巖土工程勘察中填土地基的處理與應(yīng)用

劉禮峰

【摘要】新時(shí)期下，隨著巖土工程建設(shè)的飛速發(fā)展，工程的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與荷載分布也越來(lái)越復(fù)雜。巖土工程的施工，需要充分考慮基坑、打樁、地基沉降、噪聲、地下水位、抗震性等多種因素。本文結(jié)合巖土工程施工案例，綜述了幾種常用的填土地基處理方法。

【關(guān)鍵詞】巖土工程；勘察；填土地基；處理；應(yīng)用

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

“地基”這一概念屬于建筑學(xué)范疇，指的是承載上層結(jié)構(gòu)荷載的土層或者巖石。地基的施工質(zhì)量與建筑工程的施工質(zhì)量密切相關(guān)，并直接影響工程的穩(wěn)定性與使用性能[1]。因此，地基應(yīng)該滿足以下要求：不會(huì)輕易被人為或者自然因素破壞、良好的穩(wěn)定性以及抗滑動(dòng)能力。巖土工程勘察是圍繞工程施工要求，對(duì)施工環(huán)境的特點(diǎn)、地質(zhì)、巖土性能等各種因素進(jìn)行詳細(xì)分析與評(píng)估，從而為巖土工程，尤其是地基的施工提供指導(dǎo)依據(jù)。

1、灌漿法加固技術(shù)的應(yīng)用

某巖土工程位于湖心島上，屬于框架結(jié)構(gòu)，擁有獨(dú)立的基礎(chǔ)地連梁。場(chǎng)地是由魚(yú)塘填墊而成的自然地坪，建筑邊緣距離人工湖最近的距離只有7m?；A(chǔ)施工完成后，房心回填深度為4.1m。通過(guò)灌漿法加固房心回填土，以達(dá)到避免地下水滲透、防止水土流失和地面下沉的目的。

1.1灌漿法技術(shù)的理論基礎(chǔ)

（1）球形擴(kuò)散原理

現(xiàn)假設(shè)需要處理的土體屬于均質(zhì)的、各向同性的，把漿液當(dāng)作牛頓體，從灌漿管的底端注入漿液，漿液滲入土層后，呈球狀擴(kuò)散。

（2）水泥漿擴(kuò)散半徑

r1：漿液的擴(kuò)散半徑

k：土的滲透系數(shù)

β：漿液黏度對(duì)水的粘度比

h1：灌漿壓力

r0：灌漿管半徑

t：灌漿時(shí)間

n：土的孔隙率

1.2灌漿法的工藝流程與操作要點(diǎn)[2]

（1）工藝流程

按照操作的先后順序，依次為：布孔、鉆孔、埋設(shè)灌漿管、封孔、漿液試配、跳孔灌漿、邊灌漿邊提管、封閉孔口。

（2）操作要點(diǎn)

①設(shè)置灌漿孔：參考建筑施工要求以及場(chǎng)地的地質(zhì)條件，用公式計(jì)算出擴(kuò)散半徑，確定布孔間距為1.5～2m，等距離布設(shè)各個(gè)孔位。采用方格形的方式進(jìn)行布孔。

②打孔與埋管：根據(jù)孔位的布設(shè)圖以及處理深度確定灌漿孔的位置，應(yīng)用功鉆機(jī)鉆到設(shè)計(jì)標(biāo)高，孔徑為6～7cm，然后插入絲扣連接的焊縫鋼管。

（3）漿液的制備

①按照規(guī)范要求的配比配置水泥漿漿液，漿液的攪拌時(shí)間以1.5～2.5min為宜。攪拌均勻后，用濾網(wǎng)把漿液倒入儲(chǔ)漿池，用篩子打撈出漿液中的雜物。將漿液的水灰比控制在0.9～1.0范圍內(nèi)。

②根據(jù)公式：V=V×n×A計(jì)算出水泥用量。

V：水泥漿體積

n：土體孔隙率

V：加固土體體積

A：漿液的注入率，取12%～20%

（4）灌漿

對(duì)加固區(qū)外的灌漿孔進(jìn)行灌漿，然后再開(kāi)始中部灌漿孔的施工。水泥漿外圍的漿孔中需要滲入水玻璃，水泥質(zhì)量比為3%，以便更快的起到凝固與擋墻封閉的效果，保證灌漿效果能夠充分作用到土體。同排的灌漿孔采用間隔跳躍的灌漿方式。將初始灌漿壓力穩(wěn)定控制在0.4～0.6MPa范圍內(nèi)，以維持灌漿均勻。停止灌漿的標(biāo)準(zhǔn)是：灌漿孔噴漿或者灌漿壓力突然增加（≥1.2MPa）。按照從下到上的順序灌漿，在此過(guò)程中保證灌漿泵能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)，不可中途停注，如果在不得已的情況下停注，必須重新插管，再次補(bǔ)充漿液。

