本无法采用：

（1）在已有建筑物地基持力层范围内，埋藏有软弱土夹层或膨胀性土，而其他土层较坚实（如卵石层、砂砾层等）。采用竖向置换加固法则会因遇到坚实土层而使成孔施工困难，并且很难判断欲加固软土层的埋藏深度和具体加固范围，也不容易检查加固处理效果。

（2）在房屋增层地基补强加固工程及已建房屋由于地基局部浸水或有软弱夹层需要进行地基加固处理时，采用竖向置换加固法，难于在基底以下范围内进行置换加固，而这部分恰恰是加固处理的重点，有时为解决这一问题，不得不采用竖向穿透已有基础，用钻孔方法来实现。因而增加了工作量和施工难度，相应使加固费用和加固工期增加，此外加固时一定程度上降低了原有基础的强度、刚度和完整性，有时还需要对原基础进行补强。

（3）竖向置换法往往在地面一定深度（一般约0.5米），使土体受到扰动而变得疏软，因此在新建工程地基处理时，为使基础地基受力均匀，往往要压实或挖除这层土，再铺设其他材料的垫层。但对于已有建筑物的地基加固，则顶部疏松土层难于加固处理，因此常造成加固后的基础产生附加压密沉降，不能满足上部结构对基础沉降的要求。

（4）一些竖向置换加固法在成孔施工过程中，常伴有较大的振动，在加固呈软塑状软土层时，难于成孔，即便使用套管工艺，也难于保证避免竖向加固桩的缩颈断桩事故。

（5）竖向置换加固法一般成孔孔径较大（0.3～0.4米），太小难以保证成孔及成桩质量。对于饱和软粘土的加固，最重要的是通过加固料吸附土中的游离水，改变饱和软粘土的塑性状态，实现加固目的。因此，加固料与土颗粒接触的面积越大，则吸附游离作用完成得也越快，加固效果也越好。而竖向置换加固法是难于达到的。

本发明的目的在于克服上述竖向置换法难于穿越上覆坚实土层;难于找准加固层位置;难于对基底下地基土实现加固施工;难于克服对表层土扰动和施工振动大;对饱和软粘土在特殊条件下加固效果差等缺点，而提供一种新的地基加固方法，特别是处理软弱土夹层或具有膨胀性夹层土的地基的方法，即地基水平置换加固法，以获得理想的地基加固效果。

本发明提供的地基水平置换加固法，是在欲加固地基的基础（1）一侧开一个导坑（2）（独立基础可一次开挖，条形基础可分段开挖）使需要处理的土层（3）暴露出来，然后向该土层水平方向填筑材料，最后回填夯实导坑。

如果需要加固的土层（3）是软弱土夹层，向土层内填筑加固材料，可以用千斤顶（4）将多节钢管逐节横向顶入加固土层中（各节钢管在顶入过程中借助筒式螺扣连接）组成一个钢套管（5），在顶入长度达到设计加固范围的长度时，将加固料填入钢套管中，边填料，边捣实，边拔套管，直至钢管全部拔出。至此完成一根加固桩的施工。之后，根据设计需要，在同一加固土层以至其他加固土层，用同样方法施工其余加固桩，经检验加固质量合格后，回填夯实导坑。

本法的加固原理是使土体一方面受到钢套管的挤压作用，另一方面受到加固料径向膨胀对加固土体的进一步挤压和加固料对加固土体中游离水的吸附及自身的硬化固结作用，从而实现改变软粘土的塑性状态，形成水平状复合地基，达到加固改良地基的目的。

为了正确地实施本发明方法，并取得良好的效果，下面的说明进一步提供了优化的方案：

为了使加固桩准确定位，可以在需要加固的土层的标高处装设桩位板（6），它可以是一块开有若干圆孔（7）的钢板，这些圆孔（即加固桩位或桩位孔）应大于钢套管，其孔距与桩距相当。桩位板既可以使加固桩定位，又可以对导坑起支护作用。

导坑（2）距已有基础（1）的安全距离应满足L≥B/2（B为基础宽度，下同）。导坑宽度W＝E+n  Sp（E为千斤顶（4）的外形长度，Sp为钢套管节长，n为套管调节系数，n＞1）。

加固桩的直径、数量同加固土层的厚度、土质及加固强度要求等是相互关联的，需要反复试算后确定。如果单纯从有利于加固料同软弱夹层土的接触，改善加固效果出发，应采取加固桩为小直径小间距的密布方式为宜;但是如果软弱土层为灵敏度较高，呈软流塑状态土层时，桩径和桩距过小，会使土体多次受到扰乱。另外，土中形成过高的超孔隙水压会导致土的流失，严重时会影响成桩效果。一般说来，桩的直径d＝50～200毫米，控制桩的总截面积Fp与加固土层截面积Fs之比（Fp/Fs）＜0.25。

加固桩至少一排。若加固土层较厚，可布置成二排或二排以上，排距可取b＝1.5～2.0d;可采用梅花形或其他形式布置。同排加固桩的间距a＝2～3d较为合理，基础（1）范围以外的加固保护区可取p≥1/4B。

