劉 洋
太原建材地質(zhì)工程勘察院有限公司,山西 太原 030031
建筑工程在人們生產(chǎn)生活中具有重要的地位。建筑工程質(zhì)量一旦出現(xiàn)問題,將會(huì)對人們的生命財(cái)產(chǎn)安全造成嚴(yán)重威脅。軟弱地基具有穩(wěn)定性差、強(qiáng)度低的特點(diǎn),是影響建筑工程質(zhì)量安全的主要因素之一,施工單位必須對其進(jìn)行特殊處理之后才能開展后續(xù)的工程作業(yè)。因此,研究軟弱地基處理措施對建筑行業(yè)的發(fā)展具有重要意義。
軟弱地基指水分和有機(jī)質(zhì)含量較高的地基。其土壤組分一般較為復(fù)雜,不同成分的質(zhì)量與體積造成其土壤結(jié)構(gòu)較松散,表面及內(nèi)部均存在大量孔隙,因此在強(qiáng)度、穩(wěn)定性、抗壓、抗剪等方面均存在一定的問題,容易在施工過程中發(fā)生沉降,大幅增加了施工難度。在現(xiàn)實(shí)工程中,軟弱地基上的建筑物,會(huì)因?yàn)榈鼗鶑?qiáng)度和沉降變形不滿足設(shè)計(jì)要求出現(xiàn)問題,所以需要對軟弱地基進(jìn)行處理,以提升其強(qiáng)度和穩(wěn)定性,確保建造完成的建筑物可以正常投入使用。軟弱地基的處理方法主要可分為兩大類:(1)直接對地基加固處理,提高其強(qiáng)度;(2)通過深基礎(chǔ)提高地基的承載能力,滿足建筑修建的條件。結(jié)合工程實(shí)踐來看,在軟弱地基厚度較大的情況下,一般采用鋼筋混凝土樁進(jìn)行處理;在地基孔隙較大,含水量較高的情況下,則多采用石灰樁、堆載預(yù)壓、靜壓高強(qiáng)度混凝土樁等辦法進(jìn)行處理。
將軟弱地基地面以下一定范圍內(nèi)的土壤挖出,回填具有高強(qiáng)度、高壓縮性的土壤或不具備侵蝕特性的材料。該方法具有如下優(yōu)點(diǎn):(1)施工操作簡單便捷、速度快、效率高;(2)能夠與其他方法進(jìn)行綜合應(yīng)用,從而獲得更好的加固效果,基本不會(huì)出現(xiàn)返工的情況;(3)可靈活選擇,可根據(jù)工程現(xiàn)場的實(shí)際情況選擇回填材料。在具體施工過程中,主要是通過人工或機(jī)械先將地基下一定深度的軟弱土層挖除,再采用分層的方式回填碎石或是硬質(zhì)土等高強(qiáng)度填料,最后進(jìn)行夯實(shí)處理。
使用起重機(jī)械將大噸位夯錘起吊至6~30m的高度,使其自由落體,對地基土進(jìn)行夯擊,使土層空隙在巨大的沖擊力下被壓縮,排出水分和氣體,達(dá)到有效壓密固結(jié)的效果,實(shí)現(xiàn)地基承載力和強(qiáng)度的提升。該方法具有成本低、工藝簡單、方便操作且適用范圍廣的優(yōu)點(diǎn)。
將水泥漿、硅酸鈉等混合形成的漿液通過壓漿泵、注漿管均勻注入土體,填充軟弱地基土壤中的空隙,驅(qū)除水分和氣體,最終形成一個(gè)高強(qiáng)度、高壓縮性、高穩(wěn)定性的巖土體。該方法的特點(diǎn)是取材方便、配方簡單且不會(huì)對環(huán)境造成較大的影響,同時(shí)價(jià)格相對便宜。
采用專業(yè)機(jī)械設(shè)備將樁體打入軟弱地基中或直接在軟弱地基之中通過澆筑形成樁體,作為軟弱地基的持力層,發(fā)揮承受荷載的效果。樁基礎(chǔ)法可選用的樁的類型較多,按照成樁方法和工藝可以分為非擠土樁、部分?jǐn)D土樁和擠土樁。因此,該方法的適用范圍非常廣泛,可根據(jù)不同的情況選擇不同類型的樁體。
在軟弱地基原狀土的基礎(chǔ)上進(jìn)行加載處理,排除多余的水分和氣體,可以在一定程度上避免建筑物建造完成后的沉降變形。預(yù)壓地基類型包括砂井堆載預(yù)壓地基、塑料排水帶堆載預(yù)壓地基以及真空預(yù)壓地基三種。
軟弱地基對建筑物的影響主要體現(xiàn)在三個(gè)方面。(1)沉降方面。由于軟土各部分厚薄程度不同,分布不均勻,會(huì)出現(xiàn)較大的沉降或是局部差異沉降,影響建筑物的正常使用。(2)承載力和穩(wěn)定性方面。若承載力未滿足規(guī)范要求,會(huì)出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象。(3)降水方面。深層地下水的抽取會(huì)導(dǎo)致區(qū)域整體沉降或是建筑物開裂現(xiàn)象的發(fā)生。
結(jié)合長期以來我國建筑工程建造實(shí)際情況來看,大部分軟弱地基實(shí)際上并不嚴(yán)重,對加強(qiáng)材料進(jìn)行夯實(shí)處理即可滿足建筑建造的要求。在軟弱地基上部結(jié)構(gòu)荷載較小的情況下,可按照工程施工的具體要求進(jìn)行適當(dāng)處理,但在建筑工程施工要求較為復(fù)雜時(shí),為了確保萬無一失,有必要對軟弱地基進(jìn)行細(xì)致處理。例如,將地基下部的軟弱土挖除后再回填材料進(jìn)行夯實(shí)處理,必要時(shí)需要額外設(shè)置一定的加固措施。
