建筑地基基礎(chǔ)施工和加固技術(shù)探析

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1 地基基礎(chǔ)概述

地基是指建筑物下面支承基礎(chǔ)的土體或巖體。作為建筑地基的土層分為巖石、碎石土、砂土、粉土、黏性土和人工填土。地基有天然地基和人工地基兩類。天然地基是不需要人加固的天然土層。人工地基需要進行加固處理，常見的有石屑墊層、砂墊層、混合灰土回填再夯實等。簡單來說，地基就是保證建筑物在一定荷載作用下不變形的部分地層；基礎(chǔ)則是將建筑荷載作用傳遞給地基的下部結(jié)構(gòu)。優(yōu)質(zhì)的建筑地基基礎(chǔ)必須能支承住建筑荷載，能防止外界強度破壞，避免建筑物出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象。

在滿足建筑物荷載要求的前提下，將基礎(chǔ)的沉降控制在一定范圍內(nèi)，盡量采用埋深不大的淺基礎(chǔ)，這樣施工非常簡單。當(dāng)淺基礎(chǔ)無法滿足工程要求時就應(yīng)采用埋深較大的樁基礎(chǔ)，也稱深基礎(chǔ)，將建筑物荷載更多地傳遞到深部的地基中去，避免基礎(chǔ)沉降現(xiàn)象的發(fā)生，保證建筑物的質(zhì)量和使用安全。

實際工程中，地基基礎(chǔ)工程的設(shè)計和施工都必須以防止失穩(wěn)、破壞和變形為根本原則，關(guān)注施工細節(jié)，對不合格的地基進行加固處理，從而使其滿足建筑地基的要求。常見的施工技術(shù)有靜力樁和振動沉樁，通過樁基礎(chǔ)將建筑物的荷載傳遞到地基上，達到穩(wěn)定建筑物的目的。而高層建筑物越來越多，建筑物自重迅速增加，簡單的施工技術(shù)已經(jīng)無法滿足穩(wěn)固建筑物的需求，為了將建筑物的荷載順利傳遞到地基中，必須科學(xué)、系統(tǒng)設(shè)計地基基礎(chǔ)工程，通過嚴(yán)謹(jǐn)細致的施工和管理提高地基基礎(chǔ)質(zhì)量，實現(xiàn)建筑設(shè)計安全、穩(wěn)定、多功能等目標(biāo)。

2 常見的建筑地基基礎(chǔ)施工技術(shù)[1-8]

2.1 復(fù)合地基成套技術(shù)

復(fù)合地基成套技術(shù)分成兩種，一種是水泥粉煤灰碎石樁，一種是夯實水泥土樁。前者就是將水泥、粉煤灰、碎石、砂等物質(zhì)加水拌合后澆筑成高黏度強度樁（CFG樁），在樁基礎(chǔ)與樁頂間設(shè)置一定厚度的褥墊層，褥墊層、土層、樁頂與樁基礎(chǔ)形成一個復(fù)合地基。這種復(fù)合地基承載力大、變形小，適用范圍廣。實際施工中，水泥粉煤灰碎石樁的施工工藝一般有：管內(nèi)泵壓混合料成樁、振動沉管灌注成樁、長螺旋鉆孔成樁等。當(dāng)建筑物地基是黏性土、粉土、砂土等自重固結(jié)的素填土?xí)r，可以采用水泥粉煤灰碎石樁復(fù)合地基施工技術(shù)，具體的樁基礎(chǔ)形式有條形、箱形、閥形等。

夯實水泥土樁使用單一的土質(zhì)材料與水泥按照一定的配合比拌和在一起，運用機械成孔，在孔外拌和制成水泥土，然后分層向孔內(nèi)回填并夯實，制成均勻的水泥土樁。然后在樁基礎(chǔ)與樁頂間設(shè)置褥墊層，使褥墊層、樁基礎(chǔ)、樁頂、土層形成一個復(fù)合地基。由于夯實工藝能產(chǎn)生較高的密度，水泥土本身就具有較高的強度，進而使得這種復(fù)合地基的強度較高，適用于粉土、雜填土、黏性土等地基。而且，這種復(fù)合地基樁身強度均勻，施工快，受外界環(huán)境影響小，對自然環(huán)境的污染小，能獲取較高的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。

2.2 壓實技術(shù)

