地基处理技术在软弱土层承载力提升中的应用研究
陈永禄
四川同康工程质量检测有限责任公司宁南分公司 四川省凉山 615400

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摘要:

随着社会经济的快速发展,我国城镇化建设的速度也在不断加快,建筑工程项目建设规模也在不断扩大。为了确保建筑工程项目的质量,满足社会大众对建筑工程项目的要求,就必须重视对软弱土层地基承载力的处理工作。软弱土层是指天然含水量高、压缩性大、承载力低且不能满足结构工程施工要求的土体。软弱土层地基承载力不足会导致建筑物产生沉降或不均匀沉降,进而对建筑物基础造成危害。为提升软弱土层地基承载力,本文首先对软弱土层的物理力学特性进行了简要分析,其次介绍了常用地基处理技术,最后结合实际工程案例分析了各类地基处理技术的适用条件、优缺点及适用范围。

关键词: 地基处理技术软弱土层承载力提升
DOI: 10.12428/zgjz2025.09.193
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引言

我国地域辽阔,不同地区地质条件和地基承载力存在一定差异,因而地基处理技术也会有所不同。在实际工程建设中,由于软弱土层的存在,建筑物发生沉降或不均匀沉降的问题时有发生,严重影响工程项目的质量,也不符合社会大众对建筑物基础的要求。因此,在施工过程中必须要重视软弱土层地基承载力的处理工作,提高其处理效果。本文首先对软弱土层的物理力学特性进行了简要分析,其次介绍了常用地基处理技术的基本原理、优缺点及适用条件,最后结合某项目工程实例分析了各类地基处理技术的实际应用效果。希望本文对软弱土层地基承载力提升有一定帮助。

一、软弱土层的物理力学特性

软弱土层是指天然含水量高、压缩性大、承载力低的土体,在实际工程建设中,软弱土层多分布于软粘土和淤泥等土层中。在软弱土层中,主要包含粘性土、粉土及砂土等,其中黏性土的含水量较高,其孔隙比一般在1.2~1.8之间;粉土的含水量较低,其孔隙比一般在0.5~0.6之间;砂土的含水量相对较低,其孔隙比一般在0.2~0.4之间。相关研究资料显示,软弱土层的天然含水量普遍高于20%,且其孔隙比通常在0.2~0.4之间。由于软弱土层的天然含水量较高、天然孔隙比大等特点,其地基承载力普遍低于200 kPa[1]

二、软弱土层承载力不足的表现与危害  

软弱土层承载力不足会导致地基变形,进而导致建筑物产生沉降或不均匀沉降,影响建筑物的结构安全与稳定性。软弱土层承载力不足会导致地基应力增大,从而降低其抗变形能力,易造成地基沉陷、开裂、倾斜等问题,严重影响建筑物的使用寿命。软弱土层承载力不足会导致基础开裂、渗漏,从而影响建筑物的正常使用与维护,甚至危及建筑物的安全。软弱土层承载力不足会导致地基失稳,进而对建筑物造成破坏,影响建筑工程项目的施工进度及质量。因此,在工程建设过程中必须要重视对软弱土层地基承载力的处理工作,确保工程项目的顺利开展[2]

三、 地基处理技术概述  

3.1地基处理的基本原理

建筑工程项目开展前,必须要进行必要的地基处理工作,以确保地基的稳定性与可靠性。地基处理的基本原理是通过调整天然地基中的不均匀沉降,从而改善地基的物理力学性质,提高其承载力和稳定性,并降低其变形量。在地基处理过程中,通常会采用一些技术手段对天然地基进行处理,从而达到降低天然地基荷载能力、提高天然地基承载力和稳定性的目的。随着建筑工程项目规模的不断扩大,其所需要承受的荷载也越来越大。在软弱土层中设置适当的承载结构体并采取一定措施将其与软弱土层分开,从而避免建筑物受到软弱土层变形与沉降的影响。

3.2常用地基处理技术分类  

3.2.1夯实法  

夯实法主要是在地基处理中应用的,也就是利用重型机械设备对地基进行夯实处理。当地基的承载力较低时,就可以利用夯实法对其进行处理。在施工时,要将一定的能量传递到地基中,并且经过地基中的土体以及地下的水对其进行吸收,进而使地基承载力得到提升。此外,在使用夯实法进行处理时,要将设备放置到作业面当中,使其处于满负荷的状态下运行。为了保证设备的正常运行,需要在设备表面安装防震装置。另外,还可以通过增大夯实机的锤重和提升落距来实现对地基处理效果的提升。根据相关研究表明,夯实法能够使地基的承载力提升至200 kPa以上[3]

3.2.2置换法

 置换法是指利用砂土、粉土、黏性土等材料回填至一定高度后,在其上铺以碎石、素土等材料,并夯实而形成复合地基。一般的置换方式有两种:一种是原地基范围内挖除部分软弱土层,回填强度高的砂石、碎石等材料,形成复合地基;另一种是在软弱土层范围内回填一定数量的碎石、卵石等材料,形成复合地基。在这两种置换方式中,第二种方式比第一种方式更经济,并且其承载力较高。通过采用砂土、碎石、卵石等材料进行置换形成复合地基是一种很好的处理方法,其能够有效提高地基的承载力和稳定性,保证基础能够承受上部荷载,避免沉降过大。