隨著我國城市化建設(shè)的推進(jìn),我國用于建筑建造的土地資源也變得越來越緊張,需要對軟土地基進(jìn)行開發(fā)。針對軟弱地基的一些特殊情況,需要進(jìn)行特殊處理。為了保障達(dá)到預(yù)期效果,需要綜合采用多項(xiàng)技術(shù)措施進(jìn)行聯(lián)合處理。如在工程設(shè)計(jì)較為嚴(yán)格的情況下,可同時(shí)應(yīng)用強(qiáng)夯法、注漿法等。
結(jié)合工程實(shí)際情況選擇合適的軟弱地基處理方式。我國幅員遼闊,各地區(qū)地理?xiàng)l件差異較大,軟弱地基的分布范圍也十分廣泛,因此處理方式也種類繁多。建筑工程建造不僅需考慮地基情況,還需考慮工程所處的區(qū)域、環(huán)境條件等。如在城市人口密集的區(qū)域,若采用施工噪聲較大的處理方法,將對周邊居民的正常生活造成影響。此外,為了獲得更大的效益,經(jīng)濟(jì)性也是需要重點(diǎn)考慮的一項(xiàng)因素。
通過換填法處理軟弱地基的加固機(jī)理如下。(1)置換作用。使用密實(shí)材料替換地基下的軟弱土。(2)應(yīng)力擴(kuò)散作用?;A(chǔ)底面下一定厚度墊層的應(yīng)力擴(kuò)散作用,以減小墊層下天然土層受到的壓力和附加壓力,將基礎(chǔ)沉降量控制在最小的范圍內(nèi)。(3)加速固結(jié)。使用透水性大的墊層材料,可以加快軟弱地基土層中水分排出的速度,加速固結(jié)。(4)針對暗溝、暗塘等情況,可以通過局部換填的方式,確?;A(chǔ)底面范圍內(nèi)土層壓縮性和反力的均勻性。
一是合理選擇墊層材料。結(jié)合工程實(shí)踐,軟弱地基換填法處理中常用的墊層材料主要包括砂石、粉質(zhì)黏土、灰土、粉煤灰、礦渣、其他工業(yè)廢渣、土工合成材料。其中,砂石最好選擇碎石、卵石、礫砂等類型,同時(shí)需注意級配設(shè)計(jì),粒徑在2mm以下的部分控制在總重量的45%以下。粉質(zhì)黏土的選擇應(yīng)注意土料中有機(jī)質(zhì)的含量不得超出5%,同時(shí)不能含有凍土或膨脹土。如果其中摻雜碎石,則其粒徑應(yīng)控制在50mm以下?;彝恋倪x擇應(yīng)注意配合比設(shè)計(jì),一般為2∶8或3∶7,使用前還需進(jìn)行嚴(yán)格篩選,避免包含松軟雜質(zhì)。粉煤灰多用于道路、堆場以及小型建筑的軟弱地基處理工作中,被用作換填墊層。在實(shí)際使用時(shí),應(yīng)鋪上厚0.3~0.5m的土壤。粉煤灰中所使用的摻加劑,必須經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證。同時(shí),粉煤灰材料必須符合放射性安全標(biāo)準(zhǔn)的要求。礦渣主要指高爐重礦渣,多用于小型建筑物的軟弱地基處理工作。礦渣的松散重度應(yīng)該控制在11kN/m3以上,且有機(jī)質(zhì)和泥土的含量需控制在5%以下。在正式施工之前,進(jìn)行嚴(yán)格的試驗(yàn),確保其性能符合工程建造的要求。工業(yè)廢渣應(yīng)盡可能選擇質(zhì)地堅(jiān)硬、性能穩(wěn)定、無腐蝕性和放射性的類型,且需要通過試驗(yàn)確保其粒徑、級配符合施工工藝的要求。土工合成材料的使用則要嚴(yán)格遵守國家標(biāo)準(zhǔn)《土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》(GB/T 50290—2014),并通過現(xiàn)場試驗(yàn)確保其滿足要求。
二是合理控制墊層厚度。使用換填法對軟弱地基進(jìn)行處理的過程中,由下臥土層的承載力確定墊層的厚度。該承載力的特征值必須大于墊層底面部位土的自重應(yīng)力與附加應(yīng)力之和。結(jié)合工程實(shí)踐可知,墊層的厚度一般為0.5~3m。換填法示意圖如圖1所示。
圖1 換填法示意圖
墊層底面部位的附加壓力值通過計(jì)算可得,其中涉及墊層的壓力擴(kuò)散角,其數(shù)值的確定根據(jù)情況不同,方法也不同,主要的考慮因素是換填材料。
綜上所述,隨著現(xiàn)代建筑行業(yè)的不斷發(fā)展,建筑項(xiàng)目遭遇軟弱地基的情況變得越來越普遍,因此地基處理技術(shù)措施受到越來越多的重視。為了滿足較高的工程設(shè)計(jì)和建造要求,地基處理技術(shù)水平也在持續(xù)提高,其中包括機(jī)械設(shè)備、材料、地基處理計(jì)算理論、施工工藝等。面對復(fù)雜的環(huán)境條件,地基處理方法綜合應(yīng)用的情況也越來越普遍。隨著地基處理理論、新材料、新機(jī)械、新工藝的發(fā)展,所采用的地基處理技術(shù)方法也在增加,為社會(huì)生產(chǎn)各領(lǐng)域的建筑工程建造提供了有力支撐。