淺析建筑工程中地基處理方法

卓國全 廣西農(nóng)墾設(shè)計院有限公司

1 前言

伴隨城鎮(zhèn)的快速擴張，土地越來越緊張，建筑工程不可避免會遇到不良地基，需要結(jié)構(gòu)工程師結(jié)合工程的規(guī)模、造價和不良地基的特性進行相應(yīng)的處理和設(shè)計。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，切實有效且較為經(jīng)濟，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地基剛度及穩(wěn)定性的要求而采取對應(yīng)的技術(shù)措施以達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、保護環(huán)境、科學(xué)選擇方法，滿足安全、經(jīng)濟、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、機械材料、工期進度和環(huán)境影響等諸多方面，對比經(jīng)濟性、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)域開展試驗檢測，為設(shè)計提供相關(guān)參數(shù)，以保證方案的可行性，避免實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，從而造成對工程的浪費。

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算和地基變形驗算滿足相關(guān)規(guī)范要求，可采用僅換填上層軟土層。對于變形較敏感的建筑工程，僅換填上層軟土層時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 強夯法

強夯法是利用重錘自由落體，夯擊土體，對土層造成振動擠壓密實，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或幾個區(qū)域作為試點，根據(jù)設(shè)計參數(shù)和工程經(jīng)驗進行強夯施工并做好工程記錄。結(jié)合試夯的情況確定強夯力度、夯擊次數(shù)和影響深度。需要注意的是，強夯法應(yīng)用中，建筑物外圍的基礎(chǔ)外也應(yīng)進行強夯處理，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，按不小于3m 確定，對特殊性土地基，應(yīng)符合現(xiàn)行國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。強夯處理可采取防振、隔振措施，避免強夯時對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，進而改變軟土的性能，提高土層的強度和剛度，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)鍵是加固土抗壓強度平均值，初步設(shè)計時，針對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，按不同配比進行抗壓強度實驗，為后續(xù)的設(shè)計提供參數(shù)指標(biāo)，進一步指導(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。利用機械在高強壓力下推動旋轉(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到設(shè)計要求。

初步設(shè)計時，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，進入持力層深度不宜小于5倍的樁徑或邊長。

4 實際工程案例

某建筑工程項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。項目內(nèi)分布有3個魚塘（局部魚塘圖見下圖2），根據(jù)地質(zhì)勘察報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，細粒土狀態(tài)以硬塑狀為主，局部堅硬，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，本項目的2#～9#單體、19#單體、21#～23#單體位于魚塘位置。場地設(shè)計地坪絕對標(biāo)高為61.8m～62.3m，平均地坪絕對標(biāo)高約為62.0m，地勢起伏不大，現(xiàn)狀魚塘面絕對標(biāo)高為53.41m～56.31m，平均絕對標(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，按工程造價最經(jīng)濟的原則優(yōu)先擬定強夯法，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，含有機質(zhì)，強度較低，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天齡期抗壓強度平均值取2200kPa，樁間土承載力fsk取35kPa，攪拌樁進入砂質(zhì)黏性土深度按照3.0m考慮，預(yù)計有效樁長平均為12m，單樁承載力取120kN，經(jīng)初步計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)范進行質(zhì)量檢驗。

5 結(jié)束語

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