房屋建筑工程施工中的地基处理技术
时间：2023-02-14 14:20:08 来源：千叶帆 本文已影响人
裘锂锂 滕敦清
(1.浙江省建工集团有限责任公司，浙江 杭州 310000；
2.浙江省建投交通基础建设集团有限公司，浙江 杭州 310000)
随着市场经济的稳步发展，建筑行业已经成为我国重要的国民经济支柱产业，并且对人民群众的生活质量具有深远的影响，人民群众对于房屋建筑的质量和适用性、耐久性、安全性、舒适性等方面的要求也在逐年提升。为了解决我国土地面积与人口数量之间的矛盾，高层建筑已经成为了一种主要的房屋建筑形式[1]。为了提高高层建筑的质量，施工单位应当从地基处理阶段开始对施工工艺和施工质量进行严格控制，为房屋建筑的整体质量打好基础。
1.1 抗剪性能差的地基
不良地基对于建筑的安全性和适用性具有严重的不利影响，建筑结构的自重和外部荷载会导致抗剪能力不足的地基发生局部或者整体的剪切破坏，进而导致建筑结构的开裂、垮塌等，影响建筑物的正常使用。加拿大特朗斯康谷仓地基破坏事故就是由于地基抗剪能力不足导致的，淤泥质软黏土地基在超过承受能力的荷载作用下发生明显的失稳现象，在24h之内整体倾斜达到26°53′[2](见图1)。
图1 加拿大特朗斯康谷仓地基破坏事故
1.2 具有高透水性的地基
具有高渗透性的地基在地下水的流动作用下发生渗流破坏，会导致水量的大量流失或者管涌，潜蚀，渗漏。近年来在中国西南地区频繁发生的“天坑”现象就是由于渗流破坏导致的，还曾经造成我国大量土石坝工程的破坏，给当地造成了巨大的人员伤亡和经济损失(见图2)。
图2 西南“天坑”自然景观
1.3 地基的动力性能
饱和无粘性土地基可能会在地震、车辆行驶、爆破等动力荷载的作用下发生液化、失稳、震陷等现象，严重威胁到建筑物的安全性。动力荷载导致的稳定和变形问题造成液化现象的主要原因，在与建筑结构的自重及外部荷载的共同作用下，建筑物可能会出现严重的变形现象，导致建筑物无法正常使用(见图3)。
图3 地基液化造成的建筑倒塌
1.4 地基的不均匀沉降
当地基的不均匀沉降超出一定的安全范围时可能会造成建筑结构开裂破坏，沉降量越大，不均匀沉降的情况越严重。我国苏州的虎丘塔在地基不均匀沉降的作用下塔顶发生了2.3m的偏移，直至1983年5月才在人工加固的作用下达到稳定状态[3](见图4)。
图4 苏州虎丘塔地基不均匀沉降
在房屋建筑施工之前，必须对不良地基采取适当的处理措施，使经过处理的地基能够为建筑物提供足够的支撑力。
2.1 换土垫层法
换土垫层法适用于浅层非饱和软弱土层、膨胀土、杂填土、季节性冻土等不良地基的处理，并且具有施工工艺简单、施工速度快且施工成本低等优点(见图5)。用于换填施工的材料主要包括素土、灰土、砂、炉渣、粉煤灰、卵石、碎石等稳定性强、抗侵蚀能力强的材料，轻质聚苯乙烯块在国外的换土垫层施工中也有应用。垫层的厚度取决于软弱土层的深度和下卧土层的承载力，在施工中通常控制在0.5m～3m范围之内，不足0.5m影响换填的效果，超过3m则不经济。垫层铺筑的宽度以能够满足基层地面应力扩散的需求为标准，且垫层顶面的尺寸应较基础底面向四周外扩不少于300mm[4]。
换土垫层施工中的土方开挖可采用机械开挖或者人工开挖，采用机械开挖时底部20cm～30cm范围内的土层应人工挖除，不得超挖或欠挖。换填材料应通过实验确定施工工艺、分层铺筑的厚度、压实遍数等，每层铺筑完成后可采用机械压实、平板振动压实或者重锤夯实等，直至达到设计文件中规定的压实系数，机械碾压的速度应控制在2km/h，碾压时土料的含水率应控制在最佳含水率范围之内。
