岩土工程地基处理的常用方法及应用

2022-03-08程弋然

工程建设与设计 2022年1期

程弋然

（中国市政工程西南设计研究总院有限公司，成都 650000）

1 引言

近年来，随着社会经济和工程建筑行业的迅速发展，我国各类市政工程剧增，这也带动了岩土工程地基处理技术的快速发展，使其成为当前市政施工领域备受关注的课题之一[1]。在岩土工程中，地基处理是指通过多种形式的施工对地基进行加固和优化，人工提升地基的承载能力、抗渗透性、抗压性、抗拉伸性等，并改善土壤与地下水文状况，从根本上杜绝地基沉降、失稳、地表龟裂等问题，延长工程的使用寿命。

2 岩土工程地基建设的主要问题

2.1 岩土工程地基处理技术水平有待提高

当前，我国岩土工程地基处理技术总体水平不高，其原因在于我国工业化起步较晚，大量的施工人员没有经过专业、高强度的工程技术培训[2]；部分岩土工程施工系统与设备革新不成熟，无法满足时代的建设需要，导致在岩土工程中的使用效益不高，不能发挥其真正的作用。当前，我国的地基处理技术仍处于相对薄弱的阶段，缺乏完善的地基施工技术的行业标准体系，亟须进一步提升地基处理施工的标准化水平。

2.2 自然因素的影响

岩土条件和施工材料直接影响岩土工程的施工质量，同时也是保证工程质量的重要前提。实际工程中往往缺乏行之有效的地基保护措施，导致各种不可控的自然因素对地基的影响越来越大。例如，在混凝土地基基础浇筑前后，要尽量加快施工速度，保证浇筑质量，否则一旦暴雨、暴雪来临，会严重影响工程进度和质量；或者在浇筑完成后，遇到高温天气，要进行适当的遮盖、浇水，进行降温处理，否则混凝土凝固会产生空腔，轻则形成裂缝，重则基底垮塌。由此可见，自然因素对岩土工程地基建设影响很大[3]。

2.3 软土地基问题

在道路工程施工中，经常会遇见软土地基。软土地基易产生路面变形或沉降，严重影响道路的使用寿命。

3 岩土工程地基基础施工技术

因其组成成分的多样性，岩土本身在表面就会产生非常大的裂缝，使得岩土层的承重能力也逐渐下降，在实际的施工中出现各种坍塌、下陷等问题。为了解决岩土松动不紧密的问题，就需要开展一些加固施工，采用固定材料如混凝土，让岩土层能够承受较大的质量，结合施工现场的岩土层状况、当地岩土组分进行施工。

岩土工程地基建设作为一项基础性工程，如果在其施工过程中出现问题，则会在工程交付或投入使用后造成严重的安全问题。因此，在岩土工程施工初期，就应制定好每个施工环节的定量标准，对砂土骨料、混凝土材料以及配比进行适当把控。在此过程中，各施工区域有着不同的适用条件，应先进行适当的地质勘探，明确地基稳定性和强度。除了稳定性和强度以外，工程对地基防水、防渗透性能也有一定的要求。由于地基处于地表以下，常常会埋藏在湿润的岩土层内，如在沿海地带的土层主要为水分充足的砂砾层，在此基础上建设的地基，会在地下水的长期侵蚀下导致土壤内部产生空隙，造成承载能力下降；地下水的侵蚀还会引起地基结构内部出现问题，导致地基下沉，降低结构性能。

4 处理地基的常用方法

4.1 强夯法

强夯法是采用外力加固地基的方法。用起吊设备吊起重型夯锤，从较高的位置放下，使其自由落体，如同巨型锤子般砸向岩土层，产生强烈的冲击力来压实地基。夯锤砸向岩土的瞬间，会在地基内产生剪切和压缩能量，在夯坑周围产生强大的应力波场，从而加固基底的岩土结构。强夯法是目前国内较为流行且行之有效的地基加固技术，能显著提高地基的机械强度和承载力。强夯法主要用来处理混合土、黄土、沙土等地质条件，也能应对粉砂、粉质黏土受地下水渗透导致的土壤液化。而当含水量过高时，便不再适合强夯法了，其流动性会导致施工位置难以控制，十分难以夯实[4]。

