加固地基，增強地基的抗震性能

常薈子

（中化二建集團公司，山西 太原 030021）

隨著高層建筑的日益增多，要求地基有足夠的整體強度和整體穩定性，不產生過大的和不均勻的沉降；高層建筑不僅垂直荷載大，更重要的是水平荷載也很大，特別是地震荷載，對地基要求更為嚴格。這就要求選取最恰當的地基處理方法改善地基條件，改善地基的動力特性，增強地基整體和局部的抗震性能。

1 加固地基改變了軟弱地基原結構狀態

軟弱黏土顆粒間的凝聚力分為原始凝聚力和固化凝聚力。加固處理后的地基具有以下特性：

（1）從微觀加固機理分析，強夯法加固過程可表示為：能量轉換—液化破壞—壓密固結—觸變固化。巨大的沖擊能在土中產生很大的應力波，破壞了土體原有結構，打破了土顆粒間的連接，使土體局部發生液化并產生許多裂縫，孔隙水順利逸出，孔隙水壓力消散，土體固結。隨著土的觸變性能的恢復，處于密實狀態的粘粒、膠粒和結晶膠結物由于粒間距離縮小，可更好地發揮它們的膠結作用。

（2）碎石樁復合地基在成孔和擠密碎石的過程中，樁周土體在水平激振力作用下，產生徑向位移，使樁間土密度提高，孔隙減小，樁間土對樁身有很好的約束作用，承載力比加固前提高60%以上，擠密和振密樁間土是碎石樁復臺地基承載力提高的主要因素。水泥粉煤灰碎石樁（CFG樁）成樁過程與碎石樁相同，但樁體置換作用明顯，這主要是由樁體材料構成所決定的，其石屑可使樁體級配良好，對樁體強度起重要作用，粉煤灰既是細骨料，又有低標號水泥的作用，可使樁體具有明顯的后期強度。水泥粉煤灰碎石樁是黏結強度較高的樁，樁體強度高、樁上應力集中，樁土應力比可達30多，和樁間土組成復臺地基具有較高的變形模量、剛度和承載能力，抗震性能良好。石灰樁吸水、發熱、膨脹，土和灰之間發生復雜的物理化學反應，樁間土受到成孔擠密、脫水擠密和膠凝作用。水化物對土顆粒產生膠結作用，使土聚集體積增大，并趨于緊密膠結作用從根本上改變土的結構，提高了土的強度，而土體的強度將隨齡期的增加而增大。

（3）化學加固。用水泥漿液、黏土漿液和化學漿液通過灌注壓入、高壓噴射或機械攪拌，漿與軟土顆粒間發生一系列物理化學反應，膠結形成具有整體性、結構新、強度較大、防水性能高和化學穩定性良好的加固土，從而提高軟土地基強度和變形模量。形成與原軟黏土根本不同的結構加固的地基，從本質上改變了軟黏土和松砂的物理力學性質，從根本上改變了軟黏土的絮凝結構和砂土的松散狀態，較大幅度地提高了加固地基的抗剪強度、變形模量、整體剛度和整體穩定性，從而增強了加固地基的抗震性能。

2 地基基礎的抗震加固處理方法

當地基強度不足或壓縮性很大，不能滿足抗震設計要求時，應對地基進行加固處理。加固處理的目的是增加地基的強度和穩定性，減少地基在地震中產生過大的變形。

2.1 換土墊層法

換土墊層法是將基礎底面下一定范圍內的軟弱土層挖去，換填其他無侵蝕的低壓縮性的散體材料，例如中（粗）砂、碎（卵）石、灰土、素土等。然后分層夯實作為地基的持力層。墊層的作用是提高持力層的承載力，并通過墊層的應力擴散作用減小墊層下天然層所受的壓力，這就減少了基礎的沉降量。

另外，用透水性較大的材料作墊層時，軟土中的水分可部分地通過它排出去，從而加速軟土的固結，工程實踐證明，在合適的條件下，采用換土墊層法能有效地解決中小型工程的地基欠強問題。

