一种格栅围箍抗液化地基加固方法
【专利摘要】一种格栅围箍抗液化地基加固方法，属于建筑领域，具体为地基处理方法，即在地基中制成水泥土桩墙格栅对基础以下地基土进行围箍，将地基分成若干个封闭的网格。本发明使地基的整体强度和刚度得到很大程度的提高，同时水泥土围箍桩墙分担了大部份地震荷载产生的剪应力，对地基变形亦有较强的限制作用，使网格内饱和砂土及粉土超静孔隙水压力得到有效的抑制，从而起到较好的抗液化作用。
【专利说明】一种格栅围箍抗液化地基加固方法
【技术领域】
[0001]本发明属于建筑领域，其应用于房屋建筑、市政、水利水电、石油石化、公路铁路等工程领域建(构)筑物的地基抗液化处理，具体的说是一种解决厚层饱和砂土及粉土地基在地震荷载作用下产生液化、强度近乎完全丧失而导致地基沉陷、侧向扩展或滑动的一种新的地基处理方法。
【背景技术】
[0002]根据地基土液化产生的机理，用来建(构)筑物地基液化危害防治的具体做法主要有两种思路:
(I)改良可液化土土质:通过对可液化土土粒改良、提高密实度、胶结固化、降低饱和度来增强地基土前期抵抗液化的能力。
[0003](2)改善应力应变条件:通过降低水位、增设排水井、增压、围封等措施消散孔压、提高有效应力、阻止孔压发展、抑制剪切变形，从而控制孔隙水应力的增加累积及剪应变的增大，限制液化后产生的大变形。滥桝_玆薮旻丑赓
当液化土层较平坦且均匀时，按现行规范，可根据建(构)物抗震设防类别及地基的液化等级选用相应的地基抗液化措施来全部或部分消除地基液化沉陷。目前常用的抗液化地基加固方法主要有以下几种:
(I)挖除换填或压密:将液化土挖除置换为非液化土或压密。
[0004](2)加密法:采用振冲、振动加密、挤密砂石桩、强夯或爆破法进行深层加密，以提高砂土及粉土相对密实度。
[0005](3)其他地基处理方法:如搅拌桩、高压旋喷桩、CFG桩法等在地基中形成增强体抑制剪切变形，而且桩周土因挤密和固结作用强度有所提高，从而增强地基抗液化能力，及注浆固化、打设排水井、超载预压、加筋、增加上覆非液化土层的厚度等。
[0006](4)围封法:用连续桩墙结构连同建(构)筑物基础将地基土包围起来限制液化大变形的产生。
[0007](5)深基础:一般采用桩基础，穿透液化土层，桩端伸入液化深度以下稳定土层。
[0008]以上每种处理措施都有它的适用范围、优势和不足，如围封法目前常采用钢板桩及地下连续墙等围封，当采用大尺寸整体基础(如筏基、箱基、油罐整体基础)或液化地基上有压重(如公路路基)时可将地基包围起来，使基础外侧易液化的影响得到控制，并限制基础下方饱和砂土及粉土产生喷砂冒水或侧向流动等液化宏观现象而导致地基土逃逸流失，从而避免地基出现明显沉陷、倾斜，达到一定的抗液化效果；但成本相对较高，当围封面积较大时，围封中心仍会出现较高超静孔隙水压力，地震作用产生的剪缩应变亦不可忽略，不适用采用条基或独立基础的情况，地基整体刚度也不高，对临近河岸等的缓坡地区限制液化产生的侧向位移作用有限。
【发明内容】
[0009]本发明的目的在于提供一种水泥土格栅围箍抗液化地加固方法，其通过深层搅祥、闻压旋嗔等工艺在地基中制成水泥土粧墙对基础下地基土进彳丁围封，并利用水泥土粧可切割搭接法施工灵活组合成各种格栅结构的特点在围封区内以一定合理的间距设置纵横水泥土桩墙形成格栅对围封区内的地基土围箍。水泥土格栅桩墙将地基分成若干个封闭的网格，使地基的整体强度和刚度得到很大程度的提高，同时水泥土围箍桩墙分担了大部份地震荷载产生的剪应力，对地基变形亦有较强的限制作用，使网格内饱和砂土及粉土超静孔隙水压力得到有效的抑制，从而起到较好的抗液化作用；另一方面可以增强地基的承载能力和抗滑动能力。需要时，亦可在围箍网格内设置排水井，与具滤水作用的褥垫层构成排水系统消散孔压、阻止孔压发展。
[0010]该法可广泛应用于厚层可液化饱和砂土及粉土地基上对地基承载力和沉降要求都比较高的建(构)筑物的地基抗液化处理中，特别是对地基的整体强度和刚度要求较高、对抗液化侧向扩展能力要求强及围边环境对施工噪音要求严(如常用的加密法施工噪音和振动大)及位于临近河岸等的缓坡地区的建(构)筑物的地基。
