水利水電工程師這4種堤防地基加固方法你都了解嗎？

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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(gè)過(guò)程中振沖器產(chǎn)生的水平振動(dòng)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(dòng)力將粗粒填料擠入周圍土層中。隨著射水和水平振動(dòng)力持續(xù)時(shí)間的延長(zhǎng)，土層(混入了粗粒料)越來(lái)越密實(shí)，振沖器耗電隨之加大，當(dāng)達(dá)到設(shè)計(jì)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(guò)程，直到整個(gè)孔均被粗料填滿并振沖到一定密實(shí)度為止。

振沖法對(duì)于砂土主要是提高了砂土的密實(shí)度，故對(duì)砂土也稱振沖擠密法。對(duì)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(duì)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(duì)中細(xì)砂，可以不加填料，就地?cái)D密;但對(duì)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(jì)深度后，將水壓和水量減少至維持孔口有一定量回水，但沒(méi)有大量細(xì)顆粒帶走的程度。此時(shí)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(dòng)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(lái)，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(guò)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(xiǎn)加固工程中，尤其適用于砂性土地基的滑坡除險(xiǎn)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(jiǎn)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(guò)碎石樁以較短的時(shí)間完成排水固結(jié)，使地基強(qiáng)度提高。對(duì)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(dòng)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(shí)對(duì)周圍砂層或產(chǎn)生擠密作用或同時(shí)也產(chǎn)生振密作用。

(1)擠密作用 采用沖擊法或振動(dòng)法往砂中下沉樁管和一次拔管成樁時(shí)，由于樁管下沉對(duì)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(dòng)法往砂土中下沉樁管和逐步拔出樁管成樁時(shí)，下沉樁管對(duì)周圍砂層產(chǎn)生擠密作用，拔起樁管對(duì)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(duì)最后幾行樁，如下沉樁管有困難時(shí)，可適當(dāng)增大樁距。

在軟弱粘性土中，砂樁成型困難時(shí)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(shí)，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(lái)控制;雙管法施工時(shí)，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(dòng)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(duì)密度，防止振動(dòng)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(chǎng)地 預(yù)先估計(jì)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(shí)需在表面鋪0.5~2m左右厚的砂、砂礫或碎石。以使地表堅(jiān)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)谝槐楹煌旰螅瑢⒑豢犹钇?，再進(jìn)行下一遍夯擊，直至計(jì)劃的夯擊遍數(shù)夯完為止。

5.現(xiàn)場(chǎng)記錄 做好詳細(xì)的現(xiàn)場(chǎng)記錄。

6.安全措施 夯擊時(shí)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(lái)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(dòng)液化的能力和消除土的濕陷性。

但對(duì)飽和軟粘土進(jìn)行強(qiáng)夯要持慎重態(tài)度。對(duì)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(shí)，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(zhǎng)。

(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(duì)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(guò)臨時(shí)填土石等方法對(duì)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(guò)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(shí)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(wèn)題和穩(wěn)定問(wèn)題。

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