淺析建筑工程中地基處理方法

卓國全 廣西農(nóng)墾設(shè)計(jì)院有限公司

1 前言

伴隨城鎮(zhèn)的快速擴(kuò)張，土地越來越緊張，建筑工程不可避免會(huì)遇到不良地基，需要結(jié)構(gòu)工程師結(jié)合工程的規(guī)模、造價(jià)和不良地基的特性進(jìn)行相應(yīng)的處理和設(shè)計(jì)。建（構(gòu)）筑物建立于地基基礎(chǔ)上，地基的穩(wěn)定性是上層建筑的根本，地基的好壞直接決定上部建（構(gòu)）筑物的安全與否。不良地基不均勻，承載力低，穩(wěn)定性差，不適合作為建（構(gòu)）筑物的天然地基持力層，采用地基處理的方法加固軟弱土層，切實(shí)有效且較為經(jīng)濟(jì)，目前應(yīng)用較廣泛，施工技術(shù)已較成熟。

2 地基處理

地基處理是為了滿足工程對(duì)地基剛度及穩(wěn)定性的要求而采取對(duì)應(yīng)的技術(shù)措施以達(dá)到提高地基承載力和變形模量的目的。在地基處理中，應(yīng)因地制宜、節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境、科學(xué)選擇方法，滿足安全、經(jīng)濟(jì)、合理的政策。

地基處理方式的選擇要綜合考慮結(jié)構(gòu)型式、上部結(jié)構(gòu)荷載、地形地貌、環(huán)境水文等因素綜合考慮，初步確定幾種合適的地基處理方案，對(duì)比分析后擇優(yōu)選擇。在地基處理方案的選擇上，則需考慮適用范圍、處理加固原理、機(jī)械材料、工期進(jìn)度和環(huán)境影響等諸多方面，對(duì)比經(jīng)濟(jì)性、技術(shù)性、有效性，以使地基處理可推行。確定地基處理方案后，需要在現(xiàn)場選擇合適的區(qū)域開展試驗(yàn)檢測，為設(shè)計(jì)提供相關(guān)參數(shù)，以保證方案的可行性，避免實(shí)際施工中因方案不當(dāng)出現(xiàn)處理后承載力不足而返工或停工現(xiàn)象，從而造成對(duì)工程的浪費(fèi)。

3 常見的幾種地基處理的方法

工程中常見的地基處理方法主要有幾種:換填墊層法、強(qiáng)夯法、水泥土攪拌樁復(fù)合地基法、旋噴樁復(fù)合地基法、水泥粉煤灰碎石樁復(fù)合地基法、預(yù)制微型樁加固法等。

3.1 換填墊層法

換填墊層法適用于處理埋深較淺的淤泥質(zhì)土、雜填土或其他高壓縮性土層等軟弱土層或不均勻土層?？紤]到地基的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性，換填墊層不宜太厚，厚度一般在50cm～300cm之間，需要結(jié)合置換不良土層的深度、以及驗(yàn)算下臥持力層的承載力情況予以綜合考量。換填選用的材料主要有砂石、粉質(zhì)黏土、灰土、粉煤灰、礦渣、其他工業(yè)廢渣等。

結(jié)合現(xiàn)狀地質(zhì)土層深度和工程規(guī)模的情況，可采用全部換填或僅換填上層軟土層。如果上層軟土層的厚度較薄，可采用全部換填法。如果墊層下的下臥土層承載力驗(yàn)算和地基變形驗(yàn)算滿足相關(guān)規(guī)范要求，可采用僅換填上層軟土層。對(duì)于變形較敏感的建筑工程，僅換填上層軟土層時(shí)可能造成地基變形差異造成上部建筑物開裂影響使用和安全，此方法不可采用，應(yīng)考慮其他類型的地基處理方法。

3.2 強(qiáng)夯法

強(qiáng)夯法是利用重錘自由落體，夯擊土體，對(duì)土層造成振動(dòng)擠壓密實(shí)，提高土層的承載力和變形模量。適用的土層有砂土、黏性土、濕陷性黃土、微膨脹土、雜填土和素填土等。

施工前應(yīng)了解清楚施工場地周邊環(huán)境以及地下管線的情況，在工程場地內(nèi)選擇有代表性的一個(gè)或幾個(gè)區(qū)域作為試點(diǎn)，根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)和工程經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行強(qiáng)夯施工并做好工程記錄。結(jié)合試夯的情況確定強(qiáng)夯力度、夯擊次數(shù)和影響深度。需要注意的是，強(qiáng)夯法應(yīng)用中，建筑物外圍的基礎(chǔ)外也應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)夯處理，超出范圍一般按基底下加固處理深度的0.6 倍左右，當(dāng)小于3m 時(shí)，按不小于3m 確定，對(duì)特殊性土地基，應(yīng)符合現(xiàn)行國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。強(qiáng)夯處理可采取防振、隔振措施，避免強(qiáng)夯時(shí)對(duì)周邊建筑物造成影響。

