巖土工程勘察中填土地基的處理與應用

劉禮峰

【摘要】新時期下，隨著巖土工程建設的飛速發展，工程的內部結構與荷載分布也越來越復雜。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。

【關鍵詞】巖土工程；勘察；填土地基；處理；應用

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

“地基”這一概念屬于建筑學范疇，指的是承載上層結構荷載的土層或者巖石。地基的施工質量與建筑工程的施工質量密切相關，并直接影響工程的穩定性與使用性能[1]。因此，地基應該滿足以下要求：不會輕易被人為或者自然因素破壞、良好的穩定性以及抗滑動能力。巖土工程勘察是圍繞工程施工要求，對施工環境的特點、地質、巖土性能等各種因素進行詳細分析與評估，從而為巖土工程，尤其是地基的施工提供指導依據。

1、灌漿法加固技術的應用

某巖土工程位于湖心島上，屬于框架結構，擁有獨立的基礎地連梁。場地是由魚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。基礎施工完成后，房心回填深度為4.1m。通過灌漿法加固房心回填土，以達到避免地下水滲透、防止水土流失和地面下沉的目的。

1.1灌漿法技術的理論基礎

（1）球形擴散原理

現假設需要處理的土體屬于均質的、各向同性的，把漿液當作牛頓體，從灌漿管的底端注入漿液，漿液滲入土層后，呈球狀擴散。

（2）水泥漿擴散半徑

r1：漿液的擴散半徑

k：土的滲透系數

β：漿液黏度對水的粘度比

h1：灌漿壓力

r0：灌漿管半徑

t：灌漿時間

n：土的孔隙率

1.2灌漿法的工藝流程與操作要點[2]

（1）工藝流程

按照操作的先后順序，依次為：布孔、鉆孔、埋設灌漿管、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

①設置灌漿孔：參考建筑施工要求以及場地的地質條件，用公式計算出擴散半徑，確定布孔間距為1.5～2m，等距離布設各個孔位。采用方格形的方式進行布孔。

②打孔與埋管：根據孔位的布設圖以及處理深度確定灌漿孔的位置，應用功鉆機鉆到設計標高，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按照規范要求的配比配置水泥漿漿液，漿液的攪拌時間以1.5～2.5min為宜。攪拌均勻后，用濾網把漿液倒入儲漿池，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。

②根據公式：V=V×n×A計算出水泥用量。

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

對加固區外的灌漿孔進行灌漿，然后再開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。將初始灌漿壓力穩定控制在0.4～0.6MPa范圍內，以維持灌漿均勻。停止灌漿的標準是：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，在此過程中保證灌漿泵能夠正常運轉，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，以免對鄰近孔灌漿時，孔口因封堵不嚴密而冒出漿液，影響灌漿質量。

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，則可以通過灌漿法對地基進行加固處理，保證回填土的均勻性，提高密實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，通過預控沉降的措施加固地基。已經裝修完成，但為投入使用的大型廠房如果出現地面沉降塌陷等事故，也可以通過灌漿法增強地基的承載力，頂起沉降的地面。沿海地區的軟土地基也可以采用灌漿法處理，改善軟土的性質，減少樁的撫摩阻力，縮短有效樁長，節約施工成本。

1.4灌漿法的技術特點

灌漿法能夠適應各種復雜環境，對設備和工藝的要求不高，施工作業面較小，不會對周圍造成嚴重影響。而且能夠大范圍的處理擴散，對地基的加固效果可靠。灌漿法是從土體內部施工的，因此能夠增強土體內部的強度與密實度，達到黏結補強的目的。加固土體所使用的灌漿補強材料，都需要擁有良好的粘結性能以及綜合力學性能，而且要具備抗老化與環保特點。

2、重錘夯法加固技術的應用

以某山地別墅建筑為例，建筑的擬建場地有兩個山間洼地，建筑屬于臺階狀分布。根據相關要求，需要用素填土把山間洼地回填到每級臺階的設計標高，處理好場地后，要求地基的承載力特征值≥150kPa，地基土的變形模量≥12MPa。在強夯結束的14d后檢測地基的承載力與變形模量。場地交工面以下的0～80cm的壓實系數應≥95%。根據設計要求，回填土面積需要達到1萬4m2，回填土厚度在6～12m范圍內。回填的土方的主要成分是泥質粉砂巖的風化土石，來自于工程附近山體的開挖土，土質干濕，結構較為松散，這也是地基的主要軟土層，巖土性質無法達到設計要求，必須經過加固處理。綜合考慮場地條件、地基處理措施的經濟性、便捷性、環保性、可行性，同時又要滿足承載力與變形的要求，最終選擇重錘強夯技術處理地基。

