建筑工程地基處理工作中的常見問題及解決方法

任睿祺 陳世盛 路少山 張旭輝

山西冶金巖土工程勘察有限公司 山西 太原 030002

引言

地基工程是建筑工程項(xiàng)目重要的分項(xiàng)工程之一，將自然土體進(jìn)行全面的處理后，才可確保其滿足性能要求，以此保障工程項(xiàng)目的質(zhì)量與安全。由于工程內(nèi)容的特殊性，也使得當(dāng)下行業(yè)內(nèi)有相當(dāng)一部分地基處理工作具有一系列通病問題，結(jié)合具體的工程項(xiàng)目分析常見問題，并提出相應(yīng)的解決方案，對(duì)工程管理優(yōu)化具有促進(jìn)作用。

1 地基處理工作的重要性分析

建筑工程項(xiàng)目地基處理工作的重要性可從以下幾個(gè)方面進(jìn)行分析：

從工程管理的角度來看，地基作為建筑的下部結(jié)構(gòu)其自身處理是否得當(dāng)將直接影響著項(xiàng)目整體的質(zhì)量與安全。針對(duì)大型工程項(xiàng)目而言，地基若處理不當(dāng)存在問題，則會(huì)使建筑整體出現(xiàn)不均勻沉降、建筑主體裂縫等質(zhì)量問題，嚴(yán)重的還有可能導(dǎo)致建筑整體坍塌[1]。

從工程投資經(jīng)濟(jì)效益與成本管控的角度來看，地基處理工作占整體成本較大，進(jìn)行正確的處理與技術(shù)應(yīng)用能夠避免此部分出現(xiàn)額外的成本提升問題，同時(shí)也可確保工程經(jīng)濟(jì)效益得以實(shí)現(xiàn)。避免地基處理開展不善所造成的額外經(jīng)濟(jì)損失。

從社會(huì)影響及行業(yè)發(fā)展的角度進(jìn)行分析，地基基礎(chǔ)的穩(wěn)定將可保障建筑品質(zhì)，避免形成負(fù)面影響，當(dāng)?shù)匾坏鼗A(chǔ)存在問題后所釀成的后果往往是十分嚴(yán)重的，會(huì)具有明顯的負(fù)面社會(huì)影響。對(duì)地基處理工作開展全面的管理優(yōu)化也是減少行業(yè)不良影響的途徑之一。

從上述角度來看，在工程項(xiàng)目開展過程中，針對(duì)地基處理工作進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化與管理是有必要的，而這也正是本文的行為背景和意義所在。

2 案例概況

本文中所引用的案例工程位于陜西省西安市，是一房屋建筑類工程。此工程項(xiàng)目整體為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)高度120m，地上位置共計(jì)41層（含避難層），地下位置2層。地下位置的主要用途為停車場(chǎng)、儲(chǔ)物間、設(shè)備層，同時(shí)地下空間兼顧人防功能。考慮到案例工程為超高層建筑，同時(shí)地下結(jié)構(gòu)要求較高，在進(jìn)行地基設(shè)計(jì)的過程中也具有更為嚴(yán)苛的需求。由于該案例工程項(xiàng)目所處位置的特殊性，結(jié)合初期環(huán)境勘察方案，為了確保項(xiàng)目的整體質(zhì)量與安全，其地基處理同樣具有較多的特殊需求。

本文正是以此案例為背景所提出的研究工作，分析該案例工程針對(duì)地基處理需求所提出的一系列解決方案，以起到為同類工程提供參考的作用。

3 案例問題分析

3.1 環(huán)境影響因素明顯

地基處理工作會(huì)受到較為明顯的環(huán)境影響，以此案例工程為例，主要的環(huán)境影響是地理地質(zhì)因素。若自然土體情況較為復(fù)雜或承載力較差，則在地基處理的過程中就需要通過必要的工程措施予以加強(qiáng)以滿足工程需求。此外，溫度情況、自然降水情況、地下水情況等都將成為地基處理的影響因素[2]。

3.2 地基所處標(biāo)高較大

此案例工程項(xiàng)目的地基部分所處標(biāo)高較大，需要考慮到超高層建筑自身就具有較為嚴(yán)格的地基承載力需求，同時(shí)地下結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且為二層設(shè)計(jì)，為了滿足上述需求，在進(jìn)行工程設(shè)計(jì)的過程中采取了深基坑的設(shè)計(jì)形式。該案例工程初步設(shè)計(jì)基坑底層標(biāo)高為-11.8m，也正因這一需求的存在，使得其在施工過程中需要考慮到基坑開挖及基坑支護(hù)的一系列問題，同時(shí)由于開挖深度較大，所進(jìn)行地基處理也需考慮到機(jī)械設(shè)備自身影響及工程材料性能影響。這一系列內(nèi)容都將成為工程項(xiàng)目地基處理過程中的影響因素，從工程管理的角度來看，深基坑的施工形式自身對(duì)于質(zhì)量管理及安全管理就是較為復(fù)雜的。