3.2.3加固注浆法

 加固注浆法主要是利用高压注浆泵或钻孔设备,将注浆材料(如水泥浆、水玻璃、水泥粘土浆等)通过高压注入地基土体中,以提高地基土的强度和稳定性,减少或避免地基土的渗透破坏。加固注浆法可分为高压旋喷、高压喷射灌浆及高压喷射注浆等三种形式。其中,高压旋喷是一种以旋转为动力的喷射注浆方式,其特点是在土体中形成垂直于注浆管轴线的旋转通道,浆液从通道中喷出,以达到提高土体强度和减少变形的目的。高压喷射灌浆一般用于软弱土层中。另外,在土洞、洞穴、空洞和软弱岩层中的预处理以及大坝、堤坝等构筑物的地基加固中也得到广泛应用[4]

3.2.4预压与真空预压法  

所谓的预压和真空预压法就是在软弱地基上铺设砂垫层,然后通过设置排水系统,将软土中的水分排出,从而提高软土地基的承载能力。具体来说,就是在软土地基上铺设一层砂垫层,然后通过机械设备向砂垫层中注入砂子,在砂垫层中设置排水系统。当排水系统完成之后,利用真空泵抽掉砂垫层中的空气,从而降低软土地基的含水量。最后再通过机械设备将土中的水分排出。预压处理技术需要使用到预压法、真空预压法等多种方式。预压处理技术能够有效地提高软弱地基的强度和稳定性。在实际使用过程中,可以根据具体情况选择不同的处理方法。

3.2.5土工合成材料法  

土工合成材料法是一种将土工合成材料作为软基处理的方法。所谓的土工合成材料法,指的是通过在地基中设置土工布、塑料排水带或者土工格栅等,利用其良好的排水性和支撑力来有效地降低地基土体的压缩性,提升地基的承载力。另外,利用土工合成材料法可以降低软基中孔隙水压力,进而增强软基的抗变形能力。所以,该方法在我国有着广泛的应用。但是值得注意的是,在进行此类地基处理时,应根据现场实际情况来合理选择使用方法和施工工艺。此外,为确保施工质量,必须加强对土工布、塑料排水带等材料质量以及施工过程重质量控制措施和检测方法等方面的控制。

3.3各类技术适用条件与优缺点对比

碎石桩:施工速度快,施工效率高,可以缩短建筑物的工期;处理范围广,适用于各种软土地基础,不会受到周边环境的影响。但是其使用年限短,质量检测不容易控制。粉喷桩:施工速度快,需要大量的打桩机和其他设备,对施工场地的要求较高;适合处理范围小的软土地基础。垫层法:适用于软弱土层厚度较小、地下水位较低、渗透系数小、压缩性低的场地;优点是可以节约成本,提高施工效率;缺点是需要大量的垫层材料和设备,施工技术要求较高。并且需要对地基土进行检测,确定其是否满足地基处理要求[5]

四、主要地基处理技术在软弱土层中的应用  

4.1复合地基法

 复合地基法指的是对地基进行加固处理,使其由刚性地基转化为柔性基础,利用其本身的承载能力来抵抗地基沉降。通过这种方法的应用,可以有效地提高软弱土层的承载力。在软土地基中,复合地基法主要包括 CFG桩、碎石桩、夯实水泥土桩等。在进行软弱土层处理时,必须根据工程地质情况选择合适的复合地基处理技术,并结合相应的施工工艺进行施工。例如, CFG桩就是一种具有较高强度和较好变形能力的复合地基处理技术,主要适用于各类建筑的软粘土、淤泥等软弱土层的加固。在对其进行施工时,必须根据设计要求将其制成桩,并在其中加入适量的碎石等材料以增加其强度。

4.2深层搅拌法

 深层搅拌法的应用范围较广,并且适用于不同性质的地基,包括淤泥、淤泥质土、粉土、粉细砂等。通常情况下,在软土地基中使用深层搅拌法的方式进行地基处理,在实际操作时应对施工现场的地质条件进行细致观察,根据实际情况合理确定搅拌深度和速度。在施工过程中还应注意以下几个方面:首先,应根据软土层的具体情况和工程要求合理确定施工设备和机械,并严格控制其操作程序;其次,对于粉细砂、淤泥质土层等软土层厚度较小、含水量较大的软土地基,应合理控制其搅拌深度和速度;最后,对于施工现场的搅拌桩桩体强度、刚度等指标应严格按照设计要求进行控制。