2.1設計方案

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

②夯點的夯擊次數與加固效果密切相關，如果夯點擊數太小，則無法起到壓密和加固地基的效果；反之，則會增加施工費用，甚至降低地基土的承載力。具體施工中，應根據現場試夯獲得的夯擊次數以及夯沉量的關系曲線來確定夯擊次數。

③根據地基的性質來確定夯擊遍數，通常兩三遍即可，最后再低能量夯擊以便。由于細粒土的滲透性比較弱，所以可適當增加夯擊遍數[3]。

④根據工程的結構類型、土質條件、加固土層的厚度來選擇夯點的間距，然后再在試夯中明確如何布置夯擊點。細顆粒土的夯擊點間距不能太小，否則很可能會影響超靜孔隙水壓力的消散。如果對加固深度的要求較高，則夯擊第一遍時，夯點的間距更不宜太小，否則夯擊過程中很容易在淺層形成密實層面，阻礙夯擊能向下傳遞。以筆者的經驗來講，由于沙土或者回填土的土層較薄，所以第一遍的夯擊點間距應該保持5～9m的較大值，之后每一遍都保持相同的夯擊點間距，也可以看情況酌情縮小。單點夯擊能要求較高的工程，加固深度較深，因此應適當增加第一遍的夯擊點間距。然后根據工程的結構特點選擇正方形、等邊三角形、等腰三角形的方式來布置結構類型。第一遍的夯擊點間距可保持3～9m，之后各遍的夯擊點間距與此相同，或者適當縮小。如果地基的處理深度較深，單擊夯擊能較大，那么可適當增加第一遍的夯擊點間距。現階段，我國重錘強夯的尺寸、形狀已經有了相對統一的標準，如無特殊情況，無論夯錘重量如何，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間，以便強夯過程中上中超靜孔隙的水壓力可以更好的消散。根據超靜孔水壓力的消散時間來決定間歇時間，同時，消散速率還會受到夯點間距以及土的類別等因素的影響。沙性土地基的滲透系數較大，通常在短時間內可以完全消散，短則數分鐘，長則2～3h。如果是粘性土地基，則滲透性會略差，通常需要幾周的時間才能徹底消散。孔壓的消散速率同樣會影響夯點間距，夯點間距越小，消散速率越慢，反之則越快。強夯的處理范圍應該超出建筑工程的基礎范圍，每邊超出基礎邊緣的寬度最好是設計處理深度的1/2～1/3，但不能超過3m。

2.2實踐應用

①選擇施工器械：根據巖土工程使用的夯錘以及起重高度確定起重機型號，可以只使用一臺起重機作業，也可以主機與副機共同作業。額定起重能力通常是夯錘重量的1.5～3倍，根據設計要求、強夯能級以及土質特點來選擇夯錘，夯錘有鑄鋼、鋼殼包混凝土、鑄鐵等幾種材質，重約80～400kN。錘底以圓形為主，也有鍋底、平底、球形等各種類型的錘底面，地面投影面積約4～8m2。

②按照以下順序施工：平整場地；測量場地的高程并放點；首次點夯后回填推平、測量場地的高程、恢復點位；然后第二遍點夯，后續操作同第一遍。之后滿夯、推平、碾壓并測量場地的高程，最后是檢測施工質量，進行竣工驗收。需要注意的是，夯擊過程中，應該平穩落錘，將點位的偏移度控制在5cm以內，如果因坑底傾斜而導致夯錘歪斜，應該重新平整坑底。單點夯擊能、擊數以及收錘等操作都應滿足相關要求。在夯坑約2cm，或者拔錘困難的情況下，應該立刻回填碎石土，保證夯擊效果。因場地的填土厚度較大，且結構松散，因此，每夯實一遍，都要用推土機平整場地，然后再用碾壓機碾平場地，同時將夯點的復位偏差控制在5cm以內。有序夯擊，并記錄施工過程，避免漏夯或者偏夯等問題。如果施工時間正逢雨季，應采取排水措施，將場地內的積水清理干凈。對于不理想的場地地段，應采取補夯處理。

