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水利水電工程師這4種堤防地基加固方法你都了解嗎?

更新時間:2019-06-24 10:55:31 來源:環(huán)球網(wǎng)校 瀏覽103收藏41

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水利水電工程師這4種堤防地基加固方法你都了解嗎?

一、振沖法

(一)加固機(jī)理

振沖法的主要設(shè)備有振沖器、吊車和水泵。振沖器靠底端噴出的壓力水(水壓400~600kPa)的沖擊力和振沖器本身重量,使振沖器往下貫入土中。在這個過程中振沖器產(chǎn)生的水平振動力將擠密孔壁土砂層。當(dāng)振沖器達(dá)到預(yù)定深度后,往孔內(nèi)投粗料(如粗砂礫石、碎石、礦渣等),并靠振沖器的水平振動力將粗粒填料擠入周圍土層中。隨著射水和水平振動力持續(xù)時間的延長,土層(混入了粗粒料)越來越密實(shí),振沖器耗電隨之加大,當(dāng)達(dá)到設(shè)計值后,振沖器就可上提一定距離(30— 35cm),再住孔內(nèi)投料,重復(fù)上述過程,直到整個孔均被粗料填滿并振沖到一定密實(shí)度為止。

振沖法對于砂土主要是提高了砂土的密實(shí)度,故對砂土也稱振沖擠密法。對于振沖法加固粘性土地基作用機(jī)理,主要指“復(fù)合地基”作用機(jī)理,即投入的粗料(碎石)于土中形成的碎石樁強(qiáng)度大大高于周圍土體的強(qiáng)度,碎石樁與周圍土體組成“復(fù)合地基”,共同承擔(dān)堤防重量,“復(fù)合地基”比天然地基強(qiáng)度大大提高,壓縮性大大減小,振沖法加固粘性土也叫振沖碎石法或振沖置換法。

(二)振沖法的擠密工藝

1.孔位布置與間距

振沖孔位布置常用等邊三角形和正方形兩種。對大面積擠密處理,用等邊三角形布置比正方形布置可以得到更好的擠密效果。

振沖孔位的間距視砂土的顆粒組成、密實(shí)要求、振沖器功率而定。使用30kw振沖器,間距一般為1.8~2.5m;使用75kw大型振沖器,間距可加大到2.5~3.5m。

2.填料選擇

對中細(xì)砂,可以不加填料,就地擠密;但對粉細(xì)砂,必須加填料后才能獲得較好的振密效果。

3.擠密工藝

連續(xù)下料法 振沖器達(dá)設(shè)計深度后,將水壓和水量減少至維持孔口有一定量回水,但沒有大量細(xì)顆粒帶走的程度。此時用裝載機(jī)等運(yùn)料工具將填料堆放在振沖器護(hù)筒周圍。填料在水平振動力作用下依靠自重沿護(hù)筒周壁下沉到孔底。這種造孔后不提出振沖器,在孔中投料的方法稱連續(xù)下料法。該法施工特別適用於加固易于塌孔的砂土地基。

間斷下料法 造孔后將振沖器提出孔口,直接往孔內(nèi)倒入一批填料,再將振沖器下降至孔底進(jìn)行振密,如此反復(fù)進(jìn)行直至全孔完成。這種施工方法稱間斷下料法。

比較起來,連續(xù)下料法的樁體的密實(shí)度較均勻;間斷下料法的施工速度較快。

(三)適用范圍

振沖法適用的土質(zhì)主要是砂性土,從粉細(xì)砂到含礫粗砂,只要小于0.005mm的粘粒含量不超過10%,都可得到顯著的擠密效果;若粘粒含量大于30%,則擠密效果明顯降低。在堤防除險加固工程中,尤其適用于砂性土地基的滑坡除險加固處理。也可用于新建或已建堤防、涵閘基礎(chǔ)的處理,提高基礎(chǔ)的承載力與抗滑穩(wěn)定及抗震防液化能力。

(四)振沖法的主要優(yōu)點(diǎn)

1.施工機(jī)具和施工工藝簡單,易于操作。處理費(fèi)用低。

2.振沖法是以復(fù)合地基形式處理地基,能最大程度發(fā)揮和充分利用天然地基的強(qiáng)度潛力,使地基強(qiáng)度變得比較均一。

3.振沖法可在軟粘土中設(shè)置強(qiáng)透水性的排水碎石樁,軟粘土中的水可通過碎石樁以較短的時間完成排水固結(jié),使地基強(qiáng)度提高。對建在松軟地基上堤防的加固處理,具有較高的實(shí)用意義。

二、擠密砂樁法

擠密砂樁是先在軟基中間用沖擊法或振動法打孔,灌入砂子并搗實(shí)。

(一)加固機(jī)原理

1.在松散砂土中的作用

由于成樁方法不同,在松散砂土中成樁時對周圍砂層或產(chǎn)生擠密作用或同時也產(chǎn)生振密作用。

(1)擠密作用 采用沖擊法或振動法往砂中下沉樁管和一次拔管成樁時,由于樁管下沉對周圍砂土產(chǎn)生很大的橫向作用力,這就是擠密作用。有效擠密范圍可達(dá)3~4倍樁直徑。

(2)擠密和振密作用 采用振動法往砂土中下沉樁管和逐步拔出樁管成樁時,下沉樁管對周圍砂層產(chǎn)生擠密作用,拔起樁管對周圍砂層產(chǎn)生振密作用,有效振密范圍可達(dá)6倍樁直徑左右。

