軟土地基處理技術(shù)在巖土工程中的應(yīng)用

張洪樂(lè)

徐州中礦巖土技術(shù)股份有限公司 江蘇 徐州 221000

引言

隨著各種建設(shè)項(xiàng)目的不斷增多，巖土工程也越來(lái)越多，在整體的巖土工程施工中，地基施工可以說(shuō)是重中之重，但是在我國(guó)沿海及近水區(qū)域的巖土工程施工中，經(jīng)常會(huì)遇到軟土地基，從而對(duì)巖土工程地基施工出了挑戰(zhàn)，由于軟土地基具有多種不良地質(zhì)特點(diǎn)，在得不到有效處理的情況下，就會(huì)對(duì)巖土工程地基施工質(zhì)量造成嚴(yán)重負(fù)面影響，合理分析軟土地基的構(gòu)成和特征以及施工難點(diǎn)，探討換填法、攪拌樁等各種軟土地基處理技術(shù)在軟基施工中的實(shí)際應(yīng)用，有助于巖土工程整體質(zhì)量的提升。

1 軟土地基特質(zhì)和技術(shù)應(yīng)用的困難

1.1 軟土地基構(gòu)成

軟土地基的形成是因?yàn)楣こ淌┕に龅貙雍写罅筐ね粱蛴倌啵こ趟诘乜拷恿骱椿蚝＿叄@些區(qū)域土體含有大量水分，是導(dǎo)致軟土地基出現(xiàn)的最大原因，這類區(qū)域土體中含有很多細(xì)沙，這也導(dǎo)致一旦工程施工遭遇這類土體，土體滲透性和抗剪力等就會(huì)成為不利因素，如果施工段土體有機(jī)物含量較大，即使土層沉降盡量做了到位處理，仍然有不利因素導(dǎo)致土層結(jié)構(gòu)不穩(wěn)，給地基質(zhì)量帶來(lái)負(fù)面影響。

1.2 軟土地基特征

通過(guò)科學(xué)判定地基土體土粒孔隙度能對(duì)土質(zhì)軟基做出有效確認(rèn)，一般來(lái)說(shuō)，如果測(cè)定土體含水量高，土粒天然孔隙比大于1，壓縮系數(shù)大于0.5MPa-1，這種土體即可稱為軟土地基，這種地基一旦有外力對(duì)其施加影響，極易導(dǎo)致形變發(fā)生，它吸水能力超強(qiáng)，如果外界有水分向其滲透，它全盤(pán)接受并膨脹自身體積，一旦施工時(shí)處理不當(dāng)，誘發(fā)安全事故的概率相當(dāng)高，質(zhì)量問(wèn)題也會(huì)接踵而來(lái)[1]。

①含水量高：正常軟土土體含水量應(yīng)該是34%到72%之間，但是淤泥含水量數(shù)值不在這個(gè)范圍，它的數(shù)值更高，給工程施工造成的負(fù)面影響更多，淤泥土體施工的壓縮處理更難，且不能保證穩(wěn)定性，對(duì)此處理不當(dāng)?shù)牡鼗挥袠O差的抗壓能力，不能承受較大的地基建筑承載負(fù)荷，根本無(wú)法保障工程質(zhì)量；②可壓縮空間較大：因?yàn)檫@類土體水分含量大，較強(qiáng)外力擠壓施加到土體時(shí)，其性狀變化很快，由此提高了壓縮難度，這種情況在沿海地區(qū)的建筑工程中非常常見(jiàn)，常會(huì)導(dǎo)致因地基沉降過(guò)大引起的建筑物傾斜以致坍塌等事故，造成巨大的生命財(cái)產(chǎn)損失，工程進(jìn)度和整體質(zhì)量深受其害；③容易產(chǎn)生氣泡：這類土體有機(jī)物含量很高，一旦遇到適宜條件就會(huì)出現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)，生出大量氣泡，這種情況發(fā)生在地基當(dāng)中就會(huì)產(chǎn)生較大危害，土體環(huán)境變化會(huì)帶來(lái)氣泡破裂揮發(fā)，嚴(yán)重危及地基整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性；④強(qiáng)流變性：軟土土質(zhì)強(qiáng)流變性是其主要特質(zhì)，它對(duì)地基的整體危害性表現(xiàn)在抗剪性和塑性方面，即使上面沒(méi)有建筑物對(duì)其施加承載壓力，自然條件下它也會(huì)下沉，在這種地基上搞建設(shè)，其安全穩(wěn)定性根本無(wú)法保障；⑤土質(zhì)松軟：軟土極其松軟的土質(zhì)的一大表現(xiàn)就是很大的土體縫隙，給工程施工帶來(lái)很大的作業(yè)難度，松軟土質(zhì)沒(méi)有多大黏性，遇到外力擠壓性狀就變，給工程整體結(jié)構(gòu)帶來(lái)影響；⑥容易受影響：該類土體遇到外力就會(huì)出現(xiàn)結(jié)構(gòu)的整體性變化，自身不再具備穩(wěn)定性，極易形變，而建筑工程最基本的就是地基基礎(chǔ)，地基上面的建筑物會(huì)給地基帶來(lái)經(jīng)年累月的壓力負(fù)荷，要求地基具備超強(qiáng)的結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定性，地基萬(wàn)一有結(jié)構(gòu)變化，建筑物整體結(jié)構(gòu)也會(huì)隨之變化，地基受到來(lái)自建筑物的壓力平衡狀態(tài)被打破，傾斜和倒塌事故就在所難免。

