常薈子

（中化二建集團公司，山西 太原 030021）

隨著高層建筑的日益增多，要求地基有足夠的整體強度和整體穩(wěn)定性，不產(chǎn)生過大的和不均勻的沉降；高層建筑不僅垂直荷載大，更重要的是水平荷載也很大，特別是地震荷載，對地基要求更為嚴格。這就要求選取最恰當?shù)牡鼗幚矸椒ǜ纳频鼗鶙l件，改善地基的動力特性，增強地基整體和局部的抗震性能。

1 加固地基改變了軟弱地基原結構狀態(tài)

軟弱黏土顆粒間的凝聚力分為原始凝聚力和固化凝聚力。加固處理后的地基具有以下特性：

（1）從微觀加固機理分析，強夯法加固過程可表示為：能量轉換—液化破壞—壓密固結—觸變固化。巨大的沖擊能在土中產(chǎn)生很大的應力波，破壞了土體原有結構，打破了土顆粒間的連接，使土體局部發(fā)生液化并產(chǎn)生許多裂縫，孔隙水順利逸出，孔隙水壓力消散，土體固結。隨著土的觸變性能的恢復，處于密實狀態(tài)的粘粒、膠粒和結晶膠結物由于粒間距離縮小，可更好地發(fā)揮它們的膠結作用。

（2）碎石樁復合地基在成孔和擠密碎石的過程中，樁周土體在水平激振力作用下，產(chǎn)生徑向位移，使樁間土密度提高，孔隙減小，樁間土對樁身有很好的約束作用，承載力比加固前提高60%以上，擠密和振密樁間土是碎石樁復臺地基承載力提高的主要因素。水泥粉煤灰碎石樁（CFG樁）成樁過程與碎石樁相同，但樁體置換作用明顯，這主要是由樁體材料構成所決定的，其石屑可使樁體級配良好，對樁體強度起重要作用，粉煤灰既是細骨料，又有低標號水泥的作用，可使樁體具有明顯的后期強度。水泥粉煤灰碎石樁是黏結強度較高的樁，樁體強度高、樁上應力集中，樁土應力比可達30多，和樁間土組成復臺地基具有較高的變形模量、剛度和承載能力，抗震性能良好。石灰樁吸水、發(fā)熱、膨脹，土和灰之間發(fā)生復雜的物理化學反應，樁間土受到成孔擠密、脫水擠密和膠凝作用。水化物對土顆粒產(chǎn)生膠結作用，使土聚集體積增大，并趨于緊密膠結作用從根本上改變土的結構，提高了土的強度，而土體的強度將隨齡期的增加而增大。

（3）化學加固。用水泥漿液、黏土漿液和化學漿液通過灌注壓入、高壓噴射或機械攪拌，漿與軟土顆粒間發(fā)生一系列物理化學反應，膠結形成具有整體性、結構新、強度較大、防水性能高和化學穩(wěn)定性良好的加固土，從而提高軟土地基強度和變形模量。形成與原軟黏土根本不同的結構加固的地基，從本質(zhì)上改變了軟黏土和松砂的物理力學性質(zhì)，從根本上改變了軟黏土的絮凝結構和砂土的松散狀態(tài)，較大幅度地提高了加固地基的抗剪強度、變形模量、整體剛度和整體穩(wěn)定性，從而增強了加固地基的抗震性能。

2 地基基礎的抗震加固處理方法

當?shù)鼗鶑姸炔蛔慊驂嚎s性很大，不能滿足抗震設計要求時，應對地基進行加固處理。加固處理的目的是增加地基的強度和穩(wěn)定性，減少地基在地震中產(chǎn)生過大的變形。

2.1 換土墊層法

換土墊層法是將基礎底面下一定范圍內(nèi)的軟弱土層挖去，換填其他無侵蝕的低壓縮性的散體材料，例如中（粗）砂、碎（卵）石、灰土、素土等。然后分層夯實作為地基的持力層。墊層的作用是提高持力層的承載力，并通過墊層的應力擴散作用減小墊層下天然層所受的壓力，這就減少了基礎的沉降量。

另外，用透水性較大的材料作墊層時，軟土中的水分可部分地通過它排出去，從而加速軟土的固結，工程實踐證明，在合適的條件下，采用換土墊層法能有效地解決中小型工程的地基欠強問題。

