不良地基基礎(chǔ)的處理方式與選擇探討

田春紅

在建筑物施工過程中,經(jīng)常會遇見不良的地基基礎(chǔ),對不良地基基礎(chǔ)處理的好壞直接影響到整個工程的質(zhì)量和使用功能,因此在建筑施工過程中必須重視對不良軟弱地基的加固和處理。本文著重討論了不良地基基礎(chǔ)的處理方式,并根據(jù)不良地基土類型及特征,結(jié)合工程實踐,探討了不良地基基礎(chǔ)處理方法的選擇。

1 不良地基基礎(chǔ)

1.1 不良地基土種類

地基土與上部建筑有著密切的關(guān)系,地基土的優(yōu)劣直接關(guān)系著地基處理方式的選擇及地基施工。中國不良地基土的種類較多,主要有雜填土、軟粘土、沖填土、飽和松散砂土、濕陷性黃土、膨脹土以及山區(qū)地基土等。如黃土作為一種常見的工程地基土,在我國主要分布于甘肅、陜西、河南、河北、山西等地。黃土在上覆土層自重應(yīng)力作用下,或者在自重應(yīng)力和附加應(yīng)力共同作用下,因浸水后土的結(jié)構(gòu)破壞而發(fā)生顯著附加變形的土稱為濕陷性土,屬于特殊土。濕陷性黃土約占我國黃土分布面積的 60%,主要分布于黃河中、下游地區(qū)。濕陷性與其他地區(qū)相比有其獨特的力學(xué)性質(zhì)。在濕陷性黃土地基上進行工程建設(shè)時,必須考慮因地基濕陷引起附加沉降對工程可能造成的危害,選擇適宜的地基處理方法,避免或消除地基的濕陷或因少量濕陷所造成的危害。

1.2 不良地基土影響建筑安全的原因

不良地基土存在著影響建筑安全的問題:1)影響地基承載力。當?shù)鼗试S承載力大于建筑物對地基的壓應(yīng)力時,地基工作是安全的、正常的,在建筑物荷載的作用下不會遭受破壞。然而,當建筑物產(chǎn)生的壓應(yīng)力大于地基允許承載力,抗剪強度不足以支撐上部結(jié)構(gòu)的自重及外荷載時,地基就會產(chǎn)生局部或整體剪切破壞,在地基四周的地面會出現(xiàn)隆起,地基土體甚至?xí)鼗瑒用骈_始滑移,會造成建筑物傾斜或倒塌。2)易引起地基沉降。引起基礎(chǔ)沉降的原因很多,主要是由于地震、設(shè)備、車輛的振動以及波浪作用和爆破等動力荷載,引起地基土液化、失穩(wěn)等危害情況,當?shù)鼗猎谏喜拷Y(jié)構(gòu)自重或外荷載作用下產(chǎn)生過大的變形時,基礎(chǔ)產(chǎn)生沉降,如果沉降過大或產(chǎn)生不均勻沉降,將可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開裂破壞。3)會導(dǎo)致土坡失穩(wěn)。土坡失穩(wěn)是指土坡在一定范圍內(nèi)整體沿某一滑動面向下和向外移動而喪失其原來的穩(wěn)定性,即改變了原來的平衡狀態(tài)。因此當建筑物的天然地基存在諸多問題,無法滿足建筑的正常荷載及安全要求時,就必須進行地基處理。

2 不良地基處理方式

2.1 不良地基處理應(yīng)考慮的因素

開挖后土層的各項物理力學(xué)指標能滿足建筑的荷載、變形等要求,可以直接修筑基礎(chǔ)的地基,稱為天然地基,天然地基上的基礎(chǔ),埋置深度小,施工技術(shù)較為簡單,能節(jié)約大量的工程費用和材料。我們應(yīng)該盡量考慮把建設(shè)場地選擇在開闊、平坦的地方,密實、均勻的土層和穩(wěn)定基巖的天然地基上,在天然地基上設(shè)計建房,對房屋抗震、安全性能等都是最有利的。

