房屋建筑工程中的地基處理施工技術(shù)探析

趙向峰 大同泰瑞集團(tuán)建設(shè)有限公司

1 前言

高填方地基處理方法主要采用強(qiáng)夯法和碾壓法（沖擊碾壓法和振動碾壓法），強(qiáng)夯法在地基加固沉降變形控制中是最常用、最經(jīng)濟(jì)的方法。現(xiàn)在。動態(tài)壓實法常用于砂礫、沙質(zhì)土、黏性土、雜填土、濕陷性黃土等地基土的加固，具有設(shè)備簡單、施工速度快、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，在經(jīng)濟(jì)上是可行和有效的。

2 房屋建筑工程中的地基

隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，在未來，房屋建筑工程仍然具有非常大的市場前景，只有保證工程的質(zhì)量，才能使得企業(yè)和施工單位不斷發(fā)展。地基處理作為施工過程最為基礎(chǔ)的施工過程，需要引起足夠重視。通過相應(yīng)的地基施工技術(shù)，有效提升了地基的強(qiáng)度、防水性、防滲透能力、承載能力，進(jìn)而保證了地基施工的質(zhì)量。當(dāng)建筑地基的施工品質(zhì)得到顯著提升以后，建筑品質(zhì)才能夠有基礎(chǔ)的保障，才可以確保建筑的安全性，增加它的使用時間。

勘察期間，地下水埋深17m～20m，水位高程1055.64m～1075.64m。根據(jù)粉質(zhì)黏土厚度及其干密度從詳細(xì)的調(diào)查報告中得出，由于原槽地基處理槽面積和土面積需要不同的壓實度并單獨(dú)處理，地基處理試驗范圍分為三個區(qū)（T1：B3B4C3C4為2000kN·m 能級強(qiáng)夯區(qū)；T2：B4B5C4C5 為3000kN·m 能級強(qiáng)夯區(qū)；T3：B5B6C5C6為3000kN·m能級強(qiáng)夯區(qū)）[1]。

在使用強(qiáng)夯技術(shù)的過程中，施工人員應(yīng)首先對地基的施工環(huán)境進(jìn)行全面了解，并將地基施工環(huán)境中的信息詳細(xì)記錄下來。在地勢平坦的區(qū)域進(jìn)行地基試壓，對房屋建筑地基深度以及目標(biāo)深度進(jìn)行測量，如果實際地基深度小于目標(biāo)地基深度。強(qiáng)夯處理時，需要兩次點(diǎn)夯和一次全夯。第一次和第二次夯點(diǎn)應(yīng)錯開，夯點(diǎn)間距為6×6m，夯擊次數(shù)為10 擊，施工前，為保證試驗方案的合理性和可行性，結(jié)合實際情況和地勘報告，選擇3 個試驗區(qū)依次進(jìn)行試夯試驗。夯擊能量分別為2000kN?m、3000kN?m 和4000kN?m。前兩次夯擊完成后[2]，在局部壓實完成，應(yīng)進(jìn)行全面壓實①局部夯實施工完成后，待孔隙水消散至設(shè)計要求后，進(jìn)行全夯施工；②全夯施工主要是將夯錘之間的土加固到夯土底部以上；③全夯施工一般采用1/3全徑錘雙向搭接，夯擊次數(shù)、每點(diǎn)點(diǎn)擊量應(yīng)保證且不受影響泄露了。在最后，考慮不同夯擊能量下坑周回彈量和濕陷的變化，對結(jié)果進(jìn)行了分析。

（1）區(qū)內(nèi)T1 區(qū)2000kN·m 擊實試驗，夯點(diǎn)間距4m，夯錘重量26.8t，落差8.5m，設(shè)2 個回彈抬升觀測點(diǎn)。搗固次數(shù)為10～13 次。這些觀測點(diǎn)的回彈量較小，最大隆起量分別為6cm 和6.5cm。夯實點(diǎn)的總沉降量為174cm。夯實點(diǎn)的總沉降量為194cm。經(jīng)過分析和數(shù)據(jù)處理，給出了2000kN 擊實試驗中擊實點(diǎn)與濕陷量的后統(tǒng)計關(guān)系曲線。通過以上試驗，得出2000kN?m的理想夯擊次數(shù)為11～13次，夯坑周圍土體回彈小，裂縫小的結(jié)論。最后兩次夯實，平均濕陷控制在5cm。

（2）T2 區(qū)3000kN·m 擊實試驗仍設(shè)2 個回彈抬升觀測點(diǎn)。搗固次數(shù)控制在14～16 次。凹坑和裂縫周圍回彈明顯。最大隆起值為10cm和10.5cm。夯實點(diǎn)的總沉降量為174cm。夯實點(diǎn)的總沉降量為194cm[3]。

