研究巖土工程地基處理的常用方法及應(yīng)用

楊華剛

（中冶成都勘察研究總院有限公司，四川 成都 610200 ）

目前建筑行業(yè)在進(jìn)行地基處理流程時(shí)，依然有很多施工單位不注重對(duì)巖土工程的現(xiàn)場(chǎng)勘查，勘測(cè)工作浮于表面，無法結(jié)合地質(zhì)的實(shí)際情況最大程度的提高地基承載力、控制建筑物沉降量，勘測(cè)收集到的數(shù)據(jù)也無法做到真實(shí)全面，在很大程度上阻礙了工程的正常開展。同時(shí)部分工作人員的職業(yè)素質(zhì)有待提升，其勘測(cè)數(shù)據(jù)無法為地基處理提供科學(xué)的數(shù)據(jù)支持，各相關(guān)部門之間也缺乏必要的溝通，從而影響了工程的施工質(zhì)量。

1 巖土地基處理技術(shù)發(fā)展簡(jiǎn)析

我國(guó)的地基處理技術(shù)在發(fā)展過程中經(jīng)歷了兩個(gè)重要階段。一是五六十年代的起步階段，在這段時(shí)期內(nèi)，大量先進(jìn)的國(guó)外技術(shù)被引入我國(guó)，以淺層處理置換為主，主要方法為砂樁擠密、砂石墊層、化學(xué)灌漿、灰土樁、石灰樁、預(yù)壓法、重錘夯實(shí)等；第二階段為70年代發(fā)展至今，是技術(shù)的創(chuàng)新階段，項(xiàng)目工程在結(jié)合我國(guó)實(shí)質(zhì)地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，對(duì)國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新，初步形成更加符合我國(guó)地質(zhì)條件的地基處理技術(shù)，甚至在某些領(lǐng)域已經(jīng)達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。

2 巖土工程地基處理難點(diǎn)分析

2.1 地質(zhì)形態(tài)相對(duì)復(fù)雜

我國(guó)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)具有較大差異，存在著不同程度的空洞、風(fēng)化以及不明第下物的情況，而且地質(zhì)結(jié)構(gòu)又大多呈現(xiàn)出區(qū)域性特點(diǎn)，這也為我國(guó)的項(xiàng)目工程帶來一定施工難度，需要在施工過程中具體判斷巖石風(fēng)化程度、軟弱結(jié)構(gòu)、不明地下體的分布形態(tài)、位置與深度等。

2.2 巖土參數(shù)較難取得

項(xiàng)目工程在施工過程中，需要取得原狀巖土樣本，獲得巖土參數(shù)，并以此為依據(jù)具體設(shè)計(jì)巖土的實(shí)際承載能力與變形指標(biāo)等，而一些原狀巖土隱瞞較深，不易挖掘，地質(zhì)結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，所以難以獲得有效的巖土參數(shù)信息，也就無法具體評(píng)判巖土結(jié)構(gòu)類型與松軟度等。

2.3 工作人員素質(zhì)

建筑工程在施工過程中，也經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)因工作人員職業(yè)技能偏低而導(dǎo)致勘測(cè)結(jié)果不準(zhǔn)確的情況發(fā)生，由于勘察人員缺乏足夠的經(jīng)驗(yàn)與技術(shù)，他們無法充分利用原始資料，同時(shí)也缺乏建筑與設(shè)計(jì)方面的知識(shí)，造成勘測(cè)結(jié)果無法滿足設(shè)計(jì)需求。

2.4 技術(shù)局限

巖土結(jié)構(gòu)隨著地域的不同具有較大差異性，而且近年來地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，這也在一定程度上產(chǎn)生了一系列新的巖土問題。這也就要求現(xiàn)代建筑必須具備一定抗震要求，但是在實(shí)際地基處理過程中，現(xiàn)有的技術(shù)與手段無法解決施工遇到的實(shí)際問題，使得一些大型綜合項(xiàng)目在施工過程中屢屢碰壁、舉步維艱。因此必須不斷對(duì)技術(shù)進(jìn)行革新，打破技術(shù)局限，想盡辦法提高巖土工程地基的穩(wěn)定性。

3 巖土工程地基的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

3.1 箱筏基礎(chǔ)

