分析岩土工程地基加固处理方法

2022-03-30候雅东陈庚德陈亮

中国建筑金属结构 2022年2期

候雅东陈庚德陈亮

0 引言

作为基于土木工程实践总结建立的技术体制，岩土工程涵盖基础、边坡等各部分结构施工内容，面向地下和水中的岩石、土壤开展作业，要求达到较高地基处理质量，确保工程整体安全性。在岩土工程施工实践中，遭遇各种地质条件和环境因素影响，需采用多种地基加固处理方法，做到有效提高地基承载力和稳定性，在提高工程质量的同时，保证施工安全，为工程的可持续发展提供保障。

1 岩土工程地基加固技术要点

在岩土工程地基加固过程中，应结合施工区土质特点选择适合的加固方法，按照科学工序进行施工作业。为此，需要对地基稳定性进行检测，掌握工地地层结构、土壤性质、地下水分布等相关信息，通过布置多个采集点获得全面、完整的信息，对土层稳定性进行验算，根据填土层、冲积层等各层情况制定处理方案。根据勘察结果，应遵循地基压缩性、抗剪性、抗震性和透水性提升原则选择具体处理方法，有效提高地基土压缩模量，规避土壤液化现象，有效规避不均匀沉降、剪切破坏等风险，确保地基结构不受地下水侵蚀。为此，需要做好土层结构夯实技术、排水固结等技术的运用，通过合理施加压力保证地基结构稳定性。

2 岩土工程地基加固处理方法

2.1 垫层置换法

在地基加固方面，垫层置换为常见方法，可以结合土层情况将软土去除，通过填垫透水性佳、硬度大和稳定性高的材料增强地基稳固度。该方法目前主要用于含软土层或较浅地基，施工时先以人工方式去除软土层，直至露出坚硬土层后，可以填垫砾石、卵石等材料，提高地基承载力。在施工实践中，可以选用的垫层材料较多，包括碎石、素土、粉煤灰等等，极限承载力接近，上层建筑沉降规律类似，可统一按照砂垫层处理，完成一定级配砂石置换，提高承载力的同时，增强地基疏水性，避免受地下水侵蚀。针对膨胀土、冻土等特殊土层，置换垫层要求消除膨胀性、冻胀性等特性，做好土层间隔设计。针对湿陷性黄土、淤泥质土等地基，通常存在地下水位高的问题，应进行降水处理，避免使用素土等吸水性材料。如遇坑壁放坡占地大等情况，应加强基坑支护。综合考虑各种因素及施工成本问题，通常换填深度在2～5m 之间。针对大体量、体型复杂的建筑结构，由于地基对差异沉降敏感，应进行深层换填。而地基受震动荷载影响较大，应避免使用砂垫层。在材料换填前，要求将基坑内杂物清理干净，发现积水应彻底排出。在填垫作业期间，应按规定均匀搅拌材料，逐层进行材料填垫和及时开展压实作业，各层厚度一般为200～300mm。通过做好各层间隔处理，确保地基受力均匀，能够有效预防不均匀沉降的发生。根据换填材料差异，应选择适配的夯实机械，如粉土、素土等运用振动碾、平碾等设备，薄垫层可以选用蛙夯、平板夯等机械。垫层地面标高应保持一致，如厚度、高度不同，应将底面挖成斜坡、阶梯等状态，由深入浅铺设，增加搭接位置夯实力度。

2.2 机械强夯法

采用机械强夯法能够为施工作业提供便利，使用各种土质地基，可以取得较好加固效果，同时具有作业效率高、成本低、节约材料等优点。但强夯法需要依靠夯锤强大冲击力对地面进行反复夯击，如图1 所示，期间产生的振动波、噪声等较大，容易给周围环境带来影响。在现场40m 施工范围内，需挖设宽减振沟防止施工给周围建筑带来的损害，要求沟宽1m，深度达到建筑物地基深度。强夯机械较为笨重，如常用夯锤重在8～30t范围内，现场需要依靠起重机抬升6～30m，并利用大型拖车辅助转运。在强大冲击力作用下，土壤颗粒将重新排列，多余水分和空气将被去除，使地基压缩在1/2～1/10，承载力提高2～5 倍。应用该方法施工，应提前进行试夯，合理确定单点夯击次数、夯击能、各点距离等参数，确保地基经夯实后能够达到承载力要求。结合建筑结构布置点位，多布置为三角形或正方形，施工范围在地基边缘3m 以上，确保形成完整地面。针对含水量大的情况，应提前利用10～20cm 厚随时铺垫。夯击期间，应加强夯击次数把控，保证最后2 次夯沉量平均数达到设计要求，通常数值不超50mm。总夯沉量应控制在试验数值的9/10 以内，并确认周围不存在大隆起问题。

