巖土工程地基與樁基礎(chǔ)處理技術(shù)

劉丁丁 戎雪飛

（山東東信巖土工程有限公司，山東東營 257000）

1 巖土工程施工特點

1.1 技術(shù)隱蔽性

巖土工程受到技術(shù)工藝與場地環(huán)境的限制，普遍選擇在地表下方地層中設(shè)置地基持力層，樁基被土層覆蓋，具有隱蔽性特征。在工程地基基礎(chǔ)建設(shè)期間，如果出現(xiàn)異常斷樁等質(zhì)量問題，由于地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)具有一定隱蔽性，難以及時發(fā)現(xiàn)并解決地基與樁基礎(chǔ)施工問題，存在施工質(zhì)量隱患。

1.2 巖土體物理特征可變性

在巖土工程地基基礎(chǔ)建設(shè)期間，受到氣候、環(huán)境、施工擾動、人為等內(nèi)外部因素的影響，巖土體原有物理力學(xué)性質(zhì)會發(fā)生變化，具有可變性特征。在巖土工程地基與樁基礎(chǔ)施工期間，隨著巖土體物理力學(xué)性質(zhì)與外部環(huán)境的變化，對地基基礎(chǔ)施工質(zhì)量造成影響，出現(xiàn)異常斷樁、地基沉陷變形等質(zhì)量問題，體現(xiàn)了巖土工程地基基礎(chǔ)施工的局限性。

2 巖土工程地基處理技術(shù)的應(yīng)用

2.1 強(qiáng)夯加固法

強(qiáng)夯加固法是將一定質(zhì)量的夯錘起吊至夯點上方一定高度，放開夯錘，夯錘在重力作用下自由落體向下錘擊，向下方地基土層施加強(qiáng)烈沖擊能量，通過反復(fù)夯擊地基土層起到強(qiáng)制壓密作用，減少地基土層的壓縮性并提高地基強(qiáng)度，實現(xiàn)地基加固與整合目的。與其他地基處理技術(shù)相比，強(qiáng)夯法具有施工成本低、節(jié)省加固原材料、施工效率高、加固效果顯著的優(yōu)勢，可以將天然地基壓縮性降低2～10倍。但強(qiáng)夯法僅適用于處理碎石土、低飽和度粉土、雜填土等類型地基，對飽和性粉土與黏性土地基無明顯加固效果。

2.2 CFG樁復(fù)合地基處理技術(shù)

CFG樁也被稱為水泥粉煤灰碎石樁，是以礫石、水泥、粉煤灰石屑等材料加水拌和形成的混合物，使用成樁機(jī)械在地基土層中制成一定強(qiáng)度的可變強(qiáng)度樁，由樁間土、褥墊層與水泥粉煤灰碎石樁共同組成復(fù)合地基，利用樁間土的承載力共同作用，通過樁體將地基所承受荷載向深層土層傳遞，客觀改善地基承載性能。在巖土工程中，CFG樁復(fù)合地基技術(shù)主要被用于處理沙土、黏性土與粉土等類型地基以及承載力標(biāo)準(zhǔn)值達(dá)到70 kPa的淤泥質(zhì)土地基。

2.3 注漿加固

注漿加固法是向地基土層中灌注具備固化性的漿液，漿液在壓力作用下填充地基土層中分布的孔隙裂縫，一定時間后凝結(jié)硬化，漿液與地基巖石體膠結(jié)形成整體性結(jié)構(gòu)，起到改善地基物理力學(xué)性質(zhì)、防滲堵漏的多重作用。可以將注漿加固法細(xì)分為多項處理技術(shù)，如將注漿料作為劃分依據(jù)時，可分為硅化法、高分子化學(xué)注漿法、水泥注漿法和堿液法。硅化法是將硅酸鈉和氯化鈣溶液作為注漿料，通過注漿管均勻注入地基土層，排除土層脫巖裂縫中含有的空氣水分，漿液與巖石膠結(jié)形成整體性結(jié)構(gòu)，該項技術(shù)具有價格低廉、無毒害的優(yōu)勢，被用于控制地基變形與改善地基承載性能。

2.4 真空預(yù)壓加固

真空預(yù)壓加固法是在地基表面鋪設(shè)密封膜，使用真空設(shè)備抽取密封膜下方空氣，使膜下地基保持真空狀態(tài)，在砂墊層與地基土層排水通道內(nèi)形成一定負(fù)壓力。在負(fù)壓真空狀態(tài)下，地基土層內(nèi)所含孔隙水持續(xù)向外排出，且孔隙水壓力減小，有效應(yīng)力隨之增加，使得地基土體發(fā)生固結(jié)反應(yīng)，實現(xiàn)地基加固目的。

