天然地基的勘察与施工技术研究

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摘要:一般地说,岩土工程中的地基与基础,不外下列三类:天然地基上的浅基础、人工地基上的浅基础和天然地基上的深基础。事实上,在岩土工程中采用天然地基浅基础优势明显,是基础工程方案的首选对象。本文对天然地基的勘察与施工技术要点进行了研究。

关键词:天然地基 施工要点 勘察

天然地基指未作任何专门加固处理的、直接支承建筑物荷载的天然土层。自然,经过用各种方法和措施专门加强了的天然土体则可统称为人工地基。天然地基的岩土工程工作主要是地基的承载力确定和地基沉降变形的计算或验算。与岩土工程相关的国家标准和地方规范的制定(这其中,尤其在设计总体原则方面,又是以天然地基的勘察、设计与施工的内容居多),便是其从理论到经验走向成熟稳定的表现。在具体设计计算时,常把天然地基模拟为半无限空间(弹性)体,而作用的荷载条件和分布是通过天然地基上各种类型的基础来表达的。

一、天然地基的勘察要点

天然地基工程的勘察要求,一般能在岩土工程的常规勘察工作中得到满足,较少地有作特殊要求的可能。与此类似,它的施工要求在一般的土木工程建筑施工中也能得以实施。所以相对而言,天然地基的设计则有它必要的综合性。因为天然地基设计常与置于其上的基础、且又多是浅基础密切相关(至少要完成确定出基础形式方案这一环节),而不能孤立地进行,也就是说需要从地基和基础两方面来考虑问题,故也称之为地基基础设计。

岩土工程的工程地质勘察工作。事实上,一个工程项目伊始所需要实施的场地勘察工作,至少在前期的可行性勘察和初勘等阶段,首先是针对天然土层的地基而做。只有在勘察结论中确认场地天然土层难以满足上部建筑物对它的要求、难以发挥它应有的功能时,才会选用合适的人工地基(包首先是尽可能地查明浅部甚至表层天然持力层的特性(特别是强度特性)及其下卧层性状。前者涉及可否充分利用“老土”作为承载地基的关键问题,后者是因为在设计中的一项必须进行的环节――软弱下卧层验算,对于天然地基浅基础(尤其是在沿海地区的天然地基设计中)乃是至关重要的。其次是对场地中是否有明浜、暗浜、古河道和湖塘等不良地基因素的探查,对是否有浅层或表层的各类填土或存在软硬不均地层的探查等。这是是否需要进行浅层或表层地基加固处理的依据。第三是在天然地基要求的深度范围内是否存在着粉土、粉细砂等对砂土液化有潜在危险性的不良土层。此外,山区或特殊土地区,对使用天然地基有其特殊的要求。

二、天然地基浅基础的施工要点

天然地基的施工,主要指天然地基上浅基础的施工。一般建筑物基础的施工制作全过程亦即基础工程施工,应是衔接在建筑场地至少是“三通一平”之后,或者进行了必要的地基处理如对于下卧可液化砂土层的加固之后。对于天然地基浅基础工程施工,由于其挖深不大,还是比较简单的。但在施工前,通常应做好如下几件事:

(1)对施工现场的工程地质水文地质条件及其评价的了解和掌握;

(2)对工程结构物及其基础型式(图纸)、埋深、施工方法及工期等的详细了解和掌握;

(3)对场地环境条件的了解与掌握,包括暗浜、古河道(或墓坑之类洞穴)、地下管线以及邻近建筑物或工业设施等的调查和标定。

(4)对于有碍施工或由于施工对周围环境可能产生不利影响的预估及其妥善处理措施,包括必要的施工监测控制方案建议等的设定。

在了解和掌握施工对象的资料和情况的基础上编写施工组织设计,通常包含如下几部分内容:编制施工组织设计的依据;工程概况;施工方案(方法)和施工顺序;工程进度计划安排;工程组织(包括现场施工指挥管理组织,劳动力组织安排等);保证工程实施的技术措施(包括保证施工质量措施、保证进度计划措施和保证工程安全与文明施工技术措施等);主要的施工机械设备及其技术条件(含图表);其它有关的附图(表)等。

基坑(槽)的开挖常是基础制作施工的第一步。根据基坑(槽)挖深的要求不同,在这一施工环节前或开挖后,必须设计和实施场地和基坑(槽)的降水或排水措施。在开挖后常需进行“验槽”。而在大多数情况下,验槽这一环节常应有工程勘察单位的参与,借以判断和确认地基持力层的状况以及其与工程勘察结果的符合程度。

在施工过程中,如发现现场的地质条件与工程勘察资料有明显不符,因而危及地基承载能力的正确采用;或者在基坑开挖过程中突然发生大量流砂、冒水以及围护结构出现超过允许的偏移、沉降和倾斜;或由于施工排水和降水使周围环境条件出现恶化等情况时,应及时通知有关业主、设计和监理各方共商解决方案。

