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基坑土體加固的方法與適用性
基坑土體加固的方法，包括注漿（各種注漿工藝、雙液速凝注漿等）、雙軸攪拌樁、三軸攪拌樁(SMW)、高壓旋噴樁、降水等加固方式?；油馏w加固方法及適用性可參見(jiàn)下表。
表中地基加固的各施工工法可詳見(jiàn)相關(guān)專業(yè)規(guī)程或規(guī)范。表中人工填土包括雜填土、浜填土、素填土和沖填土地基等。其中素填土是由碎石、砂土、粉土、粘性土組成的填土，其中含少量雜質(zhì)；沖填土則由水力沖填泥砂形成的填土；雜填土則是由建筑垃圾、工業(yè)廢料、生活垃圾等雜物組成的填土，土性不均勻，且常含有機(jī)質(zhì)，會(huì)影響加固的效果和質(zhì)量，故應(yīng)慎重對(duì)待。
在軟弱土層，如上海、廣州、天津等沿海城市地區(qū)，建筑深基坑在開(kāi)挖時(shí)使周圍土層產(chǎn)生一定的變形，而這些變形又有可能對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生不利影響和危害。為避免坑內(nèi)軟弱土體的破壞，采用壓漿、旋噴注漿、攪拌樁或其它方法對(duì)地基摻入一定量的固化劑或使土體固結(jié)，能有效提高土體的抗壓強(qiáng)度和土體的側(cè)向抗力，減少土體壓縮和地基變形及圍護(hù)墻向坑內(nèi)的位移，減少基坑開(kāi)挖對(duì)環(huán)境的不利影響，并使基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)或鄰近結(jié)構(gòu)及環(huán)境不致發(fā)生超過(guò)允許的沉降或位移。
一、注漿加固應(yīng)用范圍
注漿包括分層注漿法、埋管法、低坍落度砂漿法、柱狀布袋注漿法等。注漿可提高地基土的承載力，增加圍護(hù)墻內(nèi)側(cè)土體的被動(dòng)土壓力，但對(duì)提高土體抗側(cè)向的變形能力不明顯。一般在計(jì)算時(shí)不考慮提高加固區(qū)土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)和土的側(cè)向比例系數(shù)。在基坑較淺或環(huán)境尚好的砂性或粉性土基坑內(nèi)可采用注漿進(jìn)行地基加固處理。
對(duì)基坑土體采用注漿加固時(shí)，一般應(yīng)用范圍包括：
⑴ 注漿可用于坑底范圍的土體加固。一般用于環(huán)境保護(hù)要求不高的基坑工程。
⑵ 在分段開(kāi)挖的長(zhǎng)而大的基坑中，如果坑內(nèi)土體的縱向抗滑移穩(wěn)定性不足，可對(duì)斜坡體進(jìn)行加固。
⑶ 當(dāng)圍護(hù)墻是地下連續(xù)墻或灌注樁時(shí)，如果需要減少圍護(hù)墻的垂直沉降、或提高圍護(hù)墻的垂直承載的能力，可用埋管注漿法對(duì)圍護(hù)墻底部進(jìn)行注漿加固。
⑷ 在圍護(hù)墻外側(cè)進(jìn)行注漿加固，或用于周邊環(huán)境保護(hù)的跟蹤注漿以減少圍護(hù)墻的側(cè)向土壓力及控制基坑周圍構(gòu)筑物的變形。
由于注漿工藝的局限性，注漿加固體的離散性大，均勻性和強(qiáng)度保證的可靠性相對(duì)較差，施工過(guò)程的質(zhì)量控制和檢驗(yàn)存在不確定性，其效果有時(shí)達(dá)不到設(shè)計(jì)對(duì)土體加固的強(qiáng)度要求。
對(duì)開(kāi)挖較深的基坑采用注漿加固工藝時(shí)應(yīng)綜合評(píng)估其加固施工有效性。注漿加固深度的限制不包括對(duì)基坑工程中的圍護(hù)墻墻底或立柱樁樁底的注漿加固。
二、攪拌樁加固應(yīng)用范圍
攪拌樁是利用鉆機(jī)攪拌土體把固化劑注入土體中，并是土體與漿液攪拌混合，漿液凝固后，便在土層中形成一個(gè)圓柱狀固結(jié)體。攪拌樁加固可提高地基土的承載力，增加圍護(hù)墻內(nèi)側(cè)土體的被動(dòng)土壓力，減少土體的壓縮變形和圍護(hù)墻的水平位移，增加基坑底部抗隆起穩(wěn)定性和開(kāi)挖邊坡的穩(wěn)定性。