3.3 水泥土攪拌樁復(fù)合地基法

水泥土攪拌法是將水泥、水泥漿等材料通過攪拌機(jī)械與軟土加以攪拌，滲入的水泥材料與軟土層形成水泥加固土，進(jìn)而改變軟土的性能，提高土層的強(qiáng)度和剛度，根據(jù)不同土質(zhì)的情況處理后的復(fù)合地基承載力特征值一般在200kPa左右。水泥土攪拌法適用于處理正常固結(jié)的淤泥、淤泥質(zhì)土、素填土、軟塑或可塑的黏性土、松散的中細(xì)砂、飽和黃土等地基。如下圖1所示。

影響水泥土攪拌樁復(fù)合地基承載力的關(guān)鍵是加固土抗壓強(qiáng)度平均值，初步設(shè)計(jì)時(shí)，針對(duì)擬處理地基土層的性質(zhì)，科學(xué)選擇摻入固化劑或外加劑的種類，控制用量，按不同配比進(jìn)行抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)，為后續(xù)的設(shè)計(jì)提供參數(shù)指標(biāo)，進(jìn)一步指導(dǎo)施工。

圖1 水泥土攪拌樁復(fù)合地基法

3.4 旋噴樁復(fù)合地基法

旋噴樁復(fù)合地基法主要應(yīng)用在處理淤泥、淤泥質(zhì)土、人工填土、粉土、砂土、碎石土等類型的土質(zhì)中。利用機(jī)械在高強(qiáng)壓力下推動(dòng)旋轉(zhuǎn)噴射設(shè)備將適合現(xiàn)狀土質(zhì)水灰比的水泥漿液噴入到土層中，水泥漿與土層反應(yīng)形成強(qiáng)度較高的加固土柱體，處理后的復(fù)合地基承載力特征值可以提高到280kPa左右。旋噴樁復(fù)合地基法應(yīng)用范圍較廣，處理速度較快，不過對(duì)于塊石粒徑較大、植物根莖等雜質(zhì)較多的地基土體來說，使用中還需加以綜合考量，保證施工處理后的土體達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

初步設(shè)計(jì)時(shí)，結(jié)合工程情況和要求的復(fù)合地基承載力，旋噴樁的設(shè)計(jì)直徑應(yīng)根據(jù)工程需要和土質(zhì)條件可選用單管法、雙管法和三管法施工。

3.5 水泥粉煤灰碎石樁復(fù)合地基法

水泥粉煤灰碎石樁復(fù)合地基法簡稱CFG 樁復(fù)合地基法，多被應(yīng)用在黏土、粉土、砂土、固結(jié)后的素填土這幾種類型的地基中。目前在建筑工程中大量應(yīng)用，可以較大幅度提高地基承載力和變形模量，一般來說復(fù)合地基承載力特征值可以提高到300kPa～500kPa，能滿足常規(guī)高層對(duì)于地基承載力的要求。

CFG樁應(yīng)選擇承載力和壓縮模量相對(duì)較高的土層作為樁端持力層。根據(jù)不同工程的要求可加長樁長，減少樁間距。CFG 樁單樁豎向承載力特征值一般較大，應(yīng)在基礎(chǔ)底下設(shè)置褥墊層，保證樁、土共同分擔(dān)荷載，減少地基底面的應(yīng)力集中。結(jié)合不同地區(qū)材料供應(yīng)和工程造價(jià)問題，可考慮用素混凝土樁、預(yù)制樁代替水泥粉煤灰碎石，作為復(fù)合地基增強(qiáng)體。

3.6 預(yù)制微型樁加固法

預(yù)制樁適用于淤泥、淤泥質(zhì)土、黏性土、粉土、砂土和人工填土等地基處理。預(yù)制樁樁體可采用邊長為150mm～300mm的預(yù)制混凝土方樁，直徑300mm的預(yù)應(yīng)力混凝土管樁，斷面尺寸為100mm～300mm 的鋼管樁和型鋼。預(yù)制樁應(yīng)選擇較好的土層作為樁端持力層，進(jìn)入持力層深度不宜小于5倍的樁徑或邊長。

