軟土地基處理技術(shù)研究方法

王 重

吉林大學(xué)建設(shè)工程學(xué)院，吉林長春 130000

我國國民經(jīng)濟(jì)目前持續(xù)的高速發(fā)展，帶動(dòng)了基礎(chǔ)建設(shè)的日益增多，直接導(dǎo)致了建筑用地資源的緊張。在城鎮(zhèn)化不斷擴(kuò)張的過程中，對于各種地質(zhì)條件的妥善處理成為了當(dāng)下最值得研究的課題之一。為了充分、科學(xué)、有效、合理地利用土地資源，使天然的軟弱地基得到加固補(bǔ)強(qiáng)，提高地基強(qiáng)度，進(jìn)而保證地基的穩(wěn)定性、降低地基的壓縮性、減少地基沉降和不均勻的沉陷，有效消除地基土振動(dòng)液化的趨勢并且消除濕陷性土的濕陷性、膨脹性土的膨脹性等各種不良的土質(zhì)特性，最終達(dá)到改善地基土條件，滿足建筑物對場地強(qiáng)度、地基變形及其穩(wěn)定性要求。為此，本文將就現(xiàn)今受到廣泛關(guān)注的幾種地基處理方式進(jìn)行論述及對比。

1 水泥漿深層攪拌法

水泥漿深層攪拌法是目前是利用水泥漿作為固化劑，通過特制的深層攪拌機(jī)械，在地基深部就地將軟土和固化劑（漿體或粉末）強(qiáng)制拌合，利用固化劑和軟土發(fā)生一系列物理、化學(xué)反應(yīng)，使軟土硬結(jié)成具有整體性、水穩(wěn)定性并具有足夠高強(qiáng)度的水泥土。該水泥土的強(qiáng)度提升原理主要由以下兩方面組成：

1）水泥骨架作用。水泥和飽和粘土攪拌后，首先發(fā)生水泥的水化和水解反應(yīng)，該反應(yīng)生成水泥水化物，進(jìn)而形成凝膠體氫氧化鈣，可將土顆?；蛘咄翀F(tuán)凝結(jié)在一起，最終形成一種穩(wěn)定的整體結(jié)構(gòu)；

2）離子的交換作用。在水泥水化的過程中，生成的鈣離子與顆粒土表面的鈉離子或者鉀離子進(jìn)行了離子交換，發(fā)生硬凝反應(yīng)或碳酸化作用，使土顆粒結(jié)團(tuán)并固結(jié)，顆粒之間形成堅(jiān)固的連接，進(jìn)而有效提高土體的強(qiáng)度。

深層攪拌法具有以下特點(diǎn)：1）在地基加固的過程中沒有振動(dòng)、無噪音、無污染；對土壤沒有側(cè)向擠壓，對相鄰建筑物影響極小；

2）可以根據(jù)建筑物的要求設(shè)計(jì)成如柱狀、壁狀、格狀或塊狀等加固形態(tài)；3）可以有效地提高地基強(qiáng)度（當(dāng)水泥的摻量為8%～10%時(shí)，加固體強(qiáng)度分別為0.24MPa 和0.65MPa，但天然的軟土地基強(qiáng)度僅為0.006MPa）；4）深層攪拌法具有施工期較短，造價(jià)較低廉，加固效果顯著的特點(diǎn)。

深層攪拌法的施工是在地基處理中應(yīng)用的化學(xué)手段，具有設(shè)備簡易、操作便捷、成本較低及無環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn)，但當(dāng)?shù)販氐陀?10℃時(shí)，該辦法中水泥與水泥土的反應(yīng)將受到抑制，需等溫度恢復(fù)到一定-10℃以上后才能逐漸恢復(fù)到標(biāo)準(zhǔn)值。

