房屋建筑施工工程中的地基處理技術(shù)

陳潞紅

(山西建設(shè)投資集團(tuán)有限公司，山西 太原 030032)

1 房屋建筑施工工程中地基處理技術(shù)的主要特點(diǎn)

1.1 復(fù)雜性

地基處理技術(shù)涉及到多種因素，如土質(zhì)、水文、地質(zhì)、荷載、結(jié)構(gòu)等，這些因素之間相互影響，相互制約，使得地基處理技術(shù)具有很強(qiáng)的復(fù)雜性。例如，不同的土質(zhì)對(duì)地基處理技術(shù)的選擇和效果有很大的影響，如粘土、砂土、卵石土等，需要采用不同的地基處理方法，如擠密法、灌注樁法、預(yù)應(yīng)力錨索法等。而且，同一種土質(zhì)在不同的水文和地質(zhì)條件下，也會(huì)有不同的反應(yīng)和變化，如干濕變化、季節(jié)變化、地震作用等，需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化[1]。

1.2 多變性

地基處理技術(shù)隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和工程實(shí)踐的積累，不斷創(chuàng)新和改進(jìn)，形成了多種多樣的地基處理方法和技術(shù)。例如，傳統(tǒng)的地基處理方法有挖孔灌注樁法、沉井法、沉管法等，現(xiàn)代的地基處理方法有高壓旋噴樁法、高壓噴射樁法、高頻振動(dòng)樁法等。這些方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，適用于不同的工程條件和要求。因此，在選擇和設(shè)計(jì)地基處理技術(shù)時(shí)，需要綜合考慮各種因素，根據(jù)最新的技術(shù)水平和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行比較和分析。

1.3 風(fēng)險(xiǎn)性

地基處理技術(shù)是一項(xiàng)高風(fēng)險(xiǎn)的工程技術(shù)，它涉及到建筑物的穩(wěn)定性和耐久性，如果出現(xiàn)問題或失效，可能會(huì)造成嚴(yán)重的后果和損失。例如，如果地基處理技術(shù)選擇不當(dāng)或施工質(zhì)量不高，可能會(huì)導(dǎo)致地基沉降、裂縫、變形等現(xiàn)象，影響建筑物的正常使用和壽命。而且，地基處理技術(shù)還受到外界環(huán)境的影響，如氣候變化、人為干擾、自然災(zāi)害等，可能會(huì)導(dǎo)致地基處理效果的變化或損壞。因此，在進(jìn)行地基處理技術(shù)時(shí)，需要進(jìn)行嚴(yán)格的設(shè)計(jì)和施工監(jiān)控，并采取必要的防護(hù)措施。

1.4 特殊性

地基處理技術(shù)是一項(xiàng)針對(duì)特定工程條件和要求而進(jìn)行的工程技術(shù)，它沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，需要根據(jù)具體情況進(jìn)行定制和調(diào)整。例如，在某些特殊場(chǎng)合或區(qū)域，如歷史文化遺址、生態(tài)保護(hù)區(qū)、島嶼或海洋等，需要采用特殊的地基處理技術(shù)，如微型樁法、水下灌注樁法、浮動(dòng)樁法等。這些技術(shù)需要考慮到保護(hù)環(huán)境和文化遺產(chǎn)的要求，并克服一些技術(shù)難題和挑戰(zhàn)。

2 房屋建筑施工工程中地基處理技術(shù)優(yōu)化的必要性

2.1 提高地基承載力

地基承載力是指地基在不發(fā)生破壞或超過允許變形的情況下，能夠承受的最大荷載。提高地基承載力是地基處理技術(shù)優(yōu)化的主要目的之一，也是保證建筑物安全性能的必要條件。根據(jù)不同的地質(zhì)條件和荷載特點(diǎn)，可以采用不同的方法來提高地基承載力，如樁基、植筋土、灌注樁、噴射樁、動(dòng)力壓密等[2]。

例如，在軟土或淤泥層上建造高層建筑時(shí)，可以采用樁基來提高地基承載力。樁基是指將預(yù)制或現(xiàn)場(chǎng)制作的鋼筋混凝土、木材或金屬等材料的樁體打入或灌入土層中，形成一定形式和數(shù)量的樁群，以承受建筑物的荷載并傳遞給較深層或較堅(jiān)硬的土層。樁基可以有效增加地基的有效面積，改善土層的應(yīng)力分布，提高土層的抗剪強(qiáng)度，從而提高地基承載力。