3.3 資源應(yīng)用種類繁多

案例工程項(xiàng)目在地基處理施工過程中所應(yīng)用的工程資源種類較多。從所需要的工程材料來看，主要需求鋼筋、混凝土等工程材料，而應(yīng)用至不同位置的材料其性能差異可能較為明顯。同時(shí)需要考慮到工程材料在現(xiàn)場(chǎng)的存放問題和正確應(yīng)用問題；針對(duì)工程項(xiàng)目的機(jī)械設(shè)備，為了滿足復(fù)雜的地基處理需求，所需要的大型機(jī)械設(shè)備同樣是工程施工管理過程中需要考慮的問題，例如機(jī)械設(shè)備的自身性能可否滿足要求，機(jī)械設(shè)備與安全管理之間的影響關(guān)系等；此外勞務(wù)施工人員也被劃分到工程資源的范疇當(dāng)中，相比于其他工程形式而言，此案例工程項(xiàng)目在地基處理過程中所需求的勞務(wù)施工人員對(duì)其專業(yè)素質(zhì)和技術(shù)能力的要求更高。

3.4 工程技術(shù)體系復(fù)雜

技術(shù)管理是開展各項(xiàng)管理工作的基礎(chǔ)，結(jié)合此案例工程，地基處理工作所具有的技術(shù)體系更為復(fù)雜，主要可從以下幾個(gè)方面剖析：一是針對(duì)不同的環(huán)境情況，地基處理所實(shí)施的具體方案也會(huì)具有明顯的差異性，而不同的處理方法之間施工管理和影響因素差異尤為明顯。二是不同的地下結(jié)構(gòu)形式以及建筑結(jié)構(gòu)形式，其所具有的技術(shù)體系同樣差異明顯。

4 地基處理工作解決方案

4.1 全面的環(huán)境勘察與管理

地基處理工程工作開展復(fù)雜，環(huán)境影響較為明顯，因此在施工開始之前進(jìn)行全面的環(huán)境勘察與管理是有必要的。案例工程所進(jìn)行前期勘察工作如下表所示：

表1 環(huán)境勘察內(nèi)容

案例工程地基處理工作的施工時(shí)間為3～4月之間，此時(shí)所在地的自然降水較少，無大規(guī)模自然降水所造成的風(fēng)險(xiǎn)問題；此施工位置地下水分布廣袤，水位較為穩(wěn)定，在進(jìn)行施工的過程中需做好地下水位的變化監(jiān)控；施工位置土質(zhì)情況極為復(fù)雜，大部分為人工回填土，承載力差且分布不均勻，個(gè)別位置具有較大體積的固體垃圾，因此在后續(xù)施工的過程中也需針對(duì)此特點(diǎn)做好加強(qiáng)技術(shù)的選擇。

4.2 材料設(shè)備等資源的精細(xì)控制

為了確保地基處理工作的全面推進(jìn)，保障項(xiàng)目施工質(zhì)量和安全，優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用正確性，案例工程在開展過程中針對(duì)工程資源控制進(jìn)行全面優(yōu)化：

4.2.1 工程材料部分：地基處理過程中所應(yīng)用的主要工程材料有混凝土、鋼筋、成品預(yù)制樁，在項(xiàng)目開始之前就確定材料的性能要求，并在后續(xù)采購(gòu)和驗(yàn)收過程中嚴(yán)格按照技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)控制材料質(zhì)量；結(jié)合工程項(xiàng)目的實(shí)際情況，對(duì)材料進(jìn)行存放規(guī)劃，避免因環(huán)境潮濕、場(chǎng)地復(fù)雜等因素造成材料性能的降低；各個(gè)材料合理應(yīng)用，明確材料的應(yīng)用場(chǎng)景和應(yīng)用范圍，避免不同性能材料混用的問題。

4.2.2 機(jī)械設(shè)備部分：案例工程項(xiàng)目在實(shí)施過程中會(huì)應(yīng)用多種大型機(jī)械設(shè)備，如開挖設(shè)備、吊裝設(shè)備、鉆孔設(shè)備等，為了全面把控設(shè)備性能，通過如下形式進(jìn)行管理：設(shè)備應(yīng)用前進(jìn)行調(diào)試，確保性能符合工程要求；設(shè)備應(yīng)用過程中密切關(guān)注使用狀態(tài)，觀察所存在的早期問題；設(shè)備使用完成后及時(shí)進(jìn)行清潔和保養(yǎng)維護(hù)，避免出現(xiàn)腐蝕、老化等問題[3]。

4.3 放坡開挖與同步支護(hù)技術(shù)應(yīng)用

案例工程項(xiàng)目地基部分的施工需求尤為復(fù)雜，其需要考慮到自然環(huán)境、地下水、土力學(xué)性能等諸多因素的共同影響，經(jīng)綜合考慮采取了放坡開挖和同步支護(hù)的應(yīng)用方案。