若天然地基很軟弱,不能滿足地基強度和變形等要求,存在強度、穩(wěn)定性、滲漏、液化、壓縮及不均勻沉降等問題時,就必須事先要經(jīng)過人工加固處理、改善地基條件后再進行基礎(chǔ)施工,確保建筑物的安全和正常使用。不良地基基礎(chǔ)的處理應(yīng)綜合考慮下列因素:1)不良地基土的種類以及不良地基對建筑物使用、安全、耐久性等方面的影響;2)上部結(jié)構(gòu)的使用要求、荷載等具體情況對地基基礎(chǔ)的要求;3)不良地基處理的可能性和經(jīng)濟性。

2.2 不良地基常見處理方式

1)墊層法,是先將基礎(chǔ)下的濕陷性黃土一部分或全部挖除,然后用素土或灰土分層夯實做成墊層,以便消除地基的部分或全部濕陷量。對非自重濕陷黃土,濕陷厚度小于 7m,采用一次墊層,濕陷厚度超過 7m可以采用分層墊層、夯實,以便消除地基的部分或全部濕陷量,并可減小地基的壓縮變形,提高地基承載力。2)重錘表層夯實法,適用于處理飽和度不大于 60%的濕陷性黃土地基。一般采用2.5 t～3.0 t的重錘,落距4.0m～4.5m,可消除基底以下1.2m～1.8m黃土層的濕陷性。在重復(fù)強夯的作用下,施加于土體的夯擊能迫使土體結(jié)構(gòu)破壞,空隙水壓力上升,使空隙水中的氣體逐漸受到壓縮,從而使土體的抗剪強度,物理、力學(xué)性質(zhì)獲得顯著改善,平均干密度明顯增大,濕陷性消除,透水性減弱,承載力提高,尤其是在非自重濕陷性黃土場地采用重錘夯實的優(yōu)越性較明顯。3)擠密樁法,適用于處理地下水位以上的濕陷性黃土地基,此方法可以破壞黃土結(jié)構(gòu),獲得透水性小、壓縮性低、本身無濕陷的密實結(jié)構(gòu),并使樁土共同組成的土工結(jié)構(gòu)起到加深基礎(chǔ)的作用,保證下臥土層的壓應(yīng)力小于濕陷起始壓力,徹底消除黃土的濕陷危害。應(yīng)注意不得用粗顆粒的砂、石或其他透水性材料填入樁孔內(nèi)。4)樁基礎(chǔ),尤以灌注樁為主。這種方法避過了濕陷性土層,使基礎(chǔ)傳力于濕陷土層以下的持力土層上,相對來說比較安全可靠,所以被廣泛應(yīng)用于比較重要的獨立建筑物的基礎(chǔ)處理。缺點是投資費用較大,工期較長。在設(shè)計樁基礎(chǔ)除樁身強度必須滿足要求外,還應(yīng)根據(jù)場地工程地質(zhì)條件,采用穿透濕陷性黃土層的端承型樁,其樁底端以下的受力層:在非自重濕陷性黃土場地,必須是壓縮性較低的非濕陷性土(巖)層;在自重濕陷性黃土場地,必須是可靠的持力層,方能滿足設(shè)計要求,保證建筑物的安全與正常使用。5)隔水層,充分作好建筑物基礎(chǔ)的隔水層,使基礎(chǔ)濕陷性黃土地基無法浸水,以達到避免地基濕陷的目的。常用的隔水材料有灰土、油氈以及各種PVC和PE膜。

