高层建筑工程施工中地基处理技术分析

2023-08-19林少金

城市建设理论研究(电子版) 2023年21期

关键词：凝剂适用范围土层

林少金

广州市房屋开发建设有限公司广东广州 510030

1 绪论

1.1 研究背景和意义

高层建筑的建设不仅关乎城市的面貌和发展，也直接关系到人们的生产和生活。而高层建筑的施工离不开地基的处理，地基的好坏直接影响到工程的质量和安全。因此，地基处理技术对于高层建筑工程具有重要的意义。

1.2 研究目的和内容

本文旨在通过对高层建筑工程地基处理技术的研究分析，总结常见的地基处理方法及其适用范围，探讨高层建筑工程地基处理技术的优缺点，并针对其中的一些关键问题进行深入探讨。最后，通过对实际工程案例进行分析，进一步验证地基处理技术的可行性和有效性。

2 地基处理技术分类及其适用范围

2.1 地基处理技术分类

地基处理技术可以分为物理处理、化学处理和生物处理三种。

2.1.1 物理处理包括压实、振动加固、地下连续墙、钢板桩等方法

物理处理是指利用物理手段对地基土层进行处理，以改善其物理性质，提高其承载力和稳定性。常用的物理处理方法包括压实、振动加固、地下连续墙、钢板桩等[1]。

（1）压实

压实是指利用机械设备对地基土层进行压实，从而改善其物理性质，提高其承载力和稳定性。适用范围较广，特别是对于软弱土层、填方土及砂土等地基，压实可以起到很好的加固作用。但压实后的土层密度较高，且容易产生不均匀沉降，可能会导致地基不平稳。

（2）振动加固

振动加固是指利用振动机对地基土层进行振动加固，从而改善其物理性质，提高其承载力和稳定性。适用范围较广，特别是对于细颗粒土、填方土及砂土等地基，振动加固可以起到很好的加固作用。但振动加固会对周边环境产生噪声和振动，可能会引起周边建筑物的损坏。

（3）地下连续墙

地下连续墙是指在地基土层内开挖一条连续的墙体，从而改善地基的承载能力和稳定性。适用范围较广，特别是对于软弱土层、淤泥层及含水层等地基，地下连续墙可以起到很好的加固作用。但地下连续墙的施工难度较大，需要先开挖土层，再钢筋混凝土浇筑，施工周期较长。

（4）钢板桩

钢板桩是一种常用的地基处理技术，其原理是利用钢板挤入土层，从而改善地基的承载能力和稳定性。适用范围较广，特别是对于软弱土层、淤泥层及含水层等地基，钢板桩可以起到很好的加固作用。但钢板桩的施工难度较大，需要先进行钻孔、挖坑，然后才能进行钢板桩的挤压和锁紧，施工周期较长。

2.1.2 化学处理包括灌浆加固、注浆加固、固化加固等方法

化学处理是指利用化学方法对地基土层进行处理，以改善其物理性质，提高其承载力和稳定性。常用的化学处理方法包括灌浆加固、注浆加固、固化加固等。

（1）灌浆加固

灌浆加固是指将水泥浆或其他固化材料注入地基土层中，以填充土层间隙，提高其密实度和稳定性。适用范围较广，特别是对于松散土层、含水层及淤泥层等地基，灌浆加固可以起到很好的加固作用。但灌浆加固施工难度较大，需要选用适当的注浆方法和浆料配合比，且需要掌握好浆料的浓度和固化时间，否则会导致加固效果不佳。

（2）注浆加固

注浆加固是指将聚合物或其他注浆材料注入地基土层中，以填充土层间隙，提高其密实度和稳定性。适用范围较广，特别是对于松散土层、含水层及淤泥层等地基，注浆加固可以起到很好的加固作用。但注浆加固需要选用适当的注浆材料和注浆压力，且需要掌握好注浆量和注浆时间，否则会导致加固效果不佳。

（3）固化加固

固化加固是指利用化学反应将土层固化，以改善其物理性质，提高其承载力和稳定性。常用的固化材料包括膨润土、胶凝土、环氧树脂等。适用范围较广，特别是对于淤泥层、软弱土层及含水层等地基，固化加固可以起到很好的加固作用。但固化加固需要选用适当的固化材料和固化方法，且需要掌握好固化剂的浓度和固化时间，否则会导致加固效果不佳。

