建筑工程中常用軟弱地基處理措施

劉 洋

太原建材地質(zhì)工程勘察院有限公司，山西 太原 030031

建筑工程在人們生產(chǎn)生活中具有重要的地位。建筑工程質(zhì)量一旦出現(xiàn)問題，將會(huì)對人們的生命財(cái)產(chǎn)安全造成嚴(yán)重威脅。軟弱地基具有穩(wěn)定性差、強(qiáng)度低的特點(diǎn)，是影響建筑工程質(zhì)量安全的主要因素之一，施工單位必須對其進(jìn)行特殊處理之后才能開展后續(xù)的工程作業(yè)。因此，研究軟弱地基處理措施對建筑行業(yè)的發(fā)展具有重要意義。

1 軟弱地基簡介及其處理措施

軟弱地基指水分和有機(jī)質(zhì)含量較高的地基。其土壤組分一般較為復(fù)雜，不同成分的質(zhì)量與體積造成其土壤結(jié)構(gòu)較松散，表面及內(nèi)部均存在大量孔隙，因此在強(qiáng)度、穩(wěn)定性、抗壓、抗剪等方面均存在一定的問題，容易在施工過程中發(fā)生沉降，大幅增加了施工難度。在現(xiàn)實(shí)工程中，軟弱地基上的建筑物，會(huì)因?yàn)榈鼗鶑?qiáng)度和沉降變形不滿足設(shè)計(jì)要求出現(xiàn)問題，所以需要對軟弱地基進(jìn)行處理，以提升其強(qiáng)度和穩(wěn)定性，確保建造完成的建筑物可以正常投入使用。軟弱地基的處理方法主要可分為兩大類：（1）直接對地基加固處理，提高其強(qiáng)度；（2）通過深基礎(chǔ)提高地基的承載能力，滿足建筑修建的條件。結(jié)合工程實(shí)踐來看，在軟弱地基厚度較大的情況下，一般采用鋼筋混凝土樁進(jìn)行處理；在地基孔隙較大，含水量較高的情況下，則多采用石灰樁、堆載預(yù)壓、靜壓高強(qiáng)度混凝土樁等辦法進(jìn)行處理。

1.1 換填法

將軟弱地基地面以下一定范圍內(nèi)的土壤挖出，回填具有高強(qiáng)度、高壓縮性的土壤或不具備侵蝕特性的材料。該方法具有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）施工操作簡單便捷、速度快、效率高；（2）能夠與其他方法進(jìn)行綜合應(yīng)用，從而獲得更好的加固效果，基本不會(huì)出現(xiàn)返工的情況；（3）可靈活選擇，可根據(jù)工程現(xiàn)場的實(shí)際情況選擇回填材料。在具體施工過程中，主要是通過人工或機(jī)械先將地基下一定深度的軟弱土層挖除，再采用分層的方式回填碎石或是硬質(zhì)土等高強(qiáng)度填料，最后進(jìn)行夯實(shí)處理。

1.2 強(qiáng)夯法

使用起重機(jī)械將大噸位夯錘起吊至6～30m的高度，使其自由落體，對地基土進(jìn)行夯擊，使土層空隙在巨大的沖擊力下被壓縮，排出水分和氣體，達(dá)到有效壓密固結(jié)的效果，實(shí)現(xiàn)地基承載力和強(qiáng)度的提升。該方法具有成本低、工藝簡單、方便操作且適用范圍廣的優(yōu)點(diǎn)。

1.3 注漿地基

將水泥漿、硅酸鈉等混合形成的漿液通過壓漿泵、注漿管均勻注入土體，填充軟弱地基土壤中的空隙，驅(qū)除水分和氣體，最終形成一個(gè)高強(qiáng)度、高壓縮性、高穩(wěn)定性的巖土體。該方法的特點(diǎn)是取材方便、配方簡單且不會(huì)對環(huán)境造成較大的影響，同時(shí)價(jià)格相對便宜。

