关于建筑工程中地基处理施工技术的探析

2023-04-05胡亚华

建材与装饰 2023年7期

胡亚华

（大理州设计院有限公司，云南大理 671000）

0 引言

在施工中，自然地基与人造地基是两类。天然地基是指在自然条件下能够承受所有的荷载，无须人为处理的地基，即天然地基。人工地基是指其承载能力不能完全承载整个地基的承载能力，需要进行人工加固。常用的人工地基有换填、预压法、强夯法、振冲法、砂桩法、石灰桩法等。文章简要介绍了目前我国建筑地基建设中的几个问题，并就其常用的施工工艺、处理方案的选取等问题进行了讨论和分析，以期达到提高工程质量、确保工程安全的目的。

1 建筑地基处理的注意事项

1.1 基础的承载力和稳定性

地基的承载力和稳定性问题是指在各种荷载的作用下，由静、动两种荷载的组合而引起的稳定问题。如果地基的承载力达不到设计要求，那么在施工筑物的荷载作用下，地基会发生局部或整体的剪切破坏，从而影响建筑物的安全与正常使用，甚至造成建筑物的破坏。自然地基的承载力与其抗剪强度、基础形式、大小、深度等因素密切相关。边坡稳定性也是此类问题的一种类型。

1.2 沉降、水平位移和不均匀沉降

建筑物的荷载会引起基础沉降、水平位移和不均匀沉降。如果基础变形超出容许范围，将会对建筑物的安全和正常使用产生不利影响，甚至会导致建筑物的破坏。在这些因素中，不均匀沉降超出容许范围所致的事故发生率最高，尤其是山区地基的治理。山地地形崎岖不平，基岩表面起伏大，地质成分复杂，基岩埋藏浅，部分裸露在地面，山脚下多为大石块，沟壑多为淤泥软土。这样，同一建筑的地基就会部分落在基岩上，而其他的地方则会落到土层上。此外，因地面高度差异较大，在平整后，地基一部分落在填方区，一部分落在挖方区。这都可能造成地基的不均匀沉降。

1.3 渗入

渗水问题是由于地基中的水力比降超出了容许范围，引起地基土的潜蚀和管涌，从而造成工程结构的损坏。自然地基的渗流问题与基础的水力比降及渗透率等因素密切相关。

1.4 严重性

在地基建设阶段，如果房屋结构发生问题，将会导致非常严重的后果。前期地基工作做得好，进行相应的施工建设，对工程的质量控制也会出现一些问题。并且，此类意外事件通常无法挽回，并且在之后会耗费大量的资金，造成建筑企业的经济利益受损。由于前期对工程现场勘察、施工、设计等诸多问题，致使地基工程质量达不到行业规范要求，对工程结构的稳定造成了很大的影响。因此，在确定了上层建筑的受力状况之后，就必须控制住以后可能出现的问题，以免对整个工程的整体造成影响，因为这种事故的危害是显而易见的，一旦出现了质量问题，就会导致严重的后果。

1.5 复杂性

我国的国土纬度和经度跨度很大，所以，我国各区域之间的地理分布也很大，包括松软土地、冻土、盐碱地。而且由于天气、地质灾害等自然因素的影响，房屋的地基处理也变得非常复杂。

2 地基处理的作用

地基既承担着地基的荷载，又承担了上部结构的荷载，其整体质量与地基处理的好坏有很大关系。在施工过程中，地基的功能主要有：①能有效地减小地震波振幅和隔振，从而改善地基结构的抗震性能；②可以改善地基的渗透性，提高渗透性，防止渗流过大时发生渗流破坏；③改进地基变形特性，防止沉降过大，沉降不均匀，侧向变形；④可以消除黄土的湿陷性和膨胀性；⑤可以有效地改善地基的抗剪强度，增强地基的稳定性，增强地基的承载能力。

