探討建場地為水域的建筑工程軟弱地基處理

【摘要】近些年來隨著我國城市建設(shè)的不斷發(fā)展，我國城市建筑建設(shè)水平也愈發(fā)提高，城市內(nèi)部各類高層、超高層建筑不斷涌現(xiàn)，這類建筑物的不斷建設(shè)不但對房屋自身結(jié)構(gòu)設(shè)計提出了更高的要求，與此同時也對建筑物的地基處理方法帶來了新的挑戰(zhàn)。為了在有限的城市空間之內(nèi)充分的發(fā)揮每一塊土地的使用價值，一些地質(zhì)情況較差或?qū)儆谲浫醯鼗耐恋匾仓饾u成為了建筑物建設(shè)的使用場地。軟弱地基對建筑物結(jié)構(gòu)安全性能有著巨大的負(fù)面影響和潛在威脅，因此對于軟弱地基尤其是建筑場地原始地貌為水域的建筑地基進(jìn)行有效的處理措施。本文以湘江新區(qū)梅溪湖西岸的城市島項目地基處理為例，對水域場地建筑物的地基處理方式進(jìn)行探究。

【關(guān)鍵詞】建筑工程;地基處理;軟弱地基

城市島位于湘江新區(qū)梅溪湖西岸，城市中軸線東端，緊鄰CBD組團(tuán)，南臨環(huán)湖路，交通便捷，四周多為商業(yè)辦公用地，總投資達(dá)18000萬元，規(guī)劃總用地面積20524.00m2，總建筑面積1473.80m2。項目通過建設(shè)一座螺旋形觀景構(gòu)筑物、人行天橋、建筑面積約1473.80平方米的餐飲配套服務(wù)中心及與其相連的屋頂觀景平臺，使之成為湘江新區(qū)內(nèi)最具特色的休閑娛樂地標(biāo)之一。在建設(shè)過程中，工程部秉承綠色、環(huán)保、優(yōu)質(zhì)、高速的指導(dǎo)理念，嚴(yán)格要求施工單位克服島上作業(yè)的各種困難，在保證安全、質(zhì)量的前提下，積極、穩(wěn)定的推進(jìn)城市島建設(shè)進(jìn)度。本文以城市島建設(shè)過程地基處理方案為例，探究場地為水域的建筑工程地基處理方法。

1、軟弱地基土的基本特性

沖填土、雜填土、劣質(zhì)垃圾填料、淤泥、淤泥質(zhì)土及其他高壓縮性土體均是常見的軟弱地基土，軟弱地基土的顯著特點就是承載能力低，在上部建筑物荷載作用下變形較大且不均勻，容易出現(xiàn)裂縫及不均勻沉降等尾號建筑物安全的情況。當(dāng)這些土體充當(dāng)?shù)鼗至踊蛘哒紦?jù)大量的話，就可以定義為軟弱地基。軟弱地基土的主要特性包括以下幾個方面：

1.1抗剪強(qiáng)度低

根據(jù)相關(guān)實驗數(shù)據(jù)顯示，軟弱土體的原狀土樣的非固結(jié)不排水剪強(qiáng)度范圍為5-20kPa，有效內(nèi)摩擦角一般小于30°，土體在荷載的作用下表現(xiàn)出明顯的流變性。同時，當(dāng)軟弱土體上部的荷載長時間持續(xù)存在時，軟弱土體將在上部荷載的作用下發(fā)生排水固結(jié)，從而軟弱土體地基的承載力有一定的提升，且隨著排水固結(jié)程度的增加，其自身承載力也逐漸增大。但軟弱土體的另一個顯著特點是在受到剪應(yīng)力作用時，會逐步出現(xiàn)剪切變形，且隨著剪切變形的發(fā)展逐漸出現(xiàn)應(yīng)力集中等現(xiàn)象，進(jìn)一步導(dǎo)致軟弱土體的抗剪強(qiáng)度降低。除此之外，軟土地基土內(nèi)部由于存在大量的孔隙水，有相關(guān)實驗數(shù)據(jù)表明，土體在孔隙水壓力消散之后，地基土仍會出現(xiàn)一部分沉降，從而對建筑物結(jié)構(gòu)安全性造成損害。

1.2透水性差壓縮性高

軟弱土體由于自身土體內(nèi)部充斥著大量的孔隙水，因此其滲流路徑較少，滲透性能較差，常見的軟弱土體地基豎向滲透系數(shù)介于10-8-10-6cm/s之間，滲透系數(shù)差導(dǎo)致土體在外力作用下達(dá)到完全固結(jié)的時間較長，同時在自重荷載的作用或者較小荷載的作用之下很難達(dá)到完全固結(jié)狀態(tài)。同時，壓縮性顯著高于常見土也是軟弱地基土的一個重要特點，其壓縮系數(shù)常介于0.5-1.0MPa-1之間，且其壓縮性將隨著土體自身液限的增大而增大。

