地基處理方法的工程應(yīng)用分析

(山西職業(yè)技術(shù)學(xué)院,山西 太原 030006)

引言

在工程建設(shè)中常常會遇到軟弱地基，該地基不能滿足建筑物對其強(qiáng)度、變形、穩(wěn)定性的要求，經(jīng)常需采用地基加固、補(bǔ)強(qiáng)等處理方法，以改善地基土的性能，滿足工程要求，這些處理方法統(tǒng)稱為地基處理。

各種地基處理方法原理均為固結(jié)和加固原理。固結(jié)原理是間接地、較為緩慢地改變土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，即土體中孔隙水壓力逐漸減小、有效應(yīng)力逐漸增加的過程，使地基土由原來的松散結(jié)構(gòu)逐漸變?yōu)榫o密結(jié)構(gòu)。加固原理則是直接地、較為快速地改善土體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使地基土由原來松散的土體結(jié)構(gòu)快速成為緊密的或膠結(jié)的土體結(jié)構(gòu)。

在工程施工中，各種地基處理都是以加固和固結(jié)為理論基礎(chǔ)，只是具體的施工方法不同。

1 換填法

1.1 理論基礎(chǔ)

換填法是依據(jù)加固原理進(jìn)行地基處理的方法。該方法是把基礎(chǔ)下面一定深度范圍內(nèi)的軟土層全部或部分挖去，然后分層回填性能穩(wěn)定、強(qiáng)度較大的材料，并夯實(shí)到設(shè)計(jì)要求的密實(shí)度。

1.2 作用和適用范圍

換填法的作用為：

(1)減少地基沉降量。地基的豎向沉降量在總沉降量中占有較大比例，采用強(qiáng)度較大的材料替換軟弱土層后，可以大幅減少沉降量。

(2)提高地基承載力。地基的破壞是從基礎(chǔ)底部開始，逐漸向縱深方向發(fā)展，采用強(qiáng)度較大的材料置換軟弱土層，可很大程度上避免地基破壞。

換填法一般不用于大的建筑工程、道路工程和堆料場地等的地基處理，適用于淤泥質(zhì)土、素填土、雜填土、濕陷性黃土、季節(jié)性凍土以及暗塘、暗溝等的淺層處理。處理深度宜控制在3 m以內(nèi)，不宜<0.5 m。因換填土層太厚，會使土方施工量加大，造成成本增加，同時(shí)換填土層太薄時(shí)處理效果不太顯著。

1.3 施工要點(diǎn)

換填法的施工工藝為：施工準(zhǔn)備→測設(shè)放樣→挖除軟弱土→基坑驗(yàn)收→分層回填穩(wěn)定性材料→分層碾壓。

施工要點(diǎn)為：分層回填穩(wěn)定性材料和分層碾壓。為了保證施工質(zhì)量，分層回填材料時(shí)，應(yīng)確定好分層厚度，不宜過厚，宜為200～300 mm；分層碾壓時(shí)，應(yīng)通過試驗(yàn)確定碾壓遍數(shù)，同時(shí)控制好碾壓速度。

2 強(qiáng)夯法

2.1 理論基礎(chǔ)

強(qiáng)夯法是依據(jù)加固原理進(jìn)行地基處理的方法。該方法是利用起吊設(shè)備將一定質(zhì)量的夯錘吊起一定的高度后自由落下，對地基施加強(qiáng)大的沖擊能量進(jìn)行夯擊，通過反復(fù)夯打，使土體密實(shí)，從而提高地基承載力的地基處理方法。

2.2 作用和適用范圍

強(qiáng)夯法具有設(shè)備簡單、施工速度快、投資節(jié)省、加固效果顯著等優(yōu)點(diǎn)，能迅速使土體密實(shí)，快速增強(qiáng)地基土的強(qiáng)度和承載力，形成密實(shí)均勻的地基。

強(qiáng)夯法適用土質(zhì)范圍廣，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)與民用建筑、公路和鐵路路基、飛機(jī)場跑道及碼頭等的地基處理。工程證明，強(qiáng)夯法對處理砂土、碎石土、素填土、雜填土、濕陷性黃土、低飽和度土體等地基一般都能取得良好的效果。對于軟土地基采用此方法，效果不明顯。此外，對于工程周圍的建筑物不能受到振動(dòng)影響的場地，不宜采用強(qiáng)夯法進(jìn)行地基處理。

2.3 施工要點(diǎn)