2.2 重錘夯實法

此法一般適用于處理稍濕的各種黏性土、砂土、雜填土以及濕陷性黃土等。其效果是經過夯打之后，地基表面形成一層較密實的表層硬殼，從而提高地基表層的強度，對于濕陷性黃土夯打可以減少表層的濕陷性，對于雜土可以減少其不均勻性。重錘夯實的效果與夯錘重量、錘底直徑、落距、錘擊次數和土的含水量等有密切關系。只有合理選定參數，才能達到預期的夯實效果。在土的最優含水量的條件下，才能得到最有效的夯實效果，否則，如土的含水量太小則難以夯實，含水量太大會出現“橡皮土”等不良現象。

2.3 強夯法

強夯法又稱動力固結法或沖擊加密法，它既適用于可液化的飽和砂土、粉土的加固，又是一種快速加固地基的有效方法。強夯法是在前述重錘夯實法的基礎上發展起來的新技術，但夯實機理卻有區別。強夯法是用很大的沖擊能（最大可達 800 t/m）使土中出現很大的沖擊波和應力，從而產生以下作用：①土中空隙壓縮；②土體局部液化后密實；③夯實點周圍產生裂隙，出現良好的排水通道，孔隙水順利逸出，土體迅速固結。經強夯加固后，地基承載力可提高3～4倍，壓縮性可以降低200%～1000%，其影響深度在10 m以上。目前強夯法的有關參數主要是通過室內進行動力同結試驗和現場試驗性施工，以取得一系列有關數據，按照工程要求（如地基承載力、壓縮性及加固深度等）確定。

2.4 振動水沖法

振動水沖法（簡稱振沖法）是利用在地基中就地振制的砂石樁快速加固松軟地基的方法，該方法適宜加固易于液化的砂土及黏粒含量小于10%的粉土地基。振沖法施工時是利用一個內裝偏心塊的鋼管振沖器。通過其端部射水，同時將其垂直地灌入土中，到達指定深度后，利用偏心塊的旋轉使鋼管振動，從而使地基加密，并在振沖器周圍形成裂隙，再用礫石、礦渣、砂等粗粒料填入縫隙。對于可液化的砂土，該法的機理是以振動器為點振源，使振沖孔附近一定范圍內的土體經受周期性剪應力而產生超空隙水壓力，暫時處于液化狀態，土顆粒得到重新排列而加密。另外，碎石樁還能起排水作用，有利于加速消散地震時砂層中產生的超孔隙水壓力，進一步消除液化趨勢。

2.5 深層擠密法

深層擠密法適用于需將較大范圍內的土層擠密加固的情況，施工時先往土中打入樁管成孔，拔出樁管后向孔中填入砂或其他材料并搗實。其作用主要是擠密樁周圍的松散土層，使樁和擠密后的土共同組成基礎下的持力層，從而提高地基的強度和減小地基變形。擠密樁所用的填充材料有礫石、砂、石灰、灰土以及土等。在各種材料擠密樁中，砂樁使用得最多，它的作用除提高地基強度和減小地基變形之外，還能有效地防止松散地基在地震時可能發生的液化。

2.6 砂井預壓法

此法適用于深厚的粉土層、黏土層、淤泥質黏土層、淤泥層等軟弱地基的加固處理，但不適用于透水性極小的泥炭層。砂井預壓法的施工步驟是：在軟土層中按一定間距打好一孔孔的井，并在井孔中灌以透水性良好的砂，形成所謂的“砂井”，然后堆載預壓。這可以大大改善軟土層的排水條件，使土中孔隙水通過砂井，井上口的砂墊層、井下口的透水層排出，從而加速了軟土層在荷載作用下的固結和強度增長，起到加固地基的作用。砂井直徑一般采用200～400 ram。砂井間距取直徑的8～10倍，砂井的深度應穿越地基的受力層，砂井的布置范圍應擴大到基礎輪廓線以外2～4 m，預壓荷載最大可超出設計荷載的10%～20%。

