龍學(xué)軍

（華中師范大學(xué)基建處，武漢 430079）

隨著我國工程建設(shè)領(lǐng)域的快速健康發(fā)展，房屋建筑的區(qū)域不斷擴(kuò)大，特別是城市建筑向更高層尋求空間，遇到各種各樣不良地基或者特殊地基的可能性將越來越大。即使是地耐力R值較高的所謂天然地基，若用在高層建筑中，也需做人工處理，因此如何處理好各種不良地基將成為基建工程中的主要工作之一。時(shí)至當(dāng)今，基礎(chǔ)工程造價(jià)逐漸上升，尤其在高層建筑的工程總造價(jià)中它已占到了30%～50%。由于各種不同結(jié)構(gòu)物對地基的要求是不相同的，各地區(qū)的天然地層情況也有較大差別，這就造成了地基處理問題的復(fù)雜性，因此如何正確選擇地基處理的方法已成為日益突出的問題。處理是否恰當(dāng)，不僅影響建筑物的使用和安全，而且還直接影響建設(shè)的速度和建筑物的造價(jià)。近年來我國建筑領(lǐng)域新技術(shù)新工藝不斷涌現(xiàn)，產(chǎn)生了許多在工程實(shí)踐中行之有效的、先進(jìn)的地基處理方法。例如：強(qiáng)夯、振沖、旋噴、噴粉、深層攪拌、大直徑樁等等，但是任何一種處理方法都有它的適用范圍，沒有一種處理方法是萬能的，如何從中選出切合工程實(shí)際，既能滿足使用和安全的要求，又能方便施工，且經(jīng)濟(jì)合理的方案來，是值得認(rèn)真思考的問題。

1 必須掌握的基礎(chǔ)資料

在考慮處理地基方案時(shí)，必須通過地質(zhì)勘察摸清工程地質(zhì)情況、地震情況以及建筑物對地基的要求。

在地質(zhì)勘察報(bào)告中應(yīng)提供的資料有：

1）在一般的工程地質(zhì)報(bào)告中，應(yīng)提供各土層的物理力學(xué)指標(biāo)和剖面圖、地下水情況和地震烈度。對一些復(fù)雜和特殊的地質(zhì)，還應(yīng)搞清不良地質(zhì)的分布范圍和深度變化情況，補(bǔ)充某些必要的資料和數(shù)據(jù)。

2）對軟粘土及淤泥除一般的物理力學(xué)指標(biāo)外（主要指e、y、w值），還需提出壓縮曲線或變形模量，如考慮采用樁基時(shí)，還應(yīng)要求提出土和樁基表面的摩擦系數(shù)或摩擦力的大小。

3）對雜填土需要提出它的主要成分及顆粒組成、填筑年代、所填厚度和均勻度、密實(shí)性、有無濕陷性。

4）對沖填土需要提出它的成分、沖填方法、沖填過程以及沖填完成后的排水固結(jié)條件。

5）對松散砂土必須要求確定在當(dāng)?shù)氐卣鹆叶认拢诋?dāng)?shù)氐叵滤畻l件下能否產(chǎn)生液化，施工期間能否出現(xiàn)流砂。

6）對山區(qū)地質(zhì)應(yīng)提出基巖的坡向及基巖深度變化情況，對上部土層能否產(chǎn)生滑坡、泥石流等要作出評價(jià)。

7）對喀斯特地區(qū)除要求查明分布情況外，還必須對其穩(wěn)定性作出評價(jià)。

8）對濕陷性黃土地基必須確定它是自重濕陷還是非自重濕陷，必須提出濕陷系數(shù)、濕陷等級和濕陷起始壓力值。

9）對用作防水或排水工程的地基必須要求提出各個(gè)土層的滲透系數(shù)。

10）對用作大型振動(dòng)設(shè)備基礎(chǔ)的地基和有抗震設(shè)計(jì)要求的地基，還應(yīng)提出各土層的動(dòng)力特性指標(biāo)，包括Cx，Cz，Cy分別為地基的抗剪、抗壓、抗彎剛度系數(shù)，Gd為動(dòng)剪切模量，Ed為動(dòng)彈性模量，Dz為阻尼比，Vp為縱波波速，Vs為橫波波速。