2.2 降低地基變形量

地基變形量是指地基在荷載作用下發(fā)生的位移或變形。降低地基變形量是地基處理技術(shù)優(yōu)化的主要目的之一，也是保證建筑物使用性能和美觀性能的必要條件。根據(jù)不同的變形類型和原因，可以采用不同的方法來降低地基變形量，如排水固結(jié)、預(yù)壓加固、加筋加固、注漿加固等。

例如，在含水量較高或滲透性較差的粘性土層上建造建筑物時(shí)，可以采用排水固結(jié)法來降低地基變形量。排水固結(jié)法是指在土層中設(shè)置排水管道或排水板等設(shè)施，利用外加荷載或自重荷載，使土層中多余孔隙水排出，從而促進(jìn)土層固結(jié)和壓縮，減少土層厚度和孔隙比，增加土層密度和彈性模量，從而降低地基變形量[3]。

2.3 減少地基不均勻沉降

地基不均勻沉降是指地基在荷載作用下發(fā)生的不同部位的沉降量不相等。減少地基不均勻沉降是地基處理技術(shù)優(yōu)化的主要目的之一，也是保證建筑物結(jié)構(gòu)完整性和耐久性的必要條件。根據(jù)不同的沉降原因和程度，可以采用不同的方法來減少地基不均勻沉降，如調(diào)整荷載分布、改善土層均勻性、補(bǔ)償沉降、加固沉降區(qū)等。

例如，在地基土層中存在局部軟弱或空洞的情況下建造建筑物時(shí)，可以采用補(bǔ)償沉降法來減少地基不均勻沉降。補(bǔ)償沉降法是指在軟弱或空洞區(qū)域注入水泥漿、泡沫混凝土或其他材料，使其充填空隙或提高強(qiáng)度，從而抵消或減小軟弱或空洞區(qū)域的沉降量，使其與周圍土層保持一致，從而減少地基不均勻沉降。

2.4 防止地基液化或膨脹

地基液化或膨脹是指地基在特定條件下發(fā)生的由固態(tài)向液態(tài)或氣態(tài)轉(zhuǎn)變的現(xiàn)象。防止地基液化或膨脹是地基處理技術(shù)優(yōu)化的主要目的之一，也是保證建筑物抗災(zāi)性能和壽命的必要條件[4]。根據(jù)不同的液化或膨脹機(jī)理和影響因素，可以采用不同的方法來防止地基液化或膨脹，如改善排水條件、增加有效應(yīng)力、增加抗剪強(qiáng)度、隔離有害土層等。

例如，在含有可膨脹黏土或含有有機(jī)質(zhì)的土層上建造建筑物時(shí)，可以采用隔離法來防止地基膨脹。隔離法是指在可膨脹土層或有機(jī)質(zhì)土層與建筑物之間設(shè)置隔離層，如砂墊層、防水膜、隔離板等，以阻止水分或其他物質(zhì)的滲入或滲出，從而控制土層的含水量和體積變化，從而防止地基膨脹。

3 房屋建筑施工工程中地基處理技術(shù)的類型

3.1 樁基處理

樁基處理是指在地基土層中打入或灌注樁體，以提高地基承載力和抗變形能力的方法。樁基處理適用于承載力較低、變形較大、不均勻沉降較嚴(yán)重的地基土層，或者需要跨越障礙物或深埋地下結(jié)構(gòu)的建筑物。樁基處理的類型有預(yù)制樁、灌注樁、鉆孔灌注樁、振動(dòng)沉樁等[5]。例如，鉆孔灌注樁是在地基土層中鉆孔，然后在孔內(nèi)灌注混凝土或其他材料，形成樁體的方法。鉆孔灌注樁適用于承載力較高、變形較小、均勻沉降較小的地基土層，或者需要穿越巖石層或硬土層的建筑物。

3.2 土層加固處理

土層加固處理是指在地基土層中注入水泥漿、化學(xué)液體或其他材料，以改善土層性質(zhì)和增強(qiáng)土層強(qiáng)度的方法。土層加固處理適用于承載力較低、變形較大、不均勻沉降較嚴(yán)重的地基土層，或者需要防止液化、滑移、沖刷等現(xiàn)象的建筑物。土層加固處理的類型有水泥漿噴射法、化學(xué)液體噴射法、水泥土攪拌法、水泥土柱法等。例如，水泥漿噴射法是在地基土層中噴射水泥漿，使水泥漿與土粒結(jié)合，形成加固體的方法。水泥漿噴射法適用于承載力較低、變形較大、不均勻沉降較嚴(yán)重的地基土層，或者需要防止液化、滑移、沖刷等現(xiàn)象的建筑物。

