一种预防软土地基沉降的地基结构及其方法与流程

本发明属于建筑施工技术领域，具体涉及一种预防软土地基沉降的地基结构及其方法。

背景技术：

城市化建设进程的加快，使得土木工程建设不断增多，同时软土地基现象也越来越普遍。如果地基土为软土，则其承载力和抗剪能力较弱，特别是当受到震动或较大的荷载时，地基强度会明显下降，并呈流动状态，继而引发地基的局部或整体剪切破坏，形成软土层侧滑。

在大面积软土地基处理过程中，通常采用排水或者土体挤密两种途径提高土体强度，达到减小土体沉降的目的。

垫层处理技术，俗称垫层法。其原理为：在填土与基底之间设一排水面，使地基在受到填土荷载后，迅速将地基土中的孔隙水排出，加快地基固结速度，提高地基的承载力，减少沉降，防止地基局部剪切变形，减少冻胀情况的发生。需要注意的是，所用的材料应为含泥量不大于5％的洁净中粗砂，或最大粒径小于5em的天然级配砂砾。与此类似的排水处理工艺，有塑料排水板联合堆载预压等。排水工艺由于水体的排出，土体有效应力提高，土体总体会产生沉降。

挤密途径是通过在土体中植入其它结构体，对原有土体产生挤压作用，从而提高土体的强度。如深层石灰搅拌桩。深层石灰搅拌桩施工在整个工程软土地基施工中有重要的作用。如果工程地基为黏度高的软土，最好应用深层石灰搅拌桩施工技术。基本原理为：石灰硬化时体积膨胀，从而将桩周土体挤密，在离子交换力和胶凝作用的影响下，提高桩间土的强度。但周边存在近接建筑时，挤密工艺会对周边建筑产生不利影响，因此，存在一定局限性。

上述工艺从一定程度上提高了土体的强度，起到了地基处理的作用，但也存在局部适用性。

技术实现要素：

本发明的目的是基于土体三相力学原理，在不排水不挤土情况下，提供一种预防软土地基沉降的地基结构及其方法。根据土力学相关原理，在无需排水情况下，通过在处理区域周边增加的止水墙体，与不透水止水层一起，形成止水系统，阻止封闭区域内土体含水量的变化，保持土体三相受力状态，减少上部荷载条件下土体的沉降。

本发明的技术方案：一种预防软土地基沉降的地基结构，所述的地基结构包括从上至下依次设置的混凝土地板、止水层和止水机构，所述的止水机构由若干个首尾相接的止水墙围合而成，所述的止水机构靠近止水层的一端嵌入止水层内。

通过采用上述技术方案，本发明的专利技术原理：地基土长期经受地表及地下水的渗透，在自然状态下一般处于饱和状态。土是三相体系，但对饱和土来说，是二相体系。土体体积由土颗粒体积和水体积组成，即：

v=vs+vw（1）

其中，v为土体总体积；vs为土颗粒体积；vw为土中水体积。

外荷载作用后，土中应力由土骨架和土中的水气共同承担，如式（2）。

σ=σ′+μ

式中，σ为总应力,kpa；σ′为有效应力,kpa；μ为孔隙水压力,kpa。

只有通过土颗粒传递的有效应力的增加才会使土产生变形，而通过孔隙中水传递的孔隙压力对土的强度和变形没有贡献。在总应力σ不变的情况下，只要土体中含水量没有变化，土体中孔隙率维持恒定，土中空隙水压力μ就不会发生变化，因此，通过土骨架传递的有效应力σ′也将保持不变，土体将不会发生固结变形。

本发明是在土力学原理的支撑下寻求的解决方案，以说明本发明的有效性。通过止水层和四周止水墙组成止水系统，阻止封闭区域内土体含水量的变化，在路堤和上部车辆等上部荷载基本恒定的条件下，保持土体有效应力不发生变化，有效控制地基沉降的发生。

在地基、地面之间设有止水层，地基内四周设有止水墙，止水墙上端部伸入止水层内，以防止水分从上部排出，可以有控制地基的后期沉降。从根本上解决了结构和地基沉陷问题。

本发明进一步设置为：地基四周与止水墙间距为1000毫米，所述的止水墙高10300毫米，止水墙厚700毫米或1200毫米，止水墙伸入止水层距离为300毫米，所述的止水层厚1000毫米。

通过采用上述技术方案，本发明提供一种防水结构，实现解决桥头跳车问题的同时节约成本。根据处理地基的长度和宽度不同，两对侧止水墙的间距是可以调整的，相邻两对侧的止水墙间距可以为10000毫米。

本发明进一步设置为：所述的止水机构还包括有若干个用以将止水墙所围合的区域进行横向分隔的第一分隔墙以及进行竖向分隔的第二分隔墙，所述第一分隔墙与第二分隔墙垂直设置。

