土木工程施工中软土地基处理的新型复合地基技术

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郑毅

中国人民解放军32733部队,陕西西安 710000

摘要

在土木工程施工领域,软土地基因承载力低、压缩性高、稳定性差等特点,一直是工程建设中的重点和难点问题。新型复合地基技术作为解决软土地基处理难题的重要手段,通过将两种或多种不同加固机理的地基处理技术相结合,有效弥补了单一地基处理技术的不足,显著提升了软土地基的承载性能与稳定性。本文围绕土木工程施工中软土地基处理的新型复合地基技术展开研究,首先分析了软土地基的特性及传统处理技术的局限性,随后详细探讨了新型复合地基技术的主要类型、核心优势、施工关键要点,接着阐述了该技术在施工过程中的质量控制措施,最后对新型复合地基技术的未来发展趋势进行展望,旨在为土木工程中软土地基处理工作提供理论参考与技术支持,推动相关工程施工质量与效率的提升。


关键词

土木工程;软土地基处理;新型复合地基技术;承载性能;质量控制

正文


引言

软土地基广泛分布于我国沿海、沿江及湖泊周边等地区,其特殊的工程地质性质,如高含水量、高孔隙比、低渗透性等,导致在其上进行土木工程建设时,易出现地基沉降、不均匀变形、结构失稳等问题,严重影响工程的安全性、稳定性与耐久性。在此背景下,新型复合地基技术应运而生,该技术通过合理组合不同类型的地基加固方法,充分发挥各类技术的优势,实现对软土地基性能的协同提升,在近年来的土木工程建设中得到了越来越广泛的关注与应用。

一、软土地基的特性及传统处理技术局限性

(一)软土地基的主要特性

软土地基是指由淤泥、淤泥质土、泥炭土、冲填土等软弱土层构成的地基,其主要特性体现在多个方面。从物理性质来看,软土地基土粒间孔隙较大,孔隙比通常大于1.0,部分甚至超过1.5,且含水量极高,往往接近或超过液限,导致土的密度小、压缩性高,在外部荷载作用下易产生较大的沉降量。从力学性质而言,软土地基的抗剪强度低,内摩擦角和粘聚力较小,使得地基的承载力难以满足工程建设要求,在荷载作用下容易发生剪切破坏。

(二)传统软土地基处理技术的常见类型

在新型复合地基技术出现之前,土木工程领域常用的传统软土地基处理技术主要有换填法、排水固结法、强夯法等。换填法是通过将地基表层的软弱土层挖除,替换为强度较高、稳定性较好的砂石、灰土等材料,从而直接提高地基的承载能力,该技术操作相对简单,适用于软弱土层较薄的情况。排水固结法则是通过在软土地基中设置排水体,如砂井、塑料排水板等,加速地基土中水分的排出,促使地基土发生固结,进而提高地基的强度与稳定性,该技术在大面积软土地基处理中应用较为广泛。

(三)传统软土地基处理技术的局限性

尽管传统软土地基处理技术在一定时期内满足了部分工程的需求,但随着现代土木工程规模的扩大和技术要求的提高,其局限性逐渐凸显。换填法受限于软弱土层的厚度,当软弱土层较厚时,换填工程量大、成本高,且施工周期长,同时换填材料的运输与堆放也可能对周边环境造成影响。排水固结法的固结周期较长,往往需要数月甚至数年时间,难以满足工期紧张的工程需求,且该技术对地基土的渗透性要求较高,对于渗透性极差的软土地基,处理效果并不理想。强夯法的加固深度有限,对于深层软土地基处理效果不佳,且在施工过程中会产生较大的振动与噪音,易对周边建筑物和环境造成不良影响,适用范围受到较大限制。

二、新型复合地基技术的主要类型

(一)水泥土搅拌桩-碎石桩复合地基技术

水泥土搅拌桩-碎石桩复合地基技术是将水泥土搅拌桩与碎石桩两种加固技术相结合形成的新型复合地基技术。水泥土搅拌桩通过将水泥等固化剂与软土充分混合,经过一系列物理化学反应,使软土硬结形成具有一定强度的水泥土桩体,从而提高地基的整体强度;碎石桩则由碎石等粗颗粒材料构成,具有良好的透水性和排水性能,能够加速地基土中水分的排出,同时其自身也能承担部分荷载,起到分担荷载的作用。