4.3注浆加固法

 注浆加固法是通过对软弱土层进行注浆的方式,使浆液在软弱土层中渗透,从而形成浆液网,改善软弱土层的结构。浆液网可以使软弱土层中的颗粒胶结在一起,从而形成一种具有一定强度、稳定性的浆液层。在注浆加固法中,一般采用的是高压注浆法。这种方法不仅能够降低软弱土层中的孔隙率,而且可以提升地基的承载力,可以使地基更好地发挥自身的作用。通过这种方法处理过的地基,其强度和稳定性都能够得到有效地提高。另外,通过对软弱土层进行注浆加固,还可以使地基的整体稳定性得到提升,从而避免了地基发生塌陷和沉陷等情况。

4.4真空预压联合排水法

真空预压联合排水法是指在软弱土层中设置真空预压区,并在真空预压区内铺设砂垫层,然后通过设置的排水系统将软土中的水分排出。通过这种方法的应用,可以有效地提高软土地基的承载力和稳定性。真空预压联合排水法是通过在砂垫层中设置排水系统,通过真空预压的方式将软土中的水分排出,从而提高软弱土层的承载力。同时,还可以在砂垫层中设置滤管,使砂垫层中形成排水通道,从而降低砂中水分含量。此外,还可以在砂垫层中设置反滤套管,进一步加强砂垫层排水效果。这种方法不仅可以提高软弱土层的承载力,而且可以有效地减少软弱土层的沉降量。

4.5土工合成材料加筋法

土工合成材料加筋法主要是将土工布、塑料排水带或者土工格栅等与软弱土层进行合理结合,在软弱土层中铺设一定厚度的土工布,然后再铺设塑料排水带或者土工格栅等,从而达到提高地基承载力、稳定性以及强度等目的。这种方法不仅能够有效地提升地基的承载力,而且能够保证软弱土层中的孔隙水压力得到有效降低。在软弱土层中铺设土工布、塑料排水带或者土工格栅等,是当前常用的一种方法。其具体应用主要包括:软土地基加固、港口码头地基处理、堤坝、道路和铁路地基加固以及水利工程加固等方面。另外,在软土地基加固处理中,还可以通过在地基中设置排水通道的方式来达到加固目的。

五、存在问题与对策建议  

5.1技术应用中的常见问题  

(1)不同的地基处理技术在应用过程中存在较大差异,不同地区、不同类型的场地其地基处理方法也有很大的不同,因此,在选择地基处理技术时,必须要针对不同的工程地质条件、工程地质特征等因素进行分析,然后再结合工程要求选择最合适的地基处理技术。(2)对于地基处理技术而言,其是否能够充分发挥其功效,是受到多方面因素的影响。其中,主要包括施工成本、施工技术以及施工进度等。因此在进行地基处理时,需要充分考虑各个因素之间的影响关系,结合具体工程地质条件,选择最适合、最经济、最合理的地基处理方法。

5.2环境与成本影响分析

影响范围:本工程范围内的所有建筑物基础,尤其是地下室。施工工期:根据本工程地基处理的特点,以及工期要求,本次施工工期为9个月。环境影响:由于地基处理与常规处理不同,属于原位加固,没有对周边环境造成任何影响。本工程地下水位较高,采用真空预压法和砂桩复合地基进行地基处理后,均未对周边环境产生影响。成本影响:采用真空预压和砂桩复合地基的工程造价要高于普通地基处理工程造价,但是由于其工期短,不存在换填砂对周边环境的影响,因此没有增加成本。采用真空预压和砂桩复合地基进行施工时需要大量的泥浆排放,可能会对周边环境造成一定的影响。

5.3软弱土层地基处理的优化方向  

机械设备和材料,工程造价较高。在进行本工程地基处理时,选择了适用的地基处理技术,并且在施工过程中,严格按照施工工艺进行施工,有效地控制了施工质量,降低了工程造价。另外,由于本工程是一个临时项目,工程造价较低,因此其建设成本比常规项目低很多。

结语

随着我国经济建设的不断发展,我国各地区的建设工程数量也在不断增多,但随着城市土地资源的日益紧张,地基处理技术越来越受到人们的重视。因此,在进行地基处理时,应根据工程实际情况选择合适的地基处理方法,以保证工程的质量。本文主要介绍了在软弱土层中常用的地基处理技术,并详细阐述了其应用流程以及常见问题。通过本文的研究分析可知,软弱土层是建筑工程建设中常见的一种地层,其承载力较低,在进行地基处理时应根据具体情况选择合适的处理技术。

参考文献

[1]郭雷鹏.建筑地质岩土勘察与地基处理技术分析[J].城市建设理论研究(电子版),2025,(24):159-161.

[2]余炎挺.PHC桩在软弱土层地铁车辆段地基加固中的应用[J].建筑安全,2022,37(08):13-16.

[3]张娇.市政工程施工建设中软土地基施工技术的应用[J].科技资讯,2019,17(15):50+52.

[4]周晓明.江西省都九高速公路砂土液化地基处理技术研究[D].长沙理工大学,2017.

[5]陆上云.组合式地基加固技术在沿海软弱地基处理中的应用[J].广西城镇建设,2011,(05):52-54.


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