1.4 樁基礎(chǔ)法

采用專業(yè)機(jī)械設(shè)備將樁體打入軟弱地基中或直接在軟弱地基之中通過澆筑形成樁體，作為軟弱地基的持力層，發(fā)揮承受荷載的效果。樁基礎(chǔ)法可選用的樁的類型較多，按照成樁方法和工藝可以分為非擠土樁、部分?jǐn)D土樁和擠土樁。因此，該方法的適用范圍非常廣泛，可根據(jù)不同的情況選擇不同類型的樁體。

1.5 預(yù)壓地基

在軟弱地基原狀土的基礎(chǔ)上進(jìn)行加載處理，排除多余的水分和氣體，可以在一定程度上避免建筑物建造完成后的沉降變形。預(yù)壓地基類型包括砂井堆載預(yù)壓地基、塑料排水帶堆載預(yù)壓地基以及真空預(yù)壓地基三種。

2 建筑工程中軟弱地基選用的要點(diǎn)

軟弱地基對建筑物的影響主要體現(xiàn)在三個(gè)方面。（1）沉降方面。由于軟土各部分厚薄程度不同，分布不均勻，會(huì)出現(xiàn)較大的沉降或是局部差異沉降，影響建筑物的正常使用。（2）承載力和穩(wěn)定性方面。若承載力未滿足規(guī)范要求，會(huì)出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象。（3）降水方面。深層地下水的抽取會(huì)導(dǎo)致區(qū)域整體沉降或是建筑物開裂現(xiàn)象的發(fā)生。

2.1 選用加強(qiáng)材料

結(jié)合長期以來我國建筑工程建造實(shí)際情況來看，大部分軟弱地基實(shí)際上并不嚴(yán)重，對加強(qiáng)材料進(jìn)行夯實(shí)處理即可滿足建筑建造的要求。在軟弱地基上部結(jié)構(gòu)荷載較小的情況下，可按照工程施工的具體要求進(jìn)行適當(dāng)處理，但在建筑工程施工要求較為復(fù)雜時(shí)，為了確保萬無一失，有必要對軟弱地基進(jìn)行細(xì)致處理。例如，將地基下部的軟弱土挖除后再回填材料進(jìn)行夯實(shí)處理，必要時(shí)需要額外設(shè)置一定的加固措施。

2.2 綜合采取多種處理措施

隨著我國城市化建設(shè)的推進(jìn)，我國用于建筑建造的土地資源也變得越來越緊張，需要對軟土地基進(jìn)行開發(fā)。針對軟弱地基的一些特殊情況，需要進(jìn)行特殊處理。為了保障達(dá)到預(yù)期效果，需要綜合采用多項(xiàng)技術(shù)措施進(jìn)行聯(lián)合處理。如在工程設(shè)計(jì)較為嚴(yán)格的情況下，可同時(shí)應(yīng)用強(qiáng)夯法、注漿法等。

2.3 秉持因地制宜、實(shí)事求是的原則

結(jié)合工程實(shí)際情況選擇合適的軟弱地基處理方式。我國幅員遼闊，各地區(qū)地理?xiàng)l件差異較大，軟弱地基的分布范圍也十分廣泛，因此處理方式也種類繁多。建筑工程建造不僅需考慮地基情況，還需考慮工程所處的區(qū)域、環(huán)境條件等。如在城市人口密集的區(qū)域，若采用施工噪聲較大的處理方法，將對周邊居民的正常生活造成影響。此外，為了獲得更大的效益，經(jīng)濟(jì)性也是需要重點(diǎn)考慮的一項(xiàng)因素。

3 換填法在建筑工程軟弱地基處理中的應(yīng)用實(shí)例分析

3.1 換填法的加固機(jī)理

通過換填法處理軟弱地基的加固機(jī)理如下。（1）置換作用。使用密實(shí)材料替換地基下的軟弱土。（2）應(yīng)力擴(kuò)散作用?；A(chǔ)底面下一定厚度墊層的應(yīng)力擴(kuò)散作用，以減小墊層下天然土層受到的壓力和附加壓力，將基礎(chǔ)沉降量控制在最小的范圍內(nèi)。（3）加速固結(jié)。使用透水性大的墊層材料，可以加快軟弱地基土層中水分排出的速度，加速固結(jié)。（4）針對暗溝、暗塘等情況，可以通過局部換填的方式，確?；A(chǔ)底面范圍內(nèi)土層壓縮性和反力的均勻性。

