建筑地基的加固方法探討

于黨輝，蘇永軍

許昌大成建設(shè)（集團）有限責(zé)任公司，河南 許昌 461000

1 排水固結(jié)法

1.1 排水固結(jié)法原理

飽和軟粘土含水量大、孔隙比大、顆粒細(xì)，因而壓縮性高、強度低、透水性差。在該地基上直接修建筑物或進(jìn)行填方工程時，由于在荷載作用下會產(chǎn)生很大的固結(jié)沉降和沉降差，且地基土強度不夠，其承載力和穩(wěn)定性也往往不能滿足工程要求，在工程實踐中，常采用排水固結(jié)法對軟粘土地基進(jìn)行處理。

根據(jù)太沙基固結(jié)理論，飽和粘性土固結(jié)所需的時間和排水距離的平方成正比。為了加速土層固結(jié)，最有效的方法是增加土層排水途徑，縮短排水距離。因此常在被加固地基中置入砂井、塑料排水板等豎向排水體，使土層中孔隙水主要從水平向通過砂井和部分從豎向排出，砂井縮短了排水距離，因而大大加速了地基的固結(jié)速率。

1.2 用排水固結(jié)原理加固地基的方法

排水固結(jié)法的實施有兩個方面，一是加載預(yù)壓；另一是排水，即在地基中做排水通道，以縮短孔隙水滲流距離，加速地基土固結(jié)過程。

1.2.1 預(yù)壓方法

預(yù)壓方法有堆載法、真空法、降低地下水位法等。在實際中，可單獨使用一種方法，也可將幾種方法聯(lián)合使用。

1）堆載預(yù)壓法

堆載預(yù)壓法是工程上常用的有效方法，堆載一般用填土、砂石等散粒材料，當(dāng)采用加載預(yù)壓時必須控制加載速度，制定出分級加載計劃，以防地基在預(yù)壓過程中喪失穩(wěn)定性，因而所需工期較長。

2）真空預(yù)壓法

真空預(yù)壓法是在需要加固的軟粘土地基內(nèi)設(shè)置砂井，然后在地面鋪設(shè)砂墊層，其上覆蓋不透氣的密封膜，使與大氣隔絕，通過埋設(shè)于砂墊層中的吸水管道，用真空裝置進(jìn)行抽氣，將膜內(nèi)空氣排出，因而在膜內(nèi)產(chǎn)生一個負(fù)壓，促使孔隙水從砂井排出，達(dá)到固結(jié)的目的。

真空預(yù)壓法適用于一般軟粘土地基，但在粘土層與透水層相間的地基，抽真空時地下水會大量流入，不可能得到規(guī)定的負(fù)壓，故不宜采用此法。

3）降低地下水位法

地基土中地下水位下降，則土的自重有效應(yīng)力增加，促使地基土體固結(jié)。

降低地下水位法最適宜于砂或砂性土地基，也適用于軟粘土層上存在砂或砂性土的情況。對于深厚的軟粘土層，為加速其固結(jié)，可設(shè)置砂井，并采用井點降低地下水位。但降低地下水位，可能引起鄰近建筑物基礎(chǔ)的附加沉降，對此必須引起足夠的重視。

1.2.2 排水方法

排水方法是在地基中置入排水體，以縮短土層排水距離。豎向排水體可用就地灌筑砂井、袋裝砂井、塑料排水板等做成。水平排水體一般由地基表面的砂墊層組成。當(dāng)軟粘土層較薄，或土的滲透性較好而施工期又較長時，可僅在地表鋪設(shè)一定厚度的砂墊層，當(dāng)加載后，土層中的孔隙水豎向流入砂墊層而排出。對于厚度大、透水性又很差的軟粘土，需同時用水平排水體和豎向排水體構(gòu)成排水系統(tǒng)，使土層孔隙水由豎向排水體流入水平排水體。

一般工程應(yīng)用總是綜合考慮預(yù)壓和排水兩種措施，最常用的方法是砂井預(yù)壓固結(jié)法。

也可以用類似的機具將石灰粉末與地基土進(jìn)行攪拌形成石灰土樁。石灰與土進(jìn)行離子交換和凝硬作用而使加固土硬化。初步研究表明當(dāng)一般石灰用量（按重量計）為10%～12%以內(nèi)時，石灰土強度隨石灰含量的增加而提高，對不排水抗剪強度為10kPa～15kPa的軟粘土，石灰與土攪拌后的強度通?？蛇_(dá)原土強度的10～15倍。但石灰含量超過12%后抗剪強度不再增大。

