地基加固技术在土木工程建设中应用的研究

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摘要:土木工程建设的发展为社会进步提供了巨大支持。保证土木工程施工中建筑结构的质量是工程建设和发展中最为关键的工作内容，而且涉及的范围广泛、内容丰富。对建筑物基础所处的软土地基进行加固是保证工程质量的重要措施之一，被现代工程建设施工高度重视。本文通过论述当前土木工程建设中地基加固技术的应用与创新，研究了土木工程设计中地基加固设计方法，探讨和分析了地基加固技术的应用，为土木工程的建设提供有力的技术支持，具有重大现实意义。

关键词：土木工程地基加固技术 工程建设

中图分类号：U457文献标识码： A

一、地基加固技术的现状

我国大规模的基本建设以及可用于建设的土地减少，需要进行地基处理的工程大量增加。随着地基处理设计水平的提高、施工工艺的改进和施工设备的更新，我国地基处理技术有了很大发展。但由于工程建设的需要，建筑使用功能的要求不断提高，需要地基处理的场地范围进一步扩大，用于地基处理的费用在工程建设投资中所占比重不断增大。因此，地基处理的设计和施工必须认真贯彻执行国家的技术经济政策，做到安全适用、技术先进、经济合理、确保质量和保护环境。

二、地基加固处理的一般原则

新建工程项目时，应首先考虑利用天然地基。若淤泥和淤泥质土上覆有较好土层，则应以其作为地基持力层;若地基软弱不能满足要求，则需进行处理。对于已建工程项目，若因设计、施工处理不当，或因其他原因造成地基沉降过大、差异沉降引起其上建筑物倾斜影响正常使用时，需进行处理。根据工程实际情况以及地基土质条件或组成的不同，处理的原则为:

(1)提高土的抗剪强度，保持地基稳定;

(2)降低土的压缩性，使地基沉降和差异沉降控制在允许范围内;

(3)降低地基土的渗透性或渗流的水力梯度，防止或减少水的渗漏，避免渗流造成地基失效;

(4)改善土的动力特性、防止地基产生震陷变形或因土的震动液化而丧失稳定性;

(5)消除或减少土的沉陷性或胀缩性引起的地基变形，避免建筑物破坏或影响其正常使用;

(6)通过托换技术，使上部结构荷载传递到下部更好的土层。

三、地基加固处理主要方法分析

1、换土垫层法

换土垫层法可提高持力层的承载力，减少沉降量；消除或部分消除土的湿陷性和胀缩性;防止土的冻胀作用及改善图的抗液化性。常用机械碾压、平板振动和重锤夯实进行施工。其特点是简易可行，但是局限于浅层处理，一般不大于3m，换填材料可就地取材，较经济。适用于中小型工程。可分为:

(1)垫层法

其基本原理是挖除浅层软弱土或不良土，回填土并分层碾压或夯实土，按回填的材料可分为砂(或砂石)垫层、碎石垫层、粉煤灰垫层、干渣垫层、土(灰土、二灰)垫层等。适用于浅层软弱地基及不均匀地基的处理。

图 1基础加固处理方法分类

(2)强夯挤淤法

采用边强夯、边填碎石、边挤淤的方法，在地基中形成碎石墩体。适用于高饱和度粉土与软塑~流塑的黏性土等。

2、振动挤密法

(1)表层压实法

采用人工或机械夯实、机械碾压或振动对填土、湿陷性黄土、松散无x性土等软弱或原来比较疏松表层土进行压实。也可采用分层回填压实加固。适用于浅层软弱地基及不均匀地基。其特点是简易可行;仅限于表层处理。

(2)重锤夯实法

利用重锤自由下落时的冲击能来夯击浅层土，使其表面形成一层较为均匀的硬壳层。适用于浅层土填土，疏松无黏性土、非饱和黏性土，湿陷性黄土。其仅限于浅层处理，并且施工时有振动和噪声。

(3)强夯法

利用强大的夯击能，迫使深层土迅速固结，使土体密实，用以提高地基土的强度并降低其压缩性，消除土的湿陷性、胀缩性和液化性。适用于处理碎石土、砂土、低饱和度的粉土和黏性土、湿陷性黄土、素填土和杂填土等。其特点是施工速度快，施工质量容易保证，经处理后土性较为均匀，造价经济，适用于大面积场地;施工时对周围有很大振动和噪声，不宜在市区施工。

