試析巖土工程中地基與樁基礎(chǔ)處理技術(shù)要點(diǎn)

【摘要】地基處理主要是對(duì)地基土進(jìn)行改良和加固，以提高地基的承載力和穩(wěn)定性；而樁基礎(chǔ)則是通過(guò)樁的作用來(lái)傳遞和分散荷載，保證建筑物和結(jié)構(gòu)物的穩(wěn)定性。地基與樁基礎(chǔ)處理技術(shù)的有效應(yīng)用，可以提高工程的安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性。文章圍繞地基與樁基礎(chǔ)處理技術(shù)要點(diǎn)展開(kāi)探討，旨在提供可供實(shí)際工程設(shè)計(jì)和施工參考的技術(shù)原理與經(jīng)驗(yàn)。

【關(guān)鍵詞】巖土工程；地基；樁基礎(chǔ)；技術(shù)要點(diǎn)

【中圖分類號(hào)】TU473" " " "【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A" " " "【文章編號(hào)】1673-6028（2024）02-0106-03

0 引言

在巖土工程建設(shè)過(guò)程中必須根據(jù)地基土的性質(zhì)，選用科學(xué)合理的地基與樁基礎(chǔ)處理技術(shù)，既能保證工程的穩(wěn)定、安全，又能提高工程質(zhì)量，提升工程效益，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境效益的優(yōu)化。在全球氣候變化、資源環(huán)境壓力加大的背景下，地基與樁基礎(chǔ)處理更應(yīng)該向綠色、環(huán)保、低碳方向發(fā)展，通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新和工藝優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)巖土工程的可持續(xù)發(fā)展[1]。

1 巖土工程的特點(diǎn)

1.1 特殊性巖土的物理力學(xué)特性不穩(wěn)定

巖土工程是研究并處理土壤與巖石在建筑物、結(jié)構(gòu)物荷載作用下的行為和性能的工程領(lǐng)域[2]，而巖土材料的物理力學(xué)特性往往是不穩(wěn)定的，具有一定的異質(zhì)性和不均勻性。土壤和巖石的強(qiáng)度、穩(wěn)定性、滲透性等性質(zhì)在不同地質(zhì)環(huán)境和加載條件下都會(huì)發(fā)生變化，因此在進(jìn)行巖土工程設(shè)計(jì)和施工時(shí)，需要根據(jù)具體的地質(zhì)條件和環(huán)境要求，采用不同的處理方法與技術(shù)。

1.2 施工隱蔽性較強(qiáng)

巖土工程施工的大部分工作都是在地下進(jìn)行，因此具有較強(qiáng)的施工隱蔽性。與建筑物和結(jié)構(gòu)物的地上施工相比，地下施工往往受到許多困難限制，需要采用特殊設(shè)備和技術(shù)手段。同時(shí)，地下環(huán)境復(fù)雜性和不可預(yù)測(cè)性也增加了施工的風(fēng)險(xiǎn)和不確定性。因此，在巖土工程的施工過(guò)程中，需要嚴(yán)格控制施工質(zhì)量和安全，特別是防止巖土體的坍塌和失穩(wěn)。

1.3 技術(shù)依賴性強(qiáng)

巖土工程的設(shè)計(jì)和施工需要依賴一定的專業(yè)知識(shí)和技術(shù)手段，如地質(zhì)勘察、土壤力學(xué)、巖石力學(xué)等。巖土工程涉及的技術(shù)和方法較為復(fù)雜，需要綜合考慮土壤和巖石的物理力學(xué)特性、地質(zhì)條件、環(huán)境要求等因素[3]。同時(shí)，巖土工程還需要與其他學(xué)科和領(lǐng)域相互協(xié)調(diào)與配合，如結(jié)構(gòu)工程、水利工程、環(huán)境工程等。因此，巖土工程的設(shè)計(jì)和施工需要具備強(qiáng)大的技術(shù)支持和專業(yè)團(tuán)隊(duì)。

2 巖土工程中地基處理技術(shù)

2.1 混凝土疏樁復(fù)合地基處理技術(shù)