強(qiáng)夯法的施工工藝為：平整場地→標(biāo)出夯點(diǎn)位置，測量場地高程→起重機(jī)就位，夯錘對準(zhǔn)夯點(diǎn)→夯錘起吊到規(guī)定高度后自由下落，測量錘頂高程，并整平坑底→繼續(xù)上述步驟，按規(guī)定完成該夯點(diǎn)的夯擊→按規(guī)定完成全部夯點(diǎn)的夯擊→填平夯坑，并測量場地高程→按規(guī)定的時(shí)間要求，依次完成全部夯擊遍數(shù)。

在工程中，施工要點(diǎn)為：對地下水處理。如果地下水位較高，夯坑底部積水會影響到施工時(shí)，可填筑松散材料或者人工降低地下水位。此外，施工中應(yīng)及時(shí)清除夯坑和場地中的積水。

3 預(yù)壓排水固結(jié)法

3.1 理論基礎(chǔ)

預(yù)壓排水固結(jié)法是依據(jù)固結(jié)原理進(jìn)行地基處理的方法。該方法是在建筑物建造前，對地基土預(yù)先施加荷載，使土體中的孔隙水慢慢排出，孔隙體積慢慢減小，從而使土體逐漸密實(shí)，強(qiáng)度逐步提高的地基處理方法。

3.2 作用和適用范圍

預(yù)壓排水固結(jié)法常用于解決軟黏土地基的沉降問題，通過在土體中設(shè)置豎向排水體，可以使地基在加載預(yù)壓期內(nèi)基本完成或大部分完成沉降，保證建筑物在使用過程中不會產(chǎn)生過大的沉降。

預(yù)壓排水固結(jié)法適用于處理各類淤泥、淤泥質(zhì)土和沖填土等飽和土體，但是對滲透性極低的土體，其本身排水效果不好，所以在使用時(shí)應(yīng)慎重考慮。

3.3 施工要點(diǎn)

預(yù)壓排水固結(jié)法的施工工藝為：鋪設(shè)排水墊層→設(shè)置豎向排水體→施加壓力。

在工程中，施工要點(diǎn)為：鋪設(shè)排水墊層時(shí)應(yīng)選用滲水性好的材料；豎向排水體施工中應(yīng)盡量減少對周圍土的擾動(dòng)，并保證豎向排水體的連續(xù)性；施加壓力時(shí)，應(yīng)控制好加荷速率和荷載大小。

4 高壓噴射注漿法

4.1 理論基礎(chǔ)

高壓噴射注漿法是依據(jù)加固原理進(jìn)行地基處理的方法。該方法是使用各種機(jī)具將漿液如黏土漿液、水泥漿液或其他化學(xué)漿液等，通過高壓噴射灌入地基中，使地基土顆粒與漿液相互膠結(jié)成新的堅(jiān)硬物質(zhì)，從而改變地基土的物理和力學(xué)性質(zhì)，提高地基強(qiáng)度的處理方法。

4.2 作用和適用范圍

將漿液強(qiáng)制注入土體中，使?jié){液和土粒強(qiáng)制混合，待漿液凝固后，便與土體形成一個(gè)固結(jié)體，從而提升了地基土的不透水性，減少了地基的沉降，提高了地基的承載力。

高壓噴射注漿法適用于處理含水量較高的土體和人工填土等，尤其對超軟土效果更為顯著。但對堅(jiān)硬黏性土和有機(jī)質(zhì)含量較高的土體不宜采用。

4.3 施工要點(diǎn)

高壓噴射注漿法的施工工藝為：鉆機(jī)就位→鉆孔→插管→噴射注漿。

在工程中，施工要點(diǎn)為：鉆機(jī)就位后，為保證鉆桿對準(zhǔn)鉆孔中心位置，必須對其作水平校正；鉆孔施工中，當(dāng)遇到比較堅(jiān)硬的地層時(shí)，宜用地質(zhì)鉆機(jī)鉆孔；在插管的過程中，應(yīng)采取防止泥沙堵塞的措施；噴射注漿應(yīng)由下而上進(jìn)行注漿。

5 水泥土攪拌樁法

5.1 理論基礎(chǔ)

水泥土攪拌樁法是依據(jù)加固原理進(jìn)行地基處理的方法。該方法是以水泥為固化劑，使用特制的攪拌機(jī)械，把水泥和地基土體強(qiáng)制拌合，從而使軟弱土體硬結(jié)成具有較高強(qiáng)度、整體性和穩(wěn)定性的樁體。

5.2 作用和適用范圍

水泥土攪拌樁法將原地基軟土和水泥就地拌合，最大限度地利用了原土，節(jié)省了材料；攪拌時(shí)不會使地基側(cè)向擠出，對周圍建筑物的影響很小。此外，由于施工時(shí)無振動(dòng)、無污染、無噪音，對于市區(qū)內(nèi)和密集建筑群內(nèi)采用該方法其作用尤為突出。