不同的結(jié)構(gòu)形式對地基的沉降要求也是不同的，地基規(guī)范中已經(jīng)給出了各種不同結(jié)構(gòu)形式的最大絕對沉降值和相對的不均勻沉降比值。因此在選擇結(jié)構(gòu)方案時(shí)，就必須考慮地基的實(shí)際情況，使所選的結(jié)構(gòu)方案能適應(yīng)地基本來的條件，使之相互協(xié)調(diào)以達(dá)到既能滿足使用和安全的要求，又能使地基處理的費(fèi)用降至最低的目的。例如為了減少不均勻沉降，可以增加建筑物的整體剛度，在結(jié)構(gòu)上增加圈梁，采有片伐基礎(chǔ)或箱形基礎(chǔ)等。

為了消除不良地基的影響，有時(shí)可以采用結(jié)構(gòu)處理的方法而不是采用地基處理的方法，例如遇到局部暗渠或小型的洞穴等，可以采用過梁跨越的方法等。

2 各類地基處理方法的原理及適用范圍

正確選擇地基處理方案的前提是了解國內(nèi)外已有的各種地基處理方法的原理、設(shè)計(jì)方法和適用范圍。目前可將常用的地基處理方法分為淺層處理法、排水固結(jié)法、強(qiáng)夯法、柔性樁法、剛性樁法等。

1）淺層處理法的原理是靠機(jī)械的碾壓、振動(dòng)和沖擊能量將土層壓實(shí)或用砂子、碎石等材料來置換表層的軟弱土，以達(dá)到提高地基承載能力，減少建筑物沉降量的目的。這類方法適用于軟弱土層厚度不大，上部荷載較小的表層加固，其加固深度一般在3m左右，其特點(diǎn)是可以減少建筑材料的耗用量，還可以利用工業(yè)廢料作為回填料，施工方法簡便，成本較低，工期較短，但是其壓實(shí)深度較小，所以當(dāng)表層軟弱土層較厚、上部荷載量級較大、下臥層土質(zhì)較差時(shí)不宜采用。具體包括表層壓實(shí)法、重錘夯實(shí)法、墊層法、開挖置換法和褥墊法。（其中墊層和開挖置換法的區(qū)別在于前者一般指不開挖而做成的墊層，而后者指先開挖然后回填并夯實(shí)的墊層，除此以外并無其它區(qū)別。）

（1）表層壓實(shí)法一般常用于道路、堆場等大面積的表層加固處理。

（2）重錘夯實(shí)法適用于地下水位高于－0.8m和飽和軟粘土的處理。

（3）墊層法中的填料選擇應(yīng)注意在地下水滲流速度較大時(shí)，不能用細(xì)砂作回填料；高溫設(shè)備的設(shè)備基礎(chǔ)下的地基不能用素土作回填料，因?yàn)樗赝猎诟邷叵乱湛s；地下水位高時(shí)不能用遇水軟化的回填料；振動(dòng)荷載下能產(chǎn)生大量變形的回填料不能采用。

（4）褥墊法只能用于山區(qū)巖石露頭且埋深不均勻地基的沉降量調(diào)整。

2）排水固結(jié)法的原理是軟粘土地基在荷載作用下，土中孔隙水慢慢排出，孔隙比逐漸減小，地基發(fā)生固結(jié)變形，并產(chǎn)生沉降，同時(shí)隨著超靜水壓力逐漸消散，土的有效應(yīng)力逐漸增大，使地基的抗剪、抗壓強(qiáng)度逐漸升高，沉降逐漸減少。在正常情況下，這種固結(jié)變形的時(shí)間很長，為了加速固結(jié)，必須排水和增加垂直壓力，從而產(chǎn)生了排水固結(jié)法。這類方法顧名思義是由排水和加壓二個(gè)系統(tǒng)組成。排水系統(tǒng)可在天然地基中設(shè)豎向排水體（如：普通砂井、袋裝砂井、塑料排水板等），以及水平向排水體（如：砂墊層），目的是縮短排水距離，加快排水速度。加壓系統(tǒng)有堆載法、真空法、降低地下水法，目的是加速地基沉降，特別是加快施工期間的沉降以減少使用期間的沉降。