(4)振冲挤密法

振冲挤密一方面依靠振冲器的强力振动使饱和砂层发生液化，颗粒重新排列，孔隙比减少；另一方面依靠振冲器的水平振动力，形成垂直空洞，在其中加入回填料，使砂层挤压密实。适用于处理砂土，粉土，粉质黏土，素填土和杂填土等。其特点是简易可行，仅限于表层处理。

(5)土(或灰土、粉煤灰加石灰)桩法

利用打入钢套管(或振动沉管、炸药爆破)在地基中成孔，通过“挤”压作用，使地基土得到加“密”，然后在孔中分层填入素土(或灰土、粉煤灰加石灰)后夯实而成土桩(或灰土桩、二灰桩)。适用于地下水位以上的湿陷性黄土、杂填土、素填土等，地下水位以下宜采用水泥土桩。其特点是利用原土，造价低。

(6)砂桩

在松散砂土或人工填土中设置砂桩，能对周围土体或产生挤密作用，或同时产生挤密作用。可以显著提高地基强度，改善地基的整体稳定性，并减少地基沉降量。适用于松散砂土、粉土、黏性土、素填土、杂填土等，有振动和挤土现象。

(7)爆破法

利用爆破产生振动使土体产生液化变形，从而获得较大密实度，用以提高地基承载力和减小沉降。适用于饱和净砂、非饱和的但是经灌水饱和的砂、粉土、湿陷性黄土。

3、排水固结法

(1)堆载预压法

在建造建筑物以前，通过临时堆载填土石等方法对地基加载预压，达到预先完成部分或大部分地基沉降，并通过地基土固结提高地基承载力，然后撤除荷载，再建造建筑。

临时的预压堆载，一般等于建筑物的荷载，但为了减少由于次固结而产生的沉降，预压荷载也可大于建筑物荷载，称为超载预压。适用于处理淤泥质土、淤泥和冲填土等饱和黏性土地基。其特点是需要有预压时间和荷载条件及土石方搬运机械。

(2)砂井法

在软黏土地基中，设置一系列砂井，在砂井之上铺设砂垫层或砂沟，人为地增加土层固结排水通道，缩短排水距离，从而加速固结，并加速强度增长。砂井法通常辅以堆载预载压，称为砂井堆载预压法。适用于对深厚软黏土地基设塑料排水带或砂井等排水竖井。

(3)真空预压法

在黏土层上铺设砂垫层，然后用薄膜密封砂垫层，用真空泵对砂垫层及砂井抽气和抽水，使地下水位降低，同时在大气压力作用下加速地基固结。适用于能形成加固区，稳定负压边界条件的软土地基。真空预压不需堆载，施工方便。但是预压荷载有限(80kpa以下)。

(4)真空一堆载联合预压法

真空一堆载联合预压法兼具真空预压和堆载预压的双重效果，通过真空压力(负压)和堆载(正压)使土体中的孔隙水排出，使土体产生固结。该方法适用于高等级公路、港口、仓库、机场、油罐、市政设施、堤坝边坡、人工岛等大型工程的地基处理，膜下真空度可达到90kPa以上，最大单块面积可达10万平方米。

(5)降低地下水位法

通过降低地下水位使土体中的孔隙水压力减小，从而增大有效应力，促进地基固结。适用于地下水位接近地面而开挖深度不大，特别适用于饱和粉、细砂地基。

(6)电渗排水法

在土中插入金属电极并通以直流电，由于直流电场作用，土中的水从阳极流向阴极，然后将水从阴极排除，且不让水在阳极附近补充，借助电渗作用可逐渐排除土中水。在工程常利用它降低黏性土中的含水量或降低地下水位来提高地基承载了或边坡的稳定性。适用于饱和软黏性土地基。但是它会使临近建筑周围产生附加沉降。

4、置换法

(1)振冲置换法

碎石桩法是利用一种单向或双向振动的冲头，边喷高压水流边下沉成孔，然后边填入碎石边振实，形成碎石桩。桩体和原来的粘性土构成复合地基，以提高地基承载力和减小沉降。适用于处理砂土、粉土、粉质黏土、素填土、和杂填土等，有轻微振动和泥浆排放。

(2)石灰桩法

在软弱地基中用机械成孔，填入作为固化剂的生石灰并压实形成桩体，利用生石灰的吸水、膨胀、放热作用以及土与石灰的物理化学作用，改善桩体周围土体的物理力学性质，同时桩与土形成复合地基，达到地基加固的目的。适用于处理饱和黏性土、淤泥、淤泥质土、素填土和杂填土等地基。其特点是承载力提高有限，有粉尘污染。