3 加固地基提高了整體強度、剛度和穩定性

深層密實法的碎石樁復合地基、石灰樁復合地基、水泥粉煤灰碎石樁復合地基提高了地基的整體穩定性，碎石樁復合地基樁間土必須給予足夠的徑向支持力于樁體，樁必須與四周土體的變形相協調，否則會在樁體的上部產生鼓脹破壞。在實際工程中，隨著樁周土側向約束力的增大，樁的切線模量也越大，樁傳遞豎向荷載的能力增大，對散體樁、樁的擠密效應越顯著，樁周土對樁的約束力越大，地基加固效果也就越好，因此被加固的復合地基其整體剛度也就越大，整體強度增大，其抗震性能增強。為了提高加固地基的整體穩定性，設置護樁是非常重要的保證。護樁是在基礎底面范圍之外布置圍護樁。地基沉降變形主要由兩部分組成：①土體的豎向壓縮變形；②土體的側向擠出變形。如果在基礎的外圍設置了護樁，護樁的作用使土體側向擠出變形受到約束，從而減小了復合地基的變形，提高了復合地基整體承載能力及整體剛度。對于可液化地基，護樁的范圍要大一些，才能取得較好的效果。在強震區，對于填土地基、濕陷性黃土、欠固結土地基，必須加設護樁，方能保證復合地基的整體穩定性，防止土體發生側向塑性流動，提高復合地基的抗震性能。石灰樁和水泥粉煤灰碎石樁由于漿材要和樁周圍的土發生復雜的物理化學反應，有部分填料會滲入到樁間土中去，與樁間土膠結成整體，使樁間土的整體性增強，于是樁和樁間土形成一個變形模量較高的復合地基，其復合地基的抗震性能被增強。

4 結束語

（1）加固的地基從本質上改變了軟黏土和松砂的物理力學性能，改變了軟粒土的原有絮凝結構和松砂的松散狀態，較大幅度地提高了加固地基的抗剪強度變形模量和整體剛度，從而增強了加固地基的抗震性能。

（2）深層密實法可有效地改善加固地基的動力特性，增強抗震性能，特別是強夯法和振沖碎石樁法消除砂土地基液化勢的可靠性高，能產生預震效應，完全防止砂土液化的發生。

（3）地基處理提高了加固地基的整體剛度、整體強度和整體穩定性，提高了復合地基土的變形模量，改善地基土變形特征，提高地基的承載能力。護樁在保證加固地基的整體穩定性和整體剛度中起著重要作用，可有效地約束加固地基土體產生側向變形，防止土體發生側向塑性流動。復合地基墊層。可以說，從某種意義上形成了自成抗震體系，對其下臥軟土層起到減震效應，增強了整個地基的抗震性能。

（4）厚沖積層和厚軟土層震害最嚴重。高壓噴射注漿法處理深厚的軟土地基具有獨特的性能：一是固結體直徑大、強度高、承載力高；二是處理深度大；三是對樁間土的擠密效應固體效應，這些性能是其它處理方法無法比擬的。工程實踐證明：旋噴質量有保證，固結體可靠性高，組成的樁和樁間土復合地基承載力高，變形量大大減小，可增強厚沖積層和厚軟土層的抗震性能。

進行地基抗震設計時，應盡量發揮天然地基的承載能力，首先考慮采用天然地基方案。其次考慮采取加強上部結構的建筑和結構措施，當仍不能滿足抗震要求時，再考慮采用人工地基加固處理方案。在選擇地基處理方案時，要結合當地經濟條件、機具設備、技術條件、材料來源以及地基情況選用，同時還要考慮施工周期和對環境的影響（如噪聲、衛生）等問題，對環境影響這一點在大中城市的施工中尤為重要。

1 龔曉南.地基處理手冊［M］.北京：中國建筑工業出版社，2008

2 葉書麟、葉觀寶.地基處理［M］.北京：中國建筑工業出版社，1997