對(duì)基坑土體采用攪拌樁加固時(shí)，一般應(yīng)用范圍包括：
⑴ 攪拌樁加固可用于基坑被動(dòng)區(qū)的土體加固，對(duì)于特定的基坑工程，可根據(jù)周圍環(huán)境對(duì)圍護(hù)墻外側(cè)最大地層沉降(Δmax)的限制，確定基坑底部的允許抗隆起安全系數(shù)。
⑵ 在分段開(kāi)挖的長(zhǎng)而大的基坑中，如果坑內(nèi)土體的縱向抗滑移穩(wěn)定性不足，可對(duì)斜坡坡底的土體進(jìn)行適當(dāng)加固，可采用條分法對(duì)加固后的縱向抗滑移穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算。
⑶ 在圍護(hù)墻外側(cè)進(jìn)行攪拌加固，以減少圍護(hù)墻的側(cè)向土壓力、防止圍護(hù)墻接縫漏水和堵漏及控制基坑周圍構(gòu)筑物的變形。
⑷ 攪拌樁加固深度
加固土體的攪拌機(jī)一般有單軸、雙軸和三軸，相應(yīng)的水泥土攪拌樁也包括單（雙）軸攪拌樁、三軸攪拌樁，標(biāo)準(zhǔn)攪拌直徑在 650～1200mm。攪拌樁的加固深度取決于施工機(jī)械的鉆架高度、電機(jī)功率等技術(shù)參數(shù)。由于施工設(shè)備能力的局限性及加固效果的差別，不同工法的施工工藝的加固深度是不同的，且需根據(jù)不同環(huán)境保護(hù)要求作出選擇，以確保工程實(shí)施的可行性和環(huán)境的安全性。國(guó)外最大加固深度已達(dá) 60m 以上，我國(guó)雙(單)軸攪拌機(jī)的土體加固技術(shù)受限于施工工藝和施工設(shè)備能力的限制，其設(shè)備能力一般攪拌深度達(dá)到 18m，超出此深度時(shí)一般施工質(zhì)量和加固效果難以保證，故在國(guó)內(nèi)的雙軸或單軸水泥土攪拌樁的加固深度一般控制在 18m 左右。三軸攪拌機(jī)的轉(zhuǎn)軸剛度和攪拌機(jī)功率相比較優(yōu)于雙軸，相應(yīng)的三軸水泥土攪拌樁的加固深度一般可達(dá)到 30m，少量進(jìn)口的三軸設(shè)備的攪拌深度可達(dá)到 50m 以上。此外，國(guó)外海洋工程中開(kāi)始采用大功率多頭攪拌設(shè)備，以解決海洋工程的施工難度，提高施工效率。
三、高壓噴射注漿加固應(yīng)用范圍
高壓噴射注漿對(duì)土體進(jìn)行改良，土體經(jīng)過(guò)高壓噴射注漿后，由原來(lái)的松散狀變成圓柱形，板壁形和扇型固結(jié)體，并且有良好的強(qiáng)度、抗?jié)B性、耐久性。根據(jù)國(guó)內(nèi)外的實(shí)踐，高壓噴射注漿可提高加固土體的抗剪強(qiáng)度和地基承載力，降低土體壓縮性，增加圍護(hù)墻內(nèi)側(cè)土體的被動(dòng)土壓力，減少土體的壓縮變形和圍護(hù)墻的水平位移，增加基坑底部抗隆起穩(wěn)定性和開(kāi)挖邊坡的穩(wěn)定性。旋噴攪拌具有提高土體抗側(cè)向的變形能力，一般在計(jì)算時(shí)可適當(dāng)考慮提高加固區(qū)土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)和土的側(cè)向比例系數(shù)。
對(duì)基坑土體采用旋噴加固時(shí)，一般應(yīng)用范圍包括：
⑴ 旋噴加固可用于基坑被動(dòng)區(qū)的土體加固，可根據(jù)周圍環(huán)境對(duì)圍護(hù)墻外側(cè)最大地層沉降(Δmax)的限制，確定出基坑底部的允許抗隆起安全系數(shù)。
⑵ 對(duì)基坑開(kāi)挖的邊坡的土體進(jìn)行適當(dāng)加固，可提高邊坡的穩(wěn)定性。