[0011]为达到以上目的，本发明所采用的技术方案是:
一种格栅围箍抗液化地基加固方法，包括:
(I)在地基中制成水泥土桩墙对基础以下地基土进行围封，并在围封区内设置纵横水泥土桩墙形成格栅对地基土围箍，将地基分成若干个封闭的网格，以提高地基的整体强度和刚度，达到抑制孔隙水压力上升的目的。
[0012](2)水泥土桩墙可选用深层搅拌、高压旋喷的工艺采用切割搭接法(或以小间距排列)施工制成，桩墙墙体厚0.5?2.5m，可为实心状或格栅状，采用格栅结构时，置换率一般不小于0.7 ;其具体施工工艺及参数可根据地质条件及施工设备按现行规范进行设计。
[0013](3)水泥土桩墙格栅状抗液化围箍结构可只在基础平面范围内布置；对大尺寸整体基础(如後基、箱基、油iiS整体基础)，格棚围植墙体可在基础下呈网格对称布直，独立基础格栅围箍墙体可沿柱轴线下布置，对条形基础格栅围箍墙体可沿条形基础墙下布置；抗震设防烈度为7度时格栅分格面积可取100?250m2，8度时可取60?150m2。水泥土桩墙格栅平面布置亦应结合建(构)筑物上部结构特点及对地基承载力和变形、对侧向抗扩展能力的要求按现行规范建议的方法计算设计确定。
[0014](4)全部消除地基液化沉陷时，水泥土桩墙伸至液化深度以下稳定土层；部分消除地基液化沉陷时，水泥土桩墙深度以下的地基液化指数不宜大于5，对独立基础和条形基础，水泥土桩墙深度尚不应小于基础底面下液化土特征深度和基础宽度的较大值。水泥土桩墙深度亦应根据上部结构对地基承载力和变形的要求确定，并宜穿透软弱土层到达成承载力相对较高的土层。当位于缓坡地区时，桩墙伸入液化深度以下稳定土层长度应按国家抗震规范进行抗滑动验算确定。
[0015](5)采用格栅围箍抗液化处理设计后，复合地基承载力及变形不满足设计要求时，在分格区内可结合常规地基处理，地基处理方法可采用水泥土搅拌法、高压旋喷法、砂石桩法、水泥粉煤灰碎石桩法、沉降控制复合疏桩基础法等。
[0016](6)格栅围箍抗液化加固复合地基应在基础下设置不小于20cm厚的中砂或粗砂或级配砂石褥垫层，具体厚度根据墙土相对刚度确定。当地基液化层处于渗透性较低层之间时，设计需要时，亦可在格栅围箍网格内设置排水井，排水井梅花型或正方形布置，间距1.5~4.0m,为了提高抗液化效果，排水井须打穿易液化层和基础之下间的所有渗透性差的土层，并与具滤水作用的褥垫层构成排水系统消散孔压、阻止孔压发展。
[0017](7)本发明的设计方法原则:
首先根据场地抗震设防烈度、建(构)筑物抗震设防类别及地基的液化等级按上述技术方案进行抗液化设计，并结合上部结构特点、基础和地基的互相作用确定水泥土格栅围箍桩墙布置型式、格栅面积、加固深度、桩墙厚度及单元构造型式，选择适当的固化剂及掺入t匕、施工工艺、施工技术要求，并按常规复合地基方法验算格栅围箍抗液化地基承载力及变形是否满足设计要求。
[0018]采用大尺寸整体基础时，格栅围箍抗液化复合地基承载力特征值应根据载荷试验及地区经验确定。
[0019]初步设计时,复合地基承载力特征值fspk按下式估算:fspk=?> fsk。上式中:ζ为承载力提高系数，一般取1.1~2.0,当基底土为正常固结的淤泥与淤泥质土、流塑软塑粘性土、饱和黄土、素填土时可取低值；当基底土为粉土、砂土、碎石土、可塑硬塑粘性土或置换率高时可取高值；fsk为天然地基承载力特征值。《建筑地基基础设计规范》(GB-50007-2012)中有规定，复合地基变形可按现行规范的有关规定计算确定。
[0020]当采用条基和独立基础，墙下或柱轴线下布置桩墙时，围箍抗液化复合地基承载力特征值及复合土层的压缩模量可按现行规范计算确定。
[0021]当位于缓坡地区时，复合地基尚应进行抗滑动验算，采取防土体滑动措施。
[0022]当格栅围箍抗液化复合地基设计验算无法满足承载力或沉降要求时，在格栅内可结合常规地基处理，处理方法可采用水泥土搅拌法、高压旋喷法、砂石桩法、水泥粉煤灰碎石桩法、沉降控制复合疏桩基础法等。