在施工中,对于可能出现的环境效应问题,包括基坑开挖深度超过邻近建筑物的原有基础埋深(基础底面标高),或可能在原有桩基和地下管线附近进行开挖时,都应采取必要的施工监控措施。对此,不仅设计单位需要事先作出建议和相应的设计方案,业主也要作出监测布置。而且,施工单位本身也应在施工过程中采取监控措施,必要时还需作跟踪监测。

三、基坑(槽)开挖施工

天然地基浅基础工程中的基坑(槽)开挖环节通常包括开挖前的准备,排水或降水设计和实施,边坡稳定控制,挖土方案的制定和实施以及基坑回填等几个步骤。由于开挖深度较小,其边坡围护与支撑将不是主要的施工设计内容,即使必要时也将是简单的支护措施。

基坑开挖前的准备工作,应在基础工程的整个施工组织设计中得到反映,涉及这一部分的内容也是建立在对工程结构类型、基础埋深、工程地质条件、施工方法、工期限制、地面荷载、场地环境以及气候条件等资料的了解与掌握的情况下作出的。基坑排水措施的考虑可视现场具体条件选定。开挖面处于地下水位以上的基坑,排水的考虑主要是为了疏排大气降水或地面水流,其措施相对简单,如采用明沟和集水井等;对于开挖深度低于地下水位的情况,如果坑壁土体土质较好,例如是不透水的或低透水性的,也可以采用明沟、盲沟(十字形或井字形布置)和集水井进行疏排;如果坑壁是透水土层,有可能在开挖施工过程中发生流砂事故,应考虑采用诸如井点降水等的降排水措施。此外,基坑周围的地面也应考虑设置排水沟或散水坡并保持畅通,以防止坑内排出的水和地面雨水倒流、回渗坑内。

天然地基浅基础的基坑挖方由于挖深较浅,一般不必如深挖方那样分层开挖,但也需视具体挖深和坑内土体而定。因为坑壁土体的边坡稳定仍然是土体开挖的一个重要的制约因素。此外,对于条形基础的开挖施工应注意保护基槽之间的原状土胎的完整和不受扰动。基坑(槽)的开挖到达设计标高后,应清除坑底表面浮土,经验槽合格后再进行下一道工序如浇筑素混凝土垫层等。

浅基础坑壁的稳定性仍然是开挖施工的制约因素之一。为了确保边坡的安全稳定,设计时必须进行边坡稳定性验算。而开挖施工时则必须要求做到:严格控制坑边(顶)的地面超载不要大于设计允许的范围,所以对于坑边堆土、置放施工设备和器材等施工荷载都应作出相应的限制。挖取土方的卸载过程亦应有所控制,不应过快。多数情况下,浅基坑不再设置围护结构,只要场地条件许可,常采用放坡明挖,同时注意采取降水措施;如开挖面在地下水位以上而且坑壁土体为不透水的粘性土时,也可选用直立边坡,但要结合开挖深度、工期(涉及边坡及坑底的无压载暴露时间的长短)气候和地面荷载等条件一并分析。如挖深不大,例如2m左右,但因工期较长又恰逢雨季,挖方不可能在短时间内抢完等情况时,采用倾斜度不大的边坡。基础本体制作完工后的回填工序应注意清除高含水量的浮土,疏排坑内积水以及清除施工中散乱于基础与坑壁间的建筑垃圾等杂物,选用适当湿度的回填土料,分层(例如25-30cm)填铺碾压或夯实,直至连接室外地坪的浇制和诸如散水坡等自然排水设施的制作。

四、降水的环境保护与善后

建筑场地和基坑的降排水措施的实施,在水位降低范围内的建筑物或构筑物,有可能产生沉降和水平位移,故必须进行地基土体和建(构)筑物的变位的观测和控制以及采取相应和必要的防护措施,包括必要时的停工和采取回灌水等。

停止抽降水后,基础或其它地下结构将受到浮力的作用,因此在实施关闭井点的过程,应根据工程结构特点和土方回填进度全面综合考虑,安排合理的顺序。在逐根拔除井点管时,对井孔应立即用砂土料填实,以防止塌孔而导致地面下陷。如果地基需作抗渗要求时,回填孔应按施工组织设计规定的要求进行。

在某些大型基础工程或设备基础以及地下工程中,常使用多级或多层井点降水。当底部的结构工程结束后,可先将底层的井点关闭和拔除。有时,为了保证开挖边坡的稳定性和地下水位维持在必要的深度,以继续完成其余部分的地下工程,在下层井点拆除期间,上部各层井点应继续进行抽降水。

参考文献:

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