建筑地基基础施工和加固技术探析

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1 地基基础概述

地基是指建筑物下面支承基础的土体或岩体。作为建筑地基的土层分为岩石、碎石土、砂土、粉土、黏性土和人工填土。地基有天然地基和人工地基两类。天然地基是不需要人加固的天然土层。人工地基需要进行加固处理，常见的有石屑垫层、砂垫层、混合灰土回填再夯实等。简单来说，地基就是保证建筑物在一定荷载作用下不变形的部分地层；基础则是将建筑荷载作用传递给地基的下部结构。优质的建筑地基基础必须能支承住建筑荷载，能防止外界强度破坏，避免建筑物出现失稳现象。

在满足建筑物荷载要求的前提下，将基础的沉降控制在一定范围内，尽量采用埋深不大的浅基础，这样施工非常简单。当浅基础无法满足工程要求时就应采用埋深较大的桩基础，也称深基础，将建筑物荷载更多地传递到深部的地基中去，避免基础沉降现象的发生，保证建筑物的质量和使用安全。

实际工程中，地基基础工程的设计和施工都必须以防止失稳、破坏和变形为根本原则，关注施工细节，对不合格的地基进行加固处理，从而使其满足建筑地基的要求。常见的施工技术有静力桩和振动沉桩，通过桩基础将建筑物的荷载传递到地基上，达到稳定建筑物的目的。而高层建筑物越来越多，建筑物自重迅速增加，简单的施工技术已经无法满足稳固建筑物的需求，为了将建筑物的荷载顺利传递到地基中，必须科学、系统设计地基基础工程，通过严谨细致的施工和管理提高地基基础质量，实现建筑设计安全、稳定、多功能等目标。

2 常见的建筑地基基础施工技术[1-8]

2.1 复合地基成套技术

复合地基成套技术分成两种，一种是水泥粉煤灰碎石桩，一种是夯实水泥土桩。前者就是将水泥、粉煤灰、碎石、砂等物质加水拌合后浇筑成高黏度强度桩（CFG桩），在桩基础与桩顶间设置一定厚度的褥垫层，褥垫层、土层、桩顶与桩基础形成一个复合地基。这种复合地基承载力大、变形小，适用范围广。实际施工中，水泥粉煤灰碎石桩的施工工艺一般有：管内泵压混合料成桩、振动沉管灌注成桩、长螺旋钻孔成桩等。当建筑物地基是黏性土、粉土、砂土等自重固结的素填土时，可以采用水泥粉煤灰碎石桩复合地基施工技术，具体的桩基础形式有条形、箱形、阀形等。

夯实水泥土桩使用单一的土质材料与水泥按照一定的配合比拌和在一起，运用机械成孔，在孔外拌和制成水泥土，然后分层向孔内回填并夯实，制成均匀的水泥土桩。然后在桩基础与桩顶间设置褥垫层，使褥垫层、桩基础、桩顶、土层形成一个复合地基。由于夯实工艺能产生较高的密度，水泥土本身就具有较高的强度，进而使得这种复合地基的强度较高，适用于粉土、杂填土、黏性土等地基。而且，这种复合地基桩身强度均匀，施工快，受外界环境影响小，对自然环境的污染小，能获取较高的经济效益和环境效益。

2.2 压实技术

压实技术是一种物理处理过程，在地基基础施工中，将固体、液体、气体混合物进行一定的碾压，排除掉混合物中的孔隙，使得小颗粒填料进入到大颗粒填料之间的孔隙中，实现填料的充分混合和再排列，排出填料中的空气和水分，降低孔隙率，这样就能增加单位面积内固体物质的颗粒数量，提高填料的密实度，使得地基的密实度、含水量等符合工程施工标准。

在压实过程中，填料的颗粒大小、填料本身的含水量、分层压实的厚度、机械设备的功能、碾压遍数、碾压方法等都会影响到地基的压实度。必须根据工程需要合理设计施工流程，选择合适的填料，考虑每一方面的因素，确保地基密实度符合工程要求。

压实技术的施工可以分成三阶段、四区段和八流程：三阶段就是准备阶段、施工阶段和竣工阶段；四区段就是填土区段、平整区段、施压区段和检验区段；八流程则指测量放线→基地处理→分层填压→摊铺平整→洒水或晾晒→碾压→检验→地基整形。