3 房屋建筑工程中的地基處理施工技術(shù)探析

3000kN?m水平試夯時，14～16次夯組最后三次夯擊，夯沉值小于7cm。夯機(jī)傾斜（坑壁不完整），第一次坑土樣平均干密度約1.75g/cm3，平均壓實系數(shù)0.92；第二次坑土樣平均干密度約1.80g/cm3，平均壓實系數(shù)0.94。還設(shè)置了兩個回彈抬升觀測點(diǎn)。搗固次數(shù)控制在17～19次時代?；乜雍土芽p周圍很明顯，那個最大隆起值為13cm 和12.5cm。夯實點(diǎn)的總沉降量為190cm[4]。

夯實點(diǎn)的總沉降量為194cm。通過單次夯擊次數(shù)與夯擊固量的關(guān)系曲線，在所有試驗區(qū)內(nèi)夯擊曲線幾乎都具有相同的形狀。強(qiáng)夯初期沉降較大，但隨著壓實不斷進(jìn)行，曲線逐漸變?yōu)楹茼樌?。為了最后三次罷工，結(jié)算價值幾乎沒有變化。通過對兩個夯點(diǎn)試驗區(qū)的詳細(xì)觀察和分析，試驗設(shè)計的閘板停止標(biāo)準(zhǔn)與點(diǎn)夯夯停標(biāo)準(zhǔn)的最后兩次擊錘平均沉頭一致，說明強(qiáng)夯的閘板停止標(biāo)準(zhǔn)也符合要求。所有試驗區(qū)基坑周圍觀測的回彈和隆起值均得到控制，無明顯異常情況，說明在要求的夯擊時間內(nèi)，夯實效果良好。

總體上，強(qiáng)夯試驗具有指導(dǎo)意義，根據(jù)具體施工條件，如果存在問題，應(yīng)討論其時間。最終試夯完成后，在閘板坑和坑間設(shè)置探井，以測試土樣的壓實效果。通過對以上數(shù)據(jù)的分析可知，強(qiáng)夯處理地基土后，空隙率和干密度增大。淺層地基明顯變化，隨深度逐漸加深。地基處理后的壓縮模量有較大程度的增加，從高壓縮性變?yōu)榈蛪嚎s性，地基承載力得到明顯提高。夯擊后土壤的地表水分?jǐn)U散明顯，減少，導(dǎo)致夯擊位置間土壤含水量增加。隨著夯實深度的增加，夯實前后土壤含水量變化逐漸減小[5]。

對于原地基，強(qiáng)夯加固深度為2000kN·m、3000kN·m 和4000kN·m，分別為4m、6m、8m；填土區(qū)粉質(zhì)黏土厚度小于4m，強(qiáng)夯水平應(yīng)選擇2000kN·m，粉質(zhì)黏土厚度為4m～6m，強(qiáng)夯水平宜選3000kN·m，粉質(zhì)黏土厚度大于6m，強(qiáng)夯水平宜選4000kN·m。為進(jìn)一步研究強(qiáng)夯效果，借助有限元軟件MI?DAS，建立了強(qiáng)夯效果的三維分析模型。土的本構(gòu)模型采用莫爾-庫侖模型，并對集中荷載進(jìn)行了轉(zhuǎn)換。模型尺寸為15m×15m×15m，邊界條件為地基支承，215 個六面體單位形成。變形分析是非線性的靜態(tài)初始應(yīng)力的影響并未消除。

MIDAS軟件模擬的當(dāng)夯擊能量為2000kN·m時，地面水平方向夯擊產(chǎn)生的明顯邊界距離夯錘中心點(diǎn)約5m。當(dāng)夯擊能量為3000kN·m時，地面水平方向夯擊產(chǎn)生的明顯邊界距離夯擊機(jī)中心點(diǎn)約8m。夯心點(diǎn)沉降約2.5MW，夯擊能量4000kN·m，地面水平方向夯實至云圖頂部形成明顯邊界，即邊界接近單位邊界，距夯心點(diǎn)約15m?，F(xiàn)場試驗時，上拔邊界距夯心點(diǎn)10m。

結(jié)果表明，當(dāng)夯擊能量較大時，數(shù)值模擬的精度會降低。離心試驗方法非常適合于研究巖土工程施工方法的新思路。這些測試可以精確地復(fù)制，這樣設(shè)計中的小變化的效果就可以看得出來。代爾夫特大學(xué)土工離心機(jī)進(jìn)行了多項試驗，提出了提高基礎(chǔ)構(gòu)件承載能力的方法。本文主要研究如何提高圓錐形基礎(chǔ)和吸力沉箱的承載能力[6]。

