地基不均勻沉降及其施工處理技術(shù)綜述

□ 丁兵勇 □ 靳永濤

（1華東勘測設(shè)計研究院有限公司 2河南科源水利建設(shè)工程檢測有限公司）

0 引言

地基的不均勻沉降是引起土建工程事故的主要因素之一。目前國內(nèi)外針對該問題的研究主要集中在3個方面:①結(jié)構(gòu)物沉降過程的預(yù)測，②最終沉降的計算，③防止不均勻沉降的具體措施。根據(jù)目前中高層結(jié)構(gòu)在施工過程中存在的主要問題,文章就地基不均勻沉降方面進行了探討,分析了導(dǎo)致其發(fā)生的主要因素及其對上部結(jié)構(gòu)造成的影響,并提出了有效的控制措施。

1 地基不均勻沉降

1.1 不均勻沉降的危害

實際工程中，由于天然地基土具有一定的可壓縮性，在外在附加應(yīng)力和內(nèi)在自重應(yīng)力的共同作用下，地基會發(fā)生一定的沉降。一般情況下，如果地基產(chǎn)生均勻沉降，則對建筑物本身的影響不會很大，并且可以用預(yù)留沉降標(biāo)高的方法加以解決。但由于軟弱地基的土層厚度變化較大，在水平方向上的土層軟硬不一，而且建筑物荷載相差較大以及基礎(chǔ)尺寸、類型的差異等原因，易使地基發(fā)生較大的不均勻沉降，導(dǎo)致建筑物的傾斜，造成上部結(jié)構(gòu)附加應(yīng)力的產(chǎn)生或增加，當(dāng)不均勻沉降量接近或超過結(jié)構(gòu)的承受限度時，即會導(dǎo)致樓面或墻體開裂等事故，甚至使整個結(jié)構(gòu)發(fā)生嚴(yán)重的傾斜，危及建筑物的安全。

總的來講，不均勻沉降對建筑工程的危害主要表現(xiàn)在以下兩個方面:①使結(jié)構(gòu)上部產(chǎn)生較大的附加應(yīng)力，②導(dǎo)致結(jié)構(gòu)底層層高的縮小，結(jié)構(gòu)總高度減小。因此，有效地防止或減輕地基的不均勻沉降，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中十分重要。

1.2 不均勻沉降的成因分析

理論上，地基沉降量s∞σ2h/Es,其中 σ2為附加應(yīng)力、h為地基壓縮層厚度、Es為地基土的壓縮模量，是導(dǎo)致地基沉降的本質(zhì)因素；而基底附加應(yīng)力p是造成地基土壓縮并引起建筑沉降的外在因素。對于實際工程，引起地基不均勻沉降的原因主要有以下7個方面:①地基土本身的不均勻性，②施工中出現(xiàn)的問題，③建成后使用過程中的意外影響，④計算過程中不正確因素的影響，⑤地基面積安全儲備的不同，⑥地基處理方法選取不當(dāng)，⑦建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計不當(dāng)。

1.3 沉降量確定

在長期荷載作用下，建筑結(jié)構(gòu)的地基沉降量主要由3個部分組成，即初始沉降、固結(jié)沉降以及次固結(jié)沉降。

初始沉降即瞬時沉降，是指在外荷載施加的瞬間，因飽和軟土中的孔隙水尚未及時排出而所發(fā)生的沉降，即所謂的剪切變形，其按彈性變形來計算。主固結(jié)沉降是指荷載加載后，外荷載不變，軟土地基土中的孔隙水隨時間的推移不斷排出而發(fā)生的沉降，是軟土地基沉降的主要組成部分。次固結(jié)沉降開始于固結(jié)沉降穩(wěn)定之前，但一般計算時可認(rèn)為其在主固結(jié)完成時才出現(xiàn)，次固結(jié)沉降量一般比主固結(jié)沉降量要小得多，基本可以忽略。但對于極軟的黏性土，特別是含有腐殖質(zhì)等有機質(zhì)時，或者當(dāng)高壓縮性土層較厚且受到作用的壓力增量比較小時，次固結(jié)沉降將會成為總沉降量的一個主要組成部分，應(yīng)予以重視。

