地基处理方法的工程应用分析

(山西职业技术学院,山西 太原 030006)

引言

在工程建设中常常会遇到软弱地基，该地基不能满足建筑物对其强度、变形、稳定性的要求，经常需采用地基加固、补强等处理方法，以改善地基土的性能，满足工程要求，这些处理方法统称为地基处理。

各种地基处理方法原理均为固结和加固原理。固结原理是间接地、较为缓慢地改变土的内部结构，即土体中孔隙水压力逐渐减小、有效应力逐渐增加的过程，使地基土由原来的松散结构逐渐变为紧密结构。加固原理则是直接地、较为快速地改善土体的内部结构，使地基土由原来松散的土体结构快速成为紧密的或胶结的土体结构。

在工程施工中，各种地基处理都是以加固和固结为理论基础，只是具体的施工方法不同。

1 换填法

1.1 理论基础

换填法是依据加固原理进行地基处理的方法。该方法是把基础下面一定深度范围内的软土层全部或部分挖去，然后分层回填性能稳定、强度较大的材料，并夯实到设计要求的密实度。

1.2 作用和适用范围

换填法的作用为：

(1)减少地基沉降量。地基的竖向沉降量在总沉降量中占有较大比例，采用强度较大的材料替换软弱土层后，可以大幅减少沉降量。

(2)提高地基承载力。地基的破坏是从基础底部开始，逐渐向纵深方向发展，采用强度较大的材料置换软弱土层，可很大程度上避免地基破坏。

换填法一般不用于大的建筑工程、道路工程和堆料场地等的地基处理，适用于淤泥质土、素填土、杂填土、湿陷性黄土、季节性冻土以及暗塘、暗沟等的浅层处理。处理深度宜控制在3 m以内，不宜<0.5 m。因换填土层太厚，会使土方施工量加大，造成成本增加，同时换填土层太薄时处理效果不太显著。

1.3 施工要点

换填法的施工工艺为：施工准备→测设放样→挖除软弱土→基坑验收→分层回填稳定性材料→分层碾压。

施工要点为：分层回填稳定性材料和分层碾压。为了保证施工质量，分层回填材料时，应确定好分层厚度，不宜过厚，宜为200～300 mm；分层碾压时，应通过试验确定碾压遍数，同时控制好碾压速度。

2 强夯法

2.1 理论基础

强夯法是依据加固原理进行地基处理的方法。该方法是利用起吊设备将一定质量的夯锤吊起一定的高度后自由落下，对地基施加强大的冲击能量进行夯击，通过反复夯打，使土体密实，从而提高地基承载力的地基处理方法。

2.2 作用和适用范围

强夯法具有设备简单、施工速度快、投资节省、加固效果显著等优点，能迅速使土体密实，快速增强地基土的强度和承载力，形成密实均匀的地基。

强夯法适用土质范围广，被广泛应用于工业与民用建筑、公路和铁路路基、飞机场跑道及码头等的地基处理。工程证明，强夯法对处理砂土、碎石土、素填土、杂填土、湿陷性黄土、低饱和度土体等地基一般都能取得良好的效果。对于软土地基采用此方法，效果不明显。此外，对于工程周围的建筑物不能受到振动影响的场地，不宜采用强夯法进行地基处理。

2.3 施工要点

强夯法的施工工艺为：平整场地→标出夯点位置，测量场地高程→起重机就位，夯锤对准夯点→夯锤起吊到规定高度后自由下落，测量锤顶高程，并整平坑底→继续上述步骤，按规定完成该夯点的夯击→按规定完成全部夯点的夯击→填平夯坑，并测量场地高程→按规定的时间要求，依次完成全部夯击遍数。

在工程中，施工要点为：对地下水处理。如果地下水位较高，夯坑底部积水会影响到施工时，可填筑松散材料或者人工降低地下水位。此外，施工中应及时清除夯坑和场地中的积水。

3 预压排水固结法

3.1 理论基础

预压排水固结法是依据固结原理进行地基处理的方法。该方法是在建筑物建造前，对地基土预先施加荷载，使土体中的孔隙水慢慢排出，孔隙体积慢慢减小，从而使土体逐渐密实，强度逐步提高的地基处理方法。

3.2 作用和适用范围

预压排水固结法常用于解决软黏土地基的沉降问题，通过在土体中设置竖向排水体，可以使地基在加载预压期内基本完成或大部分完成沉降，保证建筑物在使用过程中不会产生过大的沉降。

预压排水固结法适用于处理各类淤泥、淤泥质土和冲填土等饱和土体，但是对渗透性极低的土体，其本身排水效果不好，所以在使用时应慎重考虑。

3.3 施工要点

预压排水固结法的施工工艺为：铺设排水垫层→设置竖向排水体→施加压力。

在工程中，施工要点为：铺设排水垫层时应选用渗水性好的材料；竖向排水体施工中应尽量减少对周围土的扰动，并保证竖向排水体的连续性；施加压力时，应控制好加荷速率和荷载大小。