2.在軟弱粘性土中的作用

(1)置換作用 密實(shí)的砂樁在軟弱粘性土中取代了同體積的軟弱粘性土,形成“復(fù)合地基”,使承載力提高,地基沉降變小。

(2)排水作用 在軟弱粘性土地基中,砂樁可以象砂井一樣起排水作用,從而加快地基的固結(jié)沉降速率。

(二)施工工藝要點(diǎn)

1.施工順序

在松散砂土中,首先施工外圍樁,然后施工隔行的樁,對最后幾行樁,如下沉樁管有困難時,可適當(dāng)增大樁距。

在軟弱粘性土中,砂樁成型困難時可隔行施工,各行中的樁也可間隔施工。

2.質(zhì)量控制

(1)沖擊法成樁。單管法施工時,控制拔管速度為1.5~3m/min,以保證樁身連續(xù)性,而樁直徑是以灌砂量來控制;雙管法施工時,錘擊內(nèi)管和外管將砂壓實(shí),按貫入度控制,保證樁身的連續(xù)性。

(2)振動法成樁。主要控制拔管的速度,如一次拔管法,拔管1m控制在30秒內(nèi);逐步拔管法,每次拔起0.5m,停拔續(xù)振20s。

(三)砂樁用途

在松散砂土中,可用于增大相對密度,防止振動液化。在軟弱粘性土中,可用于提高地基承載力,加速固結(jié)沉降,改善地基的整體穩(wěn)定性。

三、強(qiáng)夯法

強(qiáng)夯法是將很重的錘(一般為100~400kN)從高處自由落下(落距一般為15~25m)給地基以強(qiáng)烈地夯擊而壓密,從而提高地基土的強(qiáng)度并降低其壓縮性。

(一)強(qiáng)夯法作用機(jī)理

加密作用,使空氣或氣體的排出;固結(jié)作用,使水或流體的排出;預(yù)加變形作用,使各種顆粒成分在結(jié)構(gòu)上的重新排列,包括顆粒結(jié)構(gòu)或型態(tài)的改變。

(二)施工要點(diǎn)

1.平整場地 預(yù)先估計強(qiáng)夯后可能產(chǎn)生的平均地面變形,并以此確定地面高程,然后用機(jī)械平整。

2.鋪墊層 遇地表層為細(xì)粒土,且地下水位高的情況,有時需在表面鋪0.5~2m左右厚的砂、砂礫或碎石。以使地表堅硬,支承起重設(shè)備。

3.夯點(diǎn)放線定位 宜用石灰或打木樁的方法,偏差不大于5cm。

4.強(qiáng)夯施工 當(dāng)?shù)谝槐楹煌旰?,將夯坑填平,再進(jìn)行下一遍夯擊,直至計劃的夯擊遍數(shù)夯完為止。

5.現(xiàn)場記錄 做好詳細(xì)的現(xiàn)場記錄。

6.安全措施 夯擊時所有人員應(yīng)退到安全線以外。

(三)強(qiáng)夯法的用途

強(qiáng)夯法可用來加固新建或改建堤防工程的基礎(chǔ)處理。主要可用于加固碎石土、砂土、粘性土、雜填土、濕陷性黃土等各類地基。它不僅能提高地基的強(qiáng)度并降低其壓縮性,而且還能改善其抵抗振動液化的能力和消除土的濕陷性。

但對飽和軟粘土進(jìn)行強(qiáng)夯要持慎重態(tài)度。對已建堤防的應(yīng)用也要慎重。

四、排水固結(jié)法

(一)基本原理

排水固結(jié)法是軟粘土地基在荷載作用下,土孔隙水慢慢排出,孔隙比減小,地基發(fā)生固結(jié)變形。同時,隨著超靜水壓力逐漸消散,土的有效應(yīng)力增大,地基土的強(qiáng)度逐步增長。

(二)排水固結(jié)法的排水與預(yù)壓

排水固結(jié)法是由排水系統(tǒng)和加壓系統(tǒng)兩部分組合而成的。排水系統(tǒng)可以在天然地基中設(shè)置豎向排水體(如普通砂井、袋裝砂井、塑料排水板等),以及利用天然地層本身的透水性。加壓系統(tǒng)有堆載法、真空法等。

1.排水

首先打設(shè)砂井(包括袋裝砂井、塑料排水板等)在軟粘土地基中,設(shè)置一系列砂井,在砂井之上鋪設(shè)砂墊或砂溝,增加土層排水通道,加速固結(jié)。這種方法適用于透水性低的軟弱粘性土,對于泥炭土等有機(jī)質(zhì)沉積物不適用。

2.預(yù)壓

(1)堆載預(yù)壓法 通過臨時填土石等方法對地基加載預(yù)壓,達(dá)到預(yù)先完成部分或大部分地基沉降,并通過地基土固結(jié)提高地基承載力。這種方法適合于軟粘土地基。

(2)真空預(yù)壓法 在粘土層上鋪設(shè)砂墊層,打設(shè)排水板(砂井等),然后用薄膜密封砂墊層,用真空泵抽氣,使地下水位下降,同時在大氣壓力作用下加速地基固結(jié)。主要適用于軟粘土地基。

(三)用途

排水固結(jié)法主要可以解決粘土地基的沉降問題和穩(wěn)定問題。

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