图1 机械强夯施工

2.3 水泥土桩法

在地基加固施工中，运用水泥土桩法需要在地基上打孔，分层填入混凝土，形成质地均匀的水泥土桩。而桩、桩间土和褥垫可以共同构成复合地基，提高地基承载力和稳定性。该方法适用于淤泥质土、粉质黏土等地基，也能用于地下水位地基加固。用于处理地下水位以上土层，深度不超10m。对地下水位以下土层进行加固，应确认黏性土渗透系数不超5～10cm/s范围，仅桩端0.5～1.0cm 以上位置有水。针对地基深处，可以通过高压装置进行灌浆成桩施工，期间应注意防止孔底出现沉渣问题，以免给周边土层稳定性带来影响。桩本身可以达到中等强度，硬度较大，成桩时能够提高桩间土强度。在水泥土桩施工阶段，可以通过人工或机械打孔，选用的成桩机械种类多样，如洛阳铲、螺旋钻孔机、夯扩机等等，搭配使用人工夯锤、夹板式夯实机等多种机械作业。选用的成桩材料主要为土和水泥，水泥用量为土的1/8～1/4，无需添加钢筋、砂等材料，可以通过就地取材降低成本。成桩期间不会产生大量废物和噪声污染，同时形成的土桩拥有较强的抗冻性，可以适用于不同地区，常用于加固公路工程、民用建筑等地基。现场进行混凝土拌和，能够保证施工质量，减小地基变形量。

2.4 CFG 桩法

采用CFG 桩法同样操作简单，能够减少水泥用量，降低工程施工成本。该方法主要适用于软土地基，可以有效提高地基承载力，如表1 所示为常用的成桩技术指标。结合以往施工经验来看，通常桩径不超400mm，桩长在8～15m 范围内，施工工艺与沉管碎石桩接近，要求加强混合料配比控制。根据设计坍落度确定水量，应按照固定比例在沉管内添加水泥、粉煤灰、石屑，最后注水搅拌均匀，充分发挥材料胶凝作用，使桩身强度达标。实际采用沉管灌注方法，可以将坍落度控制在4cm左右，结束时应严控拔管速度，确保达到1.2m/min。此外，可以采用长螺旋钻孔方式，可以进行混合料灌注，坍落度通常在20cm。根据地基深度合理设计钻孔道，并加强钻进速度、时间等参数控制，要求提钻速度与送料速度保持一致，有效保证灌注质量。成桩后进行养护，确认强度达到设计值70%时进行抽检，确认桩顶标高达到设计要求，高出至少0.5cm，抗压强度等参数符合规定。在基坑开挖阶段，应保留人工开挖厚度。使用机械开挖，破桩头时一旦出现断桩情况，要求标高比设计值高。针对局部断桩不符合要求的情况，应进行接桩处理，选用强度等级高于桩身的混凝土进行施工，成桩直径比原直径大200mm，保证地基承载性能良好。

表1 CFG 桩技术指标

2.5 喷射注浆法

高压喷射注浆作为先进的地基加固手段，需要提前制定加固计划，做好钻机设备准备。完成打孔作业后，应确认钻孔质量合格，洞内不存在堆积碎土，然后进行注浆管道处理，确保管道输浆压力达到设计要求。运用该方法，能够对淤泥质土层进行加固处理，通常治理层位于中砂层下部。在规定地基位置布置注浆管，使用高压装置注浆，要求加强喷浆压力把控，至少达到2MPa，确保浆料能够达到对应位置，做到均匀覆盖地层，发挥水泥固结作用。通过使土层较好融合，能够有效提高固结体稳定性。在工程对地基稳固度提出较高要求的情况下，也可以提前对淤泥土层进行加筋处理，进一步提升土体稳定性。具体来讲，就是将塑料、化纤等材料合成处理，以聚合物形式埋入到淤泥层中。此外，也可以直接在土层中打入钢筋，使土钉与周围土体接触，在接触面上产生摩擦力，促进土层和周围土体深入融合，构成复合土体结构。受注浆、插筋的共同作用，能够完成土层的斜向加固和水平加固，使淤泥土层的稳定性得到明显提升，避免地基发生侧向位移、沉降等问题。