3 地基施工技术的分类

根据房屋的地质情况，采用换填、夯实、挤密或振密、排水固结、胶结、冷热处理等工艺处理地基。再细分为地基加固技术、桩基技术和辅助地基技术。对地基进行加固，目的是为了提高地面的承载力，从而避免地基的变形和沉陷。桩基技术的应用主要是把上部的荷载传递到深层的地基，因此可以起到缓冲作用，从而减少冲击。而地下连续墙的施工工艺，则是以桩为地基，以横向支撑为主。在许多地基处理方法中，有些方法的作用就是通过对地基进行改良，提高地基的抗剪强度，减少地基的可塑性，提高地基的渗透性。

4 地基处理的传统施工技术

以往的地基处理方法有很多种，例如，法国的强夯技术，20世纪70年代日本的高压喷气技术，20世纪90年代国内的桩基技术。目前，许多20世纪的地基处理技术仍在广泛应用。

4.1 换填法

换土法是在地基的下端部分，开挖承载力较低的软弱土层，再用砂石、碎石、灰土等进行充填，并分层夯密，作为地基的垫层。根据充填物料的不同，可以分为砂土地基、碎石地基、灰土地基等[1]。

4.1.1 砂土地基

砂土地基是指将基底以下的土壤全部开挖，再以中砂、粗砂、砾砂、碎石、石屑或其它工业废料进行回填，并分层压实，形成地基持力层。这种地基施工工艺简单，工期短，造价低，适合具有较高透水性的软黏土地基，但不适合湿陷性黄土地基及不透水的粘性地基。材料的选择应选用中砂、粗砂、砾砂、碎石、石屑或其它工业废料，颗粒级配好，质地较硬。在缺少中、粗砂和砾砂的区域，可以选用细砂，但要在同一时间内加入少量的碎石（卵石），并按不超过50%的地基材料加入。所用的砂石，不能含有草根、垃圾等有机杂质。作为排水地基，其含泥量不得超过3%，而砂砾和卵石的最大直径为50mm。

4.1.2 灰土地基

灰土地基是指将基坑底部某一区域的软弱土层，以一定的体积配比与黏土混合，并在最佳含水量条件下进行分层回填或压实。石灰与土壤的体积比通常以3:7或2:8为宜，通常灰土的强度随石灰含量的增加而提高，但在一定比例以上时，其强度几乎没有提高。这种方法具有施工工艺简便、材料易于获取、造价低廉等优点，适合1～4m的软土处理。在物料方面，应选用现场挖掘的黏土和可塑性系数大于4的粉土，但不能掺入有机杂质或耕种土壤。使用前的土壤颗粒应该被过滤，颗粒大小不能超过15mm。灰土中的石灰必须是已溶解的，其大小不能超过5mm，且不能夹有未熟化的石灰块，也不能含过量的水分。灰土地基的施工要领：首先，在开挖之前，要先验沟，清土，如果有软土或空隙，要立即开挖，然后分层回填。其次，在进行施工时，要使灰土的混合均匀、色泽一致，并对其水分进行适当的控制。

4.2 压实工艺

压实法是将软土中的土壤微粒之间的气体用重锤打实或压路机挤压出来，压缩土壤中的孔隙，增强土壤的致密程度，以提高土壤的承载能力。该方法具有较好的经济性和实用性，特别适合地基承载力与设计要求基本一致的条件。按压实机械或机械压实方法，一般可分为夯实法、重锤夯实法、机械碾压法。重锤夯是通过使用起重机将专用夯锤抬至某一高度，然后借助自由落体产生的冲击能对地基进行夯实，在地基上形成一种比较均匀的坚硬外壳，以达到加固的目的[2]。适用于土壤含水量为0.8m以下的黏性土、砂土、湿陷性黄土、杂填土及分层填筑等。但是，如果夯击振动对邻近建筑物、设备、施工中的砌筑或浇注混凝土造成不利的影响，或者地下水位超过有效夯实深度和较软粘性土层时，则不宜使用。

4.3 打桩法

打桩法是将桩体置于软土中，将泥土压实，或将桩打入坚硬的地层，从而增加土体的承载力。一般有振冲地基、灰土桩、砂桩等。现对振冲桩地基的构造做简单的介绍。振冲地基，也叫振冲桩复合地基，它是由吊车将振动器吊起来，由潜水机驱动偏心块驱动，从而产生高频率的振动，同时驱动水泵，用喷嘴将高压水喷入钻孔，再将砂石集料分成几个小的桩身，以增加地基的承载力，降低地基的沉降差。本方法技术可靠，机械设备简单，操作技术易于掌握，施工简便，节省建材，加固速度快，地基承载力高[3]。