（5）封閉孔口

完成灌漿后，需要緊緊的綁扎孔口，保證孔口完全封堵，以免對(duì)鄰近孔灌漿時(shí)，孔口因封堵不嚴(yán)密而冒出漿液，影響灌漿質(zhì)量。

1.3灌漿法的適用范圍

如果巖土工程的地基是由池塘或洼地回填而成的，則可以通過(guò)灌漿法對(duì)地基進(jìn)行加固處理，保證回填土的均勻性，提高密實(shí)度和地基的承載能力。不帶地下室的高層建筑房心回填土之后，通過(guò)預(yù)控沉降的措施加固地基。已經(jīng)裝修完成，但為投入使用的大型廠房如果出現(xiàn)地面沉降塌陷等事故，也可以通過(guò)灌漿法增強(qiáng)地基的承載力，頂起沉降的地面。沿海地區(qū)的軟土地基也可以采用灌漿法處理，改善軟土的性質(zhì)，減少樁的撫摩阻力，縮短有效樁長(zhǎng)，節(jié)約施工成本。

1.4灌漿法的技術(shù)特點(diǎn)

灌漿法能夠適應(yīng)各種復(fù)雜環(huán)境，對(duì)設(shè)備和工藝的要求不高，施工作業(yè)面較小，不會(huì)對(duì)周?chē)斐蓢?yán)重影響。而且能夠大范圍的處理擴(kuò)散，對(duì)地基的加固效果可靠。灌漿法是從土體內(nèi)部施工的，因此能夠增強(qiáng)土體內(nèi)部的強(qiáng)度與密實(shí)度，達(dá)到黏結(jié)補(bǔ)強(qiáng)的目的。加固土體所使用的灌漿補(bǔ)強(qiáng)材料，都需要擁有良好的粘結(jié)性能以及綜合力學(xué)性能，而且要具備抗老化與環(huán)保特點(diǎn)。

2、重錘夯法加固技術(shù)的應(yīng)用

以某山地別墅建筑為例，建筑的擬建場(chǎng)地有兩個(gè)山間洼地，建筑屬于臺(tái)階狀分布。根據(jù)相關(guān)要求，需要用素填土把山間洼地回填到每級(jí)臺(tái)階的設(shè)計(jì)標(biāo)高，處理好場(chǎng)地后，要求地基的承載力特征值≥150kPa，地基土的變形模量≥12MPa。在強(qiáng)夯結(jié)束的14d后檢測(cè)地基的承載力與變形模量。場(chǎng)地交工面以下的0～80cm的壓實(shí)系數(shù)應(yīng)≥95%。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，回填土面積需要達(dá)到1萬(wàn)4m2，回填土厚度在6～12m范圍內(nèi)?；靥畹耐练降闹饕煞质悄噘|(zhì)粉砂巖的風(fēng)化土石，來(lái)自于工程附近山體的開(kāi)挖土，土質(zhì)干濕，結(jié)構(gòu)較為松散，這也是地基的主要軟土層，巖土性質(zhì)無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)要求，必須經(jīng)過(guò)加固處理。綜合考慮場(chǎng)地條件、地基處理措施的經(jīng)濟(jì)性、便捷性、環(huán)保性、可行性，同時(shí)又要滿足承載力與變形的要求，最終選擇重錘強(qiáng)夯技術(shù)處理地基。

2.1設(shè)計(jì)方案

①根據(jù)《地基處理技術(shù)規(guī)范》中提到的強(qiáng)夯法的有效加固深度以及Menard修正公式來(lái)選擇夯擊能。單擊夯擊能=夯錘重（M）×落距（h）。通常情況下，單擊夯擊能越大，夯擊數(shù)就越小，夯擊的次數(shù)就越少，施工費(fèi)用就越低，對(duì)地基的加固效果就越好。

②夯點(diǎn)的夯擊次數(shù)與加固效果密切相關(guān)，如果夯點(diǎn)擊數(shù)太小，則無(wú)法起到壓密和加固地基的效果；反之，則會(huì)增加施工費(fèi)用，甚至降低地基土的承載力。具體施工中，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試夯獲得的夯擊次數(shù)以及夯沉量的關(guān)系曲線來(lái)確定夯擊次數(shù)。

