真空降水聯(lián)合強夯處理在建筑地基施工中的應(yīng)用

吳小鵬 申宗玄 魏 可 孫東旭 孫 鑫

建筑地基施工是保證建筑物結(jié)構(gòu)安全和穩(wěn)定的重要環(huán)節(jié)，而地基的承載力和穩(wěn)定性是決定建筑物使用壽命和安全性的關(guān)鍵因素之一。在傳統(tǒng)的地基處理方法中，常常會遇到一些困難和挑戰(zhàn)，例如，軟土層的加固、砂土層的加密等，因此能夠?qū)ふ乙环N高效并且可靠的地基處理方法顯得尤為重要。本文旨在研究真空降水聯(lián)合強夯處理在建筑地基施工中的應(yīng)用，探討其對地基工程的改善和提升效果，以期為相關(guān)領(lǐng)域的進一步研究提供相關(guān)參考和借鑒。

1 真空降水技術(shù)和強夯處理技術(shù)的原理

1.1 真空降水技術(shù)的原理

真空降水技術(shù)的原理在于利用真空泵，將大氣壓力下的水轉(zhuǎn)化成為水蒸氣。當(dāng)水暴露在低壓環(huán)境中時，水分子之間的相互作用力減弱，從而使水的沸點降低。一方面通過調(diào)整真空泵的操作，可以控制水的沸點，使其在低溫下即可轉(zhuǎn)化為氣態(tài)。另一方面可通過引導(dǎo)氣流和控制氣壓，再將氣態(tài)水蒸氣集中并轉(zhuǎn)化為液態(tài)。最后，通過冷凝器將液態(tài)水凝結(jié)成水滴，實現(xiàn)降水效果[1]。

1.2 強夯處理技術(shù)的原理

首先，強夯處理技術(shù)利用了土壤的物理性質(zhì)，通過排除土壤中的空隙，增加土壤的密實度，進而提高地基的承載能力。夯擊器在地基上自由落下，產(chǎn)生沖擊力，使土壤顆粒重新排列，填補土壤中的空隙，形成更緊密的結(jié)構(gòu)。通過夯擊作用，土壤顆粒之間的摩擦力增加，土壤的內(nèi)摩擦角度增大，從而提高了土壤的穩(wěn)定性，減小地基發(fā)生滑動和失穩(wěn)的可能性。其次，強夯處理技術(shù)利用了土壤的固結(jié)性質(zhì)。在夯擊過程中，沖擊力將土壤顆粒壓實，形成一個更加致密的土體結(jié)構(gòu)。這種固結(jié)作用可以提高土壤的剪切強度，減小地基的沉降和變形。最后，強夯處理技術(shù)還可以改善地基土壤的排水性能。在夯擊過程中，土壤顆粒之間的空隙被填補，導(dǎo)致土壤的孔隙度減小，這樣可以加快水分在土壤中的滲透速度，提高土壤的排水能力，防止土壤液化和地基沉降的風(fēng)險[2]。

2 真空降水聯(lián)合強夯處理的機理和優(yōu)勢

真空降水聯(lián)合強夯處理的機理是通過應(yīng)用真空和強夯2 種方法的協(xié)同作用來改善土壤的力學(xué)性質(zhì)。真空降水技術(shù)能夠?qū)⑼寥乐械目諝夂退殖槌?，形成一個低壓環(huán)境，以獲得更好的土壤固結(jié)效果。而強夯技術(shù)則通過施加高頻率和高振幅的沖擊力，使土壤顆粒重新排列和壓實，從而提高土壤的密實度和承載力。2 種方法的結(jié)合作用可以加速土壤的固結(jié)過程，達(dá)到更好的改良效果。

真空降水聯(lián)合強夯處理在土壤改良中具有諸多優(yōu)勢。首先，這種方法具有操作靈活性，可以根據(jù)不同的土壤類型和工程要求進行調(diào)整和優(yōu)化。其次，真空降水聯(lián)合強夯處理能夠快速改良土壤的力學(xué)性質(zhì)，提高土壤的承載能力和穩(wěn)定性，使其適用于各類工程項目。再次，這種處理方法對環(huán)境的影響較小，減少了對土壤的破壞和污染。最后，真空降水聯(lián)合強夯處理還能夠降低土壤濕度，減少土壤中的水分含量，從而提高施工效率，降低施工成本[3]。