（1）排水固結(jié)法一般可用在飽和軟粘土地基的加固上。

（2）降低地下水法則適用于地下水位接近地面的飽和粉細(xì)砂地基。

（3）真空預(yù)壓法適用土體能在80kPa條件下固結(jié)，土層中無充足水源補(bǔ)給的透水夾層的飽和軟弱粘土地基。真空預(yù)壓法對周圍建筑物的影響比較小，可是施工條件比較復(fù)雜，因而適用范圍也較窄，并且由于受抽取真空條件的限制，一般地耐力R值增加不顯著，僅能提高至80～90kPa，再則施工工期也較長。

（4）砂井排水法對泥炭土、有機(jī)質(zhì)粘土和高塑性土因其次固結(jié)沉降占相當(dāng)大部分，所以是沒有明顯效果的。砂井排水法若采用普通砂井，由于因施工中容易造成灌砂率不足、縮頸或砂井不連續(xù)等質(zhì)量問題，而且砂井直徑不能過分小，故而耗砂量較大，目前已被袋裝砂井所替代，從而克服了以上缺點(diǎn)，而且還可機(jī)械化施工，使施工進(jìn)度加快不少。

（5）堆載預(yù)壓法施工雖然簡單，但需大量加荷，這樣荷載運(yùn)輸量很大，施工工期也就長。降低地下水位法不需外加荷重，且整個(gè)過程中土的剪應(yīng)力不變，土體不會(huì)產(chǎn)生剪切破壞，但是需要設(shè)置降水裝置，另一方面由于地下水位的降低可能引起鄰近建筑物的附加沉降，因此采用這種方法加固地基.必須引起足夠的重視。

（6）塑料排水板工藝，取消了砂子，造價(jià)更趨便宜，而效果同袋裝砂井一樣故而也獲得了推廣和大量采用。

3）強(qiáng)夯法的原理是利用機(jī)械夯擊突然釋放出來的巨大能量，使土體結(jié)構(gòu)破壞。液化、強(qiáng)制壓縮或振密，這對飽和粘性土還有排水固結(jié)壓密的作用，從而使土的孔隙比減少，強(qiáng)度提高、變形減小，達(dá)到加固地基的目的。

強(qiáng)夯法的適用范圍比較廣，除了塑性指數(shù)Ip大于10的飽和軟粘土采用這一方法需持慎重態(tài)度外（如果需要采用必須與砂井法同時(shí)采用），其它土層的加固均可采用。采用強(qiáng)夯法設(shè)備簡單、施工方便、速度較快、加固效果顯著，但是此法在施工過程中會(huì)產(chǎn)生較大的振動(dòng)和噪音，故而在較大城市的舊廠房改擴(kuò)建中采用的可能性較小，因?yàn)樗枰┕龅刂車?5～20m以內(nèi)最好沒有建筑物或地下設(shè)施。

4）柔性樁法的原理是用機(jī)械的振動(dòng)、壓密設(shè)備，在土中成孔，然后在孔中填入砂子、石子或灰土等填料形成柔性樁，或者用旋噴、攪拌設(shè)備將水泥漿與土混合形成水泥土加固體和未加固的土共同形成復(fù)合地基，因柔性樁和水泥土加固體的剛度、強(qiáng)度均大于原土層，故原土中應(yīng)力向柔性樁和加固體處集中，使原土應(yīng)力減小，從而提高整個(gè)地基的承載力，減少沉降量。這種方法按不同的成孔機(jī)械又可分為振沖法、高壓噴射注漿法、深層攪拌法等。若按不同的填料則可分為砂樁、碎石樁、土樁、灰土樁等。

（1）振沖法根據(jù)加固土的性質(zhì)又分為振沖擠密法和振沖置換法，前者適用于粘粒直徑小于0.005mm的含量不超過10%的砂性土和雜填土，由于有振密作用故最適用于松散砂土的加密和抗液化處理。后者適用于不排水抗剪強(qiáng)度大于20kPa的軟弱粘性土。

