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基于地基加固技术的软土地基承载力提升方法研究

刘杰
  
安防科技
2024年21期
宁夏宝丰能源集团股份有限公司 宁夏 银川市 750000

摘要:本研究针对软土地基承载力不足的问题,系统探讨了基于地基加固技术的承载力提升方法。通过分析地基加固技术的原理与适用条件,提出了加固技术选择、参数优化及加固效果预测的设计策略,并详细阐述了实施流程中的前期勘察、施工工艺控制和效果检验方法。研究结果表明,科学的加固设计与严格的施工管理能够显著提升软土地基的承载力,为安全可靠的建筑基础提供保障,同时对软土地基加固技术的应用具有指导意义。

关键词:地基加固技术;软土地基;承载力提升

引言

软土地基因其低承载力和高压缩性,严重影响建筑结构的安全性和使用寿命,尤其在高层建筑、重型设施等高荷载工程中更为突出。传统的地基处理手段难以有效应对复杂多变的软土特性,地基加固技术因此成为提升软土地基承载力的关键方法。通过合理选择适用的加固技术、优化设计参数,并结合科学的效果预测方法,地基加固技术能够在提升地基承载力、控制沉降变形等方面显著改善软土地基的工程特性。本文旨在系统研究基于地基加固技术的软土地基承载力提升方法,建立有效的加固设计与实施流程,提出全面的技术指导,为复杂地质条件下的地基工程提供理论依据与实践支持。

一、地基加固技术概述

地基加固技术是提升软土地基承载力的核心手段,广泛应用于地质条件复杂或土体强度较低的工程项目中。该技术通过改善土体物理力学性质来增强地基承载力,降低沉降风险,从而满足建筑物对稳定性的要求。地基加固方法种类繁多,包括物理加固、化学加固和复合加固等。物理加固常见方法有预压、夯实、砂桩、碎石桩和高压旋喷法,通过物理置换或压力增加土体密度及抗剪强度;化学加固则主要利用水泥、石灰或其他化学剂对土体进行胶结改良,适用于软土地基改性和水稳性提高。复合加固方法则结合多种技术手段,如真空预压联合堆载、CFG桩复合地基,能在更大程度上优化地基承载特性并提高工程经济性。各加固技术需根据地基土质、工程荷载要求、施工环境及经济成本等因素综合选取,并通过合理的施工工艺和参数控制实现加固效果的最优化。因此,地基加固技术的科学应用不仅能够有效提升软土地基的承载能力,还能显著改善地基的整体稳定性,为安全、经济的工程建设提供保障。

二、基于地基加固技术的软土地基承载力提升方法的设计

(一)加固技术选择

在基于地基加固技术的软土地基承载力提升方法中,加固技术的选择是设计的首要环节,对工程质量和成本控制具有决定性影响。加固技术选择需结合软土地基的地质特性、工程荷载需求及施工环境等多因素综合考量。对于含水量高、压缩性大的软土地基,真空预压法和堆载预压法能够通过排水固结增加土体强度;而在承载力要求较高的情况下,采用高压旋喷法、深层搅拌法或水泥土搅拌桩法,可显著提高地基的抗剪强度和稳定性。若软土地基承载力相对较低且易发生沉降,可选用砂桩、碎石桩等置换法,以有效提高土体的密实度和承载性能。复合地基技术,如CFG桩复合地基和振冲法复合地基,则适用于承载力要求较高、工期紧张的工程,能够在短时间内大幅提升地基性能。除此之外,还需考虑施工环境的限制,例如在水位较高或施工场地受限的情况下,应优先选择施工简便、污染小的加固技术。经济性也是技术选择的重要因素,需在确保工程安全的前提下,优化加固技术的投入产出比,以实现项目的经济效益最大化。总体而言,地基加固技术选择的科学性和合理性,直接影响到软土地基承载力提升的有效性和稳定性,因此需进行全面的技术评估与优化设计[1]。