深層攪拌法適用于以下范圍：1）加固一定厚度的與你，淤泥質(zhì)土、粉土和含水量高且地基的承載力不大于120kPa 的粘性地基土，對越軟的土加固效果就越顯著，并可用于墻下條形基礎(chǔ)、大面積堆料廠房地基；2）該加固方法適用于擋土墻，深基坑在開挖過程中防止坑壁或邊坡失穩(wěn)；3）可用于坑底加固，防止坑底起拱；4）作地下防滲墻和隔水帷幕。但此方法不適用于北方，在飽和得軟粘土、沼澤地帶的碳土及沉積粉圭等土層加固中可得到廣泛的應(yīng)用，能夠?qū)⑼恋某休d力由90kPa提高至248kPa。

2 水泥粉煤灰碎石樁法

水泥粉煤灰碎石樁法簡稱CFG 樁，是由石屑、碎石、粉煤灰摻入適量水泥并加一定量的水拌合后，使用振動(dòng)沉管或其它成樁機(jī)制作的一種具有高度粘結(jié)強(qiáng)度的樁，該CFG 樁和樁間土、褥墊層一起形成復(fù)合地基。CFG 樁可以達(dá)到不僅全部樁長共同發(fā)揮樁的側(cè)阻，當(dāng)樁端落在較好土層時(shí)，也能發(fā)揮較高的端阻作用，從而具備較強(qiáng)的剛性，使復(fù)合地基的承載力得到較大程度的提高。

水泥粉煤灰碎石樁（CFG 樁）不同于碎石樁。CFG 樁位復(fù)合地基的剛性樁，該樁樁身具有一定粘結(jié)性，能充分發(fā)揮周摩阻力和樁端承受力。而碎石樁為散體材料樁，樁身沒有粘結(jié)強(qiáng)度，依靠周圍土體的約束力來承擔(dān)上部荷載。另外，CFG樁的樁土應(yīng)力一般可達(dá)10kPa～40kPa，而碎石樁該項(xiàng)數(shù)值僅有1.5kPa～4.0kPa，增加樁長對提高復(fù)合地基承載力的意義并不大，只有提高置換率，而提高置換率必然給施工造成很大的技術(shù)障礙。

在CFG 樁中，骨干材料為碎石，屬于粗骨料；當(dāng)樁體強(qiáng)度不大于5MPa 時(shí)，摻入石屑可使樁體達(dá)到更好的級配，對確保樁體強(qiáng)度可產(chǎn)生重要作用。試驗(yàn)表明：水泥和碎石摻量相同的條件下，摻入石屑的CFG 樁的強(qiáng)度高于不摻入石屑的樁達(dá)到50%左右。但應(yīng)嚴(yán)格把控粉煤灰的摻入量：粉煤灰具備改善混合料可泵性和可泵性的特質(zhì)，可有效增加混合料的后期強(qiáng)度。隨著粉煤灰摻入量的增多，水灰比就越來越大，進(jìn)而導(dǎo)致混合料的抗壓強(qiáng)度相應(yīng)減小。所以，應(yīng)根據(jù)樁體強(qiáng)度要求適當(dāng)選擇粉煤灰的添加量，在改善混合料的和易性的同時(shí)，又需滿足樁體強(qiáng)度要求，提高樁體后期強(qiáng)度。

水泥粉煤灰碎石樁（即CFG 樁）由于自身的性狀特點(diǎn)及加固原理，主要適用加固的土類為飽和或非飽和粘性土、加固填土、粉土、松散的砂土和已自重固結(jié)的素填土等地基，但對塑性較高的飽和軟粘土的加固應(yīng)謹(jǐn)慎處理。該加固方法具有承載力提高幅度大、地基變形小等優(yōu)點(diǎn)，可適用于條形基礎(chǔ)、獨(dú)立基礎(chǔ)、箱型基礎(chǔ)等多種基礎(chǔ)形式。

3 排水粉噴樁加固法

粉噴樁深層攪拌加固法簡稱粉噴攪拌法，是通過空氣的壓縮，把生石灰、水泥等材料，通過深層攪拌機(jī)的噴灰口噴出，在地基深處已被螺旋翼強(qiáng)制攪拌、切割的具備一定濕度的天然地基土上，使固化材料與土層發(fā)生一系列化學(xué)、物理反應(yīng)，最終形成具有水穩(wěn)性、高整體性及具備較高強(qiáng)度的地基。