3.3 土層置換處理

土層置換處理是指將地基土層中的部分或全部土質(zhì)挖除，然后填入具有良好性能的材料，以提高地基承載力和抗變形能力的方法。土層置換處理適用于承載力較低、變形較大、不均勻沉降較嚴(yán)重的地基土層，或者需要改善地下水位或排水條件的建筑物。土層置換處理的類型有挖填法、擠壓法、沖洗法等。例如，挖填法是將地基土層中的部分或全部土質(zhì)挖除，然后填入礫石、砂石等材料，形成置換體的方法。挖填法適用于承載力較低、變形較大、不均勻沉降較嚴(yán)重的地基土層，或者需要改善地下水位或排水條件的建筑物[6]。

4 地基處理過程中的注意事項(xiàng)和要點(diǎn)

案例一：某高層建筑物在軟黏土地基上進(jìn)行施工，為了提高地基承載力和防止不均勻沉降，采用了灌注樁作為地基處理方法。灌注樁是在預(yù)先打入鋼管樁后，在鋼管內(nèi)注入水泥漿，并同時(shí)拔出鋼管，形成一根帶有鋼筋籠的混凝土樁。灌注樁具有承載力高、沉降小、施工快速等優(yōu)點(diǎn)。在施工過程中，需要注意以下幾點(diǎn)。

1)灌注樁的樁徑、樁長(zhǎng)、樁間距、鋼筋籠配置等參數(shù)應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求和地基土的情況確定，不能隨意更改；2)灌注樁的鋼管樁應(yīng)打入到設(shè)計(jì)的樁尖標(biāo)高，不能過深或過淺，以免影響灌注樁的質(zhì)量和效果；3)灌注樁的水泥漿應(yīng)按照設(shè)計(jì)的配合比和流動(dòng)性要求配制，并定期檢測(cè)其性能，保證其穩(wěn)定性和均勻性；4)灌注樁的拔管速度應(yīng)與注漿速度相匹配，保持鋼管內(nèi)的水泥漿壓力大于地基土的孔隙水壓力，防止水泥漿外溢或土體進(jìn)入；5)灌注樁的施工應(yīng)避免在雨季或寒冷季節(jié)進(jìn)行，以免水泥漿受到水分或溫度的影響，導(dǎo)致凝結(jié)時(shí)間延長(zhǎng)或強(qiáng)度降低[7]。

案例二：某工業(yè)廠房在含有大量粉砂層的地基上進(jìn)行施工，為了防止地基土發(fā)生液化或滑移等現(xiàn)象，采用了攪拌樁作為地基處理方法。攪拌樁是在地基土中用機(jī)械攪拌器攪拌土體，并同時(shí)噴入水泥漿或其他外加劑，形成一根帶有固化劑的土樁。攪拌樁具有改善地基土性能、增加地基土抗剪強(qiáng)度、減少地基土變形等優(yōu)點(diǎn)。在施工過程中，需要注意以下幾點(diǎn)。

1)攪拌樁的樁徑、樁長(zhǎng)、樁間距、固化劑用量等參數(shù)應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求和地基土的情況確定，不能隨意更改；2)攪拌樁的機(jī)械攪拌器應(yīng)選擇合適的型號(hào)和規(guī)格，并保持良好的工作狀態(tài)，避免出現(xiàn)故障或損壞；3)攪拌樁的固化劑應(yīng)按照設(shè)計(jì)的配合比和流動(dòng)性要求配制，并定期檢測(cè)其性能，保證其穩(wěn)定性和均勻性；4)攪拌樁的施工應(yīng)按照設(shè)計(jì)的順序和方向進(jìn)行，保持?jǐn)嚢杵髟诘鼗林械拇怪睜顟B(tài)，防止出現(xiàn)偏斜或偏移[8]；5)攪拌樁的施工應(yīng)在固化劑噴入后盡快完成，以免固化劑在地基土中發(fā)生分離或沉降。

5 房屋建筑施工工程中常用的地基處理技術(shù)

5.1 擠密法

擠密法是一種利用機(jī)械或人力將材料或構(gòu)件插入地基土中，使地基土發(fā)生擠壓和密實(shí)的方法。擠密法可以分為靜力擠密法和動(dòng)力擠密法兩大類。

靜力擠密法是指將鋼管、鋼板、預(yù)制樁等構(gòu)件以恒定或變化的速度靜止地插入地基土中，使地基土在構(gòu)件周圍產(chǎn)生徑向擠壓和密實(shí)。靜力擠密法適用于粘性土、淤泥、軟土等松散或弱固結(jié)的地基土，也可以用于含砂卵石層或碎石層等較硬的地基土。靜力擠密法的優(yōu)點(diǎn)是施工噪音小，不會(huì)對(duì)周圍環(huán)境造成影響，施工速度快，效果好。靜力擠密法的缺點(diǎn)是施工設(shè)備較重，需要較大的場(chǎng)地和較高的樁頂反力，施工成本較高[9]。

