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地基處理技術在工程中的應用

我國地域麵積遼闊,各個地方的土質差別大,軟弱地基分布廣,在各類軟弱地基上進行土木工程建設往往需要對天然的地基進行地基處理。隨著我國土木工程的持續快速發展,地基處理技術也相應提高。

軟弱地基需要經過地基處理技術,形成人工地基才能滿足建築物對地基的要求。地基處理是否恰當,不僅影響建築物的安全和使用,而且對建設進程、工程的造價有著直接影響。

本文對地基處理的定義與分類進行了闡述,並對地基處理在工程中的應用展開討論。 

  1 地基處理的定義與分類 
 
  1.1地基處理的定義 
 
  地基處理有著多種定義,其一是對建築物和設備的基礎下的受力層進行提高其強度和穩定性的強化處理。其二是改善或加固地基的天然狀態,使之符合工程要求的技術措施。還有一種解釋,根據青冶工程(QYTC)技術人員的經驗,地基處理一般是指用於改善支承建築物的地基(土或岩石)的承載能力或抗滲能力所采取的工程技術措施。 
 
  1.2地基處理的分類 
 
  地基處理主要分為基礎工程措施和岩土加固措施這兩類。基礎工程措施,不需要改變地基的工程性質,隻需對地基工程做基礎施工措施;岩石加固措施,需要對地基的土和岩石進行加固,以改善其工程性質。
 
  選定了適當的基礎形式,不需要改變地基的工程性質就可滿足要求的地基稱之為天然地基;如果是已進行加固後的地基便稱為人工地基。地基處理工程的設計和施工質量對建築物的安全有著直接關係,要是地基處理不當,往往會發生工程事故,並且事後的補救措施都是比較困難。因此,確保地基處理工程質量是相當重要的,這就要求工程管理人員要對地基處理要求實行嚴格的質量控製和驗收製度。 
 
  1.3地基加固方法如下: 
 
  1.3.1置換法 
 
  將建築物基礎地麵以下一定範圍內的軟弱土層挖除,置換以良好的無侵蝕性及低壓縮性的散粒材料(土、砂、碎石)或與建築物相同的材料,然後壓實或夯實。一般閘基用砂或碎石置換,稱砂墊層或碎石墊層。 
 
  1.3.2強夯法 
 
  強夯法指是指用重錘從一定高度下落夯擊土層使地基迅速固結的方法,其目的是增強軟弱基地的承受能力。固結法跟強夯法是一樣的,施工人員利用起吊設備,將20噸重左右的重錘也同樣提升到20米左右的高度使其自由下落,依靠強大的夯擊能和衝擊波作用夯實土層。強夯法主要用於砂性土、非飽和粘性土與雜填土地基。對一些非飽和的粘性土地基,一般采用連續夯擊或分遍間歇夯擊的方法,並根據工程需要通過現場試驗以確定夯實次數和有效夯實深度。 
 
  1.3.3排水法 
  排水法是采取相應措施使軟地基表層或內部形成水平或垂直排水通道,然後在土壤自重或外界荷載作用下,土壤中的水分迅速排出,使土壤固結。 如排水井法: 
 
  在地基內按一定的間距打孔,孔內灌注透水性良好的砂,縮短排水路徑,並在上部施加預壓荷載的處理方法。它可加速地基固結和強度增長,提高地基穩定性,並使基礎沉降提前完成。 
 
  1.3.4振衝法 
 
  振衝法是指使用振衝器加固地基,在砂土中加水振動使砂土密實。適合使用振衝法的土質有:粘性土、砂性土、淤泥質粘性土等。處理粘性土地基時,隻能用振衝置換法,也就是通過置換填料來達到要求的密實度。而處理砂性土地基時,是利用振衝時孔內砂土坍陷而下沉方法擠密,常稱作振衝擠密法,相對密度可達70~80%以上,有的甚至可達92~95%,但還需要填入當地砂土。 
 
  1.3.5 灌漿 
 
  利用灌漿泵或漿液自重,經鑽孔把漿液壓送到岩石、砂礫石層、混凝土或土體的裂隙、接縫或空洞內的過程稱為灌漿。借助於壓力把漿灌漿液壓送到建築物地基的裂隙、斷層破碎帶或建築物本身的接縫、裂縫中的工程。通過灌漿可以提高被灌地層或建築物的抗滲性和整體性,改善地基條件,保證建築物安全運行。 
 
  2 地基處理在工程中的應用 
 
  2.1地基處理的設計 
 
  2.1.1地基處理設計是建築工程設計工作的重要內容 
 
  地基基礎承受著建築結構的各種作用,是保證建築物安全性、可靠性的基礎。並且,工程建築物的基礎造價一般情況下能占到建築工程造價的百分之二十左右,對基礎設計進行合理的經濟預算,是工程造價成本控製的關鍵之一。 
 