4 高压喷射注浆法

4.1 理论基础

高压喷射注浆法是依据加固原理进行地基处理的方法。该方法是使用各种机具将浆液如黏土浆液、水泥浆液或其他化学浆液等，通过高压喷射灌入地基中，使地基土颗粒与浆液相互胶结成新的坚硬物质，从而改变地基土的物理和力学性质，提高地基强度的处理方法。

4.2 作用和适用范围

将浆液强制注入土体中，使浆液和土粒强制混合，待浆液凝固后，便与土体形成一个固结体，从而提升了地基土的不透水性，减少了地基的沉降，提高了地基的承载力。

高压喷射注浆法适用于处理含水量较高的土体和人工填土等，尤其对超软土效果更为显著。但对坚硬黏性土和有机质含量较高的土体不宜采用。

4.3 施工要点

高压喷射注浆法的施工工艺为：钻机就位→钻孔→插管→喷射注浆。

在工程中，施工要点为：钻机就位后，为保证钻杆对准钻孔中心位置，必须对其作水平校正；钻孔施工中，当遇到比较坚硬的地层时，宜用地质钻机钻孔；在插管的过程中，应采取防止泥沙堵塞的措施；喷射注浆应由下而上进行注浆。

5 水泥土搅拌桩法

5.1 理论基础

水泥土搅拌桩法是依据加固原理进行地基处理的方法。该方法是以水泥为固化剂，使用特制的搅拌机械，把水泥和地基土体强制拌合，从而使软弱土体硬结成具有较高强度、整体性和稳定性的桩体。

5.2 作用和适用范围

水泥土搅拌桩法将原地基软土和水泥就地拌合，最大限度地利用了原土，节省了材料；搅拌时不会使地基侧向挤出，对周围建筑物的影响很小。此外，由于施工时无振动、无污染、无噪音，对于市区内和密集建筑群内采用该方法其作用尤为突出。

水泥土搅拌桩法适用于处理淤泥质土、饱和黄土、粉土、素填土、黏性土以及无流动地下水的饱和松散砂土等地基。当冬期施工时，应注意温度过低对处理效果的影响。

5.3 施工要点

水泥土搅拌桩法的施工工艺为：定位→预拌下沉→水泥浆制备→边喷浆搅拌边提升→重复上下搅拌→清洗→移位。

在工程中，施工要点为：边喷浆搅拌边提升过程中，应控制好搅拌机的提升速度；移位施工时，考虑到搅拌桩顶部与上部结构的基础或者承台的接触部分受力较大，常应对桩顶1.0～1.5 m范围内增加一次输浆，以提高其强度。

6 复合地基法

6.1 理论基础

复合地基法(CFG桩)是依据加固原理进行地基处理的方法。该方法是在天然地基中设置加筋材料，加固区是由基体(天然地基土)和增强体(CFG桩体)两部分复合而形成地基的处理方法。

6.2 作用和适用范围

复合地基法增强了地基的挤密效应。在地基施工过程中，采用成桩方法埋设的桩体与土体发生一系列的理化反应，对桩间土和周围土都有一定的挤密作用。在地基土中设置加筋材料形成的复合地基，有效地增强了地基土的强度，提高了地基承载力。

复合地基法适用于处理各类软弱地基，尤其是较深厚的软土地基。

6.3 施工要点

复合地基(CFG桩)法的施工工艺为：清理场地→钻机就位→钻进成孔→灌注及拔管→移机→桩间土清除及桩头截除。

在工程中，施工要点为：灌注施工中，每根桩的投料量不得少于设计灌注量；灌注完成后，桩顶标高应高出设计桩顶标高，高出长度一般不应<0.5 m。

7 柱锤冲扩桩法

7.1 理论基础

柱锤冲扩桩法是依据加固原理进行地基处理的方法。该方法是采用长度为2～6 m、直径为300～500 mm、质量为1～8 t的柱状锤，通过专用设备，将柱锤提升到一定高度后自行下落，使地基土体由于冲击作用而形成孔，然后向孔内分层填筑稳定材料，并分层夯实以形成桩体的地基处理方法。

7.2 作用和适用范围

柱锤冲扩桩法通过土体成孔并向孔内填料，极大地密实了地基土体，从而减少了地基沉降量，提高了地基承载力。

柱锤冲扩桩法适用于处理素填土、杂填土、粉土和黄土等地基，其处理深度一般不宜>6 m。

7.3 施工要点

柱锤冲扩桩法的施工工艺为：布置桩位→柱锤对准桩位→柱锤冲孔(冲击成孔、填料冲击成孔、反复击打成孔)→成桩→施工机具移位，重复以上步骤进行下一根桩的施工。在工程中，施工要点为：施工中，应及时检查现场的施工情况，并根据制定的施工标准，检验每根桩的质量；柱锤冲扩桩施工完成后的一定时间内(7～14 d)，应抽取一定数量的桩身和桩间土进行检测，抽检数量为冲扩桩总量的2%，并对处理后的桩身质量作出评价。

8 结语

以地基处理的理论基础作为出发点，介绍了常用的地基处理方法的作用、适用范围、施工工艺及施工要点。作为一名工程技术人员，应深刻理解各种地基处理方法的原理，才能在工程中正确选用，并加以创新，以解决地基工程中遇到的各种问题。