1.3 軟土地基的危害

軟土地基的壓縮性非常強(qiáng)且含水率較高，遇到外界水體會(huì)因吸附增大自身含水量。工程的初期施工與荷載會(huì)對(duì)其產(chǎn)生外力作用，這種應(yīng)力作用會(huì)改變軟土地基的孔隙分布狀況，即使完成了地基的整體施工，遭遇外力的情況下仍然會(huì)嚴(yán)重危及它的整體結(jié)構(gòu)，軟土地基體積會(huì)變小，從而整體出現(xiàn)不正常沉降產(chǎn)生裂縫，破壞地基整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。由于這類土體極其松軟，施工完畢必須盡快實(shí)施沉降處理，否則極易導(dǎo)致坍塌，危及工程的整體質(zhì)量[2]。

2 軟土地基處理技術(shù)在巖土工程中的應(yīng)用

2.1 填換法

這一軟基處理方法通常需要對(duì)軟土地基進(jìn)行開(kāi)挖，換成具有一定強(qiáng)度的砂石墊層，從而使其達(dá)到確保基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的目的，在此基礎(chǔ)上采取合理技術(shù)措施換填地基軟土，這種技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于能使地基穩(wěn)固性得到提升，原因是由于對(duì)地基墊層進(jìn)行了換土鋪墊，再施以反復(fù)夯實(shí)，外力作用提高了軟土地基的結(jié)實(shí)程度，穩(wěn)定性得到保障，從而加強(qiáng)了地基的整體穩(wěn)固性。換填作業(yè)會(huì)用到大量碎石或細(xì)沙，這些材料有較大密度，且具備極高的抗壓強(qiáng)度，把它們用于換填材料其處理技術(shù)簡(jiǎn)便易行且效果良好，因此換填法的應(yīng)用范圍最廣。

2.2 強(qiáng)夯法

強(qiáng)夯法是通過(guò)對(duì)軟土地基結(jié)構(gòu)給予重錘沖擊，需要給重錘設(shè)置出符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的高度，其自由下落時(shí)才會(huì)帶來(lái)預(yù)期的重力沖擊，從而達(dá)到控制軟土地基土體壓縮性的目的，給地基在強(qiáng)度和穩(wěn)固性方面提供有力保障，后續(xù)作業(yè)才能展開(kāi)。強(qiáng)夯前軟土地基的表面須充分濕潤(rùn)，能增強(qiáng)夯實(shí)作業(yè)的加固效果[3]。

2.3 攪拌樁技術(shù)