與傳統(tǒng)堆載預(yù)壓技術(shù)相比，真空預(yù)壓法在地基處理期間不會出現(xiàn)不均勻沉降與殘余沉降等技術(shù)問題。為克服單一技術(shù)的應(yīng)用局限性，可選擇采取真空-堆載聯(lián)合預(yù)壓法，在地基表面鋪設(shè)砂墊層為水平排水體，在土層中設(shè)置砂井為豎向排水體。在軟基表面砂墊層鋪設(shè)不透氣薄膜，膜下砂墊層內(nèi)空氣通過濾水管向外排出，形成相對負(fù)壓環(huán)境，砂井與周邊土體間形成孔壓差，通過砂井向外排除地基孔隙水。膜下真空度穩(wěn)定保持一定時間后，開展堆載預(yù)壓作業(yè)，直至地基固結(jié)度達(dá)標(biāo)。與單項技術(shù)相比，真空-堆載聯(lián)合預(yù)壓法具有加載速度快、土體固結(jié)快、土體密實度與承載力提升幅度大的技術(shù)優(yōu)勢。

2.5 換填法

巖土工程現(xiàn)場地質(zhì)條件較為薄弱時，受到天然土體物理力學(xué)性質(zhì)限制，如果直接采取強(qiáng)夯法與排水固結(jié)法等處理技術(shù)，難以取得理想的基加固效果，無法達(dá)到預(yù)期施工標(biāo)準(zhǔn)。企業(yè)可選擇采取換填法，挖除工程場地中分布的薄弱土體，采取分層填筑、分層壓實工藝，在地表面挖空后換填卵石、爐渣、粗砂等回填材料，再將回填層夯實整平，解決軟土地基等問題。根據(jù)實際應(yīng)用情況，換填法適用于處理淺層不良地基以及處理淤泥質(zhì)土地基、雜填土地基、暗溝，具有工序流程簡單、施工成本低廉、處理效果顯著的優(yōu)勢。

針對特殊地基，應(yīng)采取額外的技術(shù)措施，以增強(qiáng)地基加固效果。例如，在基巖表面分布槽深不超過250 mm的風(fēng)化溝槽時，施工人員應(yīng)提前鑿除風(fēng)化巖石，挖除填充物并回填C20毛石混凝土，或在表面設(shè)置一層鋼筋網(wǎng)片。

3 巖土工程中常見樁基礎(chǔ)質(zhì)量問題及處理技術(shù)

3.1 樁體傾斜

出現(xiàn)樁體傾斜問題時，會對樁身承載力與完整性造成較大影響，并對樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)受力情況造成較大危害。可選擇采取補(bǔ)樁加固法、壓密注漿法、設(shè)置錨桿靜壓樁或改變基礎(chǔ)底板形式等方法。

補(bǔ)樁加固是在過度傾斜管樁附近額外設(shè)置預(yù)應(yīng)力管樁或鉆孔灌注樁，起到補(bǔ)足樁基礎(chǔ)承載力要求的效果。壓密注漿是在管芯內(nèi)設(shè)置鋼筋籠并灌注適量的砂石混凝土材料進(jìn)行管樁補(bǔ)強(qiáng)。改變基礎(chǔ)底板形式是將原有設(shè)計底板調(diào)整為整板基礎(chǔ)形式，以此處理樁身傾斜偏位問題。

3.2 懸樁

在巖土工程樁基礎(chǔ)施工期間，由于樁體壓入地基土層時會產(chǎn)生擠土效應(yīng)，樁間土原有結(jié)構(gòu)受到擾動，使得土體相互擠壓，孔隙變小，且孔隙水壓力隨之增大。導(dǎo)致土體水平方向側(cè)移，在樁端部位以及持力層間形成較大間隙，致使管樁上浮，形成懸樁。針對懸樁問題，可選擇采取復(fù)壓、加大承臺、樁底后注漿與補(bǔ)樁等處理技術(shù)。針對已發(fā)生上抬現(xiàn)象的管樁，采取復(fù)壓方式進(jìn)行處理，對靜壓后的管樁重新開展持荷復(fù)壓作業(yè)，使管樁樁尖標(biāo)高滿足持力層控制要求。

3.3 異常斷樁

在巖土工程樁基礎(chǔ)施工環(huán)節(jié)，如果樁體受到外力碰撞，在入土期間碰撞堅硬障礙物，或相接兩節(jié)樁為保持在相同軸線時，可能引發(fā)斷樁問題，對樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)性能造成影響。為有效解決斷樁問題，應(yīng)綜合分析斷樁成因與現(xiàn)場環(huán)境條件。

