岩土工程勘察中填土地基的处理与应用

刘礼峰

【摘要】新时期下，随着岩土工程建设的飞速发展，工程的内部结构与荷载分布也越来越复杂。岩土工程的施工，需要充分考虑基坑、打桩、地基沉降、噪声、地下水位、抗震性等多种因素。本文结合岩土工程施工案例，综述了几种常用的填土地基处理方法。

【关键词】岩土工程；勘察；填土地基；处理；应用

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021. 11.106

“地基”这一概念属于建筑学范畴，指的是承载上层结构荷载的土层或者岩石。地基的施工质量与建筑工程的施工质量密切相关，并直接影响工程的稳定性与使用性能[1]。因此，地基应该满足以下要求：不会轻易被人为或者自然因素破坏、良好的稳定性以及抗滑动能力。岩土工程勘察是围绕工程施工要求，对施工环境的特点、地质、岩土性能等各种因素进行详细分析与评估，从而为岩土工程，尤其是地基的施工提供指导依据。

1、灌浆法加固技术的应用

某岩土工程位于湖心岛上，属于框架结构，拥有独立的基础地连梁。场地是由鱼塘填垫而成的自然地坪，建筑边缘距离人工湖最近的距离只有7m。基础施工完成后，房心回填深度为4.1m。通过灌浆法加固房心回填土，以达到避免地下水渗透、防止水土流失和地面下沉的目的。

1.1灌浆法技术的理论基础

（1）球形扩散原理

现假设需要处理的土体属于均质的、各向同性的，把浆液当作牛顿体，从灌浆管的底端注入浆液，浆液渗入土层后，呈球状扩散。

（2）水泥浆扩散半径

r1：浆液的扩散半径

k：土的渗透系数

β：浆液黏度对水的粘度比

h1：灌浆压力

r0：灌浆管半径

t：灌浆时间

n：土的孔隙率

1.2灌浆法的工艺流程与操作要点[2]

（1）工艺流程

按照操作的先后顺序，依次为：布孔、钻孔、埋设灌浆管、封孔、浆液试配、跳孔灌浆、边灌浆边提管、封闭孔口。

（2）操作要点

①设置灌浆孔：参考建筑施工要求以及场地的地质条件，用公式计算出扩散半径，确定布孔间距为1.5～2m，等距离布设各个孔位。采用方格形的方式进行布孔。

②打孔与埋管：根据孔位的布设图以及处理深度确定灌浆孔的位置，应用功钻机钻到设计标高，孔径为6～7cm，然后插入丝扣连接的焊缝钢管。

（3）浆液的制备

①按照规范要求的配比配置水泥浆浆液，浆液的搅拌时间以1.5～2.5min为宜。搅拌均匀后，用滤网把浆液倒入储浆池，用筛子打捞出浆液中的杂物。将浆液的水灰比控制在0.9～1.0范围内。

②根据公式：V=V×n×A计算出水泥用量。

V：水泥浆体积

n：土體孔隙率

V：加固土体体积

A：浆液的注入率，取12%～20%

（4）灌浆

对加固区外的灌浆孔进行灌浆，然后再开始中部灌浆孔的施工。水泥浆外围的浆孔中需要渗入水玻璃，水泥质量比为3%，以便更快的起到凝固与挡墙封闭的效果，保证灌浆效果能够充分作用到土体。同排的灌浆孔采用间隔跳跃的灌浆方式。将初始灌浆压力稳定控制在0.4～0.6MPa范围内，以维持灌浆均匀。停止灌浆的标准是：灌浆孔喷浆或者灌浆压力突然增加（≥1.2MPa）。按照从下到上的顺序灌浆，在此过程中保证灌浆泵能够正常运转，不可中途停注，如果在不得已的情况下停注，必须重新插管，再次补充浆液。

（5）封闭孔口

完成灌浆后，需要紧紧的绑扎孔口，保证孔口完全封堵，以免对邻近孔灌浆时，孔口因封堵不严密而冒出浆液，影响灌浆质量。

1.3灌浆法的适用范围

如果岩土工程的地基是由池塘或洼地回填而成的，则可以通过灌浆法对地基进行加固处理，保证回填土的均匀性，提高密实度和地基的承载能力。不带地下室的高层建筑房心回填土之后，通过预控沉降的措施加固地基。已经装修完成，但为投入使用的大型厂房如果出现地面沉降塌陷等事故，也可以通过灌浆法增强地基的承载力，顶起沉降的地面。沿海地区的软土地基也可以采用灌浆法处理，改善软土的性质，减少桩的抚摩阻力，缩短有效桩长，节约施工成本。