通过采用上述技术方案，本发明如果地基处理面积较大，如机场等，可将被处理区域分割成小区域，分别施工封闭式止水顶板和止水墙体，形成区域性止水系统。根据处理地基的长度和宽度不同，两对侧止水墙/分隔墙的间距是可以调整的，相邻两对侧的止水墙/分隔墙间距可以为10000毫米。

本发明进一步设置为：止水墙为双排咬合水泥土搅拌止水墙。

通过采用上述技术方案，本发明设计双排咬合水泥土搅拌止水墙有更好的止水效果和支撑作用。四周止水墙采用双排咬合水泥土搅拌桩，桩径700mm，桩横向中心间距500mm（同次施工两桩咬合200mm），纵向桩中心间距600mm（搅拌桩纵向咬合100mm），墙深10m，墙厚1200mm。止水墙顶部埋入水平止水层300mm。

本发明进一步设置为：一种预防软土地基沉降的地基结构的方法，其特征在于，包括：

s1：对待处置地面进行拆除；

s2：对待处置地基进行积水和杂物清理；

s3：进行地基四周止水墙施工，所述的止水墙首尾相接；

s4：不透水止水层施工；

s5：进行地面修复。

通过采用上述技术方案，本发明基于土力学有效应力原理，采用止水法技术进行地基施工，通过减小地堤下部区域内土体含水量的变化，控制土体沉降，从而达到预防地基沉降的目的，施工速度快。止水层采用粘性土填筑而成，在实现上部止水的同时，具有一定的整体强度，可有效降低地堤的不均匀沉降，工程造价低。

本发明进一步设置为：s1中，采用地面铣刨机进行地面拆除，同时对地面拆除废渣进行清运。

通过采用上述技术方案，本发明对地面拆除废渣进行清运确保后期施工顺利。

本发明进一步设置为：所述的止水机构还包括有若干个用以将止水墙所围合的区域进行横向分隔的第一分隔墙以及进行竖向分隔的第二分隔墙，所述第一分隔墙与第二分隔墙垂直设置。

通过采用上述技术方案，本发明如果地基处理面积较大，如机场等，可将被处理区域分割成小区域，分别施工封闭式止水顶板和止水墙体，形成区域性止水系统。

本发明进一步设置为：水泥土搅拌止水墙为双排水泥土搅拌止水墙，所述双排的咬合水泥土搅拌止水墙首尾相接，每个桩与其水平、竖直方向相邻的成桩之间均圆周相嵌。

通过采用上述技术方案，本发明双排咬合水泥土搅拌止水墙有更好的止水效果和支撑作用。

本发明进一步设置为：双排水泥土搅拌桩止水墙施工的具体步骤如下：

1）放线定位、挖沟槽；

根据设计止水墙位置，测量放线，并沿线开挖沟槽；

2）搅拌桩机就位；

根据设计桩径及中心距，测量确定每根桩中心的位置，并根据设计桩基行走路线，在出发端安装搅拌桩机，并调试；

3）下沉搅拌；

待搅拌机冷却水循环正常后，启动搅拌机，放松起重机钢丝绳，使搅拌机沿导向轨道切土下沉。同时，开启灰浆泵，将水泥浆注入土体中，使土体与水泥浆初步搅合；

4）提升搅拌；

待搅拌机喷浆头下沉到设计深度后，停止下沉，注浆搅拌10s后开始提升搅拌机，同时继续注浆二次搅拌，直至完成本桩搅拌；

5）桩机移位至下一桩位继续施工。

通过采用上述技术方案，本发明双排咬合水泥土搅拌止水墙施工方法，使双排咬合水泥土搅拌止水墙有更好的止水效果和支撑作用。

本发明进一步设置为：不透水止水层施工的具体步骤如下：

（1）不透水止水层采用粘性土碾压铺筑而成；

（2）粘性土压实度不小于96%，压实后粘性土层垂直渗透系数不大于5*10-5cm/s；

（3）粘性土止水层施工步骤如下：

1）软土地基顶面进行压实整平；

2）分三层填筑粘性土；

3）底层填筑时注意对周边止水墙露出部位的保护；

4）每层填筑铺平完成后，采用光面振动碾进行碾压，并进行压实度检测，满足要求后可进行下层填筑；

5）三层填筑完成后，并检验合格后，即可进行上部地堤材料填筑。

通过采用上述技术方案，本发明止水层施工方法，使止水层有更好的止水效果和支撑作用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。

图1为本发明结构的纵向构造图；

图2为图1中a-a剖面所示的止水墙平面布置图；

图3为本发明的双排水泥土搅拌桩布置及施工走向图。

图中，1-地面，2-地基，21-混凝土地板，3-止水机构，31-止水墙，311-水泥土搅拌桩，312-沟槽，32-止水层，33-第一分隔墙,34-第二分隔墙。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

需要说明的是，本发明实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本发明实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。

本发明所提到的方向和位置用语，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「内」、「外」、「顶部」、「底部」、「侧面」等，仅是参考附图的方向或位置。因此，使用的方向和位置用语是用以说明及理解本发明，而非对本发明保护范围的限制。