⑶ 在圍護(hù)墻外側(cè)進(jìn)行旋噴加固，以減少圍護(hù)墻的側(cè)向土壓力、防止圍護(hù)墻接縫漏水和堵漏及控制基坑周圍構(gòu)筑物的變形。
⑷ 高壓噴射注漿加固深度
高壓噴射注漿因鉆進(jìn)深度較深，在軟土地區(qū)的常規(guī)基坑工程中均可施工，故不作深度限制。但高壓噴射注漿形成的旋噴樁樁徑的離散性大，與攪拌樁樁徑相比較，有一定的變化范圍。
⑸ 采用純水泥漿液進(jìn)行高壓噴射注漿，當(dāng)?shù)叵滤魉佥^大用純水泥漿注漿后有沖失的可能或工程有速凝早強(qiáng)需要時(shí)，在普通水泥中添加適量的速凝早強(qiáng)劑。
一般來(lái)說(shuō)，下列土質(zhì)的旋噴加固效果較佳。砂性土 N<15；粘性土 N<10；素填土，不含或含少量礫石。對(duì)于堅(jiān)硬土層、軟巖以上的砂質(zhì)土以及 n="">10 的粘性土、人工填土層等土質(zhì)條件則需要慎重考慮。對(duì)于含有卵石的礫砂層，因漿液噴射不到卵石后側(cè)，故常需通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定。
旋噴樁的平面布置需根據(jù)加固的目的給予具體考慮。為了提高基坑土體的穩(wěn)定和減少圍護(hù)墻的變形，其平面布置一般采用格柵性布置。
四、土體水平加固技術(shù)
以往地基加固，受限于施工工藝和施工設(shè)備能力的限制，僅對(duì)地基進(jìn)行豎向處理，近年來(lái)，隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的發(fā)展，一種水平或斜向地基處理技術(shù)也已經(jīng)在工程中大量運(yùn)用，并已經(jīng)形成《加筋水泥土樁錨支護(hù)技術(shù)規(guī)程》(CECS147-2004)。該工藝具有向土體中實(shí)現(xiàn)多方向加固的特點(diǎn)，通過(guò)對(duì)坑外土體側(cè)向加固實(shí)現(xiàn)基坑穩(wěn)定，是旋噴和攪拌樁土體加固技術(shù)的發(fā)展，優(yōu)于現(xiàn)行常規(guī)的單向加固技術(shù)。該加固工藝?yán)脤Ｓ寐菪@機(jī)在土體中成孔，在成孔同時(shí)通過(guò)螺旋鉆機(jī)向土體噴射水泥砂漿液，漿液同砂土混合成水泥土，退出螺旋鉆桿時(shí)(也可插入鋼筋等筋材)在施工區(qū)域形成水泥土凝固體。該工藝對(duì)土體的加固具有主動(dòng)的特點(diǎn)，可用于堤壩、基坑圍護(hù)、邊坡、隧道等軟弱土層的加固。
該技術(shù)已成功用于廣州、杭州等地的建筑基坑工程，最大加固深度達(dá)到 10m 以上，取得了一定的工程經(jīng)驗(yàn)。該工法采用側(cè)向加固時(shí)是在開(kāi)挖過(guò)程中實(shí)現(xiàn)的，故需要考慮嚴(yán)密的動(dòng)態(tài)施工管理措施，并加強(qiáng)監(jiān)測(cè)與試驗(yàn)，以確保工程施工和環(huán)境處于安全可控的范圍內(nèi)。此外，由于城市規(guī)劃紅線的限制，該工法在城市建筑基坑中應(yīng)用時(shí)，尚需考慮筋材的回收，以避免對(duì)城市地下空間的不利影響。
五、坑內(nèi)降水預(yù)固結(jié)地基法
1．降水技術(shù)發(fā)展簡(jiǎn)述
上海軟土層因地下水位高且有砂質(zhì)粉土或夾薄層粉砂，挖深時(shí)容易發(fā)生流砂現(xiàn)象。自上個(gè)世紀(jì) 50 年代來(lái)，一直對(duì)降水井技術(shù)進(jìn)行試驗(yàn)和實(shí)踐，取得了很大成效。目前的降水技術(shù)包括輕型井點(diǎn)、噴射井點(diǎn)、電滲技術(shù)、深井降水等技術(shù) ，已廣泛應(yīng)用于上海的淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土或粘土夾薄層粉砂的軟土地層，也應(yīng)用于粉砂、細(xì)砂和砂質(zhì)粉土等地層。排水固結(jié)法施工設(shè)備簡(jiǎn)單，費(fèi)用低，對(duì)環(huán)境無(wú)污染。