[0023]复合地基在基础下设置不小于20cm厚褥垫层，其材料可选用中砂、粗砂、级配砂石等。当地基液化层处于渗透性较低层之间时，设计需要时，亦可在格栅内设置排水井，排水井梅花型或正方形布置，间距1.5~4.0m。
[0024]( 8 )本发明的抗液化地基加固方法实施步骤包括:
1、收集资料，包括场地详细的岩土工程勘察资料、上部结构及基础设计资料、地区地基处理经验和施工条件、场地的坏境情况等。
[0025]2、根据设计基础类型、荷载大小及使用要求，结合场地工程地质条件，设计确定水泥土格栅围箍桩墙布置型式、格栅面积、加固深度、桩墙厚度及单元构造型式、相结合的地基处理方法等，选择适当的固化剂及掺入比、施工工艺，明确施工技术要求，绘制施工图。并与其它方法进行技术经济分析和对比，达到优化方案的目的。
[0026]3、正式施工前，在有代表性的场地上进行相应的现场试验或试验性施工，并进行必要的测试，以检验设计参数和处理效果。
[0027]4、当格栅内结合加密法处理时，先施工格栅内地基处理，当格栅内结合采用水泥土桩法、CFG桩法、沉降控制复合疏桩基础法等地基处理时，可根据实际条件与抗液化水泥土桩墙施工同步穿插进行或可分两步施工，施工顺序可据实际情况调整，施工技术要求与质量检验按现行技术标准及设计要求进行。
[0028]5、地基处理施工完后，如设计有竖向排水系统时，再施工排水井。也可根据设计要求先施工完成全部或部分竖向排水井。[0029]6、最后开挖基坑至设计标高，进行上部褥垫层施工，完成施工检测后交付，进行上部基础施工。
[0030]由于采用了上述方案，本发明具有以下特点:加固机理明确，适用性强，适用范围宽，抗液化效果显著，达到消除地基液化沉陷、抑制侧向扩展或滑动的目的，而且对坏境影响少，施工经验成熟，造价相对较省。
【专利附图】
【附图说明】
[0031]图1为本发明实施例一的抗液化地基加固平面布置示意图；
图2为图1中实施例一的剖面示意图；
图3为图1中实施例一的水泥土桩墙单元构造型式；
图4为本发明实施例二的抗液化地基加固平面布置示意图；
图5为本发明实施例三的抗液化地基加固平面布置示意图；
图6为图5中实施例三的剖面示意图。
[0032]图中:1一水泥土桩墙 2—水泥土桩 3—常用竖向增强体 4—大尺寸整体基础 5—褥垫层 6—液化土层 7—非液化稳定土层 8—条基。
【具体实施方式】
[0033]以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明:
图1?图6为本发明格栅围箍法抗液化地基加固方案设计示意图。在具体设计实施时，根据基础型式和其它工程条件，可以按本发明设计思路采用不同的水泥土桩墙格栅布置型式或与其它组合进行地基处理设计。
[0034]对筏基、箱基、油罐整体基础水泥土桩墙格栅可采用图1的布置方式，呈网格对称布置；对独立基础水泥土桩墙格栅可采用图4的布置方式，沿柱轴线下布置；对条形基础水泥土桩墙格栅可采用图5的布置方式，沿条形基础墙下布置。
[0035]实施例一:见图1、图2、图3，场地位于缓坡地区，地面坡度约12°，基础为大尺寸整体基础4 (筏基)，水泥土桩墙I在基础4下呈网格对称布置将地基分隔成一个一个封闭的网格；水泥土桩墙I采用如图2所示格栅构造，由水泥土桩2采用切割搭接法施工制成；水泥土桩墙I穿过液化土层6伸入液化深度以下稳定土层7 ;分格内结合常规地基处理方法以提高抗液化复合地基承载力及减少沉降变形，常用竖向增强体3按正方形布置；复合地基上设置30cm厚的级配砂石褥垫层5。
[0036]实施例二:见图4，基础为独立基础，水泥土桩墙I柱轴线下布置，将地基分隔成一个一个封闭的网格；独立基础下按常规方法进行地基处理，使复合地基承载力及沉降变形满足设计要求，并与水泥土桩墙I联成整体，提高地基的整体强度和刚度。
[0037]实施例三:见图5、图6，基础为条形基础8，水泥土桩墙I沿条形基础墙下布置，采取切割搭接法施工，将地基分隔成一个一个封闭的网格；条基下复合地基上设置30cm厚的碎石褥垫层5。