動(dòng)力擠密法是指將鋼管、鋼板、預(yù)制樁等構(gòu)件以周期性地沖擊或振動(dòng)方式插入地基土中，使地基土在構(gòu)件周圍產(chǎn)生徑向和軸向擠壓和密實(shí)。動(dòng)力擠密法適用于砂土、碎石層、卵石層等松散或中等固結(jié)的地基土，也可以用于含水量較高的黏性土或淤泥等軟弱地基土。動(dòng)力擠密法的優(yōu)點(diǎn)是施工設(shè)備較輕，不需要較大的場(chǎng)地和較高的樁頂反力，施工成本較低。動(dòng)力擠密法的缺點(diǎn)是施工噪音大，會(huì)對(duì)周圍環(huán)境造成干擾，施工效果受到?jīng)_擊或振動(dòng)頻率、幅度、時(shí)間等因素的影響。

舉例說明：某住宅樓項(xiàng)目位于河灘區(qū)，地下水位高，地質(zhì)條件復(fù)雜，主要由粘性土、淤泥、砂卵石層組成。為了提高地基承載力和抗變形能力，設(shè)計(jì)采用了靜力擠密法和動(dòng)力擠密法相結(jié)合的方式進(jìn)行地基處理。具體方法是：在粘性土和淤泥層中采用靜力擠密法，每隔3m插入一根直徑為0.8m的鋼管樁，樁長(zhǎng)為10m；在砂卵石層中采用動(dòng)力擠密法，每隔2m插入一根直徑為0.6m的鋼板樁，樁長(zhǎng)為8m。經(jīng)過地基處理后，地基土的承載力提高了約30%，沉降量減少了約40%，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求[10]。

5.2 灌注法

灌注法是一種利用水泥漿、水泥土、混凝土等材料灌注到地基土中，使地基土與灌注材料形成復(fù)合體，提高地基土的強(qiáng)度和剛度的方法。灌注法可以分為壓密灌注法和置換灌注法兩大類。

壓密灌注法是指將灌注材料以一定的壓力從地表或鉆孔中灌注到地基土中，使地基土在灌注材料的作用下發(fā)生壓密和固結(jié)。壓密灌注法適用于粘性土、淤泥、軟土等松散或弱固結(jié)的地基土，也可以用于含水量較高的砂土等滲透性較好的地基土。壓密灌注法的優(yōu)點(diǎn)是施工簡(jiǎn)單，不需要特殊的設(shè)備，施工成本較低，施工效果好。壓密灌注法的缺點(diǎn)是施工過程中可能會(huì)造成地面沉降或裂縫，需要進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制，施工范圍受到灌注材料擴(kuò)散范圍的限制[11]。

置換灌注法是指將灌注材料以一定的壓力從鉆孔中灌注到地基土中，同時(shí)將鉆孔中的地基土排出，使地基土被灌注材料完全或部分置換。置換灌注法適用于砂土、碎石層、卵石層等松散或中等固結(jié)的地基土，也可以用于含水量較低的黏性土或淤泥等軟弱地基土。置換灌注法的優(yōu)點(diǎn)是施工范圍廣，不會(huì)造成地面沉降或裂縫，施工效果好。置換灌注法的缺點(diǎn)是施工設(shè)備較復(fù)雜，需要較大的場(chǎng)地和較高的樁頂反力，施工成本較高。

舉例說明：某商業(yè)樓項(xiàng)目位于市區(qū)，周圍有多棟高層建筑物，地下水位低，地質(zhì)條件較好，主要由砂土和碎石層組成。為了提高地基承載力和抗變形能力，設(shè)計(jì)采用了置換灌注法進(jìn)行地基處理。具體方法是：在砂土層中采用水泥漿置換灌注法，每隔2m鉆孔一根直徑為0.5m的圓形樁孔，樁孔深度為15m；在碎石層中采用水泥土置換灌注法，每隔3m鉆孔一根直徑為0.8m的方形樁孔，樁孔深度為20m。經(jīng)過地基處理后，地基土地承載力提高了約50%，沉降量減少了約60%，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求[12]。