此外濕陷性黃土地基處理還有注漿法、化學(xué)加固法、預(yù)浸水法等。

2.3 如何選擇確定不良地基基礎(chǔ)處理方式

地基處理方法種類繁多,各種處理方法都有其優(yōu)缺點和適用范圍,沒有一種方法解決所有問題,具體工程的地質(zhì)條件也多種多樣,各個工程間地質(zhì)情況差別巨大,對地基的要求也不盡相同。一般地說,在選擇確定地基處理方案以前應(yīng)充分地綜合考慮諸多因素,包括地質(zhì)條件:地形、地質(zhì)、成層狀態(tài)、土的各種指標、地下水條件;結(jié)構(gòu)物條件:包括結(jié)構(gòu)物形式、規(guī)模;環(huán)境條件、氣象條件、噪聲、鄰近構(gòu)筑物情況、地下埋設(shè)物、電力與供水條件;材料的供給情況,為減少運輸費用,盡可能地采用當?shù)氐牟牧?機械施工設(shè)備和機械條件,在有些地區(qū)有無所需的施工設(shè)備和施工設(shè)備的運營狀況成為了采用何種加固措施的決定因素;工程費用的高低、操作熟練程度;工期要求,一方面,應(yīng)保證地基加固工期不會拖延整個工程的進展,另一方面,如地基工程縮短,也可利用這段時間,使地基加固后的強度得到提高。

因此,對每一具體工程都要進行具體分析,應(yīng)從各方面進行綜合考慮,以確定合適的地基處理方法。在確定地基處理方法時,可根據(jù)工程的具體情況,對幾種地基處理方法進行技術(shù)、經(jīng)濟以及施工進度等方面的比較。通過比較分析可以采用一種地基處理方法,也可采用兩種或兩種以上的地基處理方法組成的綜合處理方案。當建筑物的重量較大或是地基處于軟弱土層時,一般的地基難以滿足承載力要求,可以采用換填墊層、排水固結(jié)、強夯、CFG樁復(fù)合地基來提高地基承載力。當建筑物重量較大或地基處于軟弱土層時,地基的沉降量會很大,可以從基礎(chǔ)的剛度、強度與建筑物整體剛度、強度,充分利用硬殼層、軟土地基加固、相鄰建筑物基礎(chǔ)的處理等措施來減少地基沉降量。當建筑物附近的土坡出現(xiàn)失穩(wěn)滑動時,可以通過采用施工、支擋、排水、反壓等措施來提高土坡的穩(wěn)定性。當?shù)鼗翞榍饭探Y(jié)土、膨脹土、濕陷性黃土、可液化土等特殊土?xí)r,可以在設(shè)計時綜合考慮土體的特殊性質(zhì),選用適當?shù)脑鰪婓w和施工工藝。

比如在 2009年新元龍機械化工隊生產(chǎn)房地震災(zāi)后重建工程施工中,我們根據(jù)驗槽結(jié)果、地基普探報告以及該施工地點的地基含水率檢測數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)該工程基礎(chǔ)持力層為粉質(zhì)粘土層,土質(zhì)較雜,含水量偏大,呈流塑狀,按照施工規(guī)范要求應(yīng)對土層含水量大問題做相應(yīng)處理。綜合基礎(chǔ)情況、施工條件等,我們對該工程地基土做了以下處理,處理后經(jīng)檢測地基基礎(chǔ)滿足上部建筑荷載要求,效果良好。

采用石灰樁法處理灰土墊層以下至砂石地基層的土層;石灰樁采用材料生石灰和干粗砂,體積比例為 1∶1,樁直徑為 150mm,按等邊三角形(邊長400mm)布置,樁長1.5m～1.7m(以達到礫石層為準),布置范圍為大開挖全部基底。需要注意的是石灰材料應(yīng)選用新鮮生石灰塊,有效氧化鈣含量不低于70%,粒徑不大于70mm,消石灰含量不超過 15%。樁布置圖及單樁剖面圖見圖 1,圖2。

3 結(jié)語

各種地基處理技術(shù),其主要作用是增強軟土地基的承載力,減少其沉降變形,不同的地基處理方式正在互相滲透,互相取長補短,從而又形成了許多新技術(shù)、新工藝。在對不良地基進行處理時,應(yīng)根據(jù)不同建筑物、不同的地理環(huán)境、不同的土質(zhì)采用不同的方法進行地基處理,從而使地基承載效果達到最佳,為建筑物提供安全的保障。

[1] 張立志.軟土地基的處理[J].山西建筑,2010,36(10):86-87.