淺談不良地基處理與加固方法及施工工藝
1.地基的定義與不良地基的種類(lèi)
1.1地基的定義
地基是指建筑物荷載作用下基底下方產(chǎn)生的變形不可忽略的那部分地層，而基礎(chǔ)則是指將建筑物荷載傳遞給地基的下部結(jié)構(gòu)。作為支承建筑物荷載的地基，必須能防止強(qiáng)度破壞和失穩(wěn)，同時(shí)，必須控制基礎(chǔ)的沉降不超過(guò)地基的變形允許值。在滿(mǎn)足上述要求的前提下，盡量采用相對(duì)埋深不大，只須普通的施工程序就可建造起來(lái)的基礎(chǔ)類(lèi)型，即稱(chēng)天然地基上的淺基礎(chǔ)；地基不能滿(mǎn)足上述條件，則應(yīng)進(jìn)行地基加固處理，在處理后的地基上建造的基礎(chǔ)，稱(chēng)人土地基上的淺基礎(chǔ)。當(dāng)上述地基基礎(chǔ)形式均不能滿(mǎn)足要求時(shí)，則應(yīng)考慮借助特殊的施工手段相對(duì)埋深大的基礎(chǔ)形式，即深基礎(chǔ)(常用樁基)，以求把荷載更多地傳到深部的堅(jiān)實(shí)土層中去。
1.2不良地基的種類(lèi)
地基土與上部建筑有著密切的關(guān)系,地基土的優(yōu)劣直接關(guān)系著地基處理方式的選擇及地基施工,中國(guó)不良地基土的種類(lèi)較多,主要有雜填土、軟黏土、沖填土、飽和松散砂土、濕陷性黃土、膨脹土、紅黏土、季節(jié)性?xún)鐾痢⒑袡C(jī)制土、泥炭土以及山區(qū)地基土等。比如濕陷性黃土在山西也廣泛存在,濕陷性土屬于特殊土,在上面覆蓋土層自重應(yīng)力作用下,或在自重應(yīng)力和附加應(yīng)力共同作用下,因浸水后土的結(jié)構(gòu)破壞而發(fā)生顯著附加變形。山西屬于封閉的內(nèi)陸氣候,氣候干燥,降雨量少,蒸發(fā)量大,屬干旱、半干旱氣候類(lèi)型地區(qū)。濕陷性與其他地區(qū)相比有其獨(dú)特的力學(xué)性質(zhì),山西濕陷黃土多為沖積、坡積、洪積或風(fēng)積成因,主要分布在汾河流域和晉東南地區(qū),多數(shù)為粉土和粉質(zhì)黏土,有少量粉質(zhì)黏土含有少量結(jié)核。
2.不良地基土質(zhì)分類(lèi)
2.1膨脹土地基
膨脹土是由親水性強(qiáng)的粘土礦物成分組成的,具有吸水膨脹，失水收縮的性能,主要分布在我國(guó)中南、西南地區(qū)。另外，橋梁墩臺(tái)及其他結(jié)構(gòu)應(yīng)加強(qiáng)整體剛度，盡量采用對(duì)地基變形不敏感的結(jié)構(gòu)形式，選用適宜的基礎(chǔ)形式，加大基礎(chǔ)埋深，加大基礎(chǔ)底面壓力。最后，還可以采用地基處理方式減小或消除地基脹縮對(duì)建筑物的危害等等。
2.2軟土地基
所謂軟弱土地基指主要由淤泥、淤泥質(zhì)土、沖填土、雜質(zhì)土或其他高壓縮性土層構(gòu)成的地基，也稱(chēng)軟弱地基。軟土地基地基處理方法有：機(jī)械壓實(shí)法、強(qiáng)夯法、換土墊層法、預(yù)壓固結(jié)法、擠密法、振沖法、化學(xué)加固法等。
2.3多年凍土
溫度攝氏零度以下且含有冰的土叫凍土。凍土可分為多年凍土和季節(jié)性?xún)鐾粒ǘ緝鼋Y(jié)，夏季融化）。多年凍土主要分布在東北大、小興安嶺，青藏高原以及西部高山區(qū)（天山、阿樂(lè)泰山、祁連山等），占國(guó)土面積的22.3%，凍深在2m以上，有的可達(dá)幾十米。季節(jié)凍土主要分布于東北、華北和西北地區(qū)，其凍結(jié)深度隨氣候條件而不同，一般為0.5～2.0m。
