研究巖土工程地基處理的常用方法及應(yīng)用

楊華剛

（中冶成都勘察研究總院有限公司，四川 成都 610200 ）

目前建筑行業(yè)在進行地基處理流程時，依然有很多施工單位不注重對巖土工程的現(xiàn)場勘查，勘測工作浮于表面，無法結(jié)合地質(zhì)的實際情況最大程度的提高地基承載力、控制建筑物沉降量，勘測收集到的數(shù)據(jù)也無法做到真實全面，在很大程度上阻礙了工程的正常開展。同時部分工作人員的職業(yè)素質(zhì)有待提升，其勘測數(shù)據(jù)無法為地基處理提供科學的數(shù)據(jù)支持，各相關(guān)部門之間也缺乏必要的溝通，從而影響了工程的施工質(zhì)量。

1 巖土地基處理技術(shù)發(fā)展簡析

我國的地基處理技術(shù)在發(fā)展過程中經(jīng)歷了兩個重要階段。一是五六十年代的起步階段，在這段時期內(nèi)，大量先進的國外技術(shù)被引入我國，以淺層處理置換為主，主要方法為砂樁擠密、砂石墊層、化學灌漿、灰土樁、石灰樁、預壓法、重錘夯實等；第二階段為70年代發(fā)展至今，是技術(shù)的創(chuàng)新階段，項目工程在結(jié)合我國實質(zhì)地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，對國外的先進技術(shù)進行創(chuàng)新，初步形成更加符合我國地質(zhì)條件的地基處理技術(shù)，甚至在某些領(lǐng)域已經(jīng)達到了國際先進水平。

2 巖土工程地基處理難點分析

2.1 地質(zhì)形態(tài)相對復雜

我國的地質(zhì)結(jié)構(gòu)具有較大差異，存在著不同程度的空洞、風化以及不明第下物的情況，而且地質(zhì)結(jié)構(gòu)又大多呈現(xiàn)出區(qū)域性特點，這也為我國的項目工程帶來一定施工難度，需要在施工過程中具體判斷巖石風化程度、軟弱結(jié)構(gòu)、不明地下體的分布形態(tài)、位置與深度等。

2.2 巖土參數(shù)較難取得

項目工程在施工過程中，需要取得原狀巖土樣本，獲得巖土參數(shù)，并以此為依據(jù)具體設(shè)計巖土的實際承載能力與變形指標等，而一些原狀巖土隱瞞較深，不易挖掘，地質(zhì)結(jié)構(gòu)相對復雜，所以難以獲得有效的巖土參數(shù)信息，也就無法具體評判巖土結(jié)構(gòu)類型與松軟度等。

2.3 工作人員素質(zhì)

建筑工程在施工過程中，也經(jīng)常會出現(xiàn)因工作人員職業(yè)技能偏低而導致勘測結(jié)果不準確的情況發(fā)生，由于勘察人員缺乏足夠的經(jīng)驗與技術(shù)，他們無法充分利用原始資料，同時也缺乏建筑與設(shè)計方面的知識，造成勘測結(jié)果無法滿足設(shè)計需求。

2.4 技術(shù)局限

巖土結(jié)構(gòu)隨著地域的不同具有較大差異性，而且近年來地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，這也在一定程度上產(chǎn)生了一系列新的巖土問題。這也就要求現(xiàn)代建筑必須具備一定抗震要求，但是在實際地基處理過程中，現(xiàn)有的技術(shù)與手段無法解決施工遇到的實際問題，使得一些大型綜合項目在施工過程中屢屢碰壁、舉步維艱。因此必須不斷對技術(shù)進行革新，打破技術(shù)局限，想盡辦法提高巖土工程地基的穩(wěn)定性。

3 巖土工程地基的基礎(chǔ)設(shè)計

3.1 箱筏基礎(chǔ)

對于箱筏基礎(chǔ)而言，在設(shè)計過程中要注重以下幾方面內(nèi)容：首先，箱筏基礎(chǔ)的高度一定要符合巖土工程地基的承載能力，同時箱筏基礎(chǔ)的底板厚度也要與地基的鋼度、受力等情況具體貼合，其正方截面承載力與斜方截面承載力必須滿足地基的受力需求；其次，對于梁版式的筏基底板，其厚度必須能承接沖切力度與正斜截面的承載力，這也就要求在設(shè)計底板時，必須要精準計算出梁板的承載能力。特別注意的是，對于平板式筏基來說，在保證上述設(shè)計基礎(chǔ)上，還需計算出梁板邊緣所能夠承載的力度。

3.2 擴展基礎(chǔ)

為了實現(xiàn)擴展基礎(chǔ)的最大精度，一定要根據(jù)巖土工程地基的承載能力與建筑物的實際變形參數(shù)科學計算出地基的基礎(chǔ)底面積，并在此基礎(chǔ)上計算出變階處高度。值得注意的是，這一計算步驟一定要嚴格依據(jù)剪切與沖切，并依據(jù)抗彎計算出最終基礎(chǔ)底板配筋數(shù)量。

