房屋建筑工程施工中的地基處理技術

裘鋰鋰 滕敦清

(1.浙江省建工集團有限責任公司，浙江 杭州 310000；2.浙江省建投交通基礎建設集團有限公司，浙江 杭州 310000)

隨著市場經濟的穩步發展，建筑行業已經成為我國重要的國民經濟支柱產業，并且對人民群眾的生活質量具有深遠的影響，人民群眾對于房屋建筑的質量和適用性、耐久性、安全性、舒適性等方面的要求也在逐年提升。為了解決我國土地面積與人口數量之間的矛盾，高層建筑已經成為了一種主要的房屋建筑形式[1]。為了提高高層建筑的質量，施工單位應當從地基處理階段開始對施工工藝和施工質量進行嚴格控制，為房屋建筑的整體質量打好基礎。

1 不良地基的分類及其對房屋建筑的影響

1.1 抗剪性能差的地基

不良地基對于建筑的安全性和適用性具有嚴重的不利影響，建筑結構的自重和外部荷載會導致抗剪能力不足的地基發生局部或者整體的剪切破壞，進而導致建筑結構的開裂、垮塌等，影響建筑物的正常使用。加拿大特朗斯康谷倉地基破壞事故就是由于地基抗剪能力不足導致的，淤泥質軟黏土地基在超過承受能力的荷載作用下發生明顯的失穩現象，在24h之內整體傾斜達到26°53′[2](見圖1)。

圖1 加拿大特朗斯康谷倉地基破壞事故

1.2 具有高透水性的地基

具有高滲透性的地基在地下水的流動作用下發生滲流破壞，會導致水量的大量流失或者管涌，潛蝕，滲漏。近年來在中國西南地區頻繁發生的“天坑”現象就是由于滲流破壞導致的，還曾經造成我國大量土石壩工程的破壞，給當地造成了巨大的人員傷亡和經濟損失(見圖2)。

圖2 西南“天坑”自然景觀

1.3 地基的動力性能

飽和無粘性土地基可能會在地震、車輛行駛、爆破等動力荷載的作用下發生液化、失穩、震陷等現象，嚴重威脅到建筑物的安全性。動力荷載導致的穩定和變形問題造成液化現象的主要原因，在與建筑結構的自重及外部荷載的共同作用下，建筑物可能會出現嚴重的變形現象，導致建筑物無法正常使用(見圖3)。

圖3 地基液化造成的建筑倒塌

1.4 地基的不均勻沉降

當地基的不均勻沉降超出一定的安全范圍時可能會造成建筑結構開裂破壞，沉降量越大，不均勻沉降的情況越嚴重。我國蘇州的虎丘塔在地基不均勻沉降的作用下塔頂發生了2.3m的偏移，直至1983年5月才在人工加固的作用下達到穩定狀態[3](見圖4)。

圖4 蘇州虎丘塔地基不均勻沉降

在房屋建筑施工之前，必須對不良地基采取適當的處理措施，使經過處理的地基能夠為建筑物提供足夠的支撐力。

2 常用的地基處理技術

2.1 換土墊層法

換土墊層法適用于淺層非飽和軟弱土層、膨脹土、雜填土、季節性凍土等不良地基的處理，并且具有施工工藝簡單、施工速度快且施工成本低等優點(見圖5)。用于換填施工的材料主要包括素土、灰土、砂、爐渣、粉煤灰、卵石、碎石等穩定性強、抗侵蝕能力強的材料，輕質聚苯乙烯塊在國外的換土墊層施工中也有應用。墊層的厚度取決于軟弱土層的深度和下臥土層的承載力，在施工中通常控制在0.5m～3m范圍之內，不足0.5m影響換填的效果，超過3m則不經濟。墊層鋪筑的寬度以能夠滿足基層地面應力擴散的需求為標準，且墊層頂面的尺寸應較基礎底面向四周外擴不少于300mm[4]。

換土墊層施工中的土方開挖可采用機械開挖或者人工開挖，采用機械開挖時底部20cm～30cm范圍內的土層應人工挖除，不得超挖或欠挖。換填材料應通過實驗確定施工工藝、分層鋪筑的厚度、壓實遍數等，每層鋪筑完成后可采用機械壓實、平板振動壓實或者重錘夯實等，直至達到設計文件中規定的壓實系數，機械碾壓的速度應控制在2km/h，碾壓時土料的含水率應控制在最佳含水率范圍之內。