2.4巖溶與土洞
地表巖溶有溶槽、石芽、漏斗等，造成基巖面起伏較大，并且在凹面處往往有軟土層分布，因而使地基不均勻。在地基主要受力層范圍內(nèi)有溶洞或土洞等洞穴，當(dāng)施加附加荷載或振動(dòng)荷載后，洞頂坍塌，使地基突然下沉。對(duì)洞穴頂板穩(wěn)定性評(píng)價(jià)可根據(jù)洞穴空間是否填滿(mǎn)而定。
2.5斜坡巖土體移動(dòng)情況
在山區(qū)建筑中，建（構(gòu)）筑物經(jīng)常選在斜坡上或斜坡頂、或斜坡腳或鄰近斜坡地區(qū)，斜坡的穩(wěn)定性將會(huì)影響建（構(gòu)）物的地基穩(wěn)定和建（構(gòu)）筑物的安全與營(yíng)用。斜坡的穩(wěn)定性是基礎(chǔ)選址的關(guān)鍵。工程地質(zhì)工作應(yīng)予對(duì)斜坡的穩(wěn)定性做出評(píng)價(jià)。
2.5.1粘性土類(lèi)斜坡：
均一的粘性土類(lèi)斜坡的穩(wěn)定性，主要決定于粘性土的性質(zhì)（密度、濕化性、抗剪強(qiáng)度）、地下水及地表水的活動(dòng)。當(dāng)為雙層或多層結(jié)構(gòu)時(shí)，還決定于層面的性質(zhì)和軟弱夾層的分布。當(dāng)有裂隙存在時(shí)，裂隙的分布規(guī)律和發(fā)育程度，對(duì)斜坡穩(wěn)定也有影響。
2.5.2碎石類(lèi)斜坡：
其穩(wěn)定性取決于碎石粒徑的大小和形狀，膠結(jié)情況和密實(shí)程度。在山區(qū)碎石類(lèi)土一般均含有粘性土或粘性土夾層，其穩(wěn)定性主要取決于粘性土的性質(zhì)與地下水活動(dòng)情況。
當(dāng)粘性土或碎石類(lèi)土與基巖接觸構(gòu)成斜坡時(shí)，其穩(wěn)定性取決于接觸面的形狀、坡度的大小、地下水在接觸面的活動(dòng)以及基巖面的風(fēng)化情況。
2.5.3黃土類(lèi)斜坡：
其穩(wěn)定性取決于土層的密實(shí)程度和地層年代、成因，不同時(shí)期黃土的接觸情況，地形地貌和水文地質(zhì)條件，黃土本身陷穴、裂隙發(fā)育程度，主要力學(xué)指標(biāo)的變化幅度、氣候條件，地震影響以及河流沖刷等因素。
2.5.4巖石類(lèi)斜坡：
其穩(wěn)定性主要取決于：結(jié)構(gòu)面的性質(zhì)及其空間的組合；結(jié)構(gòu)體的性質(zhì)及其立體形式。
3.不良地基土的處理方法及施工工藝
3.1換土墊層法
3.1.1墊層法
其基本原理是挖除淺層軟弱土或不良土，分層碾壓或夯實(shí)土，按回填的材料可分為砂(或砂石)墊層、碎石墊層、粉煤灰墊層、干渣墊層、土(灰土、二灰)墊層等。干渣分為分級(jí)干渣、混合干渣和原狀干渣；粉煤灰分為濕排灰和調(diào)濕灰。換土墊層法可提高持力層的承載力，減少沉降量；常用機(jī)械碾壓、平板振動(dòng)和重錘夯實(shí)進(jìn)行施工。
該法常用于基坑面積寬大和開(kāi)挖土方量較大的回填土方工程，一般適用于處理淺層軟弱土層(淤泥質(zhì)土、松散素填土、雜填土、浜填土以及已完成自重固結(jié)的沖填土等)與低洼區(qū)域的填筑。一般處理深度為2～3m。適用于處理淺層非飽和軟弱土層、素填土和雜填土等。