對(duì)于箱筏基礎(chǔ)而言，在設(shè)計(jì)過程中要注重以下幾方面內(nèi)容：首先，箱筏基礎(chǔ)的高度一定要符合巖土工程地基的承載能力，同時(shí)箱筏基礎(chǔ)的底板厚度也要與地基的鋼度、受力等情況具體貼合，其正方截面承載力與斜方截面承載力必須滿足地基的受力需求；其次，對(duì)于梁版式的筏基底板，其厚度必須能承接沖切力度與正斜截面的承載力，這也就要求在設(shè)計(jì)底板時(shí)，必須要精準(zhǔn)計(jì)算出梁板的承載能力。特別注意的是，對(duì)于平板式筏基來說，在保證上述設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，還需計(jì)算出梁板邊緣所能夠承載的力度。

3.2 擴(kuò)展基礎(chǔ)

為了實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展基礎(chǔ)的最大精度，一定要根據(jù)巖土工程地基的承載能力與建筑物的實(shí)際變形參數(shù)科學(xué)計(jì)算出地基的基礎(chǔ)底面積，并在此基礎(chǔ)上計(jì)算出變階處高度。值得注意的是，這一計(jì)算步驟一定要嚴(yán)格依據(jù)剪切與沖切，并依據(jù)抗彎計(jì)算出最終基礎(chǔ)底板配筋數(shù)量。

3.3 樁基礎(chǔ)

在設(shè)計(jì)樁基礎(chǔ)時(shí)需要特別留意以下兩點(diǎn)：一是要精準(zhǔn)計(jì)算樁基礎(chǔ)的極限承載力，并具體分析樁基的受力特點(diǎn)，分別得出樁基的最大豎向和水平承載力，然后要明確樁基自重，對(duì)于在土層之上暴露的樁基頂面與側(cè)面要做出科學(xué)的壓屈計(jì)算；二是在樁基深入地基的過程中，會(huì)穿越松散填土層、具有較大濕陷性的黃土層、或者具有較弱強(qiáng)度的土層，然后才會(huì)進(jìn)入硬質(zhì)土層，這一過程中樁基周圍一定會(huì)殘存一些軟弱泥土，而且樁基由于長(zhǎng)時(shí)間負(fù)重或地下水位下降，會(huì)在各種因素影響產(chǎn)生一定下沉，甚至有可能出現(xiàn)樁基周圍土層有著更為嚴(yán)重的下沉程度。

4 巖土工程地基處理的現(xiàn)狀分析

4.1 地基降沉

對(duì)于一些土地較軟的地區(qū)，地基的降沉現(xiàn)象十分嚴(yán)重，由于較軟的土質(zhì)常含有大量水分，在遇到負(fù)荷時(shí)會(huì)出現(xiàn)比較大的壓縮，地基由此很容易出現(xiàn)沉降，從而影響地基的穩(wěn)定性。一旦地基沉降范圍超出了建筑物的允許值，就會(huì)影響建筑物的使用壽命，甚至造成一定的安全隱患。

4.2 地基滲透

地基滲透經(jīng)常出現(xiàn)在挖掘基坑的過程中，會(huì)遇到流沙和管涌等現(xiàn)象，如果地基的承載能力相對(duì)較弱，或者在建筑物施工之前沒有做好對(duì)地基的處理工作，滲透問題就會(huì)更加嚴(yán)重，從而嚴(yán)重威脅地基的穩(wěn)定性與承載力。

5 巖土工程地基處理的常見方法概述

5.1 化學(xué)處理法

在對(duì)巖土工程進(jìn)行地基處理時(shí)，可以充分利用土木合成材料增加地基的穩(wěn)定性，提升地基的整體強(qiáng)度。土木合成材料是一種高分子化合物，通過對(duì)軟土地基進(jìn)行改造與填充，可有效增強(qiáng)軟土強(qiáng)度，并且利用高分子化合物的化學(xué)反應(yīng)，可以增加地基的排水性能，改善地基受到侵蝕的現(xiàn)象?；瘜W(xué)合成法廣泛應(yīng)用于地基邊坡，可以有效的優(yōu)化地基的結(jié)構(gòu)性能。與此同時(shí)，也可以通過用水泥與軟土進(jìn)行充分?jǐn)嚢?，水泥在潮濕的環(huán)境中會(huì)慢慢凝固，通過對(duì)軟土進(jìn)行澆筑水泥并充分?jǐn)嚢?，可有效將周圍的土質(zhì)凝結(jié)為一體，從而增加軟土地基強(qiáng)度。