(二)参数优化

在软土地基加固设计中,参数优化是提升地基承载力和确保加固效果的关键步骤。参数优化需结合地基土体性质、工程要求和施工环境,针对加固材料配比、加固深度、加固间距、注浆压力等技术参数进行精确调整。首先,加固材料配比的优化直接影响土体的力学性能,如在水泥土搅拌桩法中,应依据土层类型、含水量和承载力要求确定水泥与土的最佳配比,以实现较高的强度和稳定性。其次,加固深度的选择需综合考虑地基沉降控制和承载力提升目标,通常需达到软土层的下限或穿透至较坚硬土层,以形成有效的加固效果。加固间距的优化亦不可忽视,其合理性直接决定地基的均匀性与稳定性,过大或过小的间距都会影响地基的整体强度;因此,宜结合地基承载力要求和加固成本,通过现场试验反复调整确定最优间距。对于注浆加固方法,注浆压力的控制尤为重要,高压力有助于加固材料在土体中均匀分布并扩散至软弱区域,但过高的压力可能导致土体扰动或结构破坏。为了确保参数优化的科学性和有效性,需借助有限元模拟及数值分析方法,对不同参数组合下的加固效果进行预测分析,从而为实际施工提供可靠依据。通过全面、合理的参数优化,地基加固设计能够实现对软土地基承载力的显著提升,同时降低工程成本,保障施工质量[2]。

(三)加固效果预测

加固效果预测是确保软土地基加固设计方案合理性和可行性的重要环节,通过科学的预测方法评估加固效果,可以在施工前期掌握地基承载力提升的预期效果,并为施工参数的调整提供依据。首先,有限元分析法作为一种常用的预测方法,通过构建软土地基加固模型,模拟土体在不同荷载条件下的变形和强度变化,能够有效预测加固后地基的承载力与沉降特性。该方法可基于实际工程的土质条件、荷载分布及加固技术参数,模拟分析不同施工条件下的加固效果,进而为方案优化提供可靠的参考依据。其次,数值模拟技术如FLAC3D和ABAQUS等软件,可对地基加固后的应力分布、位移场及孔隙水压力变化进行动态分析,为加固效果的多层次评估提供精确的数据支持。此外,现场试验法也是一种有效的加固效果预测手段,通过在加固区域设置标准贯入试验(SPT)、静载试验等,获取实际土体强度和承载力数据,以便结合模型预测结果进行对比分析,从而提高预测的准确性和可信度[3]。最后,在加固效果预测过程中,还应对潜在风险进行评估,包括地基不均匀沉降、边界效应及可能的地质变化等,以便在施工前采取针对性措施。加固效果预测的科学实施能够为地基加固设计和施工过程提供数据支持,确保软土地基的承载力达到设计要求,实现地基加固的最优效果。

三、基于地基加固技术的软土地基承载力提升方法的实施流程

(一)前期勘察与地基特性分析

前期勘察与地基特性分析是软土地基加固施工的首要步骤,对确保加固设计的科学性和实施效果具有决定性作用。在前期勘察中,需通过钻探、取样和原位测试等手段,全面获取地基的物理力学性质,包括含水量、孔隙比、密度、黏聚力和内摩擦角等参数,这些数据为后续加固设计的合理性提供了重要支撑。此外,还应利用静力触探(CPT)、标贯试验(SPT)等手段,评估地基土层的承载力特征,明确土体的软弱层分布、沉降变形特性及其厚度,从而为加固深度及加固技术选择奠定依据。地基特性分析还应结合环境条件进行综合评估,考虑地下水位、地形地貌、气候变化等因素对地基稳定性的潜在影响,以确保加固方案在实际工况下的适应性。勘察结果应进行系统化整理,通过绘制工程地质剖面图、土层等值线图等方式,清晰呈现地基的各项特性,并据此开展力学模拟分析。科学的前期勘察和全面的地基特性分析不仅能够有效降低施工中的不确定性,还能为加固参数的优化和施工工艺的选择提供数据支持,确保地基加固工程在设计、施工和质量控制各环节的高效衔接,从而为提升软土地基的承载力及整体稳定性奠定坚实基础[4]。