這種技術(shù)多用于建筑工程，它有兩種主要形式，即水泥和石灰攪拌樁，無(wú)論哪種技術(shù)類型都可使地基很好地提高穩(wěn)定性，但是區(qū)別還是有的，石灰樁在比較干燥的軟土地基中應(yīng)用較多，它有很強(qiáng)的水分吸附能力，而且吸水之后會(huì)再度凝結(jié)，最終成樁。石灰樁技術(shù)應(yīng)用的注意事項(xiàng)有：①?gòu)能浲恋鼗鶎?shí)際出發(fā)對(duì)石灰使用規(guī)格和比例進(jìn)行控制；②對(duì)施工所在地進(jìn)行技術(shù)勘測(cè)，得到準(zhǔn)確作業(yè)參數(shù)，確保最大限度發(fā)揮石灰樁的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。攪拌樁軟基處理技術(shù)在實(shí)際項(xiàng)目運(yùn)用中攪拌軸數(shù)量要根據(jù)巖土結(jié)構(gòu)特點(diǎn)選擇，常見(jiàn)的有單軸、雙軸、三軸、五軸等。

水泥樁在深層軟土地基中應(yīng)用較多，水泥攪拌使用的材料必須由實(shí)驗(yàn)室技術(shù)人員對(duì)材料配比進(jìn)行嚴(yán)格的反復(fù)測(cè)試，確保材料性能質(zhì)量。它的使用注意事項(xiàng)有：①對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)地勘察，對(duì)水泥攪拌樁成樁周期，材料配比等重要參數(shù)進(jìn)行測(cè)定，依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)參數(shù)落實(shí)成樁作業(yè)，達(dá)到地基質(zhì)量提升的目的；②成樁作業(yè)開(kāi)始之前必須對(duì)作業(yè)區(qū)域進(jìn)行清理。將其中的石塊、雜物清理出去，促進(jìn)水泥攪拌樁技術(shù)發(fā)揮最大功效[4]。

2.4 鋼管樁技術(shù)

鋼管樁技術(shù)采用的適用鋼管型號(hào)主要分兩種：①Φ130mm的成孔直徑，89mm的內(nèi)插直徑，Q235型無(wú)縫鋼管，樁體長(zhǎng)度每米水泥用量大于等于65kg；②Φ180mm的成孔直徑，108mm的內(nèi)插直徑，Q235型無(wú)縫鋼管，樁體長(zhǎng)度每米水泥用量大于等于80kg。操作過(guò)程中須注意，以對(duì)口焊接的作業(yè)方式連接鋼管，鋼筋以焊接方式固定連接，須保證大于等于150mm的焊接長(zhǎng)度，鋼管樁成樁作業(yè)方式以孔口返漿和孔底注漿為主，作業(yè)過(guò)程要密切監(jiān)視，一旦有漿液出現(xiàn)下沉跡象須立即補(bǔ)充注漿，確保鋼管內(nèi)外充滿注漿，作業(yè)效果須保證注漿均勻，樁體強(qiáng)度達(dá)到技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，起到地基加固的作用。

2.5 土工合成材料處理技術(shù)

前期準(zhǔn)備工作：第一，對(duì)軟土地基進(jìn)行有機(jī)物降低含量處理，以有機(jī)物在土體中的含量不對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生腐蝕為宜；第二，對(duì)地基土體進(jìn)行含水量降低處理，使其達(dá)到技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)允許范圍內(nèi)為止：第三，向地基土體中添加土工合成材料。這種技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于保護(hù)地基中的土體在受力方面的力學(xué)性能，提高工程施工安全穩(wěn)定性[5]。施工方案設(shè)計(jì)如下：

①土工膜防水防滲性能優(yōu)越。土工織物混合瀝青，瀝青起到浸潤(rùn)和黏結(jié)的作用，這個(gè)產(chǎn)品就是瀝青土工膜，把它向地基土體注入并混合均勻，土體得到加固，地基的承載能力也進(jìn)一步提高；②這種技術(shù)對(duì)土工格柵用量很大，這種產(chǎn)品性能和作用都很獨(dú)特，當(dāng)工程出現(xiàn)復(fù)合材料或加筋土結(jié)構(gòu)時(shí)，土工格柵都可作筋材使用，若土工格柵的材質(zhì)是玻璃纖維，這種材質(zhì)強(qiáng)度很高，把它和自黏感壓膠共同用瀝青對(duì)其表面進(jìn)行浸漬處理，互相緊密貼合后注入地基土體，可極大提升其承載能力。再以土石料向土工格柵填入，料體和網(wǎng)格互相鎖住，土體和玻璃纖維之間摩擦系數(shù)增大，土工格柵抗拔能力進(jìn)一步加強(qiáng)，二者產(chǎn)生很強(qiáng)咬合摩擦力，地基質(zhì)量因此得到加強(qiáng)。