無論是水泥土樁或石灰土樁都與四周原位土形成復(fù)合地基。故應(yīng)采用復(fù)合地基理論進(jìn)行分析。

深層攪拌法用于處理比較軟弱的地基，適用的土類為淤泥、淤泥質(zhì)土、粉土和含水量較高且地基承載力特征值不大于120kPa的軟粘土。

1.3 排水固結(jié)法施工

1.3.1 施工

應(yīng)用排水固結(jié)法加固軟粘土地基，其施工順序如下：1）鋪設(shè)水平排水墊層；2）設(shè)置豎向排水體；3）埋設(shè)觀測設(shè)備；4）實施預(yù)壓；5）檢查預(yù)壓效果；6）若不滿足設(shè)計要求，則更改設(shè)計至滿足設(shè)計要求為止。從施工角度分析，要保證排水固結(jié)法的加固效果，主要要做好3個環(huán)節(jié)，即鋪設(shè)水平排水墊層、設(shè)置豎向排水體、施加固結(jié)壓力。

1.3.2 現(xiàn)場觀測

在采用排水固結(jié)法加固地基時，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場觀測資料分析地基在堆載預(yù)壓過程中和竣工后的固結(jié)、強度和沉降的變化，其不僅是發(fā)展理論及評價處理效果的依據(jù)，同時也可及時防止因設(shè)計和施工的不完善而引起的意外工程事故。工程上通常應(yīng)進(jìn)行孔隙水壓力觀測、沉降觀測、側(cè)向位移觀測等。

2 灌漿法

灌漿法是用液壓或氣壓把能凝固的漿液注入有縫隙的巖土介質(zhì)或物體中，以改善灌漿對象的物理力學(xué)性質(zhì)，適應(yīng)各類建筑工程的需要。下面主要介紹與地基處理有關(guān)的灌漿法。

2.1 灌漿的目的及應(yīng)用

灌漿的主要目的有：

1）加固。提高巖土的力學(xué)強度和變形模量，增強基礎(chǔ)與周圍巖土介質(zhì)之間的結(jié)合，提高地基承載力，減少地基壓縮變形，保證土體穩(wěn)定性；

2）糾偏。使已發(fā)生不均勻沉降的建筑物恢復(fù)正常位置；

3）防滲。降低巖土滲透性，減少滲流量，提高抗?jié)B能力；

4）堵漏。截斷巖土中滲透水流。

灌漿法適用于土木工程中的各個領(lǐng)域。

2.2 灌漿材料

灌漿工程中所用的漿液是由主劑（原材料）、溶劑（水或其它溶劑）及各種外加劑混合而成，通常所說的灌漿材料，是指漿液中所用的主劑。

灌漿材料常分為粒狀漿材和化學(xué)漿材兩個系統(tǒng)，其后再按材料的主要特點細(xì)分為不穩(wěn)定粒狀漿材、穩(wěn)定粒狀漿材、無機化學(xué)漿材和有機化學(xué)漿材等四類。

2.3 灌漿理論

在地基處理中，灌漿工藝的實施可有不同途徑，其灌漿機理可歸納為四類，即滲入性灌漿（或稱壓力灌漿、滲透灌漿）、劈裂灌漿、壓密灌漿和電動化學(xué)灌漿。

2.3.1 滲入性灌漿

滲入性灌漿是指在灌漿壓力作用下，漿液在不擾動和破壞地層結(jié)構(gòu)的條件下滲入巖土縫隙的灌漿。漿液的滲入與水在土中滲透相似，灌漿壓力相對較低。

2.3.2 劈裂灌漿

劈裂灌漿是利用水力劈裂原理，用較大的灌漿壓力，使?jié){液克服地層初始應(yīng)力和抗拉強度，使其沿小主應(yīng)力作用的平面上發(fā)生劈裂，人為地制造或擴大巖土縫隙，以提高低透水性地基的可灌性和注漿量，從而獲得更為滿意的灌漿效果。在土層中的劈裂灌漿機理可用有效應(yīng)力的庫侖—莫爾破壞準(zhǔn)則說明。地層中由于灌漿壓力的作用，將使砂礫石土的有效應(yīng)力減小。當(dāng)灌漿壓力pe達(dá)到下式的條件時，將導(dǎo)致地層破壞：