2.2 重錘夯實法

此法一般適用于處理稍濕的各種黏性土、砂土、雜填土以及濕陷性黃土等。其效果是經(jīng)過夯打之后，地基表面形成一層較密實的表層硬殼，從而提高地基表層的強度，對于濕陷性黃土夯打可以減少表層的濕陷性，對于雜土可以減少其不均勻性。重錘夯實的效果與夯錘重量、錘底直徑、落距、錘擊次數(shù)和土的含水量等有密切關系。只有合理選定參數(shù)，才能達到預期的夯實效果。在土的最優(yōu)含水量的條件下，才能得到最有效的夯實效果，否則，如土的含水量太小則難以夯實，含水量太大會出現(xiàn)“橡皮土”等不良現(xiàn)象。

2.3 強夯法

強夯法又稱動力固結法或沖擊加密法，它既適用于可液化的飽和砂土、粉土的加固，又是一種快速加固地基的有效方法。強夯法是在前述重錘夯實法的基礎上發(fā)展起來的新技術，但夯實機理卻有區(qū)別。強夯法是用很大的沖擊能（最大可達 800 t/m）使土中出現(xiàn)很大的沖擊波和應力，從而產(chǎn)生以下作用：①土中空隙壓縮；②土體局部液化后密實；③夯實點周圍產(chǎn)生裂隙，出現(xiàn)良好的排水通道，孔隙水順利逸出，土體迅速固結。經(jīng)強夯加固后，地基承載力可提高3～4倍，壓縮性可以降低200%～1000%，其影響深度在10 m以上。目前強夯法的有關參數(shù)主要是通過室內(nèi)進行動力同結試驗和現(xiàn)場試驗性施工，以取得一系列有關數(shù)據(jù)，按照工程要求（如地基承載力、壓縮性及加固深度等）確定。

2.4 振動水沖法

振動水沖法（簡稱振沖法）是利用在地基中就地振制的砂石樁快速加固松軟地基的方法，該方法適宜加固易于液化的砂土及黏粒含量小于10%的粉土地基。振沖法施工時是利用一個內(nèi)裝偏心塊的鋼管振沖器。通過其端部射水，同時將其垂直地灌入土中，到達指定深度后，利用偏心塊的旋轉使鋼管振動，從而使地基加密，并在振沖器周圍形成裂隙，再用礫石、礦渣、砂等粗粒料填入縫隙。對于可液化的砂土，該法的機理是以振動器為點振源，使振沖孔附近一定范圍內(nèi)的土體經(jīng)受周期性剪應力而產(chǎn)生超空隙水壓力，暫時處于液化狀態(tài)，土顆粒得到重新排列而加密。另外，碎石樁還能起排水作用，有利于加速消散地震時砂層中產(chǎn)生的超孔隙水壓力，進一步消除液化趨勢。

2.5 深層擠密法

深層擠密法適用于需將較大范圍內(nèi)的土層擠密加固的情況，施工時先往土中打入樁管成孔，拔出樁管后向孔中填入砂或其他材料并搗實。其作用主要是擠密樁周圍的松散土層，使樁和擠密后的土共同組成基礎下的持力層，從而提高地基的強度和減小地基變形。擠密樁所用的填充材料有礫石、砂、石灰、灰土以及土等。在各種材料擠密樁中，砂樁使用得最多，它的作用除提高地基強度和減小地基變形之外，還能有效地防止松散地基在地震時可能發(fā)生的液化。

2.6 砂井預壓法

此法適用于深厚的粉土層、黏土層、淤泥質(zhì)黏土層、淤泥層等軟弱地基的加固處理，但不適用于透水性極小的泥炭層。砂井預壓法的施工步驟是：在軟土層中按一定間距打好一孔孔的井，并在井孔中灌以透水性良好的砂，形成所謂的“砂井”，然后堆載預壓。這可以大大改善軟土層的排水條件，使土中孔隙水通過砂井，井上口的砂墊層、井下口的透水層排出，從而加速了軟土層在荷載作用下的固結和強度增長，起到加固地基的作用。砂井直徑一般采用200～400 ram。砂井間距取直徑的8～10倍，砂井的深度應穿越地基的受力層，砂井的布置范圍應擴大到基礎輪廓線以外2～4 m，預壓荷載最大可超出設計荷載的10%～20%。