在粉噴樁施工的過程中，因側(cè)方向噴粉壓力的作用，導(dǎo)致樁周土體不具備足夠的抗拉強(qiáng)度，因此噴粉壓力可能會(huì)對樁周的土體產(chǎn)生劈裂作用。而排水粉噴樁則在樁周圍設(shè)置了塑料排水板，可促成粉噴樁施工的過程中產(chǎn)生的噴粉氣流更為順暢地在土體中流動(dòng)。所以在施工過程中，排水粉噴樁對樁周土體具有更為明顯的劈裂作用。劈裂可以大大增加樁周土體的滲透系數(shù)，最終使地基土在縮短載荷作用時(shí)間下，同樣能夠達(dá)到所需的固結(jié)度。在氣壓的劈裂作用過程中，裂縫會(huì)在樁周土體中產(chǎn)生，產(chǎn)生的裂縫會(huì)延伸至塑料排水板，可迅速排放粉噴樁施工過程中產(chǎn)生的氣體壓力。通過以上施工過程，水泥粉從噴嘴中噴出的流動(dòng)性得到大大提升，進(jìn)而在攪拌過程中使粉噴樁的水泥土變得更加均勻，最終達(dá)到提高樁身質(zhì)量的目的。

排水粉噴樁的加固效果雖然顯著，但該加固辦法有一定的適用范圍。一般來說，當(dāng)遇到粘性土和粉土的地基承載力大于120 kPa 時(shí)，該辦法不適用。如遇到有機(jī)質(zhì)含量較高的軟土地基時(shí)，將同樣會(huì)影響到土體與水泥的水化反應(yīng)，進(jìn)而降低水泥土的強(qiáng)度。所以排水粉噴樁的主要適用范圍主要為一下幾種地基土類型：較高含水量且地基承載力小于120kPa 的黏土、泥質(zhì)土、粉土及粉質(zhì)黏土等軟土，且應(yīng)具備大于35%的含水量。

4 其它加固方法及展望

1）土工合成材料地基。該處理方法是應(yīng)用高分子土工合成材料來進(jìn)行地基的處理：將上述合成材料埋入軟弱地基土中，令其形成高彈性復(fù)合體材料，該方法可提高承載力3 倍～4倍，達(dá)到減少沉降和增強(qiáng)地基穩(wěn)定性的最終目的；

2）空心樁處理法。該處理方法是將人工挖孔樁設(shè)計(jì)成空心樁，在滿足強(qiáng)度要求的同時(shí)，可以達(dá)到減少廢土外運(yùn)、節(jié)省混凝土、工藝安全、施工便捷、結(jié)構(gòu)合理的效果；

3）水泥支柱噴射法。該方法是往井中投入旋轉(zhuǎn)鉆桿，該鉆桿頭部裝載有噴射器及研磨器，開始施工后水柱由鉆桿中噴出，軟化、切割土層，并用研磨器將土磨碎。該鉆桿通過摩擦及鉆入到達(dá)目的深度之后，停止垂直噴射器，同時(shí)啟動(dòng)兩個(gè)水平噴射器，進(jìn)而在400 個(gè)大氣壓力下，注入水泥漿。在撤出鉆桿后，地下將形成直徑達(dá)80cm 的水泥柱，最終達(dá)到加固地基的目的。

5 結(jié)論

我國目前在地基處理技術(shù)方面已取得了突破性的成就，但尚有許多方向值得進(jìn)一步研究創(chuàng)新。在不久的將來，我國地基處理必將在計(jì)算方法、設(shè)計(jì)理論、設(shè)備創(chuàng)新及施工工藝等一系列理論與技術(shù)的研究上有新的突破，向更高的目標(biāo)邁進(jìn)。

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