4 實(shí)際工程案例

某建筑工程項(xiàng)目位于廣西博白縣文地鎮(zhèn)，共35 棟6 層的聯(lián)排天地樓，1棟3層幼兒園和1棟3層綜合市場，總建筑面積158694.40m2。項(xiàng)目內(nèi)分布有3個(gè)魚塘（局部魚塘圖見下圖2），根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告揭示的魚塘處的土層分別為：淤泥質(zhì)土①層，黑色，流塑～軟塑，主要成份以黏性土為主，含有較多有機(jī)土及腐殖質(zhì)，腥臭味濃，層厚為0.40m～5.10m，平均為1.80m；砂質(zhì)黏性土②層，棕黃、褐黃、灰白色，細(xì)粒土狀態(tài)以可塑狀為主，為花崗巖殘積土，以黏性土為主，黏粒含量大于50%，韌性中等，干強(qiáng)度中等，砂質(zhì)含量約5%～20%不等，粒徑約2mm～25mm，分選性不一，局部夾角礫、小塊花崗巖風(fēng)化結(jié)核，形狀不規(guī)則，呈棱角狀為主。切口粗糙無光澤，指按不成坑，局部表現(xiàn)為粉質(zhì)黏土，土芯受水易軟化、崩解性。屬中～高壓縮性土，絕大部分鉆孔未揭穿，揭露厚度為1.00m～11.30m，平均為7.58m；砂質(zhì)黏性土③層，棕黃、褐黃、灰白色，細(xì)粒土狀態(tài)以硬塑狀為主，局部堅(jiān)硬，為花崗巖殘積土，以黏性土為主，黏粒含量大于50%，韌性中等，干強(qiáng)度中等，砂質(zhì)含量約5%～20%不等，粒徑約2mm～25mm，分選性不一，局部夾角礫、小塊花崗巖風(fēng)化結(jié)核，形狀不規(guī)則，呈棱角狀為主。切口粗糙無光澤，指按不成坑，局部表現(xiàn)為粉質(zhì)黏土，土芯受水易軟化、崩解。絕大部分鉆孔未揭穿，揭露厚度為1.70m～20.00m，平均為11.49m。見圖2。

圖2 場地現(xiàn)狀魚塘圖

根據(jù)現(xiàn)場定位，本項(xiàng)目的2#～9#單體、19#單體、21#～23#單體位于魚塘位置。場地設(shè)計(jì)地坪絕對(duì)標(biāo)高為61.8m～62.3m，平均地坪絕對(duì)標(biāo)高約為62.0m，地勢(shì)起伏不大，現(xiàn)狀魚塘面絕對(duì)標(biāo)高為53.41m～56.31m，平均絕對(duì)標(biāo)高約54.86m，需要回填的厚度約7.2m。

根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)和環(huán)境情況，結(jié)合本地區(qū)地基處理的經(jīng)驗(yàn)，按工程造價(jià)最經(jīng)濟(jì)的原則優(yōu)先擬定強(qiáng)夯法，后因工程用地局部未拆遷、無法設(shè)置隔振溝等情況作罷。經(jīng)過多次方案對(duì)比，最終確定的地基處理為水泥土攪拌樁復(fù)合處理法，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)要求地基處理后的復(fù)合地基承載力fspk=180kPa。

本工程地基處理方案設(shè)計(jì)流程簡述為：a.魚塘面下淤泥質(zhì)土長期受水浸泡，含水量較大，含有機(jī)質(zhì)，強(qiáng)度較低，應(yīng)將該土層清除干凈，并采用非膨脹土回填至場地設(shè)計(jì)地坪標(biāo)高下1.5m；b.攪拌樁樁直徑取600mm，攪拌樁試塊90天齡期抗壓強(qiáng)度平均值取2200kPa，樁間土承載力fsk取35kPa，攪拌樁進(jìn)入砂質(zhì)黏性土深度按照3.0m考慮，預(yù)計(jì)有效樁長平均為12m，單樁承載力取120kN，經(jīng)初步計(jì)算攪拌樁的面積置換率=0.383m2，每平方米的基礎(chǔ)下面布置攪拌樁根數(shù)=0.383/0.283=1.35根，需要進(jìn)行攪拌樁處理的12棟樓的基礎(chǔ)面積約為6526m2，攪拌樁數(shù)量約為6526×0.383/0.283=8832根；c.攪拌樁施工完畢后按國家相關(guān)規(guī)范進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)。

5 結(jié)束語

建筑工程地基處理的種類較多，在實(shí)際項(xiàng)目中遇到不良地基，應(yīng)做到因地制宜，科學(xué)把控，綜合對(duì)比，方能按質(zhì)按量的完成工程任務(wù)。