2 地基處理技術(shù)

近年來隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，在各種不良地基上開展工程建設(shè)越發(fā)普遍，因此對地基處理的要求也就越來越迫切與廣泛。地基處理能夠提高天然軟弱地基的強度，消除各種土質(zhì)地基的不良特性，以達到滿足工程所需的地基強度、變形以及穩(wěn)定性的要求。因此，針對不同地基缺陷選擇合適的處理技術(shù)，具有重要的技術(shù)和經(jīng)濟意義，文章就幾種常用地基處理方法展開討論。

2.1 換土墊層法

換土墊層法是先將地基淺層軟土挖除，然后用高強度、低壓縮性且無侵蝕性的材料進行換填，并分層夯實，以提高地基持力層的承載能力，減少地基的部分沉降，有效地消除地基的脹縮性和濕陷性，并改善土的可液化性。此方法適用于不均勻地基及淺層軟弱地基的處理。另外，在寒冷地區(qū)采用砂墊層可以有效防止地基土的凍脹，膨脹土地基的脹縮作用亦可采用該方法進行消除。

2.2 預(yù)壓法

預(yù)壓法是在擬建構(gòu)筑物的地基上，預(yù)先加載相應(yīng)的靜荷載，讓土體中的孔隙水慢慢排出，使地基土固結(jié)密實，然后卸除荷載，達到提高地基承載力和減少沉降的目的。該方法具有就地取材、機具簡單、造價低、工期短等特點，所需預(yù)壓時間的長短由地基土層的厚度、滲透特性及預(yù)壓靜荷載的大小等因素決定，其適用于粉土、軟黏土、泥炭土、雜填土等地基類型。

2.3 強夯法

強夯法是將質(zhì)量為8～10kg的重錘吊至10～20m高度，然后讓其自由下落，利用重錘下落過程中產(chǎn)生的巨大沖擊力來夯實土體，使土體密實，以達到增加土體強度和降低其壓縮性的目的。強夯法是利用重錘具有的夯實能振沖軟土地基表面，來擊實淺層圖的地基處理方法。該方法對處理非飽和黏性土、砂性土以及雜填土地基具有較好的效果。強夯法不僅可用于陸上施工，還可用于水下夯實，操作簡單方便，施工成本較低，工期較短，加固效果較好。其缺點是施工振動大、噪聲大，并且對周邊已有建筑物的影響比較大，一般不宜用于房屋密集區(qū)。

2.4 振沖法

振沖法又名振動水沖法，是用起重機將振沖器吊起，并啟動潛水電機帶動振沖器的偏心塊，使其產(chǎn)生高頻振動，同時將水泵開啟，通過振沖器下端的噴嘴噴射高壓水流，在振動和水流沖擊的共同作用下，使振沖器下沉至地基土設(shè)計深度。經(jīng)清孔后，再將碎石從地面向孔內(nèi)逐段填入，使其在振動作用下擠壓密實，待達到所需密實度后提升振動器，重復(fù)此過程，在地基中形成一個較大直徑的密實碎石樁體，并與原地基構(gòu)成復(fù)合地基。振沖法能提高地基承載力，減少沉降，是一種經(jīng)濟、快速、有效的地基處理方法，一般適用于對粉質(zhì)黏土、粉土、砂土、松散砂卵石、雜填土和素填土等地基的處理。

3 樁基礎(chǔ)處理法

3.1 土樁及灰土樁

土樁及灰土樁是一種人工復(fù)合地基，由填夯的樁體和樁間擠密土組成，在我國西北和華北地區(qū)應(yīng)用較為廣泛。土樁及灰土擠密樁是在地基土中形成若干個樁孔，然后用土或灰土回填并分層夯實，形成復(fù)合地基，提高軟弱地基的承載能力和水穩(wěn)性。該方法適用于處理深度5～15m且在地下水位以上的人工填土地基或濕陷性黃土地基。深度達到地下水位以下或地基土含水量超過25%的，不宜采用該施工方法。