  地基處理設計時,應考慮上部結構以及基礎和地基的共同作用,為了增加建築物對地基不均勻變形的適應能力,必要時還應采取有效措施,加強上部結構的剛度和強度。對已選定的地基處理方法,應按建築物地基基礎設計等級,選擇代表性場地進行相應的現場試驗,並進行必要的測試,以檢驗設計參數和加固效果,同時為施工質量檢驗提供相關依據。 
 
  2.1.2地基基礎設計,必須堅持因地製宜、就地取材、保護環境和節約資源的原則 
 
  根據工程勘察資料,綜合考慮結構類型、材料情況與施工條件等因素,精心設計。對於濕陷性黃土、多年凍土、膨脹土以及在地震和機械振動荷載作用下的地基基礎設計,應符合現行有關標準、規範的規定。當基礎處於侵蝕性環境或受溫度影響時,應符合國家現行的有關強製性規範的規定,采取相應的防護措施。在軟弱地基和嚴重不均勻土層上,宜采取措施,加強基礎的整體性和豎向剛度。盡可能采用天然地基,如地基較差,通過經濟比較,天然地基造價較高時,可采用樁基或其他人工基礎。 
 
  2.1.3地基基礎設計選型時應考慮的因素有以下幾點: 
 
  工程地質水文地質條件;上部結構類型和荷載情況,假如地基有足夠的承受能力,那麽基礎分布方式可與豎向結構分布方式相同。但由於有時土或荷載的條件,需要采用滿鋪的伐形基礎;建築安全等級、體型和使用要求,當建築物的高度隻有幾層時,牆下地形基礎和柱下的方形基礎結合使用,就足以把荷載傳給地基;建築結構單元的劃分;鄰近建築基礎和地下設施情況及其相對關係;地下室的設置及防水要求;材料供應和地方材料;施工水平和設備;工期及造價;抗震設防及其他特殊情況。 
 
  2.2地基處理方法 
 
  2.2.1地基處理的優劣,關係到整個工程的質量 
 
  合理的地基處理、上部結構設計,可以減輕和消除地基對上部建築物的不利影響。目前,經常使用的地基處理方法有換填墊層法、強夯法、砂石樁法、振衝法、水泥土攪拌法、高壓噴射注漿法、預壓法、夯實水泥土樁法、水泥粉煤灰碎石樁法、石灰樁法、灰土擠密樁法和土擠密樁法、柱錘衝擴樁法、單液矽化法和堿液法等。 
 
  2.2.2地基處理方案的步驟 
 
  首先,大量搜集各方麵的工程資料、地質條件及地基基礎的設計材料。
 
  其次,根據建築工程的結構類型、承受限度以及使用要求,並結合周邊環境及鄰近建築物地形特點、土質特征、地下水文特征等因素,初步選定可供考慮的地基處理方案。同時,還應考慮地基與上部結構的相互作用。 然後對初步選定的各種地基處理方案,分別從處理效果、材料來源及消耗、機具條件、施工進度、環境影響等方麵進行仔細的技術經濟分析和對比,根據安全可靠,施工方便,經濟原則,符合自己的實際情況,按照最佳的加工方法。要特別注意的是,每一種處理方法都有一定的適用範圍、局限性和優缺點,而不是萬最後,因為地基土層的性質複雜多變,所以在確定地基處理方案時,工程技術人員要有過硬的技術操作能力,重大工程的設計更要請專家參加。就目前一些重大的工程案例來說,由於設計部門的工作人員缺乏經驗以及過分保守,加上工程技術人員技術不過關,給工程帶來嚴重損失。 
 
  2.2.3地基處理的維護 
 
  經過地基處理後,應在施工期間進行沉降觀測,必要時應在使用期間繼續觀測,用以評價地基加固效果和作為使用維護依據。 
 
  3地基的處理方法綜合應用 
 
  地基存在的問題往往相互關聯的,因此,除土質條件外,不同的構造物對地基的要求各不相同。單一的處理方法,由於受工期、資金等多方麵限製,往往難以解決問題,如飽和軟粘土為軟弱土層,其作地基的主要障礙是含水量大(呈飽和狀態),因此沉降量大、承載力低、強度和穩定性差。要使其固結並具有足夠的承載力,一般情況下難以辦到,若單一采用堆載預壓來提高承載力,則短期內難見成效;若采用複合的方法,綜合發揮幾種方法的各自優勢,問題就不難解決。 
 
  地基處理技術是整個工程是否成功的關鍵。正確的地基處理、上部結構設計,可以減輕和消除軟弱地基對上部建築物的不利影響。在建築物施工中會遇到各種軟弱不良的地基,這種地基天然含水量過大,承載能力低,在荷載作用下容易產生滑動或固結沉降,以致造成建築物的不穩性。如何采用合理的方法進行地基處理,滿足設計和使用要求,這是地基基礎工程中的關鍵性問題,工程技術人員要認真總結經驗,掌握好建築地基處理技術,保障建築工程施工的正常與安全。