(二)高压喷射注浆-塑料排水板复合地基技术

高压喷射注浆-塑料排水板复合地基技术结合了高压喷射注浆技术与塑料排水板技术的优势。高压喷射注浆技术通过将高压水泥浆喷射到软土地基中,冲击、切割并搅拌软土,使水泥浆与软土混合凝固形成固结体,从而加固地基;塑料排水板则作为排水通道,能够有效缩短地基土的排水路径,加速地基土的固结过程。在该复合地基技术中,塑料排水板先为地基土排水固结创造条件,提高地基土的前期强度,随后高压喷射注浆形成的固结体进一步提升地基的承载能力和抗变形能力,适用于深层软土地基以及对地基处理效果要求较高的工程。

(三)夯实水泥土桩-砂石垫层复合地基技术

夯实水泥土桩-砂石垫层复合地基技术是由夯实水泥土桩与砂石垫层共同组成的复合地基处理技术。夯实水泥土桩通过将水泥与土按一定比例混合后分层夯实形成,桩体具有较高的强度,能够有效承担上部结构传来的荷载,减少地基的沉降量;砂石垫层则设置在夯实水泥土桩顶部,一方面可以起到均匀传递荷载的作用,使上部荷载能够更均匀地分布到各个桩体及桩间土上,避免局部应力集中,另一方面砂石垫层还具有一定的排水作用,有助于地基土中水分的排出,促进地基土的进一步固结。

三、新型复合地基技术的核心优势

(一)提升地基承载性能的效果显著

新型复合地基技术通过不同加固技术的协同作用,在提升软土地基承载性能方面具有显著优势。与传统单一地基处理技术相比,新型复合地基技术能够充分利用各类加固方法的优势,从不同角度改善地基土的性质。例如,水泥土搅拌桩-碎石桩复合地基中,水泥土搅拌桩提供较高的桩体强度,碎石桩则增强地基的整体刚度与排水能力,两者结合使得地基能够承受更大的上部荷载,有效避免地基因承载力不足而发生破坏。

(二)缩短地基处理施工周期

缩短施工周期是新型复合地基技术的另一重要优势。传统软土地基处理技术如排水固结法,由于地基土渗透性差,水分排出缓慢,导致地基固结周期过长,严重影响工程整体进度。而新型复合地基技术通过合理组合排水与加固技术,能够有效加快地基处理进程。以高压喷射注浆-塑料排水板复合地基技术为例,塑料排水板的设置大大缩短了地基土的排水路径,加速了水分排出,使地基土能够在较短时间内完成初步固结,为后续高压喷射注浆加固创造了有利条件,同时高压喷射注浆技术本身施工速度较快,两者结合显著缩短了地基处理的整体施工周期,能够更好地满足工程建设对工期的要求,提高工程建设效率。

(三)具有良好的经济性与环保性

新型复合地基技术在经济性与环保性方面也表现出良好的优势。从经济性角度来看,新型复合地基技术通过优化技术组合,能够在保证处理效果的前提下,减少材料用量和工程量,降低工程成本。例如,夯实水泥土桩-砂石垫层复合地基技术所采用的水泥、土、砂石等材料来源广泛,价格相对低廉,且施工工艺简便,不需要复杂的大型设备,有效降低了施工成本。从环保性角度而言,新型复合地基技术在施工过程中对周边环境的影响较小,相比强夯法施工产生的振动与噪音污染,以及换填法大量开挖与弃土造成的环境破坏,新型复合地基技术如高压喷射注浆-塑料排水板复合地基技术施工过程更为环保,减少了对周边生态环境和居民生活的干扰,符合现代工程建设绿色环保的发展理念。

四、新型复合地基技术的施工关键要点

(一)施工前期的地质勘察与方案设计

施工前期的地质勘察与方案设计是确保新型复合地基技术施工质量的关键环节。在地质勘察阶段,需要对施工区域的软土地基分布范围、土层厚度、物理力学性质(如含水量、孔隙比、抗剪强度等)、地下水位情况等进行全面、详细的勘察,获取准确的地质数据,为后续方案设计提供可靠依据。若地质勘察数据不准确,可能导致方案设计与实际地基情况不符,影响地基处理效果。在方案设计阶段,应根据地质勘察结果、工程结构要求以及新型复合地基技术的特点,合理选择复合地基的类型,确定桩体的布置形式、桩长、桩径、桩间距等参数,同时制定详细的施工流程与技术要求,确保方案的科学性与可行性,为施工顺利开展奠定基础。