1.4灌浆法的技术特点

灌浆法能够适应各种复杂环境，对设备和工艺的要求不高，施工作业面较小，不会对周围造成严重影响。而且能够大范围的处理扩散，对地基的加固效果可靠。灌浆法是从土体内部施工的，因此能够增强土体内部的强度与密实度，达到黏结补强的目的。加固土体所使用的灌浆补强材料，都需要拥有良好的粘结性能以及综合力学性能，而且要具备抗老化与环保特点。

2、重锤夯法加固技术的应用

以某山地别墅建筑为例，建筑的拟建场地有两个山间洼地，建筑属于台阶状分布。根据相关要求，需要用素填土把山间洼地回填到每级台阶的设计标高，处理好场地后，要求地基的承载力特征值≥150kPa，地基土的变形模量≥12MPa。在强夯结束的14d后检测地基的承载力与变形模量。场地交工面以下的0～80cm的压实系数应≥95%。根据设计要求，回填土面积需要达到1万4m2，回填土厚度在6～12m范围内。回填的土方的主要成分是泥质粉砂岩的风化土石，来自于工程附近山体的开挖土，土质干湿，结构较为松散，这也是地基的主要软土层，岩土性质无法达到设计要求，必须经过加固处理。综合考虑场地条件、地基处理措施的经济性、便捷性、环保性、可行性，同时又要满足承载力与变形的要求，最终选择重锤强夯技术处理地基。

2.1设计方案

①根据《地基处理技术规范》中提到的强夯法的有效加固深度以及Menard修正公式来选择夯击能。单击夯击能=夯锤重（M）×落距（h）。通常情况下，单击夯击能越大，夯击数就越小，夯击的次数就越少，施工费用就越低，对地基的加固效果就越好。

②夯点的夯击次数与加固效果密切相关，如果夯点击数太小，则无法起到压密和加固地基的效果；反之，则会增加施工费用，甚至降低地基土的承载力。具体施工中，应根据现场试夯获得的夯击次数以及夯沉量的关系曲线来确定夯击次数。

③根据地基的性质来确定夯击遍数，通常两三遍即可，最后再低能量夯击以便。由于细粒土的渗透性比较弱，所以可适当增加夯击遍数[3]。

④根据工程的结构类型、土质条件、加固土层的厚度来选择夯点的间距，然后再在试夯中明确如何布置夯击点。细颗粒土的夯击点间距不能太小，否则很可能会影响超静孔隙水压力的消散。如果对加固深度的要求较高，则夯击第一遍时，夯点的间距更不宜太小，否则夯击过程中很容易在浅层形成密实层面，阻碍夯击能向下传递。以笔者的经验来讲，由于沙土或者回填土的土层较薄，所以第一遍的夯击点间距应该保持5～9m的较大值，之后每一遍都保持相同的夯击点间距，也可以看情况酌情缩小。单点夯击能要求较高的工程，加固深度较深，因此应适当增加第一遍的夯击点间距。然后根据工程的结构特点选择正方形、等边三角形、等腰三角形的方式来布置结构类型。第一遍的夯击点间距可保持3～9m，之后各遍的夯击点间距与此相同，或者适当缩小。如果地基的处理深度较深，单击夯击能较大，那么可适当增加第一遍的夯击点间距。现阶段，我国重锤强夯的尺寸、形状已经有了相对统一的标准，如无特殊情况，无论夯锤重量如何，都基本是圆形，整体为上大下小的倒锥形，锤底的面积约4～6m2，如果底面积是5m2，则直径为2.52m。

