地基处理中的创新性研究

地基处理中的创新性讨论沈熠亮摘要：随着我国土木技术不断发展，为满足结构、经济、环保等要求，我国地基处理不断发展。本文结合多种地基基础技术，分析地基处理应该从哪几个方面创新，并且结合几种新的地基处理技术，总结创新方法的类型，并在分析了未来我国地基的方向和可能性，同时提供了一种有关生物酶-电渗联合加固地基的创新技术设想。关键词：地基处理方法；创新；AninnovativediscussioningroundtreatmentShenyiliangAbstract:withthecontinuousdevelopmentofChina'scivilengineering,inordertomeetthestructural,economic,environmentalandotherrequirements,China'sfoundationtreatmentcontinuestodevelop.Basedonthebasictechnologyofvariouskindsoffoundation,analysisoffoundationtreatmentshouldbecreativeinwhataspects,andcombinedwiththefoundationtreatmenttechnologyofseveralnewtypesofsummaryofinnovativemethods,andanalyzesthefuturedirectionandthepossibilityofChinafoundation,atthesametimeprovidearelevantbiologicalenzymetechnologyinnovationideaeletroosmosiscombinedwithreinforcementoffoundation.Keywords:foundationtreatmentmethod;innovation;1概述随着我国国内经济的飞速发展，国内工程建设规模日益扩大，建筑不断向高、大、难方向发展，同时又因为我国国内地质条件相当复杂，并且国内现在不断推行节约环保的绿色施工，导致现有的地基处理方法无法满足结构上、经济上、环境上的的要求，从而促使地基处理技术不断发展，保障建设工程的质量，降低地基处理的成本，减少环境污染。在地基处理创新性方面，国内已经有不少学者发表了自己的看法。其中龚晓南[1]通过介绍21世纪前后的几种新型技术，得出我国地基处理需在机械发展，材料发展、理论发展、工艺增进、检测提高等方面进行研究创新；王亮、杨敬帅[2]通过总结我国地基处理中的发展和不足，结合我国现有国情，提出了对地基处理未来的展望；康旭元[3]通过结合我国现状和我国现有地基处理的成果，并结合我国几个有代表性的地基处理方法总结出我国地基处理发展中仍有那些不足，未来有哪些创新的方面；王东会等[4]通过回顾我国地基处理发展史，总结各个地基处理方法的原理和应用，并提出其未来创新发展方向；本文主要通过介绍我国现有的几种地基处理方法，分析地基处理应该怎么创新，从哪几个方面入手，并且结合几种新的地基处理技术，总结创新方法的类型，并在最后通过结合以上多篇文章得出未来我国地基的方向和可能性。2创新的方法随着我国社会的不断发展，建设工程项目的不断扩大，老的地基处理技术已经无法有效、经济的处理相关工程难题，所以地基处理技术势必要进行不断创新。但由于建设工程所耗费的资金巨大、其质量关系重大，所以如果不明确地基处理技术的创新方向，不知道地基处理技术该如何创新，那么只会造成重大的人力物力的损失，不利于地基处理的发展。首先在总结地基处理如何的创新之前，笔者认为有必要先介绍一下创新的定义：创新是指以现有的思维模式提出有别于常规或常人思路的见解为导向,利用现有的知识和物质，在特定的环境中,本着理想化需要或为满足社会需求，而改进或创造原来不存在或不完善的事物、方法、元素、路径、环境，并能获得一定有益效果的行为。其次根据我国地基处理的发展历程，我国地基处理技术历程分为两大阶段，第一阶段是应用起步阶段，主要是吸收前苏联的地基处理技术，第二阶段是从国外大量引进先进地基处理的阶段。在经历了将60多年的发展之后，我国地基处理技术在吸收国外的技术后发展出符合我国国情的地基处理方法，并且这些方法在近几年的建设经验中证实了我国的地基处理方法已经达到了国际领先水平，但是我国的施工机械，仪表技术和理论验算水平明显落后于其他发达国家，未来的地基处理的发展方向势必会向设计理论，计算方法，施工工艺，质量检测，信息反馈，临界报警，应变措施、设备创新等方面发展。根据上述创新的定义和我国地基处理的发展历程，不难发现，我国在地基处理技术的创新方法大致有以下几个方面：施工机械的创新、工程新型材料的创新、施工工艺的创新和理论方法的完善，下面将通过国内外的各种具体施工方法来详细说明地基处理应该如何创新。2.1施工机械的创新不同的地基处理方法会用到不同的施工机械，通过修改已有机器从而改进处理技术，完成地基处理技术的创新。