(二)施工过程中的技术控制

施工过程中的技术控制直接关系到新型复合地基技术的处理效果。在桩体施工过程中,需严格按照设计方案与施工规范控制施工参数,例如在水泥土搅拌桩施工中,要控制好搅拌速度、注浆压力、注浆量以及搅拌次数,确保水泥浆与软土能够充分混合,形成均匀、密实的桩体;在塑料排水板施工中,要保证排水板的插入深度符合设计要求,避免出现断板、扭曲等情况,确保排水通道的畅通。同时,在施工过程中要加强对施工设备的维护与管理,确保设备正常运行,避免因设备故障影响施工质量与进度。

(三)施工后的质量检测与评估

施工后的质量检测与评估是检验新型复合地基技术处理效果的重要手段,也是确保工程安全的关键环节。在质量检测方面,应根据新型复合地基的类型与工程要求,选择合适的检测方法,如静载试验、动测法、土工试验等,对地基的承载力、桩体强度、桩间土性质以及地基沉降量等指标进行检测。通过静载试验可以直接测定地基的承载能力,判断其是否满足设计要求;动测法能够快速检测桩体的完整性与强度;土工试验则可以分析桩间土的物理力学性质变化,评估地基处理效果。在质量评估方面,应根据检测数据,结合设计标准与规范,对新型复合地基的处理质量进行全面评估,若发现质量问题,应及时分析原因,并采取有效的整改措施,如补桩、加固等,确保地基处理质量符合工程要求,为上部结构施工提供安全可靠的基础。

五、新型复合地基技术的未来发展趋势

(一)技术融合与创新将进一步深化

未来,新型复合地基技术的技术融合与创新将进一步深化。随着土木工程建设领域对地基处理技术要求的不断提高,单一类型的复合地基技术已难以满足复杂工程地质条件下的需求,因此,将多种不同加固机理、不同优势的地基处理技术进行更深度的融合,形成新型的复合地基技术体系将成为发展趋势。例如,将生物加固技术与传统的水泥土搅拌桩技术相结合,利用微生物的代谢作用改善软土性质,进一步提升地基的强度与稳定性;或将智能化监测技术融入复合地基技术中,实现对地基处理过程及后期使用过程中性能变化的实时监测与动态调控。

(二)智能化与信息化技术的应用将更加广泛

随着智能化与信息化技术在土木工程领域的不断渗透,其在新型复合地基技术中的应用也将更加广泛。在施工过程中,将利用智能化施工设备实现自动化、精准化施工,如采用无人操控的搅拌桩机、高压喷射注浆机等,通过预设程序自动控制施工参数,减少人为因素对施工质量的影响;同时,利用信息化技术建立复合地基施工管理平台,实现对施工进度、施工质量、施工安全等信息的实时采集、传输与分析,便于管理人员及时掌握施工情况,发现问题并及时解决。在地基后期监测与维护方面,将通过布设传感器、无人机巡检等智能化监测手段,实时获取地基的沉降、位移、应力等数据,并利用大数据分析、人工智能等技术对数据进行处理与分析,预测地基的长期性能变化趋势,为地基的维护与加固提供科学依据,实现新型复合地基技术的智能化管理与运维。

(三)绿色环保方向的发展将成为重点

在国家大力倡导绿色低碳发展的背景下,新型复合地基技术向绿色环保方向的发展将成为重点。一方面,将更加注重环保型材料的研发与应用,如开发新型的环保固化剂,减少传统水泥等材料在生产与使用过程中对环境的污染;研发可降解的塑料排水板等材料,避免对土壤造成长期污染。另一方面,将不断优化施工工艺,降低施工过程中的能源消耗与环境污染,如采用低噪音、低振动的施工设备,减少施工对周边居民生活的影响;通过合理规划施工流程,减少施工废弃物的产生,并对废弃物进行资源化利用,实现节能减排与资源循环利用。

结束语

综上所述,新型复合地基技术作为解决土木工程施工中软土地基处理难题的有效手段,具有提升地基承载性能显著、缩短施工周期、经济性与环保性良好等诸多优势,在现代土木工程建设中发挥着越来越重要的作用。本文通过对软土地基特性及传统处理技术局限性的分析,详细探讨了新型复合地基技术的主要类型、核心优势、施工关键要点以及未来发展趋势,充分展现了该技术在软土地基处理领域的重要价值。然而,新型复合地基技术在实际应用中仍面临一些挑战,如复杂地质条件下技术适应性、长期性能稳定性等问题有待进一步研究解决。

参考文献

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