壓實技術(shù)是一種物理處理過程，在地基基礎(chǔ)施工中，將固體、液體、氣體混合物進行一定的碾壓，排除掉混合物中的孔隙，使得小顆粒填料進入到大顆粒填料之間的孔隙中，實現(xiàn)填料的充分混合和再排列，排出填料中的空氣和水分，降低孔隙率，這樣就能增加單位面積內(nèi)固體物質(zhì)的顆粒數(shù)量，提高填料的密實度，使得地基的密實度、含水量等符合工程施工標(biāo)準(zhǔn)。

在壓實過程中，填料的顆粒大小、填料本身的含水量、分層壓實的厚度、機械設(shè)備的功能、碾壓遍數(shù)、碾壓方法等都會影響到地基的壓實度。必須根據(jù)工程需要合理設(shè)計施工流程，選擇合適的填料，考慮每一方面的因素，確保地基密實度符合工程要求。

壓實技術(shù)的施工可以分成三階段、四區(qū)段和八流程：三階段就是準(zhǔn)備階段、施工階段和竣工階段；四區(qū)段就是填土區(qū)段、平整區(qū)段、施壓區(qū)段和檢驗區(qū)段；八流程則指測量放線→基地處理→分層填壓→攤鋪平整→灑水或晾曬→碾壓→檢驗→地基整形。

2.3 靜力壓樁基礎(chǔ)施工技術(shù)

打樁機工作時會產(chǎn)生巨大噪聲，當(dāng)?shù)鼗A(chǔ)施工現(xiàn)場與居民生活區(qū)域較近時，可以采用靜力壓樁基礎(chǔ)施工技術(shù)，這是一種利用靜壓力將預(yù)制樁壓入土體中的沉樁技術(shù)。一般來說，靜力壓樁基礎(chǔ)施工流程為：分段預(yù)制樁→分段壓入土體中→逐段接長。每段樁的長度與樁架高度有關(guān)，一般在6 m左右。而接樁時可以采用焊接法、錨接法等。這種施工技術(shù)不僅可以節(jié)約鋼筋混凝土，減少工程成本，而且無污染、無噪聲，能創(chuàng)造良好的社會效益和環(huán)境效益。

2.4 真空預(yù)壓法

真空預(yù)壓法適用于軟土地基的加固處理中，其具體施工方法是：在地基內(nèi)設(shè)置砂井或塑料排水板，在地面鋪設(shè)1 層砂墊層，再在砂墊層上覆蓋1 層不透氣的密封膜，隔絕砂墊層與大氣。接著通過砂墊層中的吸水管道，利用真空抽氣裝置抽氣，將密封膜內(nèi)的空氣充分抽出，形成一個真空的砂墊層，這樣就使得密封膜內(nèi)外形成一個氣壓差，而這個氣壓差可以成為作用于地基的荷載，地基會隨著有效應(yīng)力的增加而固結(jié)。

抽氣前，土中的有效應(yīng)力就是其質(zhì)量應(yīng)力，隨著空氣的減少，其有效應(yīng)力逐漸增加，而地基就隨之發(fā)生固結(jié)反應(yīng)，抽氣完成后，地基的固結(jié)過程也完成了。真空預(yù)壓法尤其適用于軟弱土層的地基處理，這種土層的特點是含水量大、透水性差、壓縮性高、強度低，在建筑的荷載作用下很容易發(fā)生沉降現(xiàn)象，大面積處理時采用真空預(yù)壓法能獲得較好的社會效益和經(jīng)濟效益，有效提高地基基礎(chǔ)的承載力。

2.5 振動沉樁施工技術(shù)

在振動沉樁施工技術(shù)中，先將振動器安裝在樁頂，其產(chǎn)生的激振力使得樁身的土顆粒發(fā)生振動現(xiàn)象，并進行重新排列組合，產(chǎn)生收縮和位移現(xiàn)象，樁表面與土層的摩擦小，樁在自重和激振力的共同作用下沉入土體中。振動沉樁施工技術(shù)非常簡單，無需復(fù)雜的設(shè)備，振動器體積小、質(zhì)量輕，搬運非常方便，且施工效率非常高。該施工技術(shù)不僅適用于軟土、松散砂土、黃土等地基的沉樁施工，同時也適用于打鋼板樁，還能配合起重機打樁。打樁開始時，先采用較小的落距輕輕錘擊樁體，使樁體慢慢沉入土體中，當(dāng)樁體沉入土體中1～2 m時，檢查樁尖是否發(fā)生位移現(xiàn)象，若一切正常就適當(dāng)增加落距繼續(xù)錘擊，直至將樁體打到設(shè)計的深度。