3 真空降水聯(lián)合強夯處理在實際工程中的應(yīng)用案例

3.1 工程概況

計劃修建的道路將使用沖填土作為表層材料，以粉砂、細(xì)砂為主，摻有粉狀粘性土，土壤質(zhì)地疏松，分布不均。沖填土以下為粉砂質(zhì)粘性土，呈流塑狀。一般情況下，該地區(qū)的沖填層深度為2.2 ～3.8 m，部分地區(qū)的深度可達(dá)6 ～7 m。

因其形成時間不長，為欠固結(jié)土，故水分含量高，孔隙度大。由于土層自身的軟弱性，在地震荷載的影響下，極易產(chǎn)生沉陷、液化等問題。因此必須采取相應(yīng)的措施，保證施工過程的安全與穩(wěn)定。本項目針對上下2 種類型的軟土層進行聯(lián)合處理，采用傳統(tǒng)的基礎(chǔ)處理方法難以取得理想的施工效果。經(jīng)過各種方案的對比與分析，確定在地基處理中采用真空降水聯(lián)合強夯處理進行加固。

3.2 設(shè)計要求

為了滿足設(shè)計要求，場區(qū)地基需要符合以下條件:第1，加固的有效深度必須大于等于4 m；第2，當(dāng)深度為0 ～2 m 時，承載力標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)不小于130 kPa；當(dāng)深度為2 ～4 m 時，承載力標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)大于120 kPa；第3，地基的回彈模量E0不小于25 MPa。

3.3 地基處理方案

根據(jù)工程地質(zhì)、工程經(jīng)驗及本工程具體情況，采用真空降水聯(lián)合強夯法對場地地基進行加固處理，加固深度為4 ～6 m。回填土主要為粉性土，不能含有污染物質(zhì)、有機質(zhì)、金屬以及放射性物質(zhì)。各填料含水率均為最佳含水率的-4%～+2%。最佳含水率由壓實試驗決定，試驗結(jié)果應(yīng)交設(shè)計方認(rèn)可。強夯點布置形式如圖1 所示。

圖1 強夯點布置形式（來源：網(wǎng)絡(luò)）

地基處理流程如下：第1，測量地形，方格距離應(yīng)不大于15 m×15 m。第2，設(shè)置排水溝，對場地明浜區(qū)域進行抽水以及回填。第3，清除場地表層20 cm 耕植土并平整場地，場地平均標(biāo)高2.50 m，回填土后標(biāo)高可至3.90 m。第4，設(shè)置井點進行降水，降至地面5 m 以下并連續(xù)降水7 d 后拔除場地內(nèi)部井點，并采取低能量強夯法進行第1 遍強夯。第5，設(shè)置井點進行降水，降至地面5 m 以下并連續(xù)降水7 d 后拔除場地內(nèi)部井點，并采取低能量強夯法進行第2 遍強夯。再次回填土，使標(biāo)高達(dá)到5.30 m。第6，設(shè)置井點進行降水，水位降至地面5 m 以下并連續(xù)降水7 d 后，拔除場地內(nèi)部井點，并采取低能量強夯法進行第3 遍強夯。第7，場地整平碾壓至設(shè)計標(biāo)高5.10 m。

3.4 地基處理室內(nèi)試驗與現(xiàn)場檢測

項目擬通過現(xiàn)場采集表層及淺層土樣品，結(jié)合平面加載實驗對其進行研究。為檢驗該方法對飽和軟土地基的有效性，在強夯施工前后，通過進行現(xiàn)場靜力觸探及標(biāo)定滲透實驗，得出以下結(jié)論：

第1，在淺表1 ～4 m 深度處，運用合理的沉降方法及夯擊技術(shù)參數(shù)，對所填細(xì)砂和下臥軟土層均有較好的加固作用，加固后的土體力學(xué)性能均有較大提高，滿足或者超出了設(shè)計指標(biāo)。第2，在地表以下1 m 處，強夯法對吹填沙層的強化作用并不十分明顯，有些地方出現(xiàn)了振動現(xiàn)象，因此在強夯后還需對表面砂層進行適當(dāng)?shù)膲簩峓4]。強夯前后標(biāo)貫試驗結(jié)果對比表，如表1 所示。地基處理前后各土層物理力學(xué)參數(shù)對照，如表2 所示。

