高層建筑地基換填加固處理施工技術(shù)

張奮飛 湖南省工業(yè)設(shè)備安裝有限公司

1 前言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，建筑業(yè)取得了顯著的發(fā)展，高層建筑也隨之得到很大程度的發(fā)展。在高層建筑中最為重要的就是地基，地基處理不當(dāng)會(huì)對(duì)建筑物的安全產(chǎn)生很大的影響，通過(guò)多年的施工實(shí)踐，我國(guó)的基礎(chǔ)處理積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。它根據(jù)建筑物上部負(fù)荷計(jì)算基礎(chǔ)的承載力，得出基礎(chǔ)需要具備的承載力，采取改善基礎(chǔ)、加強(qiáng)基礎(chǔ)等一系列措施，確?；A(chǔ)穩(wěn)定，確保工程安全，提高基礎(chǔ)的承載力，處理后的地基可以使建筑物的沉降降至最低。

2 地基換填技術(shù)原理

高層建筑的地基加固處理方法有很多種，在工程實(shí)踐中，要根據(jù)工程的實(shí)際情況做出最優(yōu)選擇，其中建筑物的維持層是較弱的地基，通常用換填法加固，地基換填法加固原理如下。首先，挖掘基礎(chǔ)底部的軟弱土層。發(fā)掘的深度可以根據(jù)基礎(chǔ)的負(fù)荷計(jì)算，一般不能太淺，否則沒有強(qiáng)化效果。挖完底土后，用其他材料磨碎填滿。換填材料通?？蓧嚎s性較低、強(qiáng)度高，不容易被侵蝕等。通過(guò)實(shí)踐可以知道，這種基礎(chǔ)加固方式具有很多優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工程基礎(chǔ)加固。另外，這些基礎(chǔ)加固方法主要適用于較小工程的基礎(chǔ)加固，具有造價(jià)低、工期短、容易就地取材等特點(diǎn)[1]。

圖1 換填法原理示意圖

3 換填法的適用范圍

換填法主要用于處理淺層地基層的軟土或部分承載力不均勻的基礎(chǔ)，在實(shí)際施工過(guò)程中，施工人員要用強(qiáng)度高的土石材料代替基礎(chǔ)上承載力差的軟土，根據(jù)設(shè)計(jì)要求或規(guī)范規(guī)定梯度代替，全面提高基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和可靠性。施工時(shí)通過(guò)換填施工，形成結(jié)構(gòu)墊層，因此也被稱為墊層法。一般來(lái)說(shuō)，換填的墊層厚度應(yīng)控制在30cm以下，如果墊層厚度太厚，工程建設(shè)費(fèi)用將進(jìn)一步增加，整體工程費(fèi)用不合算。換填施工過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)工程的實(shí)際情況選擇適當(dāng)機(jī)器。夯實(shí)工時(shí)，墊層的邊緣位置需要進(jìn)一步注意，以確保墊層的壓縮程度符合設(shè)計(jì)和規(guī)格要求。實(shí)際施工中，墊層的厚度超過(guò)規(guī)定值會(huì)影響施工質(zhì)量，因此要好好調(diào)整墊層的厚度，如果墊層的厚度沒辦法調(diào)整，可以使用分層施工方法施工，分層最好是15cm～20cm。

4 換填法的建設(shè)原則

對(duì)于基礎(chǔ)層存在的不均勻的位置，應(yīng)結(jié)基礎(chǔ)層的穩(wěn)定性及建筑物安全的影響來(lái)決定處理方法。如果沒有小的不均勻點(diǎn)范圍、深埋、周圍土層穩(wěn)定及基礎(chǔ)收縮影響，不要處理這些不均勻范圍。如果要挖除，應(yīng)結(jié)合周圍土質(zhì)和密度均勻一致的原則，通過(guò)層層回填、夯實(shí)，防止上部建筑物因基礎(chǔ)持力層不均勻變形而造成的破壞現(xiàn)象。在同一個(gè)建筑物中，要盡可能保持墊層厚度相同。對(duì)于厚度不同的，要防止墊層厚度的突變。將工作時(shí)間應(yīng)用于更深的墊層部分時(shí)，應(yīng)控制該部分的夯實(shí)系數(shù)，以防止或減少由于基礎(chǔ)處理厚度不同而引起的差異變形[2]。