水泥土攪拌樁法適用于處理淤泥質(zhì)土、飽和黃土、粉土、素填土、黏性土以及無流動(dòng)地下水的飽和松散砂土等地基。當(dāng)冬期施工時(shí)，應(yīng)注意溫度過低對處理效果的影響。

5.3 施工要點(diǎn)

水泥土攪拌樁法的施工工藝為：定位→預(yù)拌下沉→水泥漿制備→邊噴漿攪拌邊提升→重復(fù)上下攪拌→清洗→移位。

在工程中，施工要點(diǎn)為：邊噴漿攪拌邊提升過程中，應(yīng)控制好攪拌機(jī)的提升速度；移位施工時(shí)，考慮到攪拌樁頂部與上部結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)或者承臺的接觸部分受力較大，常應(yīng)對樁頂1.0～1.5 m范圍內(nèi)增加一次輸漿，以提高其強(qiáng)度。

6 復(fù)合地基法

6.1 理論基礎(chǔ)

復(fù)合地基法(CFG樁)是依據(jù)加固原理進(jìn)行地基處理的方法。該方法是在天然地基中設(shè)置加筋材料，加固區(qū)是由基體(天然地基土)和增強(qiáng)體(CFG樁體)兩部分復(fù)合而形成地基的處理方法。

6.2 作用和適用范圍

復(fù)合地基法增強(qiáng)了地基的擠密效應(yīng)。在地基施工過程中，采用成樁方法埋設(shè)的樁體與土體發(fā)生一系列的理化反應(yīng)，對樁間土和周圍土都有一定的擠密作用。在地基土中設(shè)置加筋材料形成的復(fù)合地基，有效地增強(qiáng)了地基土的強(qiáng)度，提高了地基承載力。

復(fù)合地基法適用于處理各類軟弱地基，尤其是較深厚的軟土地基。

6.3 施工要點(diǎn)

復(fù)合地基(CFG樁)法的施工工藝為：清理場地→鉆機(jī)就位→鉆進(jìn)成孔→灌注及拔管→移機(jī)→樁間土清除及樁頭截除。

在工程中，施工要點(diǎn)為：灌注施工中，每根樁的投料量不得少于設(shè)計(jì)灌注量；灌注完成后，樁頂標(biāo)高應(yīng)高出設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高，高出長度一般不應(yīng)<0.5 m。

7 柱錘沖擴(kuò)樁法

7.1 理論基礎(chǔ)

柱錘沖擴(kuò)樁法是依據(jù)加固原理進(jìn)行地基處理的方法。該方法是采用長度為2～6 m、直徑為300～500 mm、質(zhì)量為1～8 t的柱狀錘，通過專用設(shè)備，將柱錘提升到一定高度后自行下落，使地基土體由于沖擊作用而形成孔，然后向孔內(nèi)分層填筑穩(wěn)定材料，并分層夯實(shí)以形成樁體的地基處理方法。

7.2 作用和適用范圍

柱錘沖擴(kuò)樁法通過土體成孔并向孔內(nèi)填料，極大地密實(shí)了地基土體，從而減少了地基沉降量，提高了地基承載力。

柱錘沖擴(kuò)樁法適用于處理素填土、雜填土、粉土和黃土等地基，其處理深度一般不宜>6 m。

7.3 施工要點(diǎn)

柱錘沖擴(kuò)樁法的施工工藝為：布置樁位→柱錘對準(zhǔn)樁位→柱錘沖孔(沖擊成孔、填料沖擊成孔、反復(fù)擊打成孔)→成樁→施工機(jī)具移位，重復(fù)以上步驟進(jìn)行下一根樁的施工。在工程中，施工要點(diǎn)為：施工中，應(yīng)及時(shí)檢查現(xiàn)場的施工情況，并根據(jù)制定的施工標(biāo)準(zhǔn)，檢驗(yàn)每根樁的質(zhì)量；柱錘沖擴(kuò)樁施工完成后的一定時(shí)間內(nèi)(7～14 d)，應(yīng)抽取一定數(shù)量的樁身和樁間土進(jìn)行檢測，抽檢數(shù)量為沖擴(kuò)樁總量的2%，并對處理后的樁身質(zhì)量作出評價(jià)。

8 結(jié)語

以地基處理的理論基礎(chǔ)作為出發(fā)點(diǎn)，介紹了常用的地基處理方法的作用、適用范圍、施工工藝及施工要點(diǎn)。作為一名工程技術(shù)人員，應(yīng)深刻理解各種地基處理方法的原理，才能在工程中正確選用，并加以創(chuàng)新，以解決地基工程中遇到的各種問題。