3.3 樁基礎(chǔ)

在設(shè)計樁基礎(chǔ)時需要特別留意以下兩點：一是要精準計算樁基礎(chǔ)的極限承載力，并具體分析樁基的受力特點，分別得出樁基的最大豎向和水平承載力，然后要明確樁基自重，對于在土層之上暴露的樁基頂面與側(cè)面要做出科學的壓屈計算；二是在樁基深入地基的過程中，會穿越松散填土層、具有較大濕陷性的黃土層、或者具有較弱強度的土層，然后才會進入硬質(zhì)土層，這一過程中樁基周圍一定會殘存一些軟弱泥土，而且樁基由于長時間負重或地下水位下降，會在各種因素影響產(chǎn)生一定下沉，甚至有可能出現(xiàn)樁基周圍土層有著更為嚴重的下沉程度。

4 巖土工程地基處理的現(xiàn)狀分析

4.1 地基降沉

對于一些土地較軟的地區(qū)，地基的降沉現(xiàn)象十分嚴重，由于較軟的土質(zhì)常含有大量水分，在遇到負荷時會出現(xiàn)比較大的壓縮，地基由此很容易出現(xiàn)沉降，從而影響地基的穩(wěn)定性。一旦地基沉降范圍超出了建筑物的允許值，就會影響建筑物的使用壽命，甚至造成一定的安全隱患。

4.2 地基滲透

地基滲透經(jīng)常出現(xiàn)在挖掘基坑的過程中，會遇到流沙和管涌等現(xiàn)象，如果地基的承載能力相對較弱，或者在建筑物施工之前沒有做好對地基的處理工作，滲透問題就會更加嚴重，從而嚴重威脅地基的穩(wěn)定性與承載力。

5 巖土工程地基處理的常見方法概述

5.1 化學處理法

在對巖土工程進行地基處理時，可以充分利用土木合成材料增加地基的穩(wěn)定性，提升地基的整體強度。土木合成材料是一種高分子化合物，通過對軟土地基進行改造與填充，可有效增強軟土強度，并且利用高分子化合物的化學反應(yīng)，可以增加地基的排水性能，改善地基受到侵蝕的現(xiàn)象。化學合成法廣泛應(yīng)用于地基邊坡，可以有效的優(yōu)化地基的結(jié)構(gòu)性能。與此同時，也可以通過用水泥與軟土進行充分攪拌，水泥在潮濕的環(huán)境中會慢慢凝固，通過對軟土進行澆筑水泥并充分攪拌，可有效將周圍的土質(zhì)凝結(jié)為一體，從而增加軟土地基強度。

5.2 置換墊層法

在對巖土工程進行地基處理時，置換墊層法是最為常見的地基處理方法之一，可以有效解決土地松軟和地質(zhì)不均勻的情況，提高地基的承載能力。置換墊層法主要是借助相關(guān)機械與人工去除原有的淤泥軟土等基層材料，并利用強度系數(shù)高的天然砂礫進行填充，換填深度要控制在兩米以內(nèi)，并采用分層填筑、分層壓實的方法，來提高地基的承載能力和抗變形能力，在置換完成后要分層檢測壓實度。在置換墊層時，一定要合理保證砂粒的石塊粒徑以及含量，最大程度的避免地基沉降。

5.3 CFG 樁處理法

CFG 樁是由水泥粉和煤灰碎石組成，是巖土工程地基處理經(jīng)常使用的方法之一，并且具有低成本、高質(zhì)量的優(yōu)勢，而且易于操作。在具體的施工過程中，要保證CFG 樁的直徑小于0.6 米，長度控制在8 米～15 米左右，施工單位要結(jié)合土質(zhì)的實際情況來確定實際樁長，CFG 樁長的選擇是保證地基穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素。同時CFG 樁樁身質(zhì)量也要符合施工要求，確保其不會發(fā)生斷裂而產(chǎn)生安全隱患。在制作CFG 樁時，一定要對水量、石屑與煤灰粉進行科學配比，將CFG 樁的坍落度控制在一定范圍內(nèi)，提高樁體的穩(wěn)定性。在CFG 樁完工以后，也要使用靜載試驗的方法檢測其單樁負載率，并對它的整體性能進行檢測[1]。

5.4 粉噴樁復合處理法

粉噴樁加固地基的工作原理是通過粉體噴射裝機在鉆孔過程中，用高壓空氣將粉狀固化劑以霧狀噴入被加固的軟土中，并借助機械上特制的鉆頭葉片的旋轉(zhuǎn)，使固化劑與原位軟土就地被強制攪拌混合，從而使樁位原土變硬[2]。固化劑會在吸水后產(chǎn)生一定的化學反應(yīng)，因而可改有效改變軟土性能，從而形成一種承載力更高并且水穩(wěn)定性更強的新樁體，同時樁體也可與樁間土交叉作用，形成一種具有高強度承載能力的復合地基。在實際工程中，水泥和石灰是粉噴樁所采用的常見固化劑，所以粉噴樁的樁體大多由水泥土樁或石灰土樁構(gòu)成。