（2）高壓噴射注漿法除卵石不適用外，一般土質(zhì)均可采用，由于此法可加固任何一層土，并且加固土體的形狀很靈活，如可形成樁、板、墻等等，故適用于深基坑開挖和防水工程中做防水帷幕，又由于此法施工操作面小，鑿一個(gè)10cm左右的洞，噴嘴能進(jìn)去，就可做出大直徑的樁來，故特別適用于舊建筑物基礎(chǔ)的加固。

（3）深層攪拌法和高壓噴射注漿法相似，但深層攪拌法更適用于飽和軟粘土的加固，包括新吹填的超軟土，沼澤地帶的泥炭土，沉積的粉土和淤泥質(zhì)土。土樁和灰土樁適用于處理地下水位以上、深度在5～15m以內(nèi)的濕陷性黃土或人工填土地基。

（4）土樁主要用于消除黃土的的濕陷性，灰土樁主要用于提高人工填土地基的承載力，對于地下水位以下或含水量超過25%的土層不宜采用。砂樁適用于地下水位以下松散砂土的加固和抗液化，在軟弱粘性土中可提高地基承載能力，但是對減少沉降量效果不顯著，只能起砂井的加速固結(jié)作用。碎石樁適用范圍同振沖置換法。

柔性樁法一般造價(jià)比剛性樁便宜且節(jié)省鋼材、水泥，但是高壓噴射注漿法和深層攪拌法除外。土樁和灰土樁與換土墊層法相比，工期約可縮短一半，土方約可減少80%，勞動(dòng)力可節(jié)約60%～80%，完成總沉降的時(shí)間也可縮短一半左右。振沖法在施工中有大量的污水排出，易污染環(huán)境。高壓噴射注漿法適合于深層地基的加固，特別是在加固某一層軟弱地基和舊建筑物基礎(chǔ)加固中，有時(shí)是不能用其它方法代替的，但此法水泥用量較大，且冒漿損失可達(dá)20%～30%，但加固體強(qiáng)度并不太高，泥漿和空壓機(jī)噪聲對周圍環(huán)境有一定污染。深層攪拌法的特點(diǎn)和高壓噴射注漿法相似，但沒有空壓機(jī)噪聲。用石灰粉作固化劑，對含水量高的軟土尤為顯著，施工中無振動(dòng)，無污染，對周圍環(huán)境及建筑物也無不良影響。

5）剛性樁法的原理是用鋼樁、預(yù)制或現(xiàn)澆的鋼筋混凝土或砼樁借助樁表面與土壤的摩擦力和樁端地基的支承力，將基底的荷載穿過軟弱土層，直接傳至土質(zhì)好的土層上。在打樁過程中樁端土層不斷受到壓縮便形成一彈性核，這樣就大大提高了樁端地基的承載能力，又因荷載避開了軟弱土層使沉降量大大減少，從而滿足了使用要求。由于剛性樁本身的強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過樁間土的強(qiáng)度，所以一般不考慮承臺(tái)下樁間土的承載力，特別在濕陷性黃土地區(qū)更為有利。這類方法按不同的成樁條件，可以分為預(yù)制樁、灌注樁以及爆破樁。