3.2 砂樁

砂樁也稱為擠密砂樁或砂樁擠密法，是散體樁復(fù)合地基的一種，于19世紀(jì)30年代起源于歐洲，然而直到20世紀(jì)50年代，才得以在國內(nèi)外迅速發(fā)展，其施工工藝也才逐漸走向完善和成熟。該方法首先是在軟弱地基中，采用振動、沖擊或水沖等方式進行開孔，然后將砂擠入土中，在土體內(nèi)形成直徑較大的密實砂樁體，以加固軟弱地基。砂樁法適用于擠密松散砂土、黏性土、粉土、雜填土、素填土等地基。對變形控制要求較低的工程，飽和黏土地基亦可采用砂樁進行置換處理，此外，砂樁還可用于處理具有可液化性的地基，而對于變形控制要求嚴(yán)的工程，飽和黏土的處理，能否采用砂樁法最好是通過現(xiàn)場試驗后再確定。

3.3 水泥粉煤灰樁

水泥粉煤灰樁是一種適用范圍很廣的復(fù)合地基，其樁體是由水泥、粉煤灰、砂、石屑或碎石等混合料加水拌和后在土體內(nèi)形成的高黏結(jié)強度樁，并與樁間土、褥墊層共同作用加固地基，提高地基的承載能力。該法在粉土、砂土、黏土、雜填土、淤泥質(zhì)土等地基處理中均有大量成功的典型實例，條形基礎(chǔ)、獨立基礎(chǔ)及筏基也都有應(yīng)用。對淤泥質(zhì)土應(yīng)通過現(xiàn)場試驗或按地區(qū)經(jīng)驗確定其適用性，該法具有施工簡便、適用性強、工期短、效果好等優(yōu)點。

3.4 混凝土樁

混凝土樁具有造價低廉、經(jīng)久耐用、施工便捷等優(yōu)點，已在民用建筑、工業(yè)建筑、水利建筑和橋梁的基礎(chǔ)工程中得到廣泛應(yīng)用，此外，還常用于基坑支護及邊坡的抗滑或隔水。

混凝土樁有普通鋼筋混凝土樁和預(yù)應(yīng)力混凝土樁兩種，按其施工工藝的不同可分為擠土類樁和非擠土類樁，前者包括沉管灌注樁（沉管方法有靜壓、錘擊、振動等）、預(yù)制樁（普通鋼筋混凝土、預(yù)應(yīng)力混凝土）；后者一般均為現(xiàn)澆樁，包括沖（鉆）孔灌注樁及人工挖孔樁等。按照樁截面形狀的不同，可分為矩形樁、方形樁、圓形樁和環(huán)形樁等，方形樁和環(huán)形樁是最常用的。

此外，除了上述的幾種地基處理方法外，其他的地基處理方法還有許多，例如:電滲法及降低地下水位法，該類方法的核心是讓軟弱地基充分的排水固結(jié)；擠密砂石樁法、夯實水泥土樁法、爆破擠密法、深層攪拌法、孔內(nèi)夯擴樁法，該類方法是采用振動、擠壓的方式，減小被壓地基土體的孔隙比、提高強度，從而達到增加地基承載力的目的；樹根樁法、加筋土法、錨固法，該類方法主要是改善土體的性質(zhì)，從而增強地基承載力及其穩(wěn)定性，減少沉降。

4 總結(jié)

文章通過介紹地基不均勻沉降及地基處理方法，可以看出對于具有不良地質(zhì)條件的軟弱地基的處理方法是多種多樣的。不僅要在理論上認(rèn)識和了解各種地基處理方法,而且關(guān)鍵是要在工程實際中,針對具體的實際情況,靈活并且正確地選擇合適的地基處理方法,解決實際施工過程中遇到的地基沉降問題。

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