如圖1所示，混凝土疏樁復(fù)合地基處理技術(shù)，在巖土工程地基處理中得到了廣泛應(yīng)用，該技術(shù)是通過(guò)設(shè)置拒土墻或者中間墻，使得樁與樁之間形成有效的產(chǎn)力層，從而有效增強(qiáng)土體的原生強(qiáng)度[4]?；炷潦铇稄?fù)合地基處理技術(shù)因具有良好的整體性、強(qiáng)透水性等優(yōu)點(diǎn)，在高速公路、鐵路、橋梁、建筑等各類巖土工程中得到廣泛應(yīng)用。特別是在地基軟弱、沉降大、處理?xiàng)l件復(fù)雜的地質(zhì)工況下，更具突出效果。混凝土疏樁復(fù)合地基處理的主要施工步驟為：先進(jìn)行樁基設(shè)定，根據(jù)設(shè)計(jì)要求打入樁體；再進(jìn)行樁間土體的改性處理，通常采用靜壓注漿或者動(dòng)壓噴射等方法；最后構(gòu)造拒土墻，混凝土澆筑成型。雖然混凝土疏樁復(fù)合地基處理技術(shù)在一些工程中得到了較好的應(yīng)用，但在實(shí)際應(yīng)用中也面臨著一些挑戰(zhàn)。例如，此技術(shù)在施工過(guò)程中，需要其他地基處理技術(shù)配合，對(duì)施工技能和經(jīng)驗(yàn)要求較高。另外，樁間土體的改性處理施工，需要準(zhǔn)確計(jì)算和高精度施工，而這對(duì)施工工藝、施工設(shè)備和操作要求很高。

2.2 地基碾壓與夯實(shí)技術(shù)

地基處理是建筑工程中重要的一環(huán)，直接影響到建筑物的穩(wěn)定性和持久性。地基處理方法有很多種，其中，碾壓和夯實(shí)是兩種常見(jiàn)的方法。碾壓主要是借助壓路機(jī)將土層壓緊，增強(qiáng)其穩(wěn)定性[5]；而夯實(shí)則是通過(guò)應(yīng)用機(jī)械力量對(duì)土壤進(jìn)行振動(dòng)和壓縮，提高其密度和承載力。這兩種方法都有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，但也有各自的適用范圍和使用注意事項(xiàng)。

碾壓是一種廣泛應(yīng)用于大面積填土作業(yè)的地基處理方法。在碾壓過(guò)程中，通常會(huì)使用壓路機(jī)等設(shè)備，通過(guò)機(jī)械力將土壤壓實(shí)，增強(qiáng)其穩(wěn)定性。為了確定碾壓效果，通常需要將壓路層控制在20～30cm厚度范圍內(nèi)，這是因?yàn)樘竦耐翆訜o(wú)法通過(guò)碾壓達(dá)到理想的壓實(shí)效果。在這個(gè)厚度范圍內(nèi)，土壤可以被均勻壓實(shí)，從而得到較好的承載力。然而，碾壓一次往往不能達(dá)到預(yù)期效果，需要進(jìn)行多次碾壓，這樣可以更好地壓實(shí)土層，進(jìn)一步提高其強(qiáng)度和穩(wěn)定性。

夯實(shí)主要通過(guò)振動(dòng)機(jī)進(jìn)行振動(dòng)和壓縮，提高土壤的密度和承載力。與碾壓不同，夯實(shí)更適合在松散地基中應(yīng)用。固體顆粒在振動(dòng)機(jī)的振動(dòng)作用下，會(huì)重新排列，減小顆粒間的空隙，從而提高土壤的密度。這樣不但可以提高土壤的承載力，同時(shí)也可以提高其抗剪切強(qiáng)度和抗?jié)B性，對(duì)于預(yù)防地基沉降和地質(zhì)災(zāi)害有明顯效果。

在具體工程應(yīng)用中，一般會(huì)根據(jù)土壤的性質(zhì)、類型和工程需要選擇合適的地基處理方法。例如，道路、廣場(chǎng)等大面積、較硬的土層，更適合采用碾壓方法；而對(duì)于墻基、桿塔等小面積、較松散的土層，夯實(shí)則更為合適。因此，要提升地基基礎(chǔ)強(qiáng)度，符合巖土工程建設(shè)要求，必須靈活運(yùn)用碾壓和夯實(shí)兩種地基處理方法。最大限度地提升地基處理效果，保障建筑工程的穩(wěn)固、安全和持久。

3 巖土工程中樁基礎(chǔ)處理技術(shù)

3.1 灌注樁處理技術(shù)