如果欲处理土层（3）是膨胀性土、钢渣回填土等，则是先用专用机具掏去厚度为H的土层（9），再用本法填筑置换材料，其置换厚度H＝ (εn×hn)/(△ε) 。

式中，εn，hn-分别为欲处理土层的膨胀率和厚度△ε＝｜ε2-ε1｜。ε1，ε2分别为置换材料压密前后的孔隙率。

这样，置换材料在置换层以下厚度的地基土的膨胀力作用下，压密变形量S大于或等于地基膨胀的变形量Sn，从而消除了地基土的膨胀力对基础及上部结构的危害。

加固料和置换材料应根据不同土质来选择。如加固软弱土夹层，提高土的强度，可采用生石灰为主的加固料;如处理膨胀性土层，则采用非膨胀性的砂类土或黏性土做置换材料。

为便于填料和捣实方便，加固料或置换料均装入直径小于钢套管的纸袋或编织袋中，袋长与钢套管节长匹配。

本发明方法处理后的“复合地基”，用褥垫法原理计算承载力。

本发明具有以下优点和积极效果：

（1）对软土加固效果好，加固后的土体强度可提高2～4倍。对膨胀性土经过处理后，可消除膨胀对基础及上部结构带来的危害。

（2）方法简单，工效高，不需要打桩机等大型机械设备，因而加固成本大大降低。

（3）加固目标明确，施工过程中，对软弱土层挤密及置换加固料的填充压密情况直观明确，加固处理质量易于控制和检验。

（4）无震动，无污染，加固施工场地占用小，适用范围较广。除适用于已有建筑物地基软弱夹层加固外，尚可用于建（构）筑物改造扩建，倾斜纠偏等地基加固处理。

（5）试验证实，由置换料形成的圆柱体，其径向膨胀率是轴向膨胀率的4～6倍。竖向置换以轴向为主要使用方向;而水平置换法则以径向为主要使用方向，显然，在同等投入条件下会收到更佳的效果。

下面结合附图和实施例，详细说明本发明方法：

图1是欲加固地基基础的平面及剖面图

图2是加固桩的布置图

图3是桩位板示意图

图4为处理膨胀性土层的置换厚度示意图

实施例：（图1）某车间独立柱基基础（1），长A＝4.0米，宽B＝3.1米。基底以下的土质为洪积卵石层，其中有一呈凸镜产状的淤积软塑状黏土夹层。在柱基（1）一侧距基底L＝1.6米（＞B/2＝1.5米）处开挖导坑（2），该导坑宽W＝E+nSp＝0.6+1.5×0.6＝1.5米。开挖导坑后，暴露出上述软土夹层（3），其厚度为0.9米，埋深距基底1.2米。为加固这一软土层，在其加固设计标高处设桩位板（6）及挡板（8），在导坑内安设外形长为E的YL-60型双作用千斤顶和手动千斤顶（4），将Φ159普通钢管（每节长Sp＝0.6米）逐节连接并通过桩位板孔（7）横向顶入软土夹层（3），组成钢套管（5）。为防止钢套管顶入土中时，土进入钢套管内部，需要在第一节套管头部做成可单向开启的活瓣或预制混凝土桩头。待其第一节钢管头部达到基础另一侧1/4B即达到加固区的外缘时，将加固料逐袋填入钢套管（5）中，并用Φ40钢管以管箍连接组成的捣实器捣实（要求捣实后的容重达15.3千牛/立方米，相对密度达90%），边填料，边捣实，边拔套管，直至钢套管（5）全部拔出后，一根加固桩的施工即告完成。其余的水平加固桩以同样方法施工，最好采用隔孔隔排方法施工。

本例中加固桩直径为d＝200毫米，加固桩设计为2～3排，排距b＝350毫米，梅花形布置（图2），同一排加固桩的间距a＝450毫米。

本例中的加固料用水泥、生石灰、中砂按1∶3∶5的体积比组成并装入Φ155、长300毫米的纸袋中。

根据设计计算，本例要求加固后的复合地基承载力达350千帕，经实测检验结果达到419千帕，比加固前提高3倍。回填并夯实导坑，完成加固。

Claims (8)

1、地基水平置换加固法，属于建筑物基础土壤的改良方法，包括向土壤里填筑材料，其特征是在欲处理的地基基础(1)的一侧开挖一个导坑(2)，使需要处理的土层(3)暴露出来，向该土层(3)水平方向填筑材料，最后回填夯实导坑。

2、根据权利要求1所说的方法，其特征是所说的土层（3）是软弱土夹层，用千斤顶（4）将多节等长的钢管逐节横向顶入土层中（各节钢管在顶入过程中借助于筒式螺扣连接）组成一个钢套管（5），在顶入长度达到设计加固范围的长度时将加固料填入钢套管中，边填料，边拔套管，边捣实，直至钢套管全部拔出，至此完成一根加固桩的施工;之后，根据设计需要，再在同一加固土层以至其他加固土层，以同样方法成桩，最后经抽检加固质量合格后，回填夯实导坑。

3、根据权利要求2所说的方法，其特征是在需要加固的土层的标高处加设桩位板（6），再按桩位施工。

4、根据权利要求2或3所说的方法，其特征是导坑（2）距基础（1）的距离L＞B/2，导坑宽度W＝E+nSp。

5、根据权利要求4所说的方法，其特征是加固桩的直径d＝50～200毫米，加固桩总截面积与土层截面积之比，即（Fp/Fs）＜0.25，加固桩至少一排，也可布置成二排或二排以上，排距b＝1.5～2.0d，同一排加固桩距a＝2～3d。

6、根据权利要求5所说的方法，其特征是加固范围包括基础（1）以外p＞1/4B的区域。

7、根据权利要求2所说的方法，其特征是所说钢套管（5）是由50～200普通钢管连接而成的，捣实加固料用Φ40钢管制成的捣实器。

8、根据权利要求1所说的方法，其特征是所说的土层（3）是膨胀性土质，先用专用机具取出厚度为H的膨胀性土层，再填筑非膨胀性材料，所说：

H＝ (εn-hn)/(|ε2-ε1|) 。

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