1.3結(jié)構(gòu)性強(qiáng)靈敏度高

軟弱土體具有較強(qiáng)的結(jié)構(gòu)性即土體的靈敏度較高，也就是說其原狀土樣在受到外力擾動或者形成重塑土樣時，其自身強(qiáng)度出現(xiàn)顯著的下降現(xiàn)象。這是由于軟弱土體自身的絮狀結(jié)構(gòu)在外力擾動下破壞的結(jié)果?；诖朔N情況，在對軟弱地基礎(chǔ)進(jìn)行地基處理時，要充分考慮其靈敏度對地基處理效果的影響。

2、軟弱地基處理的目標(biāo)和處理原則

對軟弱地基進(jìn)行地基處理的首要目標(biāo)就是改善其作為建筑物地基的工程可靠性，其具體改善指標(biāo)包括軟弱地基土的滲透性、壓縮性、抗剪性以及穩(wěn)定性和強(qiáng)度等。軟弱地基的處理方法包括很多種，每一種方法都有其獨特的適用范圍和施工特點，同時每一個建設(shè)項目的工況也各有不同，因此對于不同建設(shè)項目的軟弱地基土處理方法還要依據(jù)其現(xiàn)場的工程實際情況再次進(jìn)行考量，選擇最為恰當(dāng)和經(jīng)濟(jì)的處置方式，同時充分協(xié)調(diào)施工作業(yè)方案，在保證軟弱地基土強(qiáng)度得到改善的同時，也能夠達(dá)到各類工程性質(zhì)指標(biāo)的要求，同時最大程度上節(jié)約處理成本。為了保證建筑工程軟弱地基土處理安全有序的進(jìn)行，在施工作業(yè)過程中一定要嚴(yán)格遵守軟弱地基處理原則和相關(guān)規(guī)范進(jìn)行施工。

3、建筑工程中常見軟弱地基處理方法

現(xiàn)階段我國建筑行業(yè)發(fā)展迅速，對城市空間的開發(fā)愈加成熟，與此同時也造成了一定的土地資源緊張的情況，在已有城市空間內(nèi)如何充分的開發(fā)軟弱土地基也已經(jīng)成為了一個新的研究方向。由于一些軟弱地基土的構(gòu)成十分復(fù)雜，其處置不能通過簡單某一種處置方式達(dá)到預(yù)期效果，那么就可以考慮采用多種處置方式相結(jié)合的方式對該軟弱土層進(jìn)行處置。軟弱地基土承載力較低，不能直接作為建筑物地基進(jìn)行使用，本次城市島項目就位于原始地貌為水域的軟弱地基。必須綜合考慮項目建設(shè)實際情況，充分協(xié)調(diào)施工機(jī)具、施工條件等因素確定適宜的地基處理方案。一般的地基處理方法為：

3.1排水固結(jié)預(yù)壓法

排水固結(jié)法主要依靠在現(xiàn)場施工過程中在原有軟弱地基土層中布設(shè)各類排水管井，通過增加氣壓或抽水、添加荷載等方式對原有軟弱地基土層進(jìn)行快速排水固結(jié)從而提升其承載能力。排水固結(jié)法一般應(yīng)用時間段為建筑物荷載施加之前，對既定范圍內(nèi)的軟弱地基土進(jìn)行預(yù)先添加荷載，在荷載的作用之下使軟弱土體內(nèi)部孔隙水加速流出，同時減少軟弱土體的孔隙比，使土體隨荷載的添加和荷載的延長愈發(fā)密實，也在一定程度上將下臥軟弱土體的沉降量充分釋放，從而使其穩(wěn)定性增加。排水預(yù)壓法在實際應(yīng)用當(dāng)中添加荷載的方式多種多樣，通常會因地制宜的使用項目上既有設(shè)備或材料或者將建筑物充分利用起來，對其進(jìn)行地基處理。

排水固結(jié)法一般適用于軟弱土層較為厚、含水量較高的地基處理情況，在排水過程中增加豎向排水管井?dāng)?shù)量、增大預(yù)壓荷載大小及使用抽水等方式都可以加速排水固結(jié)過程。

3.2換土墊層法

換土墊層法也叫作置換法，是指通過挖土和填土的方式對原有場地的軟弱粘土進(jìn)行置換，即使用施工機(jī)具對建筑物淺層地基軟弱土進(jìn)行挖出，同時從其他建筑場地或建材廠家回填強(qiáng)度較高的砂石或強(qiáng)度較高土層，同時進(jìn)行充分的碾壓密實施工作業(yè)，從而有效增強(qiáng)持力層地繼承載能力。墊層的作用除了直接提高地基土承載能力之外，回填土形成的墊層材料還可以有效對上覆荷載的應(yīng)力進(jìn)行擴(kuò)散，可以有效減少下臥土層的沉降量。同時，砂礫組成的墊層材料對于下臥軟弱土體的排水固結(jié)也有加快作用，從而進(jìn)一步增強(qiáng)地基土的承載能力。在進(jìn)行軟弱土層的置換施工過程中要注意一點，并非選擇了物理學(xué)性質(zhì)較好的巖土材料或者砂礫材料就達(dá)到了置換要求，回填土填埋以后的機(jī)械碾壓密實工作對回填土強(qiáng)度的形成和穩(wěn)定性的發(fā)揮也十分重要。