5 复合地基处理技术

由于对地基处理技术的要求越来越高，施工环境也越来越复杂，因此人们对新型地基处理技术的研究也越来越多。传统的地基处理技术已不能满足新时期的要求，所以对现代建筑来说，必须采用多种处理技术。

5.1 强夯法和碎石桩联合应用

这项技术的工作原理是，在工程建设的时候，要在填埋场内对碎石桩进行加固，从而达到压实和排水加固的目的。然后是强夯点的选取。通过强烈的撞击，可以将这些碎石压入周围的护土层中，从而在地基上形成一层坚硬的砂砾和泥土，满足建筑的地基强度。在工程建设中，采用强夯法是非常必要的。其施工技术的难点是夯击的次数、夯击深度等，掌握不好，将严重影响夯击的效果。理论上，以土层的厚度为地基，进行夯击加固。每一次的夯击量都要综合考虑土壤性质、土壤结构类型、载荷大小和要进行的夯击深度。至于夯击的数量，取决于地基的土质，不过一般情况下，可以用2～3次的夯击，然后再进行一个小型的夯击。而在夯击过程中，为了确保夯击的效果，必须要有一段时间的间隔。

5.2 碎石桩与CFG桩组合使用

桩基技术的主要目的在于将冲击力由上向下传递至深层，以增加桩基的承载力，但单根碎石桩的承载力有限，因此可以采用CFG桩来代替碎石桩，以提高其承载力。因此，用碎石桩来解决上层土壤的液化问题。在地基处理中，充分利用两者的优点，能极大地减小地基的沉陷速率，并能保证较好的稳定。

5.3 CFG桩和粉喷桩组合使用

CFG桩与粉喷桩的组合，是将两者的黏结性能与自然地基土混合而成的复合地基。这种方法不仅可以充分利用CFG桩的高承载能力，而且由于CFG桩嵌人的存在，提高了粉喷桩的极限约束能力。此外，粉喷桩可以有效地改善上部地基的变形，从而可以有效地提高其抗剪强度，防止其埋设在原来已加固的土壤中。在进行桩体混凝土浇筑时，应先排除水的影响。孔底积水可以通过抽水或干掺混或在孔底部填充干水泥。对于孔壁渗水，可以采取在灌注桩之前，将漏水部分封住。其主要目标是确保混凝土的质量和增强桩的强度。此外，桩体内混凝土的致密程度对其强度的影响也很大。在施工过程中，通常采取串流式下料和分层振捣，要求在最短时间内灌注桩，使其比混凝土本身的重量更能抑制水流的渗透[4]。

6 浅谈新型地基处理技术

6.1 DDC挤压成型工艺技术

DDC灰土挤密法是一种以钻孔为地基的深基强夯施工技术。采用螺旋钻机将灰泥分层灌注到钻孔内，然后分层压实。同时，通过多次锤击，使桩径逐渐增大，最后与桩间土体形成复合地基。复合地基的设计目标是通过改变其钻孔结构，消除其湿陷性，从而改善其承载能力，降低其变形。结果表明：采用DDC压实后，复合地基的承载力可提高2～7倍。与单桩相比，它有很大的改善，并能使地基深度增加5～40m，是一种值得推广的方法。DDC压实法是一种适合黄土湿陷性土壤的方法。在非黄土区，这种方法的作用并不明显。

6.2 强制固结IFCO

采用IFCO的强制固结法，其优点是可以大幅度地提高固结率。IFCO的强制固结法包括排水和压力控制。排水系统采用纵横交错的沙壁，以拓宽排水渠道，加速凝固速度；而增压系统则是采用了真空压强，可以大幅度地减少堆料时间，同时，实际表面在沙壁的底部。水分的渗透方向与受力方向相同，因而加速了固结率。两套体系既能保证施工速度平稳，又能保证施工进度，又能保证施工质量[5]。