3.2 換填法墊層設(shè)計(jì)要點(diǎn)

一是合理選擇墊層材料。結(jié)合工程實(shí)踐，軟弱地基換填法處理中常用的墊層材料主要包括砂石、粉質(zhì)黏土、灰土、粉煤灰、礦渣、其他工業(yè)廢渣、土工合成材料。其中，砂石最好選擇碎石、卵石、礫砂等類型，同時(shí)需注意級配設(shè)計(jì)，粒徑在2mm以下的部分控制在總重量的45%以下。粉質(zhì)黏土的選擇應(yīng)注意土料中有機(jī)質(zhì)的含量不得超出5%，同時(shí)不能含有凍土或膨脹土。如果其中摻雜碎石，則其粒徑應(yīng)控制在50mm以下?；彝恋倪x擇應(yīng)注意配合比設(shè)計(jì)，一般為2∶8或3∶7，使用前還需進(jìn)行嚴(yán)格篩選，避免包含松軟雜質(zhì)。粉煤灰多用于道路、堆場以及小型建筑的軟弱地基處理工作中，被用作換填墊層。在實(shí)際使用時(shí)，應(yīng)鋪上厚0.3～0.5m的土壤。粉煤灰中所使用的摻加劑，必須經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證。同時(shí)，粉煤灰材料必須符合放射性安全標(biāo)準(zhǔn)的要求。礦渣主要指高爐重礦渣，多用于小型建筑物的軟弱地基處理工作。礦渣的松散重度應(yīng)該控制在11kN/m3以上，且有機(jī)質(zhì)和泥土的含量需控制在5%以下。在正式施工之前，進(jìn)行嚴(yán)格的試驗(yàn)，確保其性能符合工程建造的要求。工業(yè)廢渣應(yīng)盡可能選擇質(zhì)地堅(jiān)硬、性能穩(wěn)定、無腐蝕性和放射性的類型，且需要通過試驗(yàn)確保其粒徑、級配符合施工工藝的要求。土工合成材料的使用則要嚴(yán)格遵守國家標(biāo)準(zhǔn)《土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》（GB/T 50290—2014），并通過現(xiàn)場試驗(yàn)確保其滿足要求。

二是合理控制墊層厚度。使用換填法對軟弱地基進(jìn)行處理的過程中，由下臥土層的承載力確定墊層的厚度。該承載力的特征值必須大于墊層底面部位土的自重應(yīng)力與附加應(yīng)力之和。結(jié)合工程實(shí)踐可知，墊層的厚度一般為0.5～3m。換填法示意圖如圖1所示。

圖1 換填法示意圖

墊層底面部位的附加壓力值通過計(jì)算可得，其中涉及墊層的壓力擴(kuò)散角，其數(shù)值的確定根據(jù)情況不同，方法也不同，主要的考慮因素是換填材料。

4 結(jié)束語

綜上所述，隨著現(xiàn)代建筑行業(yè)的不斷發(fā)展，建筑項(xiàng)目遭遇軟弱地基的情況變得越來越普遍，因此地基處理技術(shù)措施受到越來越多的重視。為了滿足較高的工程設(shè)計(jì)和建造要求，地基處理技術(shù)水平也在持續(xù)提高，其中包括機(jī)械設(shè)備、材料、地基處理計(jì)算理論、施工工藝等。面對復(fù)雜的環(huán)境條件，地基處理方法綜合應(yīng)用的情況也越來越普遍。隨著地基處理理論、新材料、新機(jī)械、新工藝的發(fā)展，所采用的地基處理技術(shù)方法也在增加，為社會(huì)生產(chǎn)各領(lǐng)域的建筑工程建造提供了有力支撐。