2．降水作用和地質(zhì)條件
在基坑內(nèi)外進(jìn)行地基加固以提高土的強(qiáng)度和剛性，對(duì)治理基坑周圍地層位移問(wèn)題的作用，無(wú)疑是肯定的，但加固地基需要一定代價(jià)和施工條件。基于工程經(jīng)驗(yàn)，在密實(shí)的砂（粉）土采用降水的方法加固被動(dòng)區(qū)的土體是經(jīng)濟(jì)合理、行之有效的方法。港口陸域或工業(yè)建筑的堆場(chǎng)一般通過(guò)降水和真空予壓的方法來(lái)加固場(chǎng)地地基土的強(qiáng)度。實(shí)踐表明，通過(guò)降低地下水位，可以排除土體中的自由水和部分空隙水，空隙水壓力逐漸消散，有效應(yīng)力增加，土體的抗剪強(qiáng)度隨著有效應(yīng)力的增加而提高，達(dá)到加固坑內(nèi)土體的目的，同時(shí)也可減少開(kāi)挖過(guò)程的坑內(nèi)土體的回彈，對(duì)環(huán)境保護(hù)有利。
一個(gè)場(chǎng)地的地質(zhì)條件，將決定降水或排水的形式 。如果地下水位以下的土層為一般均勻的、較厚的、自由排水的砂性土，則用普通井點(diǎn)系統(tǒng)或單井群井均可有效地降水，另一方面，若為成層土或粘質(zhì)砂土?xí)r，則需采用濾網(wǎng)并適當(dāng)縮短井點(diǎn)間距一般還要采用井外的砂粒倒濾層。若基坑底下有一薄層粘土，且下為砂層，則須考慮采用噴射井點(diǎn)或深井打人該砂層，用以減除下層的水壓力，以免基底隆起或破壞。
在上海夾薄砂層的淤泥質(zhì)粘土層中，水平滲透系數(shù)為 l0-4 cm／s，垂直滲透系數(shù)≤10 -6 cm／s，當(dāng)在此地層中的降水深度為 17～18m，自地面挖至坑底的時(shí)間為 30d 時(shí)，超前降水時(shí)間≥28d。實(shí)踐說(shuō)明降水固結(jié)的軟弱粘土夾薄砂層強(qiáng)度可提高 30％以上，對(duì)砂性土效果則更大。大量工程的總結(jié)資料可證明適宜降水的基坑土層，以降水法加固是最經(jīng)濟(jì)有效的方法。
為提高降水加固土體的效果，降水深度要經(jīng)過(guò)驗(yàn)算而合理確定。
在市區(qū)建筑設(shè)施密集地區(qū)，對(duì)密封性良好的圍護(hù)墻體基坑內(nèi)的含水砂性土或粉質(zhì)粘土夾薄砂層等可適宜降水的地層，合理布設(shè)井點(diǎn)，在基坑開(kāi)挖前超前降水，將基坑地面至設(shè)計(jì)基坑底面以下一定深度的土層疏干并排水固結(jié)，既方便了土方開(kāi)挖，更有利于提高圍護(hù)墻被動(dòng)區(qū)及基坑中土體的強(qiáng)度和剛度。降水加固方法受到土層條件的限制，對(duì)軟土地基而言，其天然承載力很低，滲透系數(shù)較小，其排水作用的時(shí)間很長(zhǎng)，如無(wú)水平向的夾砂層采用井點(diǎn)降水是很難有明顯效果的，故而在基坑工程中的應(yīng)用應(yīng)慎重考慮。
一般在降水加固前須進(jìn)行地質(zhì)和環(huán)境調(diào)查，以判斷其實(shí)施是否符合工程實(shí)際情況，或改用其他有效的加固方法。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)抽水試驗(yàn)，主要反映土體性能的變化，包括土體孔隙比、含水量、強(qiáng)度指標(biāo)等數(shù)值，為此需進(jìn)行降水效果檢測(cè)。在上海粘性土夾有薄層砂層或粘性土與砂性土互層的地質(zhì)條件下，以井點(diǎn)降水加固土體，效果明顯，使用廣泛。此外，在選用本方法時(shí)，應(yīng)考慮降水期間對(duì)四周環(huán)境可能的不利影響和經(jīng)濟(jì)費(fèi)用，并采取措施予以消除此不利影響。