灌注樁是土木工程中常見(jiàn)的地基處理方法（見(jiàn)圖2），它具有工程投資小、施工效率高、質(zhì)量控制方便等優(yōu)點(diǎn)。然而，在實(shí)際施工過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)遇到孔底沉渣的問(wèn)題?？椎壮猎鼤?huì)破壞樁身的完整性，降低其承載力，對(duì)工程質(zhì)量造成威脅。因此，解決孔底沉渣問(wèn)題是樁基施工的重要一環(huán)。目前，灌注樁后壓漿技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在這個(gè)領(lǐng)域當(dāng)中，處理效果顯著。壓漿技術(shù)主要是先通過(guò)高壓設(shè)備將水泥漿液壓注樁底，回流上來(lái)的泥漿含有的大塊砂石等雜質(zhì)就是原孔底的沉渣。在樁孔清理干凈、泥漿達(dá)到一定流動(dòng)性的前提下，緩緩下放導(dǎo)管完成壓漿。該方法既改善了樁底的土質(zhì)，也保證了樁體的承載力[6]。壓漿具有解決樁底沉渣、增強(qiáng)承載力、改善土質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)。首先，壓漿可以通過(guò)高壓水流沖刷、疏通樁底孔隙，將泥漿中的雜質(zhì)沖出來(lái)，解決孔底沉渣問(wèn)題。其次，壓漿可以將蓄能的水泥粉末打入樁底土體，形成的水泥凝固體可以有效抗壓，提高樁體承載力。再者，壓漿使樁底土體含水量增加，改善了土體流動(dòng)性，提高了土體的承載能力。灌注樁后壓漿工藝首先要考慮的是樁體設(shè)計(jì)及地質(zhì)條件，所選擇的壓漿方式也要以實(shí)際工程為準(zhǔn)。適合的樁體、適合的地質(zhì)、適合的樁基施工方法，都是保障樁基施工質(zhì)量的重要因素。

3.2 預(yù)應(yīng)力管樁處理技術(shù)

預(yù)應(yīng)力管樁是一種廣泛應(yīng)用于工程建設(shè)中的基礎(chǔ)施工技術(shù)，它以優(yōu)良的抗壓、抗拉強(qiáng)度以及可靠的穩(wěn)定性，滿足多種類型工程的基礎(chǔ)需求。預(yù)應(yīng)力管樁的施工方式主要分為兩種：先張法與后張法。先張法主要工藝包括預(yù)制混凝土預(yù)應(yīng)力管樁，然后進(jìn)行沉樁處理。在沉樁過(guò)程中，主要采用錘擊法、靜壓法以及射水法等。錘擊法會(huì)產(chǎn)生大量噪音，且存在劇烈振動(dòng)，對(duì)于鄰近建筑物以及土層的穩(wěn)定性有很大影響，因此此方式一般適用于工程環(huán)境容忍度高的地方。靜壓法則相對(duì)較為平穩(wěn)和安靜，但其設(shè)備及維護(hù)成本較高，適用于中小型工程或者對(duì)噪音有嚴(yán)格要求的區(qū)域。射水法是利用高壓水流，從樁頂打向樁底，將樁底的土壤沖淡并帶出樁孔，再將樁沉入地中，此法適用于土質(zhì)較差或有砂礫石的地方；后張法預(yù)應(yīng)力管樁，先沉入空心樁，再通過(guò)射水泵漿將鋼筋灌填樁孔內(nèi)，然后進(jìn)行拉張和混凝土灌注，最后實(shí)現(xiàn)對(duì)預(yù)應(yīng)力的施加；后張法適用于顯著不均勻地基或地基中存在大型障礙物，且對(duì)噪音、振動(dòng)限制嚴(yán)格的場(chǎng)所。此方法操作簡(jiǎn)單，工期短，成本低，但對(duì)施工人員的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)要求比較高。預(yù)應(yīng)力管樁的施工方式并非一成不變，應(yīng)結(jié)合地質(zhì)條件、工程環(huán)境、設(shè)計(jì)要求、經(jīng)濟(jì)成本等多方面因素進(jìn)行科學(xué)選擇。對(duì)于巖土工程的特殊要求，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行沉樁方法的選擇，如存在大型硬物，可選擇射水法。對(duì)于噪音有嚴(yán)格限制的區(qū)域，可選擇靜壓法等。

3.3 人工挖孔樁技術(shù)