3 地基基礎(chǔ)沉降的原因

地基基礎(chǔ)一旦發(fā)生較大程度的沉降，建筑物的安全就受到巨大威脅，影響到人身安全，地基基礎(chǔ)沉降的原因有很多，可以分成地質(zhì)原因和結(jié)構(gòu)原因。

第一，地質(zhì)原因。地下水富集、軟土、山坡沖溝都有可能導(dǎo)致地基基礎(chǔ)沉降。在大規(guī)模建筑物各部位的地基不同，前期處理不當(dāng)就有可能帶來不均勻沉降，影響建筑物的質(zhì)量和安全性，這是建筑地基基礎(chǔ)工程中應(yīng)注意的要點。

第二，結(jié)構(gòu)原因。在地基基礎(chǔ)施工中，為了保證工程質(zhì)量和進度，往往采用分區(qū)施工方法。也就是說，不同地基采用不同的施工方法，地質(zhì)條件較好的地基采用省時、省工的施工方法，地質(zhì)條件較復(fù)雜的區(qū)段采用振動樁、靜力壓樁等施工技術(shù)。這種分區(qū)施工方法沒有從整體上考慮地基基礎(chǔ)工程，容易出現(xiàn)下沉量的差異。

4 加固技術(shù)介紹

4.1 基礎(chǔ)加寬加固技術(shù)

當(dāng)?shù)鼗某休d力無法滿足工程需要或是基礎(chǔ)面積不足時，必須增加基礎(chǔ)的底面積，減少作用在地基上的接觸壓力，從而降低地基土中的附加應(yīng)力水平，減小沉降量。當(dāng)場地許可，基礎(chǔ)埋深較淺時，可以采用基礎(chǔ)加寬加固技術(shù)提高地基承載力，這是一種設(shè)計簡單、工藝成熟的加固技術(shù)，直接使用鋼筋混凝土加大基礎(chǔ)底面，并保證新舊基礎(chǔ)的可靠連接，考慮舊基礎(chǔ)的強度，若舊基礎(chǔ)的使用年限過長，強度出現(xiàn)較大折損，這時應(yīng)盡量進行卸載降低舊基礎(chǔ)中的應(yīng)力。

基礎(chǔ)加寬加固技術(shù)的施工流程為：開挖→地基加寬部分兩端的地基土上進行與原基礎(chǔ)相同的壓實施工，鋪設(shè)相同厚度和填料的墊層→鑿毛墻基（做好原基礎(chǔ)的鑿毛工作和清洗工作，鋪設(shè)一層高強度水泥漿，增強新舊基礎(chǔ)之間的粘結(jié)力）→配置混凝土→澆筑混凝土→設(shè)置鋼筋錨桿（在新舊基礎(chǔ)相連部位設(shè)置一定高度和固定間距的錨桿，保證新舊基礎(chǔ)的穩(wěn)固連接）→質(zhì)量檢測。

4.2 加深基礎(chǔ)法加固技術(shù)

加深基礎(chǔ)法是在原基礎(chǔ)下設(shè)置墩式基礎(chǔ)，使基礎(chǔ)坐落在較好的土層上的一種加固技術(shù)。簡單來說，該加固技術(shù)就是在基礎(chǔ)下挖坑，然后往坑中填筑混凝土墩，從而實現(xiàn)加固效果，適用于地下水位低、地基淺層有較好持力層的地基基礎(chǔ)施工中。

混凝土墩既可以是連續(xù)的，也可以是間斷的，當(dāng)間斷混凝土墩基礎(chǔ)無法滿足工程承載力要求時應(yīng)采用連續(xù)混凝土墩基礎(chǔ)。

加深基礎(chǔ)法加固技術(shù)的施工流程為：在既有建筑物基礎(chǔ)的一側(cè)開挖一個長寬分別為1.2 m、0.9 m左右的導(dǎo)坑，并挖至原基礎(chǔ)底面以下的1.5 m處，接著繼續(xù)將導(dǎo)坑延伸到基礎(chǔ)下面，挖到要求的持力層標(biāo)高為止。然后開始對基礎(chǔ)下面的深坑進行混凝土澆筑，澆筑到距離基礎(chǔ)底面80 mm左右的地方停止，進行為期1 d的混凝土養(yǎng)護，然后將摻加有膨脹劑和速凝劑的干稠水泥漿填入基礎(chǔ)的空隙中，擠實水泥漿。最后就是分批挖坑和修筑混凝土墩子，直到基礎(chǔ)托換工程全部完成。