在桥梁工程施工时，如果是软土地基，且土质疏松、颗粒间距较大时，也可采用强夯法处理，压实标准参考表1。强夯的过程能压缩软土，使其更致密，挤出土壤中间的空气，减小颗粒间隙。在多次反复强夯处理后，能有效地提高软土地基的承载性能，保证桥梁施工的安全。

表1 岩土地基压实标准

4.2 水泥粉煤灰碎石桩加固支护技术

水泥粉煤灰碎石桩（CFG）是一种新型的地基处理技术，即将水泥粉、骨料、砂石按照一定配比进行混合，再根据其坍落度进行加水量计算，完成配比。通过人工或机械在地基内打孔，然后再浇筑配好的物料，逐层倒入孔内并强力夯实，形成较为坚固的水泥粉煤灰碎石桩。其原理类似埋桩支护技术，即用水泥粉煤灰碎石桩替换木桩、钢筋柱。因此，在浇筑混凝土桩时也可加入一定数量的钢筋来进行加固，在水泥物料凝固后能有效地巩固地基，提升地基的强度。CFG 桩的直径一般在0.4 m 左右，长度在6～15 m，其工艺简单，便于管理，并且工程废料也可回收利用，可节约一定的水泥、骨料，节省施工成本。

4.3 换填技术

换填技术适用于岩土水分含量超标，软土地基难以夯实、加固的情况，即用符合标准、结构稳定的土质来替换软土地基中的土壤。该方法适用于软土地基表层部分的软土处理，采用砂土、砾石等渗透性强和硬度较高的结构稳定材料来填充挖走的软土层，极大地提高了岩土地基的整体稳定性、承载力，减小了地基沉降的可能性，并便于地基排水。

在用新土质来替代软土进行分层充填时，每填充一层就会进行一次压实处理，可以极大地夯实地基、延长地基使用寿命，有效解决局部沉降、岩土地基损坏的问题。此外，还应注意以下几点内容：

1）在填坑之前，必须将基坑清理干净，排水，清除树叶等污染物，并对基坑四周的土层进行加固处理。

2）按照标准作业，将填充材料均匀混合再压实。换填的每个垫层都要间隔一定的距离，不能太薄也不能过厚。

3）地基的填充要选用高强度、高压实性的物料，防止地基下沉，从而导致造成整个工程的沉陷[5]。

4）如果是市政路桥大型工程，则不推荐采用垫层换填技术。

5 泥沼、软土地基基底的处理

市政建设往往会涉及土壤含水较高地基的处理，其中以污水处理厂最为常见。污水处理厂的土质以淤泥为主，含水量较高。因此，一方面可以采用换填技术，另一方面，则需要对大型泵房的地基进行加固。具体来说，要先进行排水工作，将水坑、管道等填充平整，然后进行底基的浇筑加固。

在污水处理厂的地基处理中，常采用高压旋喷桩等技术。首先，进行钻孔，孔径应大于喷嘴直径约40 mm，以保证注浆时可以正常返浆；水泥浆液配比应符合设计要求，每次搅拌不少于3 min；喷头和喷射工艺要结合施工实际情况进行选择，含水量较高的污水处理厂地基施工应选用湿喷法定喷工艺；在喷射混凝土时应注意喷出速率，以提高混凝土的黏合性；注浆过程中要做好基坑的清洁工作，用高压风机清洗杂物；混凝土喷射完工后，应进行注水养护，加固地基表面，并在7 d内做好养护、检查工作。

浇筑过程一般分为地基底层浇筑和地基表层浇筑2 部分。浇筑基底意味着为建筑物打下第一层结构。为保证地基浇筑结构的质量，必须在浇筑前先进行清洁工作，并铺上一层沙石水泥浆，以增加地基混凝土的附着力；沙石泥浆涂抹均匀后、凝固后，便可浇筑第一层混凝土。在表层浇筑时，要遵守“随浇随平”的原则，将每一层混凝土均匀分布在前一层之上。并且，要检查浇筑层的厚度，确保混凝土层的均匀性和平整性。待以上工作完成后，立即浇筑下一层混凝土，保证混凝土浇筑的连续性。