2.6 DDC灰土擠密處理技術(shù)

這種技術(shù)的設(shè)計(jì)原理是：利用DDC灰土擠密處理技術(shù)向軟土地基注入灰土，使地基具備混凝土性質(zhì)，從而形成較強(qiáng)承載能力，再施加夯實(shí)作業(yè)，把地基土體孔隙率壓縮到最低，實(shí)現(xiàn)這種技術(shù)的設(shè)計(jì)途徑是：利用合理算法計(jì)算力學(xué)性能在DDC灰土擠密處理技術(shù)中的數(shù)據(jù)，同步分析影響地基承載能力各種因素的參數(shù)，以螺旋鉆機(jī)開(kāi)始鉆孔作業(yè)，再把灰土注入地基夯實(shí)，最后成樁，盡量把樁體體積擴(kuò)展到最大限度，地基具備混凝土性質(zhì)，承載能力得到顯著提高。

利用這種技術(shù)處理過(guò)的軟土地基，承載能力提高也就意味著其整體的受力情況得到顯著改善，地基質(zhì)量有了保障，安全穩(wěn)定性更加可靠，對(duì)軟土地基進(jìn)行承載能力的計(jì)算需要在土體抗剪力基礎(chǔ)上實(shí)施，只要得到了抗剪力的計(jì)算數(shù)據(jù)，分析地基承載能力就會(huì)水到渠成[6]。

2.7 預(yù)應(yīng)力管樁處理技術(shù)

這種技術(shù)的設(shè)計(jì)原理是：把預(yù)應(yīng)力管樁壓入軟土地基，對(duì)軟土地基抗剪力的提升很有幫助，設(shè)計(jì)施工方案時(shí)先以有限元3D模型展開(kāi)地基承載能力分析，把分析結(jié)論建成模型，分析設(shè)計(jì)如何處理預(yù)應(yīng)力管樁，得到作業(yè)所需的參考數(shù)據(jù)。預(yù)應(yīng)力管樁施工流程如下：第一，勘測(cè)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，分析當(dāng)前地基承載能力實(shí)況，得出地基力學(xué)性能相關(guān)數(shù)據(jù)，以此為據(jù)對(duì)預(yù)應(yīng)力管樁位置進(jìn)行確定，構(gòu)建分析模型，分析地基抗剪力和承載能力，力求結(jié)論精確；第二，埋設(shè)預(yù)應(yīng)力管樁，結(jié)合力學(xué)性能數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)合理施工方案，保證管樁在實(shí)施混凝土澆筑作業(yè)后達(dá)到最佳承載能力；第三，設(shè)計(jì)開(kāi)挖基坑施工方案，邊開(kāi)挖邊采用這種技術(shù)予以加固，構(gòu)建并分析基坑模型，得出地基承載能力的具體情況，分析開(kāi)挖作業(yè)給承載能力帶來(lái)的變化，分析基坑開(kāi)挖帶來(lái)的荷載如何影響地基承載能力[7]。

3 結(jié)束語(yǔ)

隨著各個(gè)領(lǐng)域的不斷繁榮發(fā)展，當(dāng)前的巖土工程數(shù)量持續(xù)增多，因此在巖土工程地基施工作業(yè)中遇到軟土地基的概率也有了大幅度提高，雖說(shuō)我國(guó)已經(jīng)擁有多種軟土地基處理技術(shù)，施工工藝方法也越來(lái)越完善，但是見(jiàn)于軟土地基的施工難點(diǎn)比較多，所以我們還需要不斷加強(qiáng)軟土地基處理技術(shù)與技術(shù)應(yīng)用研究，以便進(jìn)一步的提高軟土地基處理能力，為構(gòu)建優(yōu)質(zhì)巖土工程奠定基礎(chǔ)。