4、本次城市島項目地基處理方法

城市島項目工期緊，工程量大，且城市島整個島體為人工回填土構(gòu)成，四面臨水，整體性差、含水率高，不適宜應(yīng)用一般的換土墊層法與排水固結(jié)法。結(jié)構(gòu)城市島建筑特點及要求，為有效保證工期、質(zhì)量、安全、進(jìn)度的前提下，通過綜合對比各類地基處理方案，最終擬采用片石擠淤、預(yù)制管樁法和旋挖樁法。

片石擠淤法：在清整場地之后，鋪設(shè)一定厚度的片石，采用片石擠淤方式完成施工場地內(nèi)的運輸?shù)缆方ㄔO(shè)，保證各類施工材料能有效進(jìn)入施工現(xiàn)場。

預(yù)制管樁法：直接使用專業(yè)管樁生產(chǎn)廠家的不同規(guī)格管樁進(jìn)行地基處理。

（1）臨水平臺：由于島體四周臨水，為有效約束島體不因湖水長期沖刷造成土體流失，在臨水邊界，設(shè)計了臨水平臺。該基礎(chǔ)為300*300預(yù)制方樁，定尺6米摩擦樁。樁頂設(shè)在低于湖水面0.8米處，采用現(xiàn)澆砼臨水平臺，有效固化土體，形成城市島駁岸線。

（2）螺旋形觀景構(gòu)筑物、服務(wù)中心、入島橋為城市島主要景觀建筑，設(shè)計直徑為500的預(yù)制管樁，端承樁。為有效確定現(xiàn)場施工樁長、合理配樁，先行試樁3根，通過檢測單位靜壓實驗合格后，確定了現(xiàn)場施工大致樁長，才全面進(jìn)行施工。管樁接樁連接方式選用焊接法，焊接完成后等待接頭部分自然冷卻后即可進(jìn)行打樁工作。整個施工過程中，有效的控制了樁頂標(biāo)高，最大程度控制了浪費。

旋挖樁法：城市島人行橋，由于跨度大，荷載集中，設(shè)計采用了旋挖鉆孔灌注樁，由于上部5-7米左右均為回填土，且為飽和水，無法成孔，上部即采用設(shè)置鋼護(hù)筒方式，將鋼護(hù)筒直接打穿回填土區(qū)域，進(jìn)入下部堅土部位，有效隔離水體，確保旋挖樁有效成樁。其主要施工過程為：首先，對擬處理地基施工場地進(jìn)行清整，并同時進(jìn)行鉆孔施工之前的定位放線。其次，在選定位置埋設(shè)護(hù)筒并進(jìn)行樁位校正，然后進(jìn)行鉆孔。鉆孔工作完成后進(jìn)行清孔，并對沉渣厚度進(jìn)行測定。最后進(jìn)行鋼筋籠的沉入，下放導(dǎo)管以及混凝土的澆筑。城市島項目在進(jìn)行旋挖樁施工過程中，為了盡可能降低塌孔事故的發(fā)生，充分保障施工質(zhì)量，以合格的旋挖鉆孔灌注樁作為樣板，進(jìn)行全面的照樣施工，從而提升整體施工質(zhì)量水平。

結(jié)語：

軟弱地基對建筑物的潛在威脅和施工進(jìn)度推進(jìn)均有較大影響，建筑工程施工進(jìn)度的控制要充分考慮其項目建設(shè)的特殊性，本項目立足于工程實際情況，選用了排水預(yù)壓法同強(qiáng)夯法聯(lián)合對地基進(jìn)行處理，在充分保證滿足質(zhì)量要求的前提之下，進(jìn)行成本管控及現(xiàn)場施工協(xié)調(diào)。對于建設(shè)場地為水域的建筑物軟弱地基處理更應(yīng)該依托于有序合理的現(xiàn)場施工安排，除了要充分考慮軟弱地基處理的困難與問題之外，現(xiàn)場施工的有效管控、周圍環(huán)境的充分保護(hù)與施工過程的有效管控和協(xié)調(diào)也應(yīng)當(dāng)充分考慮。只有合理的配制相關(guān)資源，加強(qiáng)現(xiàn)場施工過程中的優(yōu)化管控和協(xié)調(diào)，水域場地的建筑物軟弱地基處理才能更加有序高效和安全環(huán)保的推進(jìn)，充分保證建筑物的安全使用。

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作者簡介：

徐志斌（1973.12-）男，本科，工程師，漢族，湖南長沙，從事建筑施工方向。