剛性樁法可適用在軟弱地基上建造荷載大、沉降要求嚴(yán)格的建筑物，也可適用在處理黃土地基、砂土液化、復(fù)土層厚度不一，引起不均勻沉降；對沉降和沉降速率有嚴(yán)格要求的精密設(shè)備基礎(chǔ)或在使用過程中對允許振幅需要控制的功力設(shè)備基礎(chǔ)也大量地采用了樁基；隨著高層建筑的興起，采用樁基處理地基也是常見的一種處理方式。剛性樁樁端不能落在軟弱土層上，否則就會(huì)增大軟粘土層的沉降或者降低它的承載力。地基下臥層如有砂層，碎石層時(shí)，采用預(yù)制樁就很困難，應(yīng)考慮采用鉆孔灌注樁；對土層不易成型的軟土、砂土、碎石等不宜采用爆破樁。剛性樁應(yīng)用范圍很廣，且有成熟的設(shè)計(jì)和施工經(jīng)驗(yàn)，故較安全可靠。但是打樁時(shí)有振動(dòng)和噪聲，影響鄰近建筑物和周圍環(huán)境，而且造價(jià)較高，尤其是預(yù)制樁，為了降低施工造價(jià)，從預(yù)制樁發(fā)展到灌注樁，但是灌注樁的施工質(zhì)量不如預(yù)制樁那樣有保證，它會(huì)出現(xiàn)樁端殘留土、澆灌砼時(shí)會(huì)發(fā)生塌方、頸縮等質(zhì)量事故，從而影響樁的質(zhì)量，前些時(shí)出現(xiàn)的鉆孔注漿成樁法，是將砼在高壓狀態(tài)下從樁底灌至樁頂，從而克服了以上缺陷。鉆孔、挖孔、沖孔灌注樁，因樁孔底土層沒有擠密，所以樁端的承載力小于預(yù)制樁，為了克服這一缺點(diǎn)，因此發(fā)展了沉管灌注樁，使樁端的土層和預(yù)制樁一樣受壓形成彈性核，提高樁端地基的承載能力，但是這樣又產(chǎn)生了振動(dòng)與噪聲。這類樁在地下水位以下的軟粘土中施工時(shí)，為了保證孔壁不塌方，需采用泥漿護(hù)壁，施工時(shí)有大量泥漿排出污染環(huán)境。在進(jìn)行爆破樁施工時(shí)，則應(yīng)特別注意炸藥、雷管的保管和人身安全等問題，因此大城市一般不允許采用爆破樁。

3 合理選擇常用地基處理方案的原則

1）掌握了地質(zhì)勘察的基礎(chǔ)資料和各種地基處理方法的原理及其適用范圍，當(dāng)然還應(yīng)通過一定的設(shè)計(jì)計(jì)算，綜合考慮施工投入和經(jīng)濟(jì)效益，使得我們在選擇建筑物地基處理方案時(shí)，必須考慮到“有的放矢，對癥下藥”這一原則，避免浪費(fèi)大量人力、物力還得不到較好的效果。

2）選擇地基處理方案的原則有以下六個(gè)方面。

（1）首先必須摸清不良地基的基礎(chǔ)資料包括各種物理力學(xué)指標(biāo)，分布范圍和深度，然后挑選適合這種地基處理的所有方法。

（2）根據(jù)建筑物和各專業(yè)對沉降的要求，確定處理深度，在保證地基強(qiáng)度、剛度和滿足使用要求的前提下，應(yīng)優(yōu)先考慮淺層處理法。

（3）尊重當(dāng)?shù)貙Φ貐^(qū)性不良地基處理的習(xí)慣用方法和經(jīng)驗(yàn)，并盡可能地利用當(dāng)?shù)氐牟牧虾凸I(yè)廢料。

（4）要考慮施工單位的施工條件，所具有的施工機(jī)具，技術(shù)力量，對各種處理方法的熟悉程度以及對進(jìn)度的要求。

（5）根據(jù)施工場地周圍的建筑物，構(gòu)筑物分布情況和環(huán)境，以及當(dāng)?shù)貙Νh(huán)保的要求來決定方案。例如在大城市由于施工場地狹小，周圍建筑物較密集，而且既不允許有噪聲和污水排出，也不允許采用雷管和炸藥施工，若采用有振動(dòng)的方案就會(huì)影響鄰近建筑物的安全，因此，有些地基處理方法像爆破樁、強(qiáng)夯等就不能采用。

（6）編制方案的可靠性和經(jīng)濟(jì)性比較。根據(jù)以上一些原則采用層層篩選的辦法，最后找出最佳的地基處理方案來，可能是一種方法，也可能是二種方法同時(shí)采用，但是在一個(gè)工程中盡量采用一種方法，以方便施工。

地基處理是實(shí)踐領(lǐng)先于理論的學(xué)科。如何面對施工工藝技術(shù)的急速發(fā)展，解決好相關(guān)的設(shè)計(jì)計(jì)算分析的模型、理論與方法，是世紀(jì)之初巖土工程工作者面臨的一大復(fù)雜課題。

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