③強夯施工完成后，間隔一段時間再檢驗地基質量。砂土與砂石土地基間隔時間通常位1～2周；粘性土地基與飽和度較低的粉土地基，間隔時間為2～4周。地基質量需要聯合兩種及以上的方法來檢測，比如通過室內土工試驗與原位測試來檢測地基的壓縮模量、承載能力。重點的工程項目還可以酌情增加檢驗內容，現場進行大壓板荷載試驗。普通場地的建筑物地基，選取三處以上檢測點，其他位置每隔1000m2設置一處檢測點。檢驗深度應≥設計處理深度。

④通常安全區域處于夯擊點的30m之外，而振動區域則處于15m以內。如果必須在周圍建筑物的位置施工，則同樣需要設置檢測點，還要通過挖隔振溝等方式進行防振。隔振溝的設置位置、寬度基本不會影響隔振效果，設置在3m的位置比較理想。隔振溝設置的越深，隔震效果就越好，但應該控制深度的增加幅度。施工過程中，從鄰近建筑物開始，逐漸向遠處夯擊移動。

3、壓密注漿技術的應用

某工程為框架結構，長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。由于回填土的結構松散、成分復雜，可能會造成地基的承載力不足，而且建筑底層為大空間的商鋪，柱網尺寸達到了8.4×8.4m，地坪的跨度很大，更容易出現盆形沉降現象。在充分考慮安全性、經濟性的情況下，決定采用壓密注漿技術加固回填土，讓地基的承載力能夠達到100mPa。

3.1加固方案

①注漿：在地基土內鉆孔，注入高黏稠度的漿液，讓漿液擠入土體，形成漿泡，通過漿液的擴散來壓縮周圍土體。注漿范圍內的土體完全被漿體取而代之，在注漿周圍區域有大面積的塑性變形區，距離漿泡較遠的區域，土體會出現彈性變形，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《既有建筑地基基礎加固技術規范》（JGJ123-2012）、《地基處理手冊》（第三版）、《建筑地基處理技術規范》（JGJ79-2012）并結合其他相關的技術規程采取加固措施。

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%。根據現場試驗結果來確定配合比以及壓力。

④設計單位提供基礎結構圖，以此為依據確定加固范圍——沿著結構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，在填土內預埋塑料注漿管，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，注漿時最好設置邊界的約束條件，以減少臨空面，保證注漿壓力達到標準要求。把注漿管下到注漿的深度，分層按照從下到上的順序注漿，注完一個層位后，把注漿管往上拔，再次注漿，直至達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

①先壓最外面的排孔進行封漿處理，主要是因為新沉積的填土滲透性較強，為了避免漿液流失應該先做處理。

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，會對土體的吃漿量造成影響。

③工程對吃漿量的要求很大，而地坪早已施工結束，為了避免注漿過程中產生的上抬力影響地坪，在注漿過程中應動態觀察地坪的情況。

④在經過告訴攪拌機的充分攪拌，漿體均勻后才能進行壓注，而且注漿過程中應該連續不斷的緩慢攪拌。

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區域，不然很容易造成吃漿量不夠的現象，從而產生串漿，影響施工質量。

⑥嚴格控制主料和外加劑的配比，按照配方配料進行配漿，如果失誤應立刻采取補救措施。

4、換填施工技術的應用

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測量放樣

根據路段的測量結果繪制橫面圖與斷面圖圖紙，使用專業器械放樣，在放樣中呈現被挖除路段的深度與區域。用石灰粉勾勒出開挖的路線。經工程師檢驗，質量合格后開始施工。

4.2清理場地

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

4.3換填沙礫

明確處理中樁、邊樁以及放出護樁的位置；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

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

結語：

本文結合工程實例，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，以期為業內人員提供理論與實踐層面的參考。

參考文獻：

[1]唐璇.探討砂土地基巖土工程勘察的有關問題[J].四川水泥，2019（6）：337.

[2]王紅旗.解析某大厚度人工填土場地的巖土工程勘察實例[J].建材與裝飾，2019（24）：232-233.

[3]滕亮，王玉山.青島三盛領海項目巖土工程地質特性及適宜性評價[J].資源信息與工程，2020，35（1）：68-69，73.

[4]李先經.濱海大陸架特殊性巖土工程勘察鉆探實踐[J].探礦工程-巖土鉆掘工程，2018，45（4）：65-68.

[5]楊曉杰.某填土地基基坑支護方案的分析與選擇[J].建材與裝飾，2020（11）：226-227.