2.3 静力压桩基础施工技术

打桩机工作时会产生巨大噪声，当地基基础施工现场与居民生活区域较近时，可以采用静力压桩基础施工技术，这是一种利用静压力将预制桩压入土体中的沉桩技术。一般来说，静力压桩基础施工流程为：分段预制桩→分段压入土体中→逐段接长。每段桩的长度与桩架高度有关，一般在6 m左右。而接桩时可以采用焊接法、锚接法等。这种施工技术不仅可以节约钢筋混凝土，减少工程成本，而且无污染、无噪声，能创造良好的社会效益和环境效益。

2.4 真空预压法

真空预压法适用于软土地基的加固处理中，其具体施工方法是：在地基内设置砂井或塑料排水板，在地面铺设1 层砂垫层，再在砂垫层上覆盖1 层不透气的密封膜，隔绝砂垫层与大气。接着通过砂垫层中的吸水管道，利用真空抽气装置抽气，将密封膜内的空气充分抽出，形成一个真空的砂垫层，这样就使得密封膜内外形成一个气压差，而这个气压差可以成为作用于地基的荷载，地基会随着有效应力的增加而固结。

抽气前，土中的有效应力就是其质量应力，随着空气的减少，其有效应力逐渐增加，而地基就随之发生固结反应，抽气完成后，地基的固结过程也完成了。真空预压法尤其适用于软弱土层的地基处理，这种土层的特点是含水量大、透水性差、压缩性高、强度低，在建筑的荷载作用下很容易发生沉降现象，大面积处理时采用真空预压法能获得较好的社会效益和经济效益，有效提高地基基础的承载力。

2.5 振动沉桩施工技术

在振动沉桩施工技术中，先将振动器安装在桩顶，其产生的激振力使得桩身的土颗粒发生振动现象，并进行重新排列组合，产生收缩和位移现象，桩表面与土层的摩擦小，桩在自重和激振力的共同作用下沉入土体中。振动沉桩施工技术非常简单，无需复杂的设备，振动器体积小、质量轻，搬运非常方便，且施工效率非常高。该施工技术不仅适用于软土、松散砂土、黄土等地基的沉桩施工，同时也适用于打钢板桩，还能配合起重机打桩。打桩开始时，先采用较小的落距轻轻锤击桩体，使桩体慢慢沉入土体中，当桩体沉入土体中1～2 m时，检查桩尖是否发生位移现象，若一切正常就适当增加落距继续锤击，直至将桩体打到设计的深度。

3 地基基础沉降的原因

地基基础一旦发生较大程度的沉降，建筑物的安全就受到巨大威胁，影响到人身安全，地基基础沉降的原因有很多，可以分成地质原因和结构原因。

第一，地质原因。地下水富集、软土、山坡冲沟都有可能导致地基基础沉降。在大规模建筑物各部位的地基不同，前期处理不当就有可能带来不均匀沉降，影响建筑物的质量和安全性，这是建筑地基基础工程中应注意的要点。

第二，结构原因。在地基基础施工中，为了保证工程质量和进度，往往采用分区施工方法。也就是说，不同地基采用不同的施工方法，地质条件较好的地基采用省时、省工的施工方法，地质条件较复杂的区段采用振动桩、静力压桩等施工技术。这种分区施工方法没有从整体上考虑地基基础工程，容易出现下沉量的差异。

4 加固技术介绍

4.1 基础加宽加固技术

当地基的承载力无法满足工程需要或是基础面积不足时，必须增加基础的底面积，减少作用在地基上的接触压力，从而降低地基土中的附加应力水平，减小沉降量。当场地许可，基础埋深较浅时，可以采用基础加宽加固技术提高地基承载力，这是一种设计简单、工艺成熟的加固技术，直接使用钢筋混凝土加大基础底面，并保证新旧基础的可靠连接，考虑旧基础的强度，若旧基础的使用年限过长，强度出现较大折损，这时应尽量进行卸载降低旧基础中的应力。

基础加宽加固技术的施工流程为：开挖→地基加宽部分两端的地基土上进行与原基础相同的压实施工，铺设相同厚度和填料的垫层→凿毛墙基（做好原基础的凿毛工作和清洗工作，铺设一层高强度水泥浆，增强新旧基础之间的粘结力）→配置混凝土→浇筑混凝土→设置钢筋锚杆（在新旧基础相连部位设置一定高度和固定间距的锚杆，保证新旧基础的稳固连接）→质量检测。