5 換填法常用的墊層材料

為基礎(chǔ)加固技術(shù)處理施工應(yīng)用替代填充方法時(shí)，常用的墊層材料如下。

5.1 碎石墊層材料

如果選擇砂石墊層，應(yīng)優(yōu)先選擇碎石、砂礫或石碎屑，必須選擇良好的砂石，并充分清洗。沙石中的植物根、土、有機(jī)物、垃圾等雜質(zhì)都要清除干凈，要嚴(yán)格控制沙石中的泥漿量，要確保泥漿在3%以內(nèi)。如果使用細(xì)沙或石粉，應(yīng)混合總重量超過(guò)30%的石子。如果工程基礎(chǔ)是黃土基礎(chǔ)，選擇材料時(shí)必須避免砂石等滲透材料，同時(shí)使用土方合成材料，否則會(huì)影響砂石墊層施工質(zhì)量。

5.2 粘土材料

如果在施工過(guò)程中選擇了粉質(zhì)粘土，就要控制好粉質(zhì)粘土材料的成分含量，其中有機(jī)質(zhì)含量要控制在5%以內(nèi)，不能參入膨脹土。如果在土質(zhì)中添加石子，就要控制石子的直徑在0.5cm 以內(nèi)。另外，對(duì)于黃土或膨脹土地基使用的粘土，要做好粘土的內(nèi)部審查，避免石頭和磚混雜在里面，影響砂石墊層的施工質(zhì)量。

5.3 灰土墊層材料

如果使用灰土墊層材料，灰土的體積比例應(yīng)調(diào)整為2∶8或3∶7，要優(yōu)先選用粉質(zhì)黏土，堅(jiān)決不能使用塊狀的黏土，在制備土料時(shí)，應(yīng)把所有土料用篩子處理，以免土層含有太大的顆粒。如果是灰土就要使用新鮮的石灰，石灰粒的直徑控制在0.5cm以內(nèi)。

5.4 石灰粉煤灰墊層材料

石灰粉煤灰材料主要用于道路工程、中小型建筑及結(jié)構(gòu)工程中的基礎(chǔ)換填工程，為了進(jìn)一步提高石灰粉煤灰墊層的穩(wěn)定性，應(yīng)根據(jù)工程需要在石灰粉煤灰材料中適當(dāng)添加不同材料的添加劑，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)調(diào)配，通過(guò)材料性能檢查后才能正式投入使用。對(duì)石灰粉煤灰墊層上的一些管道和其它金屬構(gòu)件，應(yīng)采取綜合防腐措施，防止其在土層內(nèi)被其它的東西腐蝕。

5.5 礦渣墊層材料

礦渣墊層主要被用在道路及地坪，工程的基礎(chǔ)處理。一般來(lái)說(shuō)，礦渣墊層松散的中度應(yīng)控制在11kN/m3，保證有機(jī)質(zhì)和泥漿在5%以內(nèi)。正式施工前，設(shè)計(jì)師應(yīng)科學(xué)分析礦渣墊層的具體混合比，并通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)和論證，確保礦渣墊層的質(zhì)量滿足工程施工要求。在實(shí)際工程中，應(yīng)盡量避免大量使用礦渣，破壞地下生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定，避免地下水、土壤環(huán)境被破壞。

6 換填法地基加固施工技術(shù)