2.1.3 生物处理包括菌种注入、植物绿化、生物胶凝剂加固等方法

生物处理是指利用生物技术对地基土层进行处理，以改善其物理性质，提高其承载力和稳定性。常用的生物处理方法包括菌种注入、植物绿化、生物胶凝剂加固。

（1）菌种注入

菌种注入是指将适当的微生物菌种注入地基土层中，通过微生物代谢过程，将土层中的有机物质转化为微生物生长所需要的物质，提高土层的密实度和稳定性。适用范围较广，特别是对于含有大量有机物质的淤泥层、软弱土层和高湿度土层等地基，菌种注入可以起到很好的加固作用。此外，菌种注入可以提高土层的吸水性和透气性，有利于土层的排水和防潮。但菌种注入需要选用适当的菌种和注入量，且需要掌握好菌种的生长条件，否则会导致加固效果不佳。

（2）植物绿化

植物绿化是指在地基土层表面种植适当的植物，通过植物的根系增加土层的密实度和稳定性，同时可以吸收土壤中的水分和营养物质，防止土壤的流失和侵蚀。适用范围较广，特别是对于坡地和山地等地基，植物绿化可以起到很好的加固作用。此外，植物绿化可以提高地基土层的生态环境，有利于保护生态环境和生态平衡。但植物绿化需要选用适当的植物种类和种植密度，且需要掌握好植物的生长条件，否则会导致加固效果不佳。

（3）生物胶凝剂加固

生物胶凝剂加固是指利用生物胶凝剂将地基土层固化，以改善其物理性质，提高其承载力和稳定性。常用的生物胶凝剂包括菌丝体、菌丝固化剂、微生物分泌物等。适用范围较广，特别是对于淤泥层、软弱土层和含水层等地基，生物胶凝剂加固可以起到很好的加固作用。此外，生物胶凝剂加固可以提高土层的吸水性和透气性，有利于土层的排水和防潮。但生物胶凝剂加固需要选用适当的胶凝剂和固化方法，且需要掌握好胶凝时间。

2.2 地基处理技术适用范围

不同的地基处理技术适用范围不同，具体如下：

物理处理适用于粘性土和饱和土等软土地基的原因是，这些土壤的稳定性和承载力较差，使用物理方法如压实、振动加固等可以提高土壤的密实度和强度，增加其承载力和稳定性。

化学处理适用于各种土层，特别是软弱土层和半坚硬土层的原因是，化学处理可以改善土壤的物理性质和化学性质，增强土壤的粘聚力和内摩擦角，提高其强度和稳定性，从而提高地基的承载力和抗沉降能力。

生物处理适用于地基条件较差的地区，例如黄土地区和砂质地区等的原因是，这些地区的土壤通常较为疏松，容易出现沉降和变形问题，使用生物处理可以通过植物根系或微生物等作用，增加土壤的粘聚力和内摩擦角，提高土壤的强度和稳定性，从而改善地基的承载能力和抗沉降能力。

3 高层建筑工程地基处理技术优缺点

3.1 地基处理技术的优点

（1）提高地基承载力和稳定性

地基处理技术可以通过加固、加密地基土层，增加地基承载力和稳定性，从而支撑建筑物的重量和负荷，保证建筑物的稳定性和安全性。例如，加固地基的方法包括桩基、灌注桩、地下连续墙、预应力锚杆等，这些技术可以有效地提高地基承载力和稳定性[2]。

（2）降低地基沉降和变形，避免建筑物出现倾斜和裂缝

在高层建筑工程中，地基沉降和变形是一个非常重要的问题，这可能导致建筑物倾斜、出现裂缝等不安全情况。地基处理技术可以通过加固、加密地基土层，减小地基沉降和变形的风险，从而避免建筑物的不稳定和不安全。例如，钻孔灌注桩技术可以有效地防止地基沉降和变形。