人工挖孔樁是通過(guò)人工的方式在土質(zhì)中挖掘出樁孔，然后倒入混凝土制造成樁身。在施工過(guò)程中首先要了解地下水量，因?yàn)榈叵滤拇嬖跁?huì)對(duì)樁孔的穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響。如果地下水量較大，需要在施工過(guò)程中設(shè)置環(huán)狀鋼筋圈，以保護(hù)好孔壁，防止孔壁坍塌。密切關(guān)注地下水量并據(jù)此來(lái)進(jìn)行孔擴(kuò)，如果地下水量過(guò)大，重力將難以抵抗水泵的水量，會(huì)造成孔的擴(kuò)孔難度增加。如果擴(kuò)孔過(guò)大會(huì)影響樁身的穩(wěn)定性，甚至可能會(huì)導(dǎo)致樁身斷裂。所以在擴(kuò)孔時(shí)，一定要控制好孔洞的大小。而在某些透水層的地方，施工會(huì)更具挑戰(zhàn)性。在這種情況下，進(jìn)行人工挖孔樁施工，需要設(shè)置環(huán)狀鋼筋圈，并使用混凝土進(jìn)行回填，增加孔洞的穩(wěn)定性防止孔壁坍塌。在施工過(guò)程中，樁孔的穩(wěn)定性至關(guān)重要。如果護(hù)壁不穩(wěn)定，可能帶來(lái)安全問(wèn)題并對(duì)施工人員的生命安全構(gòu)成威脅。尤其是在樁孔深度較深，地下水又較多的地方，樁孔的穩(wěn)定性更需重視。在進(jìn)行人工挖孔樁施工中，施工人員要熟悉各種施工條件和環(huán)境，根據(jù)實(shí)際情況選擇最適當(dāng)?shù)氖┕し椒?。整個(gè)施工過(guò)程要求嚴(yán)謹(jǐn)，保持時(shí)刻監(jiān)控，以確保施工的質(zhì)量與安全[7]。

3.4樁基承載力檢測(cè)

樁基承載力是指地基樁底、樁側(cè)或兩者結(jié)合下可以穩(wěn)定承受的最大荷載不受樁身變形影響。這種承載力評(píng)定了樁基的性能，具有重要的意義。測(cè)定方式主要包括高應(yīng)動(dòng)態(tài)檢測(cè)法以及靜荷載測(cè)法。

高應(yīng)變動(dòng)態(tài)檢測(cè)法是一種經(jīng)濟(jì)、高效的樁基承載力檢測(cè)方法。其原理是將激振的能量加載到樁基上，通過(guò)在不同大小的能量加載時(shí)觀察樁基產(chǎn)生的位移變動(dòng)來(lái)進(jìn)行檢測(cè)。應(yīng)用力錘或落錘的沖擊力，來(lái)引發(fā)樁基的應(yīng)變波，通過(guò)接收樁頂?shù)姆瓷洳ㄒ约鞍逊瓷洳枥L成動(dòng)態(tài)應(yīng)力-應(yīng)變曲線，利用理論將其解析，最后得出樁基的承載能力。這種檢測(cè)方法適用廣泛。靜荷載測(cè)試法是最直接、最有效的樁基承載力檢測(cè)方式。常規(guī)的難點(diǎn)是對(duì)荷載以及位移的高精度控制及測(cè)量。其主要可分為豎向承載力檢測(cè)法以及水平承載力檢測(cè)法。豎向承載力檢測(cè)法的原理是通過(guò)對(duì)單樁在豎直方向施加不同程度的荷載壓力，并根據(jù)樁基的反應(yīng)來(lái)判定其承載能力。在這種方法中，荷載-位移曲線是一個(gè)重要依據(jù)，用于判斷樁基的工作性狀以及設(shè)計(jì)承載能力等，是通用標(biāo)準(zhǔn)中的判定依據(jù)[8]。水平承載力檢測(cè)法主要應(yīng)用于對(duì)樁基在地震、風(fēng)載等水平荷載作用下的性能進(jìn)行評(píng)估。此類測(cè)試，通常需要在單樁上施加不同程度的水平壓力，并根據(jù)樁基的反應(yīng)來(lái)評(píng)價(jià)其水平承載能力。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)地基處理方法和關(guān)鍵技術(shù)、樁基礎(chǔ)分類和設(shè)計(jì)原則的探討，可以看出，地基與樁基礎(chǔ)處理技術(shù)的科學(xué)合理應(yīng)用，對(duì)巖土工程的安全和穩(wěn)定起著至關(guān)重要的作用。在實(shí)際工程設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中，需要根據(jù)具體情況選擇合適的處理方法和技術(shù)，并密切關(guān)注工程實(shí)踐的效果。通過(guò)不斷總結(jié)和積累實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，可以提高地基與樁基礎(chǔ)處理技術(shù)的水平。

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[作者簡(jiǎn)介]王尚成（1988—），男，山西朔州人，本科，工程師，研究方向：巖土工程、地基與基礎(chǔ)。