4.2 加深基础法加固技术

加深基础法是在原基础下设置墩式基础，使基础坐落在较好的土层上的一种加固技术。简单来说，该加固技术就是在基础下挖坑，然后往坑中填筑混凝土墩，从而实现加固效果，适用于地下水位低、地基浅层有较好持力层的地基基础施工中。

混凝土墩既可以是连续的，也可以是间断的，当间断混凝土墩基础无法满足工程承载力要求时应采用连续混凝土墩基础。

加深基础法加固技术的施工流程为：在既有建筑物基础的一侧开挖一个长宽分别为1.2 m、0.9 m左右的导坑，并挖至原基础底面以下的1.5 m处，接着继续将导坑延伸到基础下面，挖到要求的持力层标高为止。然后开始对基础下面的深坑进行混凝土浇筑，浇筑到距离基础底面80 mm左右的地方停止，进行为期1 d的混凝土养护，然后将掺加有膨胀剂和速凝剂的干稠水泥浆填入基础的空隙中，挤实水泥浆。最后就是分批挖坑和修筑混凝土墩子，直到基础托换工程全部完成。

4.3 灌浆加固技术

灌浆加固技术施工流程为：先用钻机在基础上成孔并到达要加固的土层，然后用灌浆设备将水泥浆灌入地层中，通过劈裂和挤压作用，使土层与水泥浆充分混合，发生一定的物理化学作用，最终胶结在一起，达到加固基础的目的。

4.4 锚杆静压桩加固技术

锚杆静压桩加固技术是将静力压桩和锚杆技术结合起来，在基础上开凿压桩孔和锚杆孔，运用粘结剂将锚杆埋入锚杆孔中，然后安装桩架，并利用既有建筑物的重力反作用力和千斤顶将预制桩压入压桩孔中，桩与桩之间焊接起来或是使用硫磺胶泥粘结起来。当压桩力和压入深度满足设计要求后，将桩与基础运用混凝土浇筑连接起来，这样就提高了基础的承载力，有效控制沉降现象。

5 地基基础施工与加固技术的应用实例分析

某教学楼工程采用框架结构，平面呈L形，占地面积2 500 m2，抗震烈度为6 度。工程局部地质条件复杂，为达到建筑工程需要的承载力要求，采用锚杆静压桩加固法进行地基基础处理。单桩的设计承载力是400 kN，终压力为600 kN。由于部分地基中存在孤石，因而在每根柱基的承台下的8 个方位各预留1 个压桩孔，采用螺纹钢筋作为锚杆。图1为锚杆、静压桩的布置。

图1 锚杆与静压桩布置

施工流程为：定制预制桩→将锚杆工作面和压桩孔工作面的垃圾等脏物清理干净→压桩。桩机就位之后开始吊桩，接着将桩压入事先布置好的孔中，直到压桩力达到设计要求，然后再开始第2根桩的施工与封桩，所有桩都压入，满足压桩力要求后，卸载千斤顶，拆除压桩架，清除孔中的杂物、积水等物质，进行凿毛处理，最后在桩顶的侧表面刷涂混凝土界面剂，浇筑微膨胀早强混凝土。

在压桩过程中，保证压桩架的垂直，压桩过程中随时拧紧松动的螺帽，保证锚具的紧固。就位的桩也应与地面垂直，然后使用千斤顶压入孔中，不得出现偏心加压现象。本工程中采用硫磺胶泥连接桩段，保证上下桩段的充分粘结，不允许出现错位现象。而终压判断则以压桩力达到600 kN为主，以桩尖达到设计持力层深度≥500 mm为辅助判断标准。当压桩力达到600 kN之后维持10 min以上就可以进行下一根桩的施工。

6 结语

地基基础是建筑结构的重要组成部分，与建筑的质量和使用安全密切相关。地基基础的施工技术和加固技术影响到工程质量，同时也关系到工程成本，其施工方案必须与工程质量、地质情况、工程结构特点、工期、气象条件结合起来，优化施工方案，设计合理的施工流程，保证工程质量。本文简单介绍了几种常见的施工技术和加固技术，并简单阐述了地基基础沉降的原因，供同行参考。