5.2 置換墊層法

在對(duì)巖土工程進(jìn)行地基處理時(shí)，置換墊層法是最為常見的地基處理方法之一，可以有效解決土地松軟和地質(zhì)不均勻的情況，提高地基的承載能力。置換墊層法主要是借助相關(guān)機(jī)械與人工去除原有的淤泥軟土等基層材料，并利用強(qiáng)度系數(shù)高的天然砂礫進(jìn)行填充，換填深度要控制在兩米以內(nèi)，并采用分層填筑、分層壓實(shí)的方法，來提高地基的承載能力和抗變形能力，在置換完成后要分層檢測(cè)壓實(shí)度。在置換墊層時(shí)，一定要合理保證砂粒的石塊粒徑以及含量，最大程度的避免地基沉降。

5.3 CFG 樁處理法

CFG 樁是由水泥粉和煤灰碎石組成，是巖土工程地基處理經(jīng)常使用的方法之一，并且具有低成本、高質(zhì)量的優(yōu)勢(shì)，而且易于操作。在具體的施工過程中，要保證CFG 樁的直徑小于0.6 米，長(zhǎng)度控制在8 米～15 米左右，施工單位要結(jié)合土質(zhì)的實(shí)際情況來確定實(shí)際樁長(zhǎng)，CFG 樁長(zhǎng)的選擇是保證地基穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素。同時(shí)CFG 樁樁身質(zhì)量也要符合施工要求，確保其不會(huì)發(fā)生斷裂而產(chǎn)生安全隱患。在制作CFG 樁時(shí)，一定要對(duì)水量、石屑與煤灰粉進(jìn)行科學(xué)配比，將CFG 樁的坍落度控制在一定范圍內(nèi)，提高樁體的穩(wěn)定性。在CFG 樁完工以后，也要使用靜載試驗(yàn)的方法檢測(cè)其單樁負(fù)載率，并對(duì)它的整體性能進(jìn)行檢測(cè)[1]。

5.4 粉噴樁復(fù)合處理法

粉噴樁加固地基的工作原理是通過粉體噴射裝機(jī)在鉆孔過程中，用高壓空氣將粉狀固化劑以霧狀噴入被加固的軟土中，并借助機(jī)械上特制的鉆頭葉片的旋轉(zhuǎn)，使固化劑與原位軟土就地被強(qiáng)制攪拌混合，從而使樁位原土變硬[2]。固化劑會(huì)在吸水后產(chǎn)生一定的化學(xué)反應(yīng)，因而可改有效改變軟土性能，從而形成一種承載力更高并且水穩(wěn)定性更強(qiáng)的新樁體，同時(shí)樁體也可與樁間土交叉作用，形成一種具有高強(qiáng)度承載能力的復(fù)合地基。在實(shí)際工程中，水泥和石灰是粉噴樁所采用的常見固化劑，所以粉噴樁的樁體大多由水泥土樁或石灰土樁構(gòu)成。

如果以水泥為固化劑，水泥需要在具有活性的粘土中進(jìn)行硬化，通過水泥吸水后的水化反應(yīng)，從而把土顆粒凝結(jié)成土團(tuán)粒，隨著化學(xué)反應(yīng)的不斷深入，會(huì)逐漸產(chǎn)生微晶凝膠，該凝膠不溶于水并且會(huì)在空氣中硬化，進(jìn)而增加軟土強(qiáng)度，并保證加固后的地基具有很強(qiáng)的水穩(wěn)定性。

如果以生石灰作為固化劑，由于生石灰遇水會(huì)膨脹、發(fā)熱，并與土壤中的離子進(jìn)行化學(xué)交換，從而產(chǎn)成碳酸鈣、火山灰等化學(xué)產(chǎn)物，這些化合物會(huì)在水和空氣的作用下變硬，從而可有效促進(jìn)樁體與樁間土的固結(jié)，進(jìn)而形成具有一定承載能力的石灰土，從而完成對(duì)軟土地基的加固。