如图1-图3所示，一种预防软土地基沉降的地基结构，地基结构包括从上至下依次设置的地面1、混凝土地板21、止水层32和止水机构3，止水机构3由若干个首尾相接的止水墙31围合而成，止水机构3靠近止水层32的一端嵌入止水层32内。

进一步的，本实施例中的止水墙的个数优选为4个，且呈首尾相接的四方体排布。

进一步的，本实施例中的止水墙为咬合水泥土搅拌止水墙。

本发明设计咬合水泥土搅拌止水墙有较好的止水效果和支撑作用。止水墙采用咬合水泥土搅拌桩，桩径700mm，纵向桩中心间距600mm（搅拌桩纵向咬合100mm），墙深10m，墙厚700mm。止水墙顶部埋入水平止水层300mm。

一种预防软土地区公地桥头跳车的道地结构的方法，步骤如下：

1、对待处置地段的原有地面1进行拆除；

2、对待处置地基2进行积水和杂物清除；

3、地基2四周止水墙31施工；

（1）地基四周止水墙31采用双排咬合水泥土搅拌桩311，桩径700mm，桩横向中心间距500mm（同次施工两桩咬合200mm），纵向桩中心间距600mm（搅拌桩纵向咬合100mm），墙深10m，墙厚1200mm。止水墙31顶部埋入水平止水层32的距离为300mm；

（2）双排水泥土搅拌桩止水墙施工流程：

1）放线定位、挖沟槽312；

根据设计止水墙31位置，测量放线，并沿线开挖沟槽312；

2）搅拌桩机就位；

根据设计桩径及中心距，测量确定每根桩中心的位置，并根据设计装机行走地线，在出发端安装搅拌桩机，装机就位误差不大于50mm，垂直度允许偏差1%；

3）下沉搅拌；

待搅拌机冷却水循环正常后，启动搅拌机点击，放松起重机钢丝绳，使搅拌机沿导向轨道（导向轨道是指供搅拌机垂直方向滑移的轨道）切土下沉。同时，开启灰浆泵，将水泥浆注入土体中，使土体与水泥浆初步搅合；

4）提升搅拌；

待搅拌机喷浆头下沉到设计深度后，停止下沉，注浆搅拌10s后开始提升搅拌机，同时继续注浆二次搅拌，直至完成本桩搅拌；

5）桩机移位至下一桩位继续施工；

6）水泥土搅拌桩311施工参数控制：

水泥土搅拌桩311采用二喷二搅施工工艺，确保墙体的止水性能；

水泥土加入的固化剂是采用425普通硅酸盐水泥，水泥掺量为20%，水泥浆水灰比为0.5；桩基下沉和提升速度超过0.5m/min，注浆压力不小于0.5mpa；

4、地基2顶部不透水止水层32施工；

（1）地基2顶部不透水止水层32采用粘性土碾压铺筑而成，厚度为1米；

（2）粘性土压实度不小于96%，压实后粘性土层垂直渗透系数不大于5*10-5cm/s,

（3）粘性土止水层32施工流程：

1）软土地基2顶面进行压实整平；

2）分三层填筑粘性土，自下而上厚度分别为400mm、300mm、300mm；

3）底层填筑时注意对周边止水墙31露出部位的保护；

4）每层填筑铺平完成后，采用光面振动碾进行碾压，并进行压实度检测，满足要求后可进行下层填筑；

5）三层填筑完成后，并检验合格后，即可进行上部地堤材料填筑；

5、进行地面修复。

关于止水层32：

（1）软土地基2处理的目的为上部结构服务，因此上部结构混凝土底板21可以兼做止水顶板；

（2）为保证上部止水效果，在混凝土结构底板下部增加施工附加止水层32；

（3）附加止水层32可以采用换填粘性土、高压灌浆、水泥土搅拌等工艺实施。

关于周边止水墙31：

（1）沿目标处理区域周边施工封闭式止水墙31；

（2）止水墙31可以采用刚性材料，包括水泥土搅拌桩、止水效果好的混凝土预制板桩及地下连续墙等，也可以采用柔性材料，如具有一定强度和止水性能的土工布；

（3）止水墙31体沿止水顶板周边向内2米处施工，以增加周边土体的辅助止水效果；

（4）如果地基2处理面积较大，如机场等，可将被处理区域用分隔墙分割成小区域，将止水墙所围合的区域进行横向分隔的第一分隔墙33以及进行竖向分隔的第二分隔墙34，所述第一分隔墙33与第二分隔墙34垂直设置,分别施工封闭式止水层32和止水墙31，形成区域性止水系统；

（5）止水墙31端部埋入附加止水层32内部。

通过采用上述技术方案，本发明有益效果：

1、采用止水法进行地基处理，不需要改变土体含水量，减少了常规地基处理排水或者土体挤压对周边土体及建（构）筑物的影响；

2、施工工艺简单，造价低；

3、不存在排水和固结周期问题，地基处理施工速度快；

4、没有改变土体原有构架形式，可以确保处理效果的长期性。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。