3 加固地基提高了整體強度、剛度和穩(wěn)定性

深層密實法的碎石樁復合地基、石灰樁復合地基、水泥粉煤灰碎石樁復合地基提高了地基的整體穩(wěn)定性，碎石樁復合地基樁間土必須給予足夠的徑向支持力于樁體，樁必須與四周土體的變形相協(xié)調(diào)，否則會在樁體的上部產(chǎn)生鼓脹破壞。在實際工程中，隨著樁周土側向約束力的增大，樁的切線模量也越大，樁傳遞豎向荷載的能力增大，對散體樁、樁的擠密效應越顯著，樁周土對樁的約束力越大，地基加固效果也就越好，因此被加固的復合地基其整體剛度也就越大，整體強度增大，其抗震性能增強。為了提高加固地基的整體穩(wěn)定性，設置護樁是非常重要的保證。護樁是在基礎底面范圍之外布置圍護樁。地基沉降變形主要由兩部分組成：①土體的豎向壓縮變形；②土體的側向擠出變形。如果在基礎的外圍設置了護樁，護樁的作用使土體側向擠出變形受到約束，從而減小了復合地基的變形，提高了復合地基整體承載能力及整體剛度。對于可液化地基，護樁的范圍要大一些，才能取得較好的效果。在強震區(qū)，對于填土地基、濕陷性黃土、欠固結土地基，必須加設護樁，方能保證復合地基的整體穩(wěn)定性，防止土體發(fā)生側向塑性流動，提高復合地基的抗震性能。石灰樁和水泥粉煤灰碎石樁由于漿材要和樁周圍的土發(fā)生復雜的物理化學反應，有部分填料會滲入到樁間土中去，與樁間土膠結成整體，使樁間土的整體性增強，于是樁和樁間土形成一個變形模量較高的復合地基，其復合地基的抗震性能被增強。

4 結束語

（1）加固的地基從本質(zhì)上改變了軟黏土和松砂的物理力學性能，改變了軟粒土的原有絮凝結構和松砂的松散狀態(tài)，較大幅度地提高了加固地基的抗剪強度變形模量和整體剛度，從而增強了加固地基的抗震性能。

（2）深層密實法可有效地改善加固地基的動力特性，增強抗震性能，特別是強夯法和振沖碎石樁法消除砂土地基液化勢的可靠性高，能產(chǎn)生預震效應，完全防止砂土液化的發(fā)生。

（3）地基處理提高了加固地基的整體剛度、整體強度和整體穩(wěn)定性，提高了復合地基土的變形模量，改善地基土變形特征，提高地基的承載能力。護樁在保證加固地基的整體穩(wěn)定性和整體剛度中起著重要作用，可有效地約束加固地基土體產(chǎn)生側向變形，防止土體發(fā)生側向塑性流動。復合地基墊層?？梢哉f，從某種意義上形成了自成抗震體系，對其下臥軟土層起到減震效應，增強了整個地基的抗震性能。

（4）厚沖積層和厚軟土層震害最嚴重。高壓噴射注漿法處理深厚的軟土地基具有獨特的性能：一是固結體直徑大、強度高、承載力高；二是處理深度大；三是對樁間土的擠密效應固體效應，這些性能是其它處理方法無法比擬的。工程實踐證明：旋噴質(zhì)量有保證，固結體可靠性高，組成的樁和樁間土復合地基承載力高，變形量大大減小，可增強厚沖積層和厚軟土層的抗震性能。

進行地基抗震設計時，應盡量發(fā)揮天然地基的承載能力，首先考慮采用天然地基方案。其次考慮采取加強上部結構的建筑和結構措施，當仍不能滿足抗震要求時，再考慮采用人工地基加固處理方案。在選擇地基處理方案時，要結合當?shù)亟?jīng)濟條件、機具設備、技術條件、材料來源以及地基情況選用，同時還要考慮施工周期和對環(huán)境的影響（如噪聲、衛(wèi)生）等問題，對環(huán)境影響這一點在大中城市的施工中尤為重要。

1 龔曉南.地基處理手冊［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008

2 葉書麟、葉觀寶.地基處理［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1997