（3）提高建筑物的抗震性能和安全性能

在地震区域，建筑物的抗震性能是非常重要的。地基处理技术可以通过加固、加密地基土层，提高建筑物的抗震性能，从而保障建筑物在地震时的安全性能。例如，地下连续墙、抗震支撑等技术可以有效地提高建筑物的抗震能力[3]。

（4）缩短施工时间和降低施工难度

地基处理技术可以通过使用先进的机械设备和工艺，缩短施工时间和降低施工难度。例如，钻孔灌注桩技术可以利用钻孔机和灌注泵等机械设备，实现高效的地基处理。

（5）节省建筑材料和成本

地基处理技术可以通过优化地基结构和土层，节省建筑材料和成本。例如，在地基加固和加密中，可以利用地下连续墙等技术，减少混凝土和钢筋等建筑材料的使用量，从而节约成本。

3.2 地基处理技术的缺点

（1）环境影响：地基处理技术可能会对周围环境产生一定的影响，例如振动加固可能会引起噪声和震动，化学处理可能会对地下水质产生一定的影响。因此，在进行地基处理时，需要进行环境评估和监测，避免对周围环境造成过大的影响。

（2）复杂设计：地基处理技术需要针对不同的地基情况采取不同的处理方法，因此需要进行较为复杂的技术分析和设计。不同的处理方法对工程成本和施工难度也有一定的影响。

（3）成本费用：地基处理技术需要耗费一定的人力、物力和财力成本，如采用物理处理需要使用大型设备进行施工，化学处理需要使用特殊的注浆设备和材料，而生物处理需要使用大量的植物或微生物等。因此，需要对不同的处理方法进行成本分析和预算，以确保经济效益。

需要注意的是，地基处理技术的缺点并不是普遍存在的，而是因地制宜。在实际工程应用中，需要结合具体地基情况和项目需求，综合考虑各种因素，选择最适合的地基处理方法。

4 关键问题探讨

4.1 地基处理技术的选用

地基处理技术的选用需要综合考虑各种因素，包括地基的土质、含水量、地下水位、地震烈度等因素。不同的地基处理技术适用于不同类型的地基，因此需要进行详细的地质勘测和技术分析，以确保选用的处理技术符合地基的实际情况和建筑物的要求。

对于软土地基，物理处理技术如振动加固、钢板桩等方法适用范围广泛，可以有效地提高地基的承载力和稳定性。而对于坚硬的地基，化学处理技术如灌浆加固、注浆加固等方法则更加适用。在地震烈度较高的地区，需要采取更为严格的地基处理技术，例如地下连续墙等。

4.2 地基处理技术的实施

地基处理技术的实施是地基工程中至关重要的环节。为保证施工的质量和效果，需要遵循一定的规范和标准，例如地基加固工程施工及验收规范、地基处理施工规范等。这些规范和标准对地基处理的各个环节进行了详细的规定和说明，包括地质勘测、设计方案、施工工艺、材料选择、监测评估等[4]。

在地基处理技术实施过程中，需要确保施工质量，避免施工过程中出现质量问题，影响工程质量和安全性能。为此，施工单位需要对工程施工过程进行全程监控和管理，确保施工过程符合规范和标准要求。

在实施地基处理技术时，需要根据不同的处理方法，选择相应的施工工艺和材料，确保处理效果符合设计要求。

4.3 地基处理技术的效果评价

为了评价地基处理技术的效果，需要选择合适的监测手段和技术方法。其中，地基应力变形监测是一种常用的方法，可以通过监测地基的变形和应力变化，评估地基的稳定性和承载能力。建筑物倾斜监测则可以用来检测建筑物是否出现倾斜和变形，从而评估地基处理技术的效果。另外，地震动监测也是评价地基处理技术效果的重要手段，可以检测地震作用下地基和建筑物的动态响应，评估地基处理技术对抗震能力的提升程度。

在评价地基处理技术效果时，需要对监测数据进行分析和比对，并综合考虑多个因素，例如地质环境、施工过程、使用环境等。同时，需要进行长期跟踪监测，及时发现和处理问题，确保地基处理技术的效果能够持久且稳定。在评价地基处理技术效果的过程中，还需要结合实际工程情况和当地法律法规要求，制定合理的评价标准和方法，确保评价结果具有科学性和可信度。