6.1 施工準(zhǔn)備

正式施工前，施工人員應(yīng)先根據(jù)勘探單位提供的該工程所在地區(qū)的地質(zhì)調(diào)查報(bào)告，充分了解項(xiàng)目所在地土層的受力性質(zhì)和不良地質(zhì)現(xiàn)象。另外，還要對(duì)裝載性低的軟土分布范圍和總厚度進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)綜合勘探。此外，還需要分析項(xiàng)目所在地區(qū)的地下水分布情況。充分掌握工程地質(zhì)情況后，施工人員應(yīng)根據(jù)勘探結(jié)果，確定更換墊層的施工材料，在確定墊層材料的過(guò)程中，應(yīng)綜合考慮材料的整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、穩(wěn)定性、滲透性、密度等特點(diǎn)，并得到設(shè)計(jì)、監(jiān)督人員批準(zhǔn)，保證換填工程質(zhì)量。實(shí)際施工中，如果基礎(chǔ)受到很大的振動(dòng)載荷，則在選擇墊層材料時(shí)，應(yīng)避免選擇砂墊層。因?yàn)樯皦|層在振動(dòng)載荷下會(huì)松動(dòng)，影響墊層結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。如果工程基礎(chǔ)是可折疊的黃土基礎(chǔ)，則在選擇材料時(shí)必須選擇砂石等滲透材料。否則會(huì)影響砂石墊層施工質(zhì)量。

6.2 基坑開挖

在進(jìn)行基坑開挖工程之前，施工人員應(yīng)根據(jù)工程的施工設(shè)計(jì)方案布置定位線，確保開挖時(shí)的位置與設(shè)計(jì)的位置一致。在地下水比較大的部分地區(qū)，施工前要做好適當(dāng)?shù)呐潘ぷ?，一般要將地下水的水位降至墊底以下0.5m，以免地下水影響墊層施工質(zhì)量。另外，基坑開挖時(shí)會(huì)對(duì)基坑土的穩(wěn)定性產(chǎn)生一定影響，因此建筑工人在基坑開挖時(shí)采取合理的邊坡加固措施，以免影響邊坡結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性[3]。

6.3 填料準(zhǔn)備

填料的配制時(shí)，必須嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)師事先確定的填料成分進(jìn)行調(diào)配，所有材料的比例和使用量必須與設(shè)計(jì)一致，以免出現(xiàn)誤差。填料正式投入工程施工前，檢查部門要先檢查填料的性能，確保填料的混合比、含水率、泥漿含量等參數(shù)符合工程設(shè)計(jì)要求，才能正式投入。如果是雨季或冬季施工，就要提前采取充分的防水和防凍措施，最大限度地確保工程質(zhì)量。

6.4 墊層施工

墊土前要先檢查基底，如果發(fā)現(xiàn)坑中有垃圾或者出現(xiàn)問題，及時(shí)的處理，保證基地的完好和干凈，在灰土施工前后要進(jìn)行充分的攪拌，還要將泥漿的含水量控制在16%左右，確保工程的順利展開，含水量過(guò)高和過(guò)低，都會(huì)影響到施工的質(zhì)量。含水量可以按照施工的經(jīng)驗(yàn)來(lái)判斷，如果手握灰土團(tuán)時(shí)，能夠用兩指輕輕捏碎，就說(shuō)明含水量達(dá)到最優(yōu)。

圖2 墊層分布圖

7 結(jié)束語(yǔ)

近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，我國(guó)建筑業(yè)的發(fā)展也非常迅速，在建設(shè)工程過(guò)程中，地基是整個(gè)項(xiàng)目的基礎(chǔ)，如果地基受到影響，會(huì)降低整個(gè)工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，影響整個(gè)項(xiàng)目的工程質(zhì)量。換填法是比較常用的基礎(chǔ)加固處理技術(shù)，具有工藝簡(jiǎn)單、成本低、效果好等一系列優(yōu)點(diǎn)，合理的使用換填施工技術(shù)可以有效解決基礎(chǔ)不穩(wěn)定的問題，提升工程建設(shè)的質(zhì)量。