在開展全面的地質(zhì)勘察和場(chǎng)地劃分之后， 通過測(cè)量放線的形式明確開挖范圍，在開挖的過程中按照1∶0.5的放坡比例進(jìn)行開挖工作，分段進(jìn)行開挖，單次開挖深度控制在2～3m之間，同時(shí)完成每一階段的開挖后均進(jìn)行支護(hù)和排水后再進(jìn)行后續(xù)工程施工作業(yè)。在開挖過程中為了防止地下土質(zhì)可能存在的突變問題，也通過過程中多種土質(zhì)勘察的形式明確后續(xù)施工方案。以此類推直至基坑開挖到指定深度[4]。

案例工程采取的支護(hù)技術(shù)為噴錨技術(shù)，垂直于基坑側(cè)壁方向插入土層錨桿，表面敷設(shè)金屬鋼絲網(wǎng)，而后使用細(xì)石混凝土進(jìn)行噴涂施工[5]。此支護(hù)技術(shù)形式整體作業(yè)效率較高，同時(shí)支護(hù)起效明顯，在支護(hù)完成后也不會(huì)受到外部環(huán)境因素的侵?jǐn)_，具有較高的可靠性。在進(jìn)行開挖的過程中同步開展支護(hù)作業(yè)，整體作業(yè)流程較短，也符合工程項(xiàng)目的質(zhì)量安全需求和進(jìn)度需求。

4.4 預(yù)制樁技術(shù)施工

此案例工程采取樁基礎(chǔ)的進(jìn)行地基基礎(chǔ)部分的施工工作。主要是考慮到地下情況復(fù)雜以及土體不明的特點(diǎn)，通過樁基礎(chǔ)的形式一方面能夠?qū)Σ涣嫉淖匀煌馏w地基通過擠壓作用使其得到有效的加強(qiáng)處理，另一方面樁基礎(chǔ)具有一定結(jié)構(gòu)性能，可承擔(dān)來自建筑上部的荷載。由于現(xiàn)場(chǎng)條件復(fù)雜，且考慮工程質(zhì)量和工程進(jìn)度的影響，因此采用了預(yù)制樁的技術(shù)形式。將樁基礎(chǔ)材料在預(yù)制廠內(nèi)生產(chǎn)完成后運(yùn)送到現(xiàn)場(chǎng)，經(jīng)全面的檢查按照深化設(shè)計(jì)方案完成施工安裝作業(yè)。

在施工開始前結(jié)合既有工程資料明確地下管道管線情況，通過對(duì)建筑荷載需求進(jìn)行分析，明確預(yù)制樁的尺寸和密度，利用有限元模擬仿真失效，分析技術(shù)形式對(duì)施工的系統(tǒng)其穩(wěn)定性進(jìn)行分析，確定最終深化方案。該方案指導(dǎo)了預(yù)制樁的各個(gè)參數(shù)指標(biāo)與施工位置；施工過程中對(duì)環(huán)境情況進(jìn)行密切監(jiān)控，通過位移傳感器和應(yīng)力傳感器分析整體工程質(zhì)量，并對(duì)早期問題進(jìn)行預(yù)警，實(shí)現(xiàn)工程質(zhì)量和安全的全面控制[6]。

5 案例評(píng)價(jià)

本案例工程項(xiàng)目地基處理具有較為復(fù)雜的影響因素，在實(shí)施過程中也充分考慮到諸多管理需求。通過全面的前期勘察，了解當(dāng)下工程項(xiàng)目的實(shí)際情況，并在此基礎(chǔ)上做出相應(yīng)的解決方案和技術(shù)措施，確保所提出的一系列技術(shù)應(yīng)用是滿足當(dāng)下環(huán)境需求的；在項(xiàng)目實(shí)施階段，充分意識(shí)到工程資源對(duì)于工程管理的重要性，針對(duì)工程資源做出全過程控制的應(yīng)用策略；所應(yīng)用的放坡開挖、噴錨支護(hù)、預(yù)制樁技術(shù)形式軍事考慮到工程項(xiàng)目的實(shí)際情況，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境所確定的工藝方法。

在多角度的全面管控之下，最終該工程項(xiàng)目完成地基處理部分的施工工作，關(guān)鍵工序一次驗(yàn)收合格率百分之百，工程周期內(nèi)未發(fā)生任何安全事故。

6 結(jié)束語(yǔ)

本文主要針對(duì)建筑工程項(xiàng)目地基處理所存在的問題及其優(yōu)化解決展開研究工作，并結(jié)合具體的工程案例明確在地基處理過程中必要的工藝形式及其技術(shù)要點(diǎn)。實(shí)際上不同的工程項(xiàng)目在開展過程中均會(huì)有差異性的需求，在不同施工需求和環(huán)境影響下，地基處理所應(yīng)用的具體工藝也會(huì)存在不同之處。科學(xué)把控各個(gè)管理指標(biāo)，并以此為基準(zhǔn)提出管理優(yōu)化體系，可減少外部影響因素及工程自身技術(shù)因素對(duì)于地級(jí)處理所造成的負(fù)面影響問題。在行業(yè)不斷的發(fā)展與優(yōu)化探索下，未來也會(huì)有更為完善成熟的地基處理技術(shù)體系被提出，促進(jìn)行業(yè)健康發(fā)展。