③根據(jù)地基的性質(zhì)來(lái)確定夯擊遍數(shù)，通常兩三遍即可，最后再低能量夯擊以便。由于細(xì)粒土的滲透性比較弱，所以可適當(dāng)增加夯擊遍數(shù)[3]。

④根據(jù)工程的結(jié)構(gòu)類(lèi)型、土質(zhì)條件、加固土層的厚度來(lái)選擇夯點(diǎn)的間距，然后再在試夯中明確如何布置夯擊點(diǎn)。細(xì)顆粒土的夯擊點(diǎn)間距不能太小，否則很可能會(huì)影響超靜孔隙水壓力的消散。如果對(duì)加固深度的要求較高，則夯擊第一遍時(shí)，夯點(diǎn)的間距更不宜太小，否則夯擊過(guò)程中很容易在淺層形成密實(shí)層面，阻礙夯擊能向下傳遞。以筆者的經(jīng)驗(yàn)來(lái)講，由于沙土或者回填土的土層較薄，所以第一遍的夯擊點(diǎn)間距應(yīng)該保持5～9m的較大值，之后每一遍都保持相同的夯擊點(diǎn)間距，也可以看情況酌情縮小。單點(diǎn)夯擊能要求較高的工程，加固深度較深，因此應(yīng)適當(dāng)增加第一遍的夯擊點(diǎn)間距。然后根據(jù)工程的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)選擇正方形、等邊三角形、等腰三角形的方式來(lái)布置結(jié)構(gòu)類(lèi)型。第一遍的夯擊點(diǎn)間距可保持3～9m，之后各遍的夯擊點(diǎn)間距與此相同，或者適當(dāng)縮小。如果地基的處理深度較深，單擊夯擊能較大，那么可適當(dāng)增加第一遍的夯擊點(diǎn)間距?，F(xiàn)階段，我國(guó)重錘強(qiáng)夯的尺寸、形狀已經(jīng)有了相對(duì)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，如無(wú)特殊情況，無(wú)論夯錘重量如何，都基本是圓形，整體為上大下小的倒錐形，錘底的面積約4～6m2，如果底面積是5m2，則直徑為2.52m。

⑤兩遍夯擊中間需要間歇一段時(shí)間，以便強(qiáng)夯過(guò)程中上中超靜孔隙的水壓力可以更好的消散。根據(jù)超靜孔水壓力的消散時(shí)間來(lái)決定間歇時(shí)間，同時(shí)，消散速率還會(huì)受到夯點(diǎn)間距以及土的類(lèi)別等因素的影響。沙性土地基的滲透系數(shù)較大，通常在短時(shí)間內(nèi)可以完全消散，短則數(shù)分鐘，長(zhǎng)則2～3h。如果是粘性土地基，則滲透性會(huì)略差，通常需要幾周的時(shí)間才能徹底消散?？讐旱南⑺俾释瑯訒?huì)影響夯點(diǎn)間距，夯點(diǎn)間距越小，消散速率越慢，反之則越快。強(qiáng)夯的處理范圍應(yīng)該超出建筑工程的基礎(chǔ)范圍，每邊超出基礎(chǔ)邊緣的寬度最好是設(shè)計(jì)處理深度的1/2～1/3，但不能超過(guò)3m。

2.2實(shí)踐應(yīng)用

①選擇施工器械：根據(jù)巖土工程使用的夯錘以及起重高度確定起重機(jī)型號(hào)，可以只使用一臺(tái)起重機(jī)作業(yè)，也可以主機(jī)與副機(jī)共同作業(yè)。額定起重能力通常是夯錘重量的1.5～3倍，根據(jù)設(shè)計(jì)要求、強(qiáng)夯能級(jí)以及土質(zhì)特點(diǎn)來(lái)選擇夯錘，夯錘有鑄鋼、鋼殼包混凝土、鑄鐵等幾種材質(zhì)，重約80～400kN。錘底以圓形為主，也有鍋底、平底、球形等各種類(lèi)型的錘底面，地面投影面積約4～8m2。