（1）原位補(bǔ)樁法。

挖除樁孔內(nèi)斷裂樁體，清理孔底孔壁殘渣，重新在樁孔內(nèi)澆筑混凝土凝結(jié)成全新樁體。也可以選擇將原有樁孔進(jìn)行回填夯實處理，在其基礎(chǔ)上二次鉆探?jīng)_孔并澆筑混凝土。

（2）接樁法。

斷樁位置較淺且樁體完整性較好時，可采取接樁法，應(yīng)用法蘭螺栓連接或是硫黃膠泥錨接等工藝，在樁孔內(nèi)打入適當(dāng)數(shù)量的預(yù)制樁，將預(yù)制樁與斷樁頂端連接，形成整體性樁體結(jié)構(gòu)。

（3）加樁法。

樁體斷裂后，可選擇在樁基兩側(cè)分別額外設(shè)置一條樁，組成“扁擔(dān)樁”，減小斷樁對樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)造成的影響。此項方法具有局限性，施工成本較大，且無法用于群樁結(jié)構(gòu)。

3.4 灌注樁技術(shù)

在巖土工程中，可將常用樁基礎(chǔ)處理技術(shù)分為灌注樁技術(shù)與預(yù)制樁技術(shù)兩大類，灌注樁技術(shù)可細(xì)分為鉆孔灌注樁、人工挖孔灌注樁、沉管灌注樁三種技術(shù)。

（1）鉆孔灌注樁。

通過機(jī)械鉆孔方式，在地基土層中挖設(shè)若干數(shù)量樁孔，在樁孔內(nèi)固定安裝鋼筋籠，向樁孔內(nèi)澆筑適量混凝土漿液，待漿液凝結(jié)硬化后形成樁體結(jié)構(gòu)。該項技術(shù)具有單樁承載力高、施工簡單的優(yōu)勢。

（2）人工挖孔灌注樁。

采取人工挖土成孔方式在孔底放置鋼筋籠，灌注混凝土凝結(jié)形成管樁。與其他處理技術(shù)相比，人工挖孔灌注樁的施工效率較低，但單樁承載力較高，可以直接觀察土層變化情況，提前預(yù)防與及時解決樁身偏斜等質(zhì)量問題。

（3）沉管灌注樁。

采取鋼管擠土方式，使用振動器振動沉管成樁，利用振動器產(chǎn)生的垂直定向振動力向樁管施加壓力，將樁管壓入地基土層。在樁管內(nèi)澆筑適量混凝土，同步開展拔管與振動作業(yè)，將樁管緩慢拔出，在地基土層中形成混凝土灌注樁。與其他處理技術(shù)相比，可以預(yù)防懸樁問題出現(xiàn)，確保管樁達(dá)到持力層要求，改善樁身表面浮漿現(xiàn)象。受到擠土效應(yīng)影響，成型灌注樁易出現(xiàn)傾斜斷裂與移位問題。

3.5 預(yù)制樁技術(shù)

在多數(shù)巖土工程中，常用樁基礎(chǔ)預(yù)制樁技術(shù)為預(yù)應(yīng)力混凝土管樁和混凝土實心方樁技術(shù)，預(yù)應(yīng)力混凝土管樁技術(shù)可細(xì)分為后張法預(yù)應(yīng)力管樁以及先張法預(yù)應(yīng)力管樁兩類。

以先張法預(yù)應(yīng)力管樁為例，運用先張法預(yù)應(yīng)力工藝和離心成型工藝預(yù)制形成空心筒體混凝土管樁，采取錘擊法、射水法、靜壓法、中掘法等方式，將管樁沉樁至樁位設(shè)計標(biāo)高，此技術(shù)具有管樁承載力高、施工工期短、造價成本低的優(yōu)勢。混凝土實心方樁技術(shù)是使用強(qiáng)度等級在C30及以上混凝土預(yù)制的方形斷面樁體，如果樁身長度超過12 m，則將樁體分節(jié)預(yù)制，在打樁過程中進(jìn)行接長處理。與預(yù)應(yīng)力混凝土管樁相比，混凝土實心方樁具有承載性能高、耐久性好、狀體長度截面可選、制作質(zhì)量高的優(yōu)勢。

4 結(jié)語

綜上所述，地基與樁基礎(chǔ)施工作為巖土工程的重要施工內(nèi)容與基礎(chǔ)，應(yīng)合理運用地基與樁基礎(chǔ)處理技術(shù)，深入了解技術(shù)優(yōu)勢、機(jī)制與適用范圍，保障工程基礎(chǔ)施工質(zhì)量。建筑企業(yè)必須加大對地基與樁基礎(chǔ)處理技術(shù)及要點的研究力度，持續(xù)積累技術(shù)應(yīng)用經(jīng)驗，不斷完善技術(shù)應(yīng)用體系與理論基礎(chǔ)，取得更好的技術(shù)效果，推動建筑行業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展。