5.3 加筋法

加筋法是一種利用鋼筋、鋼絲網(wǎng)、纖維等材料增強(qiáng)土層的方法，它適用于處理軟土、填土、邊坡等容易發(fā)生塑性變形或滑動(dòng)的土壤。加筋法的原理是通過在土層中設(shè)置一定形式和數(shù)量的加筋材料，使其與土壤顆粒形成有效的摩擦力或粘結(jié)力，提高土層的抗剪強(qiáng)度和剛度，從而達(dá)到增加穩(wěn)定性、防止變形或滑動(dòng)的目的。加筋法有多種具體方法，如平面加筋法、立體加筋法、錨固加筋法等。其中，平面加筋法是最常用的一種，它可以分為水平加筋法和垂直加筋法。水平加筋法是在土層中水平鋪設(shè)一層或多層加筋材料，然后覆蓋一層或多層土壤，形成一個(gè)復(fù)合體。垂直加筋法是在土層中垂直插入一根或多根加筋材料，然后與周圍的土壤緊密結(jié)合，形成一個(gè)復(fù)合體。例如，在廣州某高速公路工程中，為了處理路基下方的軟弱填土層，采用了水平加筋法，即在填土層中每隔0.5m水平鋪設(shè)一層鋼絲網(wǎng)，并用夯實(shí)機(jī)進(jìn)行壓實(shí)，形成一個(gè)厚度為3m的加筋復(fù)合體，提高了填土層的承載力和穩(wěn)定性[13]。

6 房屋建筑施工工程中地基處理技術(shù)的未來發(fā)展方向

6.1 提高地基處理技術(shù)的智能化水平

隨著信息技術(shù)和人工智能的發(fā)展，地基處理技術(shù)可以利用大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、機(jī)器學(xué)習(xí)等手段，實(shí)現(xiàn)對(duì)地基狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、分析和預(yù)警，以及對(duì)地基處理過程的自動(dòng)化、優(yōu)化和控制[14]。例如，可以通過無人機(jī)、傳感器、攝像頭等設(shè)備，收集地基的溫度、濕度、壓力、位移等數(shù)據(jù)，上傳到云端進(jìn)行分析和處理，生成地基質(zhì)量評(píng)估報(bào)告和風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警信息，指導(dǎo)施工人員采取相應(yīng)的地基處理措施。同時(shí)，可以通過智能機(jī)器人、機(jī)械臂等設(shè)備，執(zhí)行地基處理任務(wù)，如打樁、注漿、植筋等，提高施工效率和質(zhì)量。

6.2 提高地基處理技術(shù)的環(huán)保性能

隨著社會(huì)對(duì)環(huán)境保護(hù)的意識(shí)和要求不斷提高，地基處理技術(shù)也需要減少對(duì)環(huán)境的污染和破壞，實(shí)現(xiàn)資源節(jié)約和循環(huán)利用。例如，可以通過采用生物土工技術(shù)，利用微生物或植物等生物材料對(duì)地基進(jìn)行改良或加固，既可以提高地基的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，又可以保持土壤的生態(tài)功能和美觀性。同時(shí)，可以通過采用可降解或可回收的材料對(duì)地基進(jìn)行處理，如聚合物、纖維素等，避免產(chǎn)生不可降解或有毒的廢棄物，減少對(duì)環(huán)境的污染[15]。

6.3 提高地基處理技術(shù)的適應(yīng)性能力

隨著建筑工程的多樣化和個(gè)性化需求不斷增加，地基處理技術(shù)也需要根據(jù)不同的地質(zhì)條件、建筑類型、功能要求等因素，選擇合適的方法和材料對(duì)地基進(jìn)行定制化處理。例如，可以通過采用復(fù)合或多功能材料對(duì)地基進(jìn)行處理，如納米材料、智能材料等，賦予地基具有自修復(fù)、自適應(yīng)、自感應(yīng)等特性，以滿足建筑物在不同環(huán)境下的安全性能要求。同時(shí)，可以通過采用模塊化或可拆卸的方式對(duì)地基進(jìn)行處理，如預(yù)制樁、可拆卸樁等，實(shí)現(xiàn)地基處理的靈活性和可重復(fù)性，以滿足建筑物在不同位置或用途下的變化需求。

7 結(jié)語

綜上所述，房屋建筑施工工程中地基處理技術(shù)優(yōu)化具有關(guān)鍵意義，可以有效提高地基承載力、降低地基變形量、減少地基不均勻沉降、防止地基液化或膨脹等，從而保證建筑物的安全性、穩(wěn)定性、耐久性、使用性和美觀性等。在實(shí)際工程中，應(yīng)根據(jù)具體情況選擇合適的方法和技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化處理，以達(dá)到最佳效果。