土木工程中的地基处理与复合地基技术的应用

摘要：近年来，在工程建设的推动下，我国的地基处理技术发展较快，地基处理水平不断提高，并已跻身世界先进水平之列。地基基础工程不仅对建筑的安全及建成后的正常使用至关重要，并且所占的造价比重和工期比重均较大，科学合理的选用地基基础方案对工程建设有着重要的意义。

关键词：地基处理；复合地基；应用

Abstract: in recent years, in the engineering construction, promote China's foundation treatment technology is developing fast, foundation treatment level enhances unceasingly, and now ranks among the world's advanced level of the column. Not only to the foundation engineering construction safety and after completion of the normal use is very important, and the proportion of the cost and time limit for a project specific gravity are bigger, scientific and reasonable selection of foundation scheme for the engineering construction has the important meaning.

Keywords: foundation treatment; Composite foundation; application

中图分类号： TU348 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013）

一、地基基础缺陷及地基处理方法

我国土地辽阔、地质各异。并不是所有的天然地基都适合工程建设，在很多时候，不少工程都是不得不在地质条件不良的地基上进行修建。这些不良的地质条件分为软弱土地基和特殊土地基两种。软弱土地基是指主要由淤泥、淤泥质土、冲填土、杂填土、或其他高压缩性土层构成的地基。特殊土地基包括可液化的松砂和粉土地基、湿陷性黄土和膨胀土、红粘土和冻土等。

1地基处理方法

地基处理方法的分类有很多种。按时间可分为临时处理和永久处理；按处理深度可分为浅层处理和深层处理；按土性对象可分为砂性土处理和粘性土处理、饱和土处理和非饱和土处理。

地基处理的基本方法主要是置换、夯实、挤密、排水、胶结、加筋和热学等方法，专门用来改善地基条件，以期达到满足地基强度、变形及其稳定性等要求。具体方法包括强夯法、振冲碎石桩、挤密碎石桩、深层搅拌桩、高压旋喷桩、塑料排水装、堆载预压、真空预压、砂桩、静压注浆等。需要指出的是，很多地基处理的方法，具有多种处理的效果。如碎石桩具有置换、挤密、排水和加筋的多重作用；石灰桩又挤密又吸水、吸水后又进一步挤密；因而一种处理方法可能具有多重处理的效果。此外，由于科学技术的快速发展，如今的地基处理施工有时会采用多种地基处理的方法的组合：如真空法和堆载法组合；碎石桩和褥垫法组合等。

2地基处理方法的作用及适用范围

2.1强夯法是利用强大的夯击能，迫使深层土液化和动力固结而密实，适用于碎石土、砂土、素填土、低饱和度的粉土和粘性土、湿陷性黄土。对淤泥质土经实验证明施工有效时方可使用；

2.2挤密法是通过挤密或振动使深层土密实，并在振动挤密过程中，回填砂、砾石、灰土或石灰等形成砂桩、碎石桩灰土桩、石灰桩等，与桩间土一起组成复合地基从而提高地基承载能力，减少沉降量，消除或部分消除土的湿陷性或液化性。适用于杂填土和松散砂土，对软土地基经实验证明加固有效时方可使用；灰土桩、土桩挤密法一般适用于地下水位以上，深度为5—10m的湿陷性黄土和人工填土；

2.3灌浆法是通过采取注入水泥浆液或化学浆液的措施，使土粒胶结，用以改善土的性质，提高地基承载力，增加稳定性，减少沉降，防止渗漏。适用于处理岩基、砂土粉土、淤泥质粘土、粉质粘土、粘土和一般土层；

2.4冻结法是采用液体氮或二氧化碳膨胀的方法，或采用普通的机械制冷设备与一个封闭式液压系统相连接，从而使软而湿的土进行冻结，以提高土的强度和降低土的压缩性。适用于各类土。用于临时性支撑和地下水控制，特别是在软土地质条件下，开挖深度大于7—8m，以及低于地下水位的情况下，是一种普遍而有效的施工措施。

二、复合地基

自1962年国外首次开始使用“复合地基”一词以来，复合地基已经成为很多地基处理方法的分析及理论公式建立的基础和依据。它已广泛的应用于碎石桩、砂桩、水泥土搅拌桩、旋喷桩和CFG桩等加固地基的理论分析中。近年来，复合地基的研究已引起国内外岩土工程界的重视。

复合地基是指由两种刚度(或模量）不同的材料（桩体和桩间土）所组成，在相对刚性基础下，两者共同分担上部荷载并协调变形（包括剪切变形）的人工地基。

复合地基属于地基范畴，而桩基属于基础范畴，两者之间有内在联系，但又有本质区别。而这都是采用桩形式处理地基，但复合地基中桩体与基础往往不是直接相连的，他们之间通过垫层来过渡；而桩基中桩体与基础直接相连，两者形成一个整体。