研究發(fā)現(xiàn)，簡單的參數(shù)，如粗糙度，有很大的影響。對吸力沉箱的一些新想法進(jìn)行了試驗。一個意外的發(fā)現(xiàn)是，移除部分沉箱可以提高抗拔能力。地基是采用真空預(yù)壓法加固的水工填料，強(qiáng)度低，壓縮性大[7]。通過與無真空預(yù)壓的試驗結(jié)果進(jìn)行比較，說明了真空預(yù)壓對PVD 加固軟黏土的效果。通過PVD在真空壓力和非真空壓力下進(jìn)行了改進(jìn)。利用Hansbo方法，通過現(xiàn)場沉降的反算，對壓縮性參數(shù)（ch和kh/ks）進(jìn)行了分析比較。無真空壓力和有真空壓力的PVD的水平固結(jié)系數(shù)（ch）值分別為1.08 和1.87m2/yr，僅PVD 的kh/ks 值為2.7，真空PVD的kh/ks值為2.5。改良后的軟土含水率降低，不排水抗剪強(qiáng)度提高。同樣，基于反演結(jié)果的現(xiàn)場數(shù)據(jù)分析表明，無真空PVD 和有真空PVD 的kh/ks 分別為7.2 和6.6。ch 值從PVD 的2.17m2/年略微增加到真空PVD 的3.51m2/年。真空PVD 處理的土壤達(dá)到90%固結(jié)度的時間比PVD處理的土壤縮短了1/3，這僅僅是因為C-h值較高。因此，真空壓力的增加導(dǎo)致水平固結(jié)系數(shù)增大，從而縮短了預(yù)壓時間。PVDCON 軟件可用于預(yù)測真空預(yù)壓和無真空預(yù)壓條件下PVD加固地基的沉降。真空壓力通過垂直排水管施加在軟土上，導(dǎo)致土體內(nèi)有效應(yīng)力的各向同性增加，真空或真空填充預(yù)壓下軟土的時變特性，真空壓力隨深度和時間的分布，垂直排水管的性能，側(cè)向位移，不排水抗剪強(qiáng)度的增。因此，可以在一個階段內(nèi)以全強(qiáng)度施加。

另一方面，為了避免失穩(wěn)和承載力破壞，分階段施加等效填土預(yù)壓。由于應(yīng)用真空和相關(guān)固結(jié)而獲得的額外穩(wěn)定性也有助于快速構(gòu)建填土預(yù)壓，從而縮短任何預(yù)壓的總持續(xù)時間。對于真空壓力沿垂直排水溝的分布、誘發(fā)沉降的速率和大小、孔隙水壓力的解釋、側(cè)向位移的性質(zhì)以及真空預(yù)壓導(dǎo)致的不排水抗剪強(qiáng)度的增加，工程師和研究人員沒有達(dá)成共識。疊加原理可用于預(yù)測或反分析真空預(yù)壓或真空充填預(yù)壓過程中的場行為。真空或真空填充預(yù)載引起的孔隙水壓力也可以使用疊加原理進(jìn)行預(yù)測，方法是將正孔隙水壓力響應(yīng)（假設(shè)施加的真空為等效填充荷載）轉(zhuǎn)換為真空引起的孔隙水壓力響應(yīng)，方法是使用超孔隙水壓力。在理想條件下，真空壓力的分布應(yīng)隨深度保持恒定，但在不同深度處，由于特定子層的真空泄漏，可能不會發(fā)展到完全強(qiáng)度；因此，確定真空壓力隨深度和時間的實際分布，進(jìn)行有意義的沉降分析是非常重要的。因此，建議對現(xiàn)有固結(jié)理論和單獨(dú)設(shè)計程序進(jìn)行修改，以納入預(yù)壓操作期間真空壓力的影響。

4 地基處理要點(diǎn)

（1）填筑區(qū)，粉質(zhì)黏土厚度小于4m 時，強(qiáng)夯等級2000kN?m，粉質(zhì)黏土厚度4m～6m，強(qiáng)夯等級3000kN?m，粉質(zhì)黏土厚度6m以上，強(qiáng)夯4000kN，地基土的壓縮模量大幅度提高

（2）單點(diǎn)夯實試驗結(jié)果表明，對于原地基，2000kN·m、30000kN·m、4000kN·m 的夯實效果最佳。有效鋼筋深度分別為4m、6m、8m。

（3）根據(jù)試夯結(jié)果，隨著強(qiáng)夯能水平的提高，MIDAS軟件的數(shù)值模擬與現(xiàn)場試驗結(jié)果一致。它能夠更準(zhǔn)確地模擬土體在水平和垂直方向的變形，并能反映實際對周圍土體的影響。

5 結(jié)束語

結(jié)果表明，2000kN·m、3000kN·m、4000kN·m強(qiáng)夯法加固原地面的最佳夯擊數(shù)分別為10、13 和15，有效加固深度分別為4m、6m 和8m。填方區(qū)：當(dāng)粉質(zhì)黏土厚度小于2m 時，壓實度為2000kN·m；當(dāng)粉質(zhì)黏土厚度為4m～6m時，壓實度為3000kN·m；當(dāng)粉質(zhì)黏土厚度大于6m時，壓實度為4000kN·m。強(qiáng)夯法是地基處理最常用、最有效的方法，在施工中具有較好的實用性。