(3)强夯置换法

对厚度小于6m的软弱土层，边夯边填碎石，形成深度3~6m、直径2m左右的碎石桩体，与周围土体形成复合桩基。适用于高饱和度的粉土和软塑、流塑的黏性土等地基。其特点是处理深度有限、施工质量不易控制，有振动。

(4)水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)，低标号素混凝土(LCG桩)

是在碎石桩基础上加进一些石屑、粉煤灰和少量水泥，加水拌合，用振动沉管打桩机或其他成桩机具制成的一种具有一定粘结强度的桩。桩和桩间土通过褥垫层形成复合地基。当无粉煤灰时可用低等级水泥代替。适用于处理黏性土、粉土、砂土和已自重固结的素填土等地基。其特点是承载力提高幅度大，地基变形小，适用工程广泛，多用于中、高层建筑。

5、加筋法

加筋法是一种新型的地基处理技术，对其物理力学性质、耐久性等应进一步研究，但其应用前景广泛。

(1)土工聚合物

利用土工聚合物的高强度、韧性等力学性能，扩散土中应力，增大土体的抗拉强度，改善土体或构成加筋土以及各种复合土工结构。适用于砂土、黏性土和软土，或用作反滤、排水和隔离作用。

(2)加筋土

把抗拉能力很强的拉筋埋置在土层中，通过土颗粒和拉筋之间的摩擦力形成一个整体，用以提高土体的稳定性。适用于人工填土的路堤和挡墙结构。

(3)土层锚杆

土层锚杆是依赖于土层与锚固体之间的粘结强度来提供承载力的，它适用在一切需要将拉应力传递到稳定土体中去的工程结构，如边坡稳定、基坑维护结构的支护、地下结构抗浮、高耸结构抗倾覆等。

(4)土钉

土钉技术是在土体内放置一定长度和分布密度的土钉体，与同作用，用以弥补土体自身强度的不足。不仅提高了土体整体刚度，又弥补了土体的抗拉和抗剪强度的弱点，显著提高了整体稳定性。适用于开挖支护和天然边坡的加固。

(5)树根桩法

在地基中沿不同方向，设置直径为75~250mm的细桩，可以是竖直桩，也可以是斜桩，形成如树根状的群桩，以支撑结构物，可用以挡土，稳定边坡。适用于淤泥、淤泥质土、黏性土、粉土、砂土、碎石土、黄土和人工填土等地基。

6、胶结法

(1)注浆法

其原理是用压力泵把水泥或其他化学浆液注入土体，以达到提高地基承载力、减小沉降、防渗、堵漏等目的。适用于处理砂土、粉土、黏性土和人工填土等。其特点是成浆时间可以控制，隔水性能良好，但是较昂贵，效果难以检验。

(2)高压喷射注浆法

将带有特殊喷嘴的注浆管，通过钻孔置入要处理土层的预定深度，然后将水泥浆液以高压冲切土体，在喷射浆液的同时，以一定的速度旋转、提升、形成水泥土圆桩体;若喷嘴提升而不旋转，则形成墙状固结体。可以提高地基承载力、减少沉降、防止砂土液化、管涌和基坑隆起。适用于处理淤泥、淤泥质土、流塑软塑或可塑勃性土、粉土、砂土、黄土、素填土和碎石土等。其施工简便、直观、质量容易保证。

(3)水泥土搅拌法

利用水泥、石灰或其他材料作为固化剂的主剂，通过特别的深层搅拌机械，在地基深处就地将软土和固化剂(水泥或石灰的浆液或粉体)强制搅拌，形成坚硬的拌合柱体，与原地层共同形成复合地基。适用于处理正常固结的淤泥与淤泥质土、粉土、饱和黄土、素填土、黏性土以及无流动地下水的饱和松散砂土等。其效果显著，目前是我国软土地区建造多层建筑物最常用的处理方法之一，无噪音、无污染;不能用于含大块骨料的杂填土。

结束语：

在近几年，土木工程技术得到了快速的发展，建筑业已经成为国民经济发展的重要支柱产业。本文研究了各种地基加固技术的主要方法与应用，研究成果可以解决工程建设中的一些常见的相应问题，随着工程建设技术的不断完善，地基加固技术也将得到更好地发展，为我国土木工程建设提供更加全面的服务。

参考文献：

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[2]陈光宇.浅谈土木工程中结构与地基加固技术[J].黑龙江科技信息，2012（04）.

[3]王霞，郭志刚.浅谈土木工程中结构与地基加固技术 [J].民营科技2012（05）.