(二)施工工艺与过程控制

在地基加固技术的实施过程中,施工工艺与过程控制是确保软土地基承载力提升的关键环节,直接影响加固效果的实现和工程质量的稳定性。首先,施工工艺需依据加固技术的选择和地基特性,制定详细的施工方案,包括加固材料的配比、加固深度、加固间距和注浆压力等参数,确保施工操作的精确性和有效性。例如,在采用水泥土搅拌法时,应严格控制搅拌的均匀性和注浆量,以确保地基土体的均质化加固效果;而在采用真空预压法时,则需合理布置排水管道并控制负压值,以达到理想的固结效果。其次,过程控制应贯穿施工全过程,通过监测与数据采集实现加固效果的动态评估。施工中应利用沉降观测、位移监测及孔隙水压力监测等手段,实时掌握土体的变形、密实度和承载力变化情况,以便在施工过程中及时调整参数,确保地基的稳定性和承载力达到设计标准。此外,过程控制还需关注施工工艺的适应性和安全性,尤其是在地质条件复杂或水位较高的区域,应结合实际环境进行适应性调整,避免因工艺不当引起地基失稳或次生环境问题[5]。有效的施工工艺与过程控制能够显著提高地基加固工程的质量和可靠性,确保软土地基的承载力提升满足设计要求,为后续工程施工提供稳定的基础保障。

(三)加固效果检验与验收

加固效果检验与验收是地基加固施工的最后环节,对验证地基承载力提升效果及确保工程质量的达标具有重要意义。在加固效果检验中,应通过现场检测与实验室分析结合的方法,全面评估地基的力学性能和稳定性。首先,静载试验是常用的承载力检验手段,通过逐级加载至地基变形达到稳定状态,直接测得地基的实际承载力,确保其满足设计要求。此外,标准贯入试验(SPT)和动力触探试验(DPT)等原位测试手段,可用于评估加固土层的密实度和均匀性,确保地基土体在不同深度上的加固效果一致性。加固后土体的压缩模量、孔隙比、含水率等参数也需采样分析,以验证加固材料对地基物理性质的改善效果。对于采用注浆或化学加固技术的地基,还需对加固土体的渗透性、抗剪强度等参数进行专门测试,以确认其稳定性和抗渗性。验收过程应严格遵循施工规范,并结合设计指标进行综合评估,针对检测数据偏差较大的部位需进行补强处理,确保加固效果的可靠性与稳定性。全面的加固效果检验与科学的验收流程,不仅保障了软土地基承载力提升的实际效果,还为地基安全性和后续结构物的稳定性提供了坚实的技术支撑[6]。

结语

综上所述,基于地基加固技术的软土地基承载力提升方法,通过科学的加固技术选择、参数优化和加固效果预测,实现了软土地基承载力的显著提升。本文提出的实施流程,包括前期勘察与地基特性分析、施工工艺与过程控制、加固效果检验与验收,构成了一套系统化的地基加固方法,为软土地基的安全性和持久性提供了技术支持。该研究成果为复杂地质条件下的地基加固工程提供了理论依据和实践指导,具有广泛的工程应用价值,不仅有效提升了地基的承载力和稳定性,也为进一步优化地基加固技术提供了参考。

参考文献

[1]王庆军.道路施工中软土地基极限承载力检测技术[J].建筑机械,2024,(09):92-96.

[2]王树林.公路软土地基处理技术及应用效果评价[J].交通世界,2024,(19):89-91.

[3]卢少昆.下卧倾斜硬层碎石桩复合地基承载特性研究[D].湖南科技大学,2023.

[4]高闻川,吉锋,姚达,等.秸秆绳加筋软土地基效果数值模拟研究[J].盐城工学院学报(自然科学版),2022,35(01):6-10.

[5]杨庆杰.高置换率挤密砂桩复合软土地基承载力特性试验研究[D].哈尔滨工业大学,2021.

[6]郭国辉.试析水利施工中软土地基处理的方法[J].珠江水运,2021,(13):34-36.

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