②按照以下順序施工：平整場(chǎng)地；測(cè)量場(chǎng)地的高程并放點(diǎn)；首次點(diǎn)夯后回填推平、測(cè)量場(chǎng)地的高程、恢復(fù)點(diǎn)位；然后第二遍點(diǎn)夯，后續(xù)操作同第一遍。之后滿夯、推平、碾壓并測(cè)量場(chǎng)地的高程，最后是檢測(cè)施工質(zhì)量，進(jìn)行竣工驗(yàn)收。需要注意的是，夯擊過(guò)程中，應(yīng)該平穩(wěn)落錘，將點(diǎn)位的偏移度控制在5cm以內(nèi)，如果因坑底傾斜而導(dǎo)致夯錘歪斜，應(yīng)該重新平整坑底。單點(diǎn)夯擊能、擊數(shù)以及收錘等操作都應(yīng)滿足相關(guān)要求。在夯坑約2cm，或者拔錘困難的情況下，應(yīng)該立刻回填碎石土，保證夯擊效果。因場(chǎng)地的填土厚度較大，且結(jié)構(gòu)松散，因此，每夯實(shí)一遍，都要用推土機(jī)平整場(chǎng)地，然后再用碾壓機(jī)碾平場(chǎng)地，同時(shí)將夯點(diǎn)的復(fù)位偏差控制在5cm以內(nèi)。有序夯擊，并記錄施工過(guò)程，避免漏夯或者偏夯等問(wèn)題。如果施工時(shí)間正逢雨季，應(yīng)采取排水措施，將場(chǎng)地內(nèi)的積水清理干凈。對(duì)于不理想的場(chǎng)地地段，應(yīng)采取補(bǔ)夯處理。

③強(qiáng)夯施工完成后，間隔一段時(shí)間再檢驗(yàn)地基質(zhì)量。砂土與砂石土地基間隔時(shí)間通常位1～2周；粘性土地基與飽和度較低的粉土地基，間隔時(shí)間為2～4周。地基質(zhì)量需要聯(lián)合兩種及以上的方法來(lái)檢測(cè)，比如通過(guò)室內(nèi)土工試驗(yàn)與原位測(cè)試來(lái)檢測(cè)地基的壓縮模量、承載能力。重點(diǎn)的工程項(xiàng)目還可以酌情增加檢驗(yàn)內(nèi)容，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行大壓板荷載試驗(yàn)。普通場(chǎng)地的建筑物地基，選取三處以上檢測(cè)點(diǎn)，其他位置每隔1000m2設(shè)置一處檢測(cè)點(diǎn)。檢驗(yàn)深度應(yīng)≥設(shè)計(jì)處理深度。

④通常安全區(qū)域處于夯擊點(diǎn)的30m之外，而振動(dòng)區(qū)域則處于15m以內(nèi)。如果必須在周?chē)ㄖ锏奈恢檬┕?，則同樣需要設(shè)置檢測(cè)點(diǎn)，還要通過(guò)挖隔振溝等方式進(jìn)行防振。隔振溝的設(shè)置位置、寬度基本不會(huì)影響隔振效果，設(shè)置在3m的位置比較理想。隔振溝設(shè)置的越深，隔震效果就越好，但應(yīng)該控制深度的增加幅度。施工過(guò)程中，從鄰近建筑物開(kāi)始，逐漸向遠(yuǎn)處夯擊移動(dòng)。

3、壓密注漿技術(shù)的應(yīng)用

某工程為框架結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)50m、寬60m，地上共三層。擬建地坪以下有厚度為1.5m左右的回填土，主要以砂土為主，但混有其他塊石。由于回填土的結(jié)構(gòu)松散、成分復(fù)雜，可能會(huì)造成地基的承載力不足，而且建筑底層為大空間的商鋪，柱網(wǎng)尺寸達(dá)到了8.4×8.4m，地坪的跨度很大，更容易出現(xiàn)盆形沉降現(xiàn)象。在充分考慮安全性、經(jīng)濟(jì)性的情況下，決定采用壓密注漿技術(shù)加固回填土，讓地基的承載力能夠達(dá)到100mPa。

3.1加固方案

①注漿：在地基土內(nèi)鉆孔，注入高黏稠度的漿液，讓漿液擠入土體，形成漿泡，通過(guò)漿液的擴(kuò)散來(lái)壓縮周?chē)馏w。注漿范圍內(nèi)的土體完全被漿體取而代之，在注漿周?chē)鷧^(qū)域有大面積的塑性變形區(qū)，距離漿泡較遠(yuǎn)的區(qū)域，土體會(huì)出現(xiàn)彈性變形，從而增加土密度與土層的承載力，避免地基沉降。

②加固：參考《既有建筑地基基礎(chǔ)加固技術(shù)規(guī)范》（JGJ123-2012）、《地基處理手冊(cè)》（第三版）、《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ79-2012）并結(jié)合其他相關(guān)的技術(shù)規(guī)程采取加固措施。