⑤两遍夯击中间需要间歇一段时间，以便强夯过程中上中超靜孔隙的水压力可以更好的消散。根据超静孔水压力的消散时间来决定间歇时间，同时，消散速率还会受到夯点间距以及土的类别等因素的影响。沙性土地基的渗透系数较大，通常在短时间内可以完全消散，短则数分钟，长则2～3h。如果是粘性土地基，则渗透性会略差，通常需要几周的时间才能彻底消散。孔压的消散速率同样会影响夯点间距，夯点间距越小，消散速率越慢，反之则越快。强夯的处理范围应该超出建筑工程的基础范围，每边超出基础边缘的宽度最好是设计处理深度的1/2～1/3，但不能超过3m。

2.2实践应用

①选择施工器械：根据岩土工程使用的夯锤以及起重高度确定起重机型号，可以只使用一台起重机作业，也可以主机与副机共同作业。额定起重能力通常是夯锤重量的1.5～3倍，根据设计要求、强夯能级以及土质特点来选择夯锤，夯锤有铸钢、钢壳包混凝土、铸铁等几种材质，重约80～400kN。锤底以圆形为主，也有锅底、平底、球形等各种类型的锤底面，地面投影面积约4～8m2。

②按照以下顺序施工：平整场地；测量场地的高程并放点；首次点夯后回填推平、测量场地的高程、恢复点位；然后第二遍点夯，后续操作同第一遍。之后满夯、推平、碾压并测量场地的高程，最后是检测施工质量，进行竣工验收。需要注意的是，夯击过程中，应该平稳落锤，将点位的偏移度控制在5cm以内，如果因坑底倾斜而导致夯锤歪斜，应该重新平整坑底。单点夯击能、击数以及收锤等操作都应满足相关要求。在夯坑约2cm，或者拔锤困难的情况下，应该立刻回填碎石土，保证夯击效果。因场地的填土厚度较大，且结构松散，因此，每夯实一遍，都要用推土机平整场地，然后再用碾压机碾平场地，同时将夯点的复位偏差控制在5cm以内。有序夯击，并记录施工过程，避免漏夯或者偏夯等问题。如果施工时间正逢雨季，应采取排水措施，将场地内的积水清理干净。对于不理想的场地地段，应采取补夯处理。

③强夯施工完成后，间隔一段时间再检验地基质量。砂土与砂石土地基间隔时间通常位1～2周；粘性土地基与饱和度较低的粉土地基，间隔时间为2～4周。地基质量需要联合两种及以上的方法来检测，比如通过室内土工试验与原位测试来检测地基的压缩模量、承载能力。重点的工程项目还可以酌情增加检验内容，现场进行大压板荷载试验。普通场地的建筑物地基，选取三处以上检测点，其他位置每隔1000m2设置一处检测点。检验深度应≥设计处理深度。

④通常安全区域处于夯击点的30m之外，而振动区域则处于15m以内。如果必须在周围建筑物的位置施工，则同样需要设置检测点，还要通过挖隔振沟等方式进行防振。隔振沟的设置位置、宽度基本不会影响隔振效果，设置在3m的位置比较理想。隔振沟设置的越深，隔震效果就越好，但应该控制深度的增加幅度。施工过程中，从邻近建筑物开始，逐渐向远处夯击移动。

3、压密注浆技术的应用

某工程为框架结构，长50m、宽60m，地上共三层。拟建地坪以下有厚度为1.5m左右的回填土，主要以砂土为主，但混有其他块石。由于回填土的结构松散、成分复杂，可能会造成地基的承载力不足，而且建筑底层为大空间的商铺，柱网尺寸达到了8.4×8.4m，地坪的跨度很大，更容易出现盆形沉降现象。在充分考虑安全性、经济性的情况下，决定采用压密注浆技术加固回填土，让地基的承载力能够达到100mPa。

3.1加固方案

①注浆：在地基土内钻孔，注入高黏稠度的浆液，让浆液挤入土体，形成浆泡，通过浆液的扩散来压缩周围土体。注浆范围内的土体完全被浆体取而代之，在注浆周围区域有大面积的塑性变形区，距离浆泡较远的区域，土体会出现弹性变形，从而增加土密度与土层的承载力，避免地基沉降。

②加固：参考《既有建筑地基基础加固技术规范》（JGJ123-2012）、《地基处理手册》（第三版）、《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012）并结合其他相关的技术规程采取加固措施。