5.5 預(yù)壓法

為了最大程度的提高軟土地基的承載能力，有效控制建筑物的沉降，因此可以采用預(yù)壓法，通過外力對(duì)巖土地基施加壓力，使其土壤密實(shí)、具有一定承載力，然后再將外力去除。這種預(yù)先加壓的方法，可以在加壓過程中完成大部分沉降，可有效提高地基的承載力。預(yù)約法廣泛適用于粘土、淤泥、人工沖填土等地基施工中。在具體施工過程中，技術(shù)人員要根據(jù)地基的實(shí)際情況采用合適的預(yù)壓方法，例如真空法與堆載法等，而且在預(yù)壓過程中要仔細(xì)觀察地基軟土中孔隙水壓力與地面沉降量，對(duì)壓力進(jìn)行有效控制。預(yù)壓法具有就地取材、簡(jiǎn)便易行、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，在巖土工程地基施工過程中有著較為廣泛的應(yīng)用。

5.6 強(qiáng)夯法

所謂強(qiáng)夯法，就是利用重錘自由落下的重力來夯實(shí)泥土?，F(xiàn)階段的項(xiàng)目工程大多選用8～10 噸的重錘，從20 米左右的高度自由落下利用重力產(chǎn)生的沖擊能來提高地基承載力、降低沉降量。這種方法的施工過程極其簡(jiǎn)單，并且穩(wěn)固效果良好，十分適合處理粘性黃土以及沙性土壤。在操作過程中，大多采用連續(xù)夯擊或間歇夯擊的方法，但是其具有幾個(gè)明顯缺點(diǎn)，例如噪音大、震動(dòng)大等，因此不適合應(yīng)用在房屋密集區(qū)。

6 巖土工程地基處理的實(shí)例應(yīng)用

6.1 工程概述

本項(xiàng)目工程為兩棟住宅樓的施工建設(shè)，計(jì)劃設(shè)計(jì)建筑物為18～20 層的框架結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)40 米，寬17 米，柱網(wǎng)面積為6 米×6 米，單柱負(fù)荷極限為9000KN，地下室深度為5 米。

6.2 施工條件

項(xiàng)目場(chǎng)地為規(guī)劃用地，經(jīng)過回填地勢(shì)相對(duì)平坦，地形簡(jiǎn)單，地面標(biāo)高為96.5m-95.8m，總體地貌為低丘地貌。同時(shí)根據(jù)鉆探顯示，土壤成分表層為填土，中層為沉積物粉質(zhì)粘土，基底層為花崗巖。各土層的具體參數(shù)為：

第1 層

主要為填土，結(jié)構(gòu)較為松散，土層厚度在2.5 米到5.7 米之間，平均填土厚度為3.3 米。

第2 層

主要為粉質(zhì)粘土，韌性與強(qiáng)度都為中等，且在搖震時(shí)無明顯反應(yīng)，有很強(qiáng)的可塑性，土層厚度在3.3 米到6.2 米之間，平均粘土厚度4.6 米。

第3 層

主要為風(fēng)化花崗巖，巖石結(jié)構(gòu)經(jīng)過風(fēng)化遭到一定破壞，主要成分為長(zhǎng)石和石英，花崗巖厚度在25.3 米到42.4 米之間，平均巖石厚度為33.1 米。

第4 層

主要為強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，巖石原結(jié)構(gòu)幾乎全被破壞，巖心碎塊化嚴(yán)重，厚度在1.8 米～12.4 米之間，平均厚度4.1 米。

通過對(duì)土壤結(jié)構(gòu)的仔細(xì)調(diào)研，發(fā)現(xiàn)該建筑項(xiàng)目若采用樁基礎(chǔ)類型進(jìn)行地基處理，需要加深成孔深度，具有較高的經(jīng)濟(jì)成本。通過專家對(duì)勘測(cè)結(jié)果的仔細(xì)驗(yàn)證，最后決定采用CFG 樁復(fù)合地基法，不僅可有效保證工程的施工質(zhì)量，也可在一定程度上降低施工成本，創(chuàng)造最大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

綜上所述，隨著建筑行業(yè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，相應(yīng)的施工技術(shù)也要不斷完善與提高。巖土工程地基的常見處理方法有：化學(xué)處理法、置換墊層法、CFG樁處理法以及粉噴樁復(fù)合處理法等，為了提高地基的處理效果，一定要做好對(duì)巖土工程的前期勘測(cè)，了解地質(zhì)結(jié)構(gòu)，找到適合的地基處理方法，最大程度的保障地基的施工質(zhì)量。