式中h-灌漿段深度；hw-地下水位高度；K-扣除浮力的小主應(yīng)力與大主應(yīng)力之比。

上式所代表的破壞機理可用莫爾包線解釋。由于孔隙水壓力和灌漿壓力使有效應(yīng)力逐漸減小，最終應(yīng)力圓與破壞包線相接，表明地層已開始劈裂。

由劈裂灌漿的特點可知，它可應(yīng)用于低透水性的巖土地層；而在不利的地質(zhì)條件下，如有流動的地下水或不均勻地層情況時，可先用低強度、早膠凝的漿液灌注，再用劈裂灌漿的方法達(dá)到灌漿目的。

2.3.3 壓密灌漿

壓密灌漿是用高壓泵將稠度大的水泥漿或水泥砂漿壓入預(yù)先鉆好的孔內(nèi)，濃漿在高壓下向周圍擴散，對土體起到排擠和壓密作用，形成球狀或圓柱狀的漿泡。漿泡與土有明顯的分界面。漿泡的橫截面直徑可達(dá)到1m或更大。

向外擴張的漿泡將在土體中引起復(fù)雜徑向和切向應(yīng)力體系。緊靠漿泡處的土體將遭受嚴(yán)重破壞和剪切，并形成塑性區(qū)，在此區(qū)內(nèi)土體的密度可能因擾動而減??；離漿泡較遠(yuǎn)的土體則基本上發(fā)生彈性變形。實踐表明，離漿泡界面0.3m～2.0m以內(nèi)的土體都能受到明顯的加密。

壓密灌漿用于加固密度較低的軟弱土有較好效果，但不適用于會進(jìn)一步分解的有機質(zhì)土。對受擠壓后會出現(xiàn)較大孔隙水壓力的飽和粘土，使用也要慎重。

壓密灌漿特別適用于調(diào)整已經(jīng)建成的建筑物的不均勻沉降。高壓漿液在地基中從側(cè)向施加壓力，漿泡逐漸增大，使地基各部位按需要產(chǎn)生不同程度的上抬，上抬量可達(dá)10cm～30cm，其精度可控制在3mm內(nèi)，從而使建筑物恢復(fù)到正常位置。壓密灌漿還可用于托換方法不能加固的筏基以下土層（即將筏基臨時打洞灌漿）；可用于減小地下管道設(shè)備與建筑物之間的不均勻沉降；當(dāng)?shù)鼗鶅?nèi)有大孔隙或土洞時也可用壓密灌漿填充。

2.3.4 電動化學(xué)灌漿

如地基土的滲透系數(shù)k<10-4cm/s，只靠一般靜壓力難以使?jié){液注入土的孔隙，此時需用電滲的作用使?jié){液進(jìn)入土中。電動化學(xué)灌漿是在施工時將帶孔的注漿管作為陽極，用濾水管作為陰極，將溶液由陽極壓入土中，并通以直流電（電極間電壓梯度一般采用0.3V/cm～1.0V/cm），在電滲作用下，孔隙水由陽極流向陰極，促使通電區(qū)域中土的含水量降低，并形成滲漿通路，化學(xué)漿液也隨之流入土的孔隙中，并在土中硬結(jié)。因而電動化學(xué)灌漿是在電滲排水和灌漿法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種加固方法。但由于電滲排水作用，可能會引起鄰近既有建筑物基礎(chǔ)的附加沉降，應(yīng)用時應(yīng)予慎重注意。

3 結(jié)論

排水固結(jié)法的應(yīng)用解決地基的沉降和穩(wěn)定問題，使得地基的承載力大大的得到提高，以保證地基的穩(wěn)定性并且縮短了工程的工期，而與此同時，灌漿法的應(yīng)用領(lǐng)域也日益廣泛，其繁多的漿材滿足著各類建筑工程和不同地基條件的需要，這就使建筑工程和不同地基條件的防滲加固工作的效率大大得到提高。

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