表1 強夯前后標(biāo)貫試驗結(jié)果對比表

表2 地基處理前后各土層物理力學(xué)參數(shù)對照

經(jīng)過地基處理，土壤的各種指數(shù)均得到較大的提高，尤其是表層土壤重度增加的情況更為明顯?？梢?，在該項目中采用真空降水聯(lián)合強夯處理方法可以獲得較好的加固效果[5]。該方法在前2 個土層中應(yīng)用較為有效，最下面1 層的物理力學(xué)參數(shù)指標(biāo)改善效果并不明顯[6]。

4 真空降水聯(lián)合強夯處理技術(shù)在建筑地基施工中的局限性及改進措施

真空降水聯(lián)合強夯處理技術(shù)在建筑地基施工中的應(yīng)用存在一定的局限性，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

1）對地質(zhì)條件的要求。雖然該技術(shù)適用于處理飽和的軟土地基，但是在滲透性較差或地下水位過低的土壤條件下，真空降水的效果可能會受到影響[7]。

2）對施工條件的限制。強夯法在施工時會產(chǎn)生較大的噪聲和振動，因此，在人口密集或者對噪聲限制較嚴(yán)格的地區(qū)使用該技術(shù)時可能會受到限制[8]。

3）成本相對較高。相較于一些傳統(tǒng)的地基處理方法，真空降水聯(lián)合強夯處理技術(shù)的施工成本較高。

4）施工周期可能較長。該技術(shù)需要分階段進行，如先進行真空降水，再進行強夯處理等，因此可能會延長整體的施工周期[9-10]。

5）對土體加固的效果可能受到限制。雖然該技術(shù)可以有效提高地基承載力，降低土壤含水量，但其對土體加固的效果可能會受到土質(zhì)、地下水條件等多種因素的影響[11]。

在具體應(yīng)用中，需要根據(jù)工程實際情況和設(shè)計要求考慮該技術(shù)的適用性和局限性，并采取以下措施進行改進和優(yōu)化：

1）增強地質(zhì)適應(yīng)性。項目在施工前應(yīng)進行詳細(xì)的地質(zhì)勘察，了解地質(zhì)條件，比如，土壤類型、地下水位等，以確保該技術(shù)適用于當(dāng)前的地質(zhì)條件。對于非飽和土或地下水位過低的土壤，可以考慮采用其他地基處理方法[12-13]。

2）優(yōu)化施工設(shè)備和工藝。為降低施工噪聲和振動，可以選用低噪聲、低振動的施工設(shè)備，如液壓錘等，同時，優(yōu)化施工工藝，如采用靜壓式強夯等。

3）降低成本?？梢酝ㄟ^優(yōu)化設(shè)計和施工方案，減少不必要的浪費和開支，同時考慮采用國產(chǎn)的設(shè)備和材料，以降低成本[14]。

4）縮短施工周期。可以優(yōu)化施工流程和設(shè)備調(diào)度，提高施工效率，并考慮采用一些快速檢測方法，如聲波檢測等，以加快施工進度。

5）提高加固效果?？梢越Y(jié)合具體工程需要進行適當(dāng)調(diào)整，如增加強夯次數(shù)、優(yōu)化夯擊能量等，以提高加固效果。

5 結(jié)語

本文主要研究了真空降水聯(lián)合強夯處理技術(shù)在建筑地基施工中的應(yīng)用。通過本文研究可知，真空降水聯(lián)合強夯處理技術(shù)在建筑地基施工中具有廣泛的應(yīng)用前景，對于提高地基承載力、降低土壤含水量、增強施工效率等方面具有明顯優(yōu)勢。但是，真空降水聯(lián)合強夯處理技術(shù)的施工效果受地質(zhì)條件、施工設(shè)備和工藝等多種因素的影響，因此在應(yīng)用中需要結(jié)合具體情況進行適當(dāng)調(diào)整和優(yōu)化。