[0038]某工程为太原市近汾河滩上的综合楼，楼高10层，框架结构，设计采用筏片基础，对地基承载力要求较高，对沉降变形较敏感。场地位于缓坡地区，地面坡度约12°，抗震设防烈度为8度，地基液化等级为严重，地基土层构成分布情况为:上部为饱和砂土及粉土，粉土砂感强，松散?稍密，层厚7.5?10.0m ;下部为粉质黏土、卵石、黏土及中粗砂，黏性土可塑状态，砂土中密；另周边环境对振动及噪音要求严，不宜采取振动加密法进行抗液化处理。
[0039]在本工程中，地基处理的重点是消除地基液化沉陷、限制侧向扩展或滑动，另一方面提高地基承载力，减少沉降变形，使地基沉降变形满足综合楼的平均沉降量和整体倾斜的要求。
[0040]为很好地达到上述处理目的，避免对周边环境产生大的影响，经抗液化、承载力及沉降变形、及抗滑动验算等设计计算，本工程采用格栅围箍法抗液化加固处理，并在格栅内结合常规地基处理。具体实施步骤如下:
(I)水泥土桩墙格栅对称呈四边形布置，格栅尺寸为IOmX 9.6m,只在筏基平面范围内布置；水泥土桩墙厚1300mm，由三排水泥土桩采取切割搭接法施工制成，搭接宽度100mm，呈格栅状构造，水泥土的置换率0.899 ;水泥土桩采用深层搅拌法，湿法施工，桩径500mm，每米掺水泥50kg ;水泥土桩墙深12.5，桩端穿过液化土层伸入液化深度以下稳定土层不少于 2.5m。
[0041](2)格栅区内进行水泥土深层搅拌桩处理，以满足综合楼对抗液化复合地基承载力及沉降变形的要求，水泥土深层搅拌桩桩径500mm，桩间距1.2m，按正方形布置，每米掺水泥55kg,复合地基上设置30cm厚的级配砂石褥垫层。
[0042](3)场地准备，抗液化水泥土桩墙与格栅内搅拌桩同步施工，施工技术要求与质量检验按现行技术标准及设计要求进行。
[0043](4)开挖基坑至设计标高，进行上部褥垫层施工，检测合格后交付，进行上部基础施工。
[0044]本发明根据液化产生的机理，通过水泥土桩墙格栅围箍地基的方法改善地基土应力应变条件，达到消散孔压、提高有效应力、阻止孔压发展、抑制剪切变形目的，从而控制孔隙水应力的增加累积及剪应变的增大，限制液化后产生的大变形。抗液化加固机理明确，适用性强，同时可与其它地基处理方法联合使用，发挥各自的优势，使效果更佳，适用范围更宽。
[0045]上述的对实施例的描述是为了便于该【技术领域】的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种格栅围箍抗液化地基加固方法，其特征在于:在地基中制成水泥土桩墙格栅对基础以下地基土进行围箍，将地基分成若干个封闭的网格。
2.根据权利要求1所述的一种格栅围箍抗液化地基加固方法，其特征在于:所述的水泥土桩墙格栅采用水泥土搅拌法、高压旋喷法施工制成，水泥土桩墙格栅墙厚度是0.5?2.5mο
3.根据权利要求1所述的一种格栅围箍抗液化地基加固方法，其特征在于:所述的水泥土粧墙格棚:对大尺寸整体基础，呈网格状对称布直；对独立基础，水泥土粧墙格棚墙体沿柱轴线布置，对条形基础，水泥土桩墙格栅墙体沿条形基础墙下布置；场地抗震设防烈度为7度时格栅分格面积为100?250m2，8度时为60?150m2。
4.根据权利要求1所述的一种格栅围箍抗液化地基加固方法，其特征在于:全部消除地基液化沉陷时，所述的水泥土桩墙格栅伸至液化深度以下稳定土层，部分消除地基液化沉陷时，所述的水泥土桩墙格栅深度以下地基液化指数不大于5。
5.根据权利要求1所述的一种格栅围箍抗液化地基加固方法，其特征在于:在水泥土桩墙格栅内采用水泥土搅拌法、高压旋喷法、砂石桩法、水泥粉煤灰碎石桩法进行地基处理。
6.根据权利要求1或5所述的一种格栅围箍抗液化地基加固方法，其特征在于:在抗液化加固复合地基上设置不小于20cm厚的中砂或粗砂或级配砂石褥垫层。
7.根据权利要求1或5或6所述的一种格栅围箍抗液化地基加固方法，其特征在于:在水泥土桩墙格栅内设置排水井。
【文档编号】E02D3/12GK103758113SQ201410001778
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2014年1月3日 优先权日:2014年1月3日
【发明者】阳满春, 张永义 申请人:中化二建集团有限公司