1复合地基的作用

1.1桩体作用

复合地基中桩的刚度较周围土体大，在刚性基础下等量变形时，桩体上产生应力集中现象，大部分荷载将由桩体承担，桩间土上应力相应减小，从而使得复合地基承载力较原地基有所提高，沉降量有所减少。随着桩体刚度增加，其桩体作用发挥的更加明显。

1.2加速固结作用

碎石桩、砂桩具有良好的透水特性，可加速地基的固结。另外，水泥土类和混凝土类桩在某种程度上也可加速地基固结。因为地基的固结不仅与地基土的排水性能有关，而且还与地基的变形特性有关。水泥土类桩会降低地基土的渗透系数，但他也会减少地基土的压缩系数，而且压缩系数的减少幅度比渗透系数的减少幅度要大，因而使加固后的水泥土的固结系数大于加固前的原地基土的系数，起到加速固结的作用。

1.3挤密作用

砂桩、土桩、石灰桩、碎石桩等在施工过程中由于振动、积压、排土等原因，可对桩间土起到一定的密实作用。另外，采用生石灰桩时，由于生石灰桩具有吸水、发热和膨胀等作用，对桩间土同样起到挤密作用。

1.4加筋作用

各种桩土复合地基除了可提高地基的承载力外，还可以用来提高土体的抗剪强度，增加土坡的抗滑能力。如用于基坑开挖时的支护、路基或路堤的加固等，都利用了复合地基中桩体的加筋作用。

2复合地基的应用

在复合地基的应用中，水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩）是一个典型。它是近年来发展起来的、用于处理软弱地基的一种新方法。它是在碎石桩的基础上掺入适量石屑、粉煤灰和少量水泥，加水拌合后制成的一种具有一定强度的桩体。其骨料仍为碎石，用掺入石屑来改善颗粒级配；掺入粉煤灰来改善混合料的和易性，并利用其活性减少水泥用量；掺入少量水泥使其具有一定粘结强度。通过调整水泥的用量及配合比，可使桩体强度等级达C7—C15，具有明显的刚性桩特性。通常在桩顶与基础之间辅设一层150—300mm厚的中砂、粗砂、级配砂石或碎石（称为褥垫层）以利于桩间土发挥承载力，与桩组成复合地基。CFG桩是一种低强度混凝土桩，可充分利用桩间土的承载力共同作用，并可传递荷载到深层地基中去，具有较好的技术性能和经济效果。

2.1CFG桩加固软弱地基主要有两种作用，即桩体作用和挤密作用。

CFG桩不同于碎石桩，他的桩身为具有一定粘结强度的混合料，在荷载作用下桩的压缩性明显比其周围软土小，使基础传给复合地基的附加应力随地基的变形逐渐集中到桩体上，出现应力集中现象，使桩起到“桩体作用”。CFG桩身具有一定的粘结强度，在垂直荷载作用下桩身不会出现压胀变形，桩承受的荷载通过桩周的摩擦阻力和桩端阻力传到深地基中，其复合地基承载力提高幅度较大，约4倍或更大。另外，CFG桩复合地基变形小，沉降稳定快（比碎石桩变形小3.5倍，比沉降稳定快2.5倍）。CFG桩采用振动沉管法施工，对土体产生振动和挤压，使土得到“挤密作用”，使加固后桩土的力学性能大为改善，从而使复合地基的承载力显著提高。

2.2CFG桩特点及应用范围

（1）改变桩长、桩径、桩距等设计参数，可使承载力在较大范围内调整。

（2）有较高的承载力，承载力提高幅度在250%—300%，对软土地基承载力提高更大。

（3）沉降量小，变形稳定、快。如将CFG桩落在较硬土层上，可较严格地控制地基沉降量在10mm以内。

（4）工艺性好。由于大量采用粉煤灰，成桩时桩体材料有良好的流动性与和易性，灌注方便，易于控制施工质量。

（5）节约大量水泥、钢材，利用工业废料，消耗大量粉煤灰，降低工程费用。与预制钢筋混凝土加固相比，可节约投资30%—40%。

CFG桩适用于多层和高层建筑地基，如砂土、粉土、松散填土、粉质粘土、淤泥质粘土等的处理。

结束语：综上所述，地基基础位于地面以下，系隐蔽工程，一旦发生施工质量事故，补救和处理往往比上部结构困难得多，有时甚至是不可能的。同时地基基础工程的造价和工期占建筑总造价和总工期的比例较大，一般占20%—50%，尤其对高层建筑地基处理时，则所需费用更高，工期更长，因此，认真负责的搞好地基基础在建筑施工具有很重要的意义。

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