4.3 灌漿加固技術(shù)

灌漿加固技術(shù)施工流程為：先用鉆機在基礎(chǔ)上成孔并到達要加固的土層，然后用灌漿設(shè)備將水泥漿灌入地層中，通過劈裂和擠壓作用，使土層與水泥漿充分混合，發(fā)生一定的物理化學(xué)作用，最終膠結(jié)在一起，達到加固基礎(chǔ)的目的。

4.4 錨桿靜壓樁加固技術(shù)

錨桿靜壓樁加固技術(shù)是將靜力壓樁和錨桿技術(shù)結(jié)合起來，在基礎(chǔ)上開鑿壓樁孔和錨桿孔，運用粘結(jié)劑將錨桿埋入錨桿孔中，然后安裝樁架，并利用既有建筑物的重力反作用力和千斤頂將預(yù)制樁壓入壓樁孔中，樁與樁之間焊接起來或是使用硫磺膠泥粘結(jié)起來。當(dāng)壓樁力和壓入深度滿足設(shè)計要求后，將樁與基礎(chǔ)運用混凝土澆筑連接起來，這樣就提高了基礎(chǔ)的承載力，有效控制沉降現(xiàn)象。

5 地基基礎(chǔ)施工與加固技術(shù)的應(yīng)用實例分析

某教學(xué)樓工程采用框架結(jié)構(gòu)，平面呈L形，占地面積2 500 m2，抗震烈度為6 度。工程局部地質(zhì)條件復(fù)雜，為達到建筑工程需要的承載力要求，采用錨桿靜壓樁加固法進行地基基礎(chǔ)處理。單樁的設(shè)計承載力是400 kN，終壓力為600 kN。由于部分地基中存在孤石，因而在每根柱基的承臺下的8 個方位各預(yù)留1 個壓樁孔，采用螺紋鋼筋作為錨桿。圖1為錨桿、靜壓樁的布置。

圖1 錨桿與靜壓樁布置

施工流程為：定制預(yù)制樁→將錨桿工作面和壓樁孔工作面的垃圾等臟物清理干凈→壓樁。樁機就位之后開始吊樁，接著將樁壓入事先布置好的孔中，直到壓樁力達到設(shè)計要求，然后再開始第2根樁的施工與封樁，所有樁都壓入，滿足壓樁力要求后，卸載千斤頂，拆除壓樁架，清除孔中的雜物、積水等物質(zhì)，進行鑿毛處理，最后在樁頂?shù)膫?cè)表面刷涂混凝土界面劑，澆筑微膨脹早強混凝土。

在壓樁過程中，保證壓樁架的垂直，壓樁過程中隨時擰緊松動的螺帽，保證錨具的緊固。就位的樁也應(yīng)與地面垂直，然后使用千斤頂壓入孔中，不得出現(xiàn)偏心加壓現(xiàn)象。本工程中采用硫磺膠泥連接樁段，保證上下樁段的充分粘結(jié)，不允許出現(xiàn)錯位現(xiàn)象。而終壓判斷則以壓樁力達到600 kN為主，以樁尖達到設(shè)計持力層深度≥500 mm為輔助判斷標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)壓樁力達到600 kN之后維持10 min以上就可以進行下一根樁的施工。

6 結(jié)語

地基基礎(chǔ)是建筑結(jié)構(gòu)的重要組成部分，與建筑的質(zhì)量和使用安全密切相關(guān)。地基基礎(chǔ)的施工技術(shù)和加固技術(shù)影響到工程質(zhì)量，同時也關(guān)系到工程成本，其施工方案必須與工程質(zhì)量、地質(zhì)情況、工程結(jié)構(gòu)特點、工期、氣象條件結(jié)合起來，優(yōu)化施工方案，設(shè)計合理的施工流程，保證工程質(zhì)量。本文簡單介紹了幾種常見的施工技術(shù)和加固技術(shù)，并簡單闡述了地基基礎(chǔ)沉降的原因，供同行參考。