圖5 換土墊層法

2.2 強夯法

強夯法是指通過對地面進行反復夯擊直至達到壓實度要求的地基處理方法，在低飽和度的粉土、濕陷性黃土、素填土、雜填土、沙土、碎石土等不良地基的處理中應用非常廣泛(見圖6)。在進行強夯法施工的過程中可以通過在夯坑填入硬質材料形成柱狀置換體的方式對飽和軟黏土地基進行加固，常用的強夯置換材料有碎石、石塊、砂等[5]。

對于不同的土層應采取不同的夯擊方式，加固非飽和土層應采用動力壓密法，加固飽和土層應采用動力固結法。夯擊點宜布置成正方形或者三角形，根據加固深度控制夯擊點之間的距離。夯壓施工的質量可以通過原位測試法和室內試驗法進行檢驗，夯擊施工的時間與對地基質量進行檢驗的時間應當保持一定的間隔，碎石土和砂土基地的時間間隔通常控制在1周～2周，低飽和度的粉土和粘性土地基通常控制在2周～4周。

圖6 強夯法

2.3 排水固結法

排水固結法適用于各類飽和粘性土地基的處理，如淤泥、淤泥質土和沖填土等，由排水系統和加壓系統兩個部分共同組成。排水系統可以配合自卸汽車和推土機進行堆載預壓施工，也可以配合真空泵進行真空預壓施工(見圖7)。在豎向排水體施工的過程中，通過專用打設機械在超軟弱地基上打設塑料排水板、沙井、沙袋等，將地基中的空隙水通過塑料排水板、沙井、沙袋等緩慢排出，地基固結變形，從而實現有效應力和強度的逐漸提高。排水固結法具有施工簡單、施工速度快、排水效果好、工程質量穩定且工程造價低等方面的優點。

在堆載預壓施工的過程中必須對加載速率進行嚴格控制，預壓荷載不得小于設計荷載，堆載面積應在建筑物基礎底面面積的基礎上進行適當的擴展。為了避免地基由于局部堆在過高發生局部失穩破壞，荷載的分布必須均勻。

真空預壓施工的砂墊層鋪設厚度應保持表面平整。濾水管分布必須均勻，保證整個加固區域水平方向的真空度一致。密封膜的鋪設質量對于真空預壓施工的效果具有重要的決定性作用，應當根據當地氣候和施工需求選擇質量合格的密封膜。宜采用射流式真空泵作為抽氣設備，盡量增加每塊預壓區域的面積以加快排水固結進度，兩塊預壓區域之間不宜間隔過大。

圖7 排水固結法

2.4 樁基

樁基能夠為建筑結構的基礎提供均勻、穩定的支撐力，適用于巖石、碎石土、粘性土、人工填土等不良地基的處理。常用的樁基有水泥土攪拌樁、旋噴樁、鉆孔灌注樁等。房屋建筑的樁基施工具有很強的復雜性和不可預測性，施工難度比較大，應當在施工前編制專項施工方案，對施工的每一個環節、每一道工序實施嚴格的質量控制，并對臨近的建筑物、構筑物和地下管線等采取適當的保護措施。施工前應當進行試樁，確定最佳的施工工藝和施工參數。施工過程中應嚴格控制樁基下沉或者成孔的傾斜度，及時采取糾偏措施。采取適當的措施防止樁基在下沉的過程中發生斷裂，一旦發生斷裂必須及時更換新樁(見圖8)。

圖8 樁基施工

3 結 語

地基對房屋建筑的安全性和穩定性具有重要的決定作用，不良地基的處理關系到房屋建筑的整體質量。在工程實踐中應當通過地質勘察等技術手段對地基的種類和性質進行準確判斷，結合工程的施工環境、質量要求、技術條件、經濟條件等選擇最佳的地基處理方式，并且對施工過程進行嚴格的管理與控制，確保經過處理以后的地基能夠為建筑結構提供均勻穩定的支撐力，實現房屋建筑經濟效益和社會效益的最大化。