图5 换土垫层法
2.2 强夯法
强夯法是指通过对地面进行反复夯击直至达到压实度要求的地基处理方法，在低饱和度的粉土、湿陷性黄土、素填土、杂填土、沙土、碎石土等不良地基的处理中应用非常广泛(见图6)。在进行强夯法施工的过程中可以通过在夯坑填入硬质材料形成柱状置换体的方式对饱和软黏土地基进行加固，常用的强夯置换材料有碎石、石块、砂等[5]。
对于不同的土层应采取不同的夯击方式，加固非饱和土层应采用动力压密法，加固饱和土层应采用动力固结法。夯击点宜布置成正方形或者三角形，根据加固深度控制夯击点之间的距离。夯压施工的质量可以通过原位测试法和室内试验法进行检验，夯击施工的时间与对地基质量进行检验的时间应当保持一定的间隔，碎石土和砂土基地的时间间隔通常控制在1周～2周，低饱和度的粉土和粘性土地基通常控制在2周～4周。
图6 强夯法
2.3 排水固结法
排水固结法适用于各类饱和粘性土地基的处理，如淤泥、淤泥质土和冲填土等，由排水系统和加压系统两个部分共同组成。排水系统可以配合自卸汽车和推土机进行堆载预压施工，也可以配合真空泵进行真空预压施工(见图7)。在竖向排水体施工的过程中，通过专用打设机械在超软弱地基上打设塑料排水板、沙井、沙袋等，将地基中的空隙水通过塑料排水板、沙井、沙袋等缓慢排出，地基固结变形，从而实现有效应力和强度的逐渐提高。排水固结法具有施工简单、施工速度快、排水效果好、工程质量稳定且工程造价低等方面的优点。
在堆载预压施工的过程中必须对加载速率进行严格控制，预压荷载不得小于设计荷载，堆载面积应在建筑物基础底面面积的基础上进行适当的扩展。为了避免地基由于局部堆在过高发生局部失稳破坏，荷载的分布必须均匀。
真空预压施工的砂垫层铺设厚度应保持表面平整。滤水管分布必须均匀，保证整个加固区域水平方向的真空度一致。密封膜的铺设质量对于真空预压施工的效果具有重要的决定性作用，应当根据当地气候和施工需求选择质量合格的密封膜。宜采用射流式真空泵作为抽气设备，尽量增加每块预压区域的面积以加快排水固结进度，两块预压区域之间不宜间隔过大。
图7 排水固结法
2.4 桩基
桩基能够为建筑结构的基础提供均匀、稳定的支撑力，适用于岩石、碎石土、粘性土、人工填土等不良地基的处理。常用的桩基有水泥土搅拌桩、旋喷桩、钻孔灌注桩等。房屋建筑的桩基施工具有很强的复杂性和不可预测性，施工难度比较大，应当在施工前编制专项施工方案，对施工的每一个环节、每一道工序实施严格的质量控制，并对临近的建筑物、构筑物和地下管线等采取适当的保护措施。施工前应当进行试桩，确定最佳的施工工艺和施工参数。施工过程中应严格控制桩基下沉或者成孔的倾斜度，及时采取纠偏措施。采取适当的措施防止桩基在下沉的过程中发生断裂，一旦发生断裂必须及时更换新桩(见图8)。
图8 桩基施工
地基对房屋建筑的安全性和稳定性具有重要的决定作用，不良地基的处理关系到房屋建筑的整体质量。在工程实践中应当通过地质勘察等技术手段对地基的种类和性质进行准确判断，结合工程的施工环境、质量要求、技术条件、经济条件等选择最佳的地基处理方式，并且对施工过程进行严格的管理与控制，确保经过处理以后的地基能够为建筑结构提供均匀稳定的支撑力，实现房屋建筑经济效益和社会效益的最大化。
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