如果以水泥為固化劑，水泥需要在具有活性的粘土中進行硬化，通過水泥吸水后的水化反應(yīng)，從而把土顆粒凝結(jié)成土團粒，隨著化學反應(yīng)的不斷深入，會逐漸產(chǎn)生微晶凝膠，該凝膠不溶于水并且會在空氣中硬化，進而增加軟土強度，并保證加固后的地基具有很強的水穩(wěn)定性。

如果以生石灰作為固化劑，由于生石灰遇水會膨脹、發(fā)熱，并與土壤中的離子進行化學交換，從而產(chǎn)成碳酸鈣、火山灰等化學產(chǎn)物，這些化合物會在水和空氣的作用下變硬，從而可有效促進樁體與樁間土的固結(jié)，進而形成具有一定承載能力的石灰土，從而完成對軟土地基的加固。

5.5 預壓法

為了最大程度的提高軟土地基的承載能力，有效控制建筑物的沉降，因此可以采用預壓法，通過外力對巖土地基施加壓力，使其土壤密實、具有一定承載力，然后再將外力去除。這種預先加壓的方法，可以在加壓過程中完成大部分沉降，可有效提高地基的承載力。預約法廣泛適用于粘土、淤泥、人工沖填土等地基施工中。在具體施工過程中，技術(shù)人員要根據(jù)地基的實際情況采用合適的預壓方法，例如真空法與堆載法等，而且在預壓過程中要仔細觀察地基軟土中孔隙水壓力與地面沉降量，對壓力進行有效控制。預壓法具有就地取材、簡便易行、成本低廉等優(yōu)點，在巖土工程地基施工過程中有著較為廣泛的應(yīng)用。

5.6 強夯法

所謂強夯法，就是利用重錘自由落下的重力來夯實泥土。現(xiàn)階段的項目工程大多選用8～10 噸的重錘，從20 米左右的高度自由落下利用重力產(chǎn)生的沖擊能來提高地基承載力、降低沉降量。這種方法的施工過程極其簡單，并且穩(wěn)固效果良好，十分適合處理粘性黃土以及沙性土壤。在操作過程中，大多采用連續(xù)夯擊或間歇夯擊的方法，但是其具有幾個明顯缺點，例如噪音大、震動大等，因此不適合應(yīng)用在房屋密集區(qū)。

6 巖土工程地基處理的實例應(yīng)用

6.1 工程概述

本項目工程為兩棟住宅樓的施工建設(shè)，計劃設(shè)計建筑物為18～20 層的框架結(jié)構(gòu)，長40 米，寬17 米，柱網(wǎng)面積為6 米×6 米，單柱負荷極限為9000KN，地下室深度為5 米。

6.2 施工條件

項目場地為規(guī)劃用地，經(jīng)過回填地勢相對平坦，地形簡單，地面標高為96.5m-95.8m，總體地貌為低丘地貌。同時根據(jù)鉆探顯示，土壤成分表層為填土，中層為沉積物粉質(zhì)粘土，基底層為花崗巖。各土層的具體參數(shù)為：

第1 層

主要為填土，結(jié)構(gòu)較為松散，土層厚度在2.5 米到5.7 米之間，平均填土厚度為3.3 米。

第2 層

主要為粉質(zhì)粘土，韌性與強度都為中等，且在搖震時無明顯反應(yīng)，有很強的可塑性，土層厚度在3.3 米到6.2 米之間，平均粘土厚度4.6 米。

第3 層

主要為風化花崗巖，巖石結(jié)構(gòu)經(jīng)過風化遭到一定破壞，主要成分為長石和石英，花崗巖厚度在25.3 米到42.4 米之間，平均巖石厚度為33.1 米。

第4 層

主要為強風化花崗巖，巖石原結(jié)構(gòu)幾乎全被破壞，巖心碎塊化嚴重，厚度在1.8 米～12.4 米之間，平均厚度4.1 米。

通過對土壤結(jié)構(gòu)的仔細調(diào)研，發(fā)現(xiàn)該建筑項目若采用樁基礎(chǔ)類型進行地基處理，需要加深成孔深度，具有較高的經(jīng)濟成本。通過專家對勘測結(jié)果的仔細驗證，最后決定采用CFG 樁復合地基法，不僅可有效保證工程的施工質(zhì)量，也可在一定程度上降低施工成本，創(chuàng)造最大的經(jīng)濟價值。

綜上所述，隨著建筑行業(yè)規(guī)模的不斷擴大，相應(yīng)的施工技術(shù)也要不斷完善與提高。巖土工程地基的常見處理方法有：化學處理法、置換墊層法、CFG樁處理法以及粉噴樁復合處理法等，為了提高地基的處理效果，一定要做好對巖土工程的前期勘測，了解地質(zhì)結(jié)構(gòu)，找到適合的地基處理方法，最大程度的保障地基的施工質(zhì)量。