3.1.2強(qiáng)夯擠淤法
采用邊強(qiáng)夯、邊填碎石、邊擠淤的方法，在地基中形成碎石墩體。可提高地基承載力和減小變形。適用于厚度較小的淤泥和淤泥質(zhì)土地基，應(yīng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)才能確定其適應(yīng)性。
3.2振密、擠密法
振密、擠密法的原理是采用一定的手段，通過(guò)振動(dòng)、擠壓使地基土體孔隙比減小，強(qiáng)度提高，達(dá)到地基處理的目的。軟土地基中常用強(qiáng)夯法，強(qiáng)夯法利用強(qiáng)大的夯擊能，迫使深層土液化和動(dòng)力固結(jié)，使土體密實(shí)，用以提高地基土的強(qiáng)度并降低其壓縮性。
3.3排水固結(jié)法
其基本原理是軟土地基在附加荷載的作用下，逐漸排出孔隙水，使孔隙比減小，產(chǎn)生固結(jié)變形。在這個(gè)過(guò)程中，隨著土體超靜孔隙水壓力的逐漸消散，土的有效應(yīng)力增加，地基抗剪強(qiáng)度相應(yīng)增加，并使沉降提前完成或提高沉降速率。排水固結(jié)法主要由排水和加壓兩個(gè)系統(tǒng)組成。排水可以利用天然土層本身的透水性，尤其是上海地區(qū)多夾砂薄層的特點(diǎn)，也可設(shè)置砂井、袋裝砂井和塑料排水板之類(lèi)的豎向排水體。加壓主要是地面堆載法、真空預(yù)壓法和井點(diǎn)降水法。為加固軟弱的粘土，在一定條件下，采用電滲排水井點(diǎn)也是合理而有效的。
3.4高壓噴射注漿法(高壓旋噴法)
以高壓力使水泥漿液通過(guò)管路從噴射孔噴出，直接切割破壞土體的同時(shí)與土拌和并起部分置換作用。凝固后成為拌和樁(柱)體，這種樁(柱)體與地基一起形成復(fù)合地基。也可以用這種方法形成擋土結(jié)構(gòu)或防滲結(jié)構(gòu)。
3.5深層攪拌法
深層攪拌法主要用于加固飽和軟粘土。它利用水泥漿體、水泥(或石灰粉體)作為主固化劑，應(yīng)用特制的深層攪拌機(jī)械將固化劑送人地基土中與土強(qiáng)制攪拌，形成水泥(石灰)土的樁(柱)體，與原地基組成復(fù)合地基。水泥土樁(柱)的物理力學(xué)性質(zhì)取決于固化劑與土之間所產(chǎn)生的一系列物理-化學(xué)反應(yīng)。固化劑的摻人量及攪拌均勻性和土的性質(zhì)是影響水泥土樁(柱)性質(zhì)以至復(fù)合地基強(qiáng)度和壓縮性的主要因素。
4.結(jié)束語(yǔ)
地基處理是指為提高地基土的承載力或改變其變形性質(zhì)或滲透性質(zhì)而采取的人工方法。采用科學(xué)合理地基處理方法,有充分發(fā)揮原地基土承載力,就地取材,施工工藝簡(jiǎn)單,施工速度快,地基處理費(fèi)用低的特點(diǎn)。中國(guó)地域廣闊,地質(zhì)條件變化大,差異顯著,建筑工程量大,施工周期長(zhǎng),經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá),設(shè)計(jì)可靠度低,如使用大量樁基礎(chǔ)工程,必然造成施工工期延長(zhǎng),施工費(fèi)用加大,也造成工程費(fèi)用的浪費(fèi),這是國(guó)情和財(cái)力所不允許的。因此,低廉、快速的地基處理施工技術(shù)非常適合中國(guó)國(guó)情。
