不良地基基礎的處理方式與選擇探討

田春紅

在建筑物施工過程中,經常會遇見不良的地基基礎,對不良地基基礎處理的好壞直接影響到整個工程的質量和使用功能,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的處理方式,并根據不良地基土類型及特征,結合工程實踐,探討了不良地基基礎處理方法的選擇。

1 不良地基基礎

1.1 不良地基土種類

地基土與上部建筑有著密切的關系,地基土的優劣直接關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力作用下,或者在自重應力和附加應力共同作用下,因浸水后土的結構破壞而發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。濕陷性與其他地區相比有其獨特的力學性質。在濕陷性黃土地基上進行工程建設時,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。當地基允許承載力大于建筑物對地基的壓應力時,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,當建筑物產生的壓應力大于地基允許承載力,抗剪強度不足以支撐上部結構的自重及外荷載時,地基就會產生局部或整體剪切破壞,在地基四周的地面會出現隆起,地基土體甚至會沿滑動面開始滑移,會造成建筑物傾斜或倒塌。2)易引起地基沉降。引起基礎沉降的原因很多,主要是由于地震、設備、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、失穩等危害情況,當地基土在上部結構自重或外荷載作用下產生過大的變形時,基礎產生沉降,如果沉降過大或產生不均勻沉降,將可能導致結構開裂破壞。3)會導致土坡失穩。土坡失穩是指土坡在一定范圍內整體沿某一滑動面向下和向外移動而喪失其原來的穩定性,即改變了原來的平衡狀態。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 不良地基處理應考慮的因素

開挖后土層的各項物理力學指標能滿足建筑的荷載、變形等要求,可以直接修筑基礎的地基,稱為天然地基,天然地基上的基礎,埋置深度小,施工技術較為簡單,能節約大量的工程費用和材料。我們應該盡量考慮把建設場地選擇在開闊、平坦的地方,密實、均勻的土層和穩定基巖的天然地基上,在天然地基上設計建房,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,就必須事先要經過人工加固處理、改善地基條件后再進行基礎施工,確保建筑物的安全和正常使用。不良地基基礎的處理應綜合考慮下列因素: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)上部結構的使用要求、荷載等具體情況對地基基礎的要求;3)不良地基處理的可能性和經濟性。

2.2 不良地基常見處理方式

1)墊層法,是先將基礎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。在重復強夯的作用下,施加于土體的夯擊能迫使土體結構破壞,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、力學性質獲得顯著改善,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構,獲得透水性小、壓縮性低、本身無濕陷的密實結構,并使樁土共同組成的土工結構起到加深基礎的作用,保證下臥土層的壓應力小于濕陷起始壓力,徹底消除黃土的濕陷危害。應注意不得用粗顆粒的砂、石或其他透水性材料填入樁孔內。4)樁基礎,尤以灌注樁為主。這種方法避過了濕陷性土層,使基礎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,所以被廣泛應用于比較重要的獨立建筑物的基礎處理。缺點是投資費用較大,工期較長。在設計樁基礎除樁身強度必須滿足要求外,還應根據場地工程地質條件,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的隔水層,使基礎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、化學加固法、預浸水法等。

2.3 如何選擇確定不良地基基礎處理方式

地基處理方法種類繁多,各種處理方法都有其優缺點和適用范圍,沒有一種方法解決所有問題,具體工程的地質條件也多種多樣,各個工程間地質情況差別巨大,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充分地綜合考慮諸多因素,包括地質條件:地形、地質、成層狀態、土的各種指標、地下水條件;結構物條件:包括結構物形式、規模;環境條件、氣象條件、噪聲、鄰近構筑物情況、地下埋設物、電力與供水條件;材料的供給情況,為減少運輸費用,盡可能地采用當地的材料;機械施工設備和機械條件,在有些地區有無所需的施工設備和施工設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,可根據工程的具體情況,對幾種地基處理方法進行技術、經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、強夯、CFG樁復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失穩滑動時,可以通過采用施工、支擋、排水、反壓等措施來提高土坡的穩定性。當地基土為欠固結土、膨脹土、濕陷性黃土、可液化土等特殊土時,可以在設計時綜合考慮土體的特殊性質,選用適當的增強體和施工工藝。

比如在 2009年新元龍機械化工隊生產房地震災后重建工程施工中,我們根據驗槽結果、地基普探報告以及該施工地點的地基含水率檢測數據發現該工程基礎持力層為粉質粘土層,土質較雜,含水量偏大,呈流塑狀,按照施工規范要求應對土層含水量大問題做相應處理。綜合基礎情況、施工條件等,我們對該工程地基土做了以下處理,處理后經檢測地基基礎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 結語

各種地基處理技術,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、新工藝。在對不良地基進行處理時,應根據不同建筑物、不同的地理環境、不同的土質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.