③漿液：采用水泥與水玻璃雙液快凝混合漿液，水泥為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%。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果來(lái)確定配合比以及壓力。

④設(shè)計(jì)單位提供基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)圖，以此為依據(jù)確定加固范圍——沿著結(jié)構(gòu)外墻輪廓線的各邊向外延伸0.75m，注漿孔的直徑為25mm，注漿的影響半徑是0.5m，間距是1m，注漿孔深是1.6m。采用梅花型布孔，可保證漿液能夠滲透均勻。

3.2施工工藝

處理完回填土后，在填土內(nèi)預(yù)埋塑料注漿管，然后澆筑地坪，再將混合液注入回填土層。本工程選擇在表土層注漿，注漿時(shí)最好設(shè)置邊界的約束條件，以減少臨空面，保證注漿壓力達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。把注漿管下到注漿的深度，分層按照從下到上的順序注漿，注完一個(gè)層位后，把注漿管往上拔，再次注漿，直至達(dá)到有效深度的最上一層[4]。具體流程如圖1所示：

3.3注意要點(diǎn)

①先壓最外面的排孔進(jìn)行封漿處理，主要是因?yàn)樾鲁练e的填土滲透性較強(qiáng)，為了避免漿液流失應(yīng)該先做處理。

②采用跳孔間隔的方式注漿，相鄰孔的注漿間隙≥3h，避免竄漿。保證注漿孔有足夠的約束性，上拔注漿管的幅度維持在0.5cm左右，如果幅度太大，會(huì)對(duì)土體的吃漿量造成影響。

③工程對(duì)吃漿量的要求很大，而地坪早已施工結(jié)束，為了避免注漿過(guò)程中產(chǎn)生的上抬力影響地坪，在注漿過(guò)程中應(yīng)動(dòng)態(tài)觀察地坪的情況。

④在經(jīng)過(guò)告訴攪拌機(jī)的充分?jǐn)嚢?，漿體均勻后才能進(jìn)行壓注，而且注漿過(guò)程中應(yīng)該連續(xù)不斷的緩慢攪拌。

⑤布置較大的注漿管操作面，不能讓操作面僅局限在某一個(gè)區(qū)域，不然很容易造成吃漿量不夠的現(xiàn)象，從而產(chǎn)生串漿，影響施工質(zhì)量。

⑥嚴(yán)格控制主料和外加劑的配比，按照配方配料進(jìn)行配漿，如果失誤應(yīng)立刻采取補(bǔ)救措施。

4、換填施工技術(shù)的應(yīng)用

某道路工程全程1.08km，呈南—北走向。道路的紅線寬40m；路樁號(hào)為K0+660～K0+760的路段存在3000m2左右、深度2.5m左右的軟土，換填方量7500m3。

4.1測(cè)量放樣

根據(jù)路段的測(cè)量結(jié)果繪制橫面圖與斷面圖圖紙，使用專業(yè)器械放樣，在放樣中呈現(xiàn)被挖除路段的深度與區(qū)域。用石灰粉勾勒出開(kāi)挖的路線。經(jīng)工程師檢驗(yàn)，質(zhì)量合格后開(kāi)始施工。

4.2清理場(chǎng)地

換填路基之前，現(xiàn)將路面的雜物清理干凈。否則很可能會(huì)影響換填的平整度，在換填不平整的情況下會(huì)影響最終的碾壓，造成碾壓不均勻，成型后道路無(wú)法均勻受力，可能出現(xiàn)凹陷問(wèn)題。

4.3換填沙礫

明確處理中樁、邊樁以及放出護(hù)樁的位置；明確放出的中線與邊線位置。直線路段的施工，每組中心樁之間間隔25m，曲線路段間隔10m。

4.4分層攤鋪與壓實(shí)

根據(jù)之前測(cè)量所得的平整度、松鋪厚度，均勻攤鋪換填土。尤其要嚴(yán)格控制含水量，并合理設(shè)置排水通道。如果保留斜坡，為了避免路基積水，斜坡應(yīng)該有一定弧度[5]。然后用壓路機(jī)勻速碾壓，保證路面能夠均勻受力，壓路機(jī)的前行速度控制在3～4km/h，遵循從輕到重、先兩邊后中間的碾壓原則。

結(jié)語(yǔ)：

本文結(jié)合工程實(shí)例，分別探討了灌漿法、重錘夯法、壓密注漿法、換填法等四種地基處理方法，以期為業(yè)內(nèi)人員提供理論與實(shí)踐層面的參考。

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