③浆液：采用水泥与水玻璃双液快凝混合浆液，水泥为P42.5普通的硅酸水泥，用量259kg/m3，水灰比0.5；水玻璃用量2.5%。根据现场试验结果来确定配合比以及压力。

④设计单位提供基础结构图，以此为依据确定加固范围——沿着结构外墙轮廓线的各边向外延伸0.75m，注浆孔的直径为25mm，注浆的影响半径是0.5m，间距是1m，注浆孔深是1.6m。采用梅花型布孔，可保证浆液能够渗透均匀。

3.2施工工艺

处理完回填土后，在填土内预埋塑料注浆管，然后浇筑地坪，再将混合液注入回填土层。本工程选择在表土层注浆，注浆时最好设置边界的约束条件，以减少临空面，保证注浆压力达到标准要求。把注浆管下到注浆的深度，分层按照从下到上的顺序注浆，注完一个层位后，把注浆管往上拔，再次注浆，直至达到有效深度的最上一层[4]。具体流程如图1所示：

3.3注意要点

①先压最外面的排孔进行封浆处理，主要是因为新沉积的填土渗透性较强，为了避免浆液流失应该先做处理。

②采用跳孔间隔的方式注浆，相邻孔的注浆间隙≥3h，避免窜浆。保证注浆孔有足够的约束性，上拔注浆管的幅度维持在0.5cm左右，如果幅度太大，会对土体的吃浆量造成影响。

③工程对吃浆量的要求很大，而地坪早已施工结束，为了避免注浆过程中产生的上抬力影响地坪，在注浆过程中应动态观察地坪的情况。

④在经过告诉搅拌机的充分搅拌，浆体均匀后才能进行压注，而且注浆过程中应该连续不断的缓慢搅拌。

⑤布置较大的注浆管操作面，不能让操作面仅局限在某一个区域，不然很容易造成吃浆量不够的现象，从而产生串浆，影响施工质量。

⑥严格控制主料和外加剂的配比，按照配方配料进行配浆，如果失误应立刻采取补救措施。

4、换填施工技术的应用

某道路工程全程1.08km，呈南—北走向。道路的红线宽40m；路桩号为K0+660～K0+760的路段存在3000m2左右、深度2.5m左右的软土，换填方量7500m3。

4.1测量放样

根据路段的测量结果绘制横面图与断面图图纸，使用专业器械放样，在放样中呈现被挖除路段的深度与区域。用石灰粉勾勒出开挖的路线。经工程师检验，质量合格后开始施工。

4.2清理场地

换填路基之前，现将路面的杂物清理干净。否则很可能会影响换填的平整度，在換填不平整的情况下会影响最终的碾压，造成碾压不均匀，成型后道路无法均匀受力，可能出现凹陷问题。

4.3换填沙砾

明确处理中桩、边桩以及放出护桩的位置；明确放出的中线与边线位置。直线路段的施工，每组中心桩之间间隔25m，曲线路段间隔10m。

4.4分层摊铺与压实

根据之前测量所得的平整度、松铺厚度，均匀摊铺换填土。尤其要严格控制含水量，并合理设置排水通道。如果保留斜坡，为了避免路基积水，斜坡应该有一定弧度[5]。然后用压路机匀速碾压，保证路面能够均匀受力，压路机的前行速度控制在3～4km/h，遵循从轻到重、先两边后中间的碾压原则。

结语：

本文结合工程实例，分别探讨了灌浆法、重锤夯法、压密注浆法、换填法等四种地基处理方法，以期为业内人员提供理论与实践层面的参考。

参考文献：

[1]唐璇.探讨砂土地基岩土工程勘察的有关问题[J].四川水泥，2019（6）：337.

[2]王红旗.解析某大厚度人工填土场地的岩土工程勘察实例[J].建材与装饰，2019（24）：232-233.

[3]滕亮，王玉山.青岛三盛领海项目岩土工程地质特性及适宜性评价[J].资源信息与工程，2020，35（1）：68-69，73.

[4]李先经.滨海大陆架特殊性岩土工程勘察钻探实践[J].探矿工程-岩土钻掘工程，2018，45（4）：65-68.

[5]杨晓杰.某填土地基基坑支护方案的分析与选择[J].建材与装饰，2020（11）：226-227.