有通过改进现有的施工机器，从而改进原有技术或行成新技术，比如SMW工法与TMW工法；有结合其他机械的优缺点研发出新的机械从而形成新的施工技术，比如TRD工法。2.1.1SMW工法与TMW工法SMW工法[5]是一种深层搅拌法，采用特殊多轴搅拌钻机在原地层中切碎土体，同时由钻机前端注入水泥浆悬浊液与切碎土体搅拌充分混合而形成止水性较高的水泥土挡墙，并按挡墙功能插入加强芯材的一种地下施工技术。其因为噪音振动小、施工排土量小，对周围环境没有不良影响，而逐渐被大量采用。这种工法采用了多轴钻削搅拌机及全重叠搭接法施工，高效地形成有优良止水性的连续墙，随着施工机器的不断改进，其施工深度不断加大，施工更加快捷。介于初代机连续施工时需要开挖接杆用地槽，取放接杆时则要横向移动机架，整机稳定性差，施工效率低等不足，日本企业开发出SMW15M低高度机型，通过将钻接杆安置在专门设计的桩架侧面，实现了自动就位和自动连接，大大简化了接续作业，见图1。图1（SMW15M低高度机型图）同时为了适应城市高架下方等低空间场地的施工，成幸株式会社进一步采用了SMW5000系列机型该系列机型最低整机高度只有5m，底盘可采用通用履带式或专用轨道式。由于SMW连续墙截面在两圆相交处形成细腰，使墙面波状不平，同时降低了连续墙的防水能力，为此研发了TMW机型，通过增加两对侧面铣刀，由掘削搅拌轴通过螺旋齿轮驱动，切除地钻头掘削的残余部分，修平地槽壁面，从而形成成等厚度混合土连续墙。2.1.2TRD工法TRD工法[6]又为水泥加固地下连续墙法，其施工所形成的地下连续墙和SMW工法所形成的的地下连续墙有所不同，TRD工法采用的是用采用了一种独特的带有链锯式刀具箱施工机器，通过将链锯式刀具箱竖直插入地层中，然后作水平横向运动，同时由链条带动刀具作上下的回转运动，搅拌混台原土并灌入水泥浆，来形成一定厚度的墙，所形成的地下连续墙相对于SMW的三轴搅拌桩要平整、均匀，见图2。图2（TRD带链锯式刀具箱施工机器图）2.2工程新型材料的创新随着现代化学的不断发展，土木工程材料的创新应用也会促进原技术的发展或衍生出一种新型技术，比如电渗法中的EKG材料、高聚物注浆法中的高分子材料浆液和土工合成材料加筋技术的土工合成材料。2.2.1电渗法电渗法[7]是在1809年被俄国工程师发明的，其通过对土体施加直流电，发现对土体施加电压之后可以让水向阴极移动，之他后在经过又100多年的理论研究和实验室室内试验，最后德国工程首次用在了实际工程上，并取得了很好的效果，从此电渗凭借其良好的排水效果逐渐被各大地基处理项目采用。但是电渗法存在其耗电量大、电极腐蚀严重等缺陷。位解决电渗法的电极腐蚀问题，英国学者Jones首次提出了电动土工合成材料（EKG）概念[8]，在电渗固结排水中使用EKG材料。其中EKG可以采用完全导电的聚合物制成，也可以在有机聚合物如PE、PVC等绝缘体中加入导电物质制成复合材料，制成的EKG类型如:采用针刺工艺将聚合物和导电纤维组合在一起;在普通加筋条带、加筋格栅中加入导电体;用金属导线或碳纤维贯穿塑料排水带;排水材料滤层或芯板中充填碳黑等等。EKG材料的出现解决了电渗法电极材料腐蚀严重的问题，降低了工程造价，同时也在一定程度上增强了排水效果，使电渗法变得更加灵活、快捷.2.2.2高聚物注浆法在20世纪高分子化合物被发现利用之后，高分子材料就广泛应用在了建设工程之中。而最近新出现的高聚物注浆法相比于普通的混凝土注浆法拥有轻质、可控、微损的特点。其采用的是向土体中注入的高分子聚合物的膨胀特性以稳定土基和抬升路面、地板或建筑物，并且提高地基的承载力。聚氨酯除了拥有膨胀的特性外，还可以抵抗霉菌和真菌的侵蚀。2.2.3土工合成材料加筋技术土木合成材料1977年提出，并在94年确立了其在土木工程中的作用。随着土工合成材料的出现，土工合成材料加筋技术被广泛的应用到地基处理领域中，通过和已有的地基处理技术互相组合，形成多种新的地基处理技术，并取得了很好的效果。比如将土工合成材料铺设在褥垫层中，和桩基础结合形成了桩-网复合地基；土工合成材料和散体材料桩一起使用，可以有效提高桩的侧向抗力等。2.3施工工艺的创新施工工艺的改进可以克服原有技术上的不足，比如灌浆法中为了减少对土体的扰动而促进了化学灌浆法的发展；也可以使原有工法能适用于更多的情况，比如高压喷射注浆法中为了增强切削土体的能力，从而创新出二重管法和三重管法等。2.3.1高压喷射注浆法高压喷射注浆技术[9]是20世纪70年代末从日本引进的一种加固松软土体的应用技术，是由化学注浆技术结合高压射流切割技术发展起来的其实质是采用钻机先钻进至预定深度后，由钻杆一端安装的特别喷嘴，把水泥浆液高压喷出，以喷射流切割搅动土体，同时钻杆边旋转边提升，使土粒与水泥浆混合凝固，从而造成一个均匀的圆柱状水泥土固结体，以达到加固地基和止水防渗的目的。但是由于只以单一水泥浆液切割土体的施工方法无法适应于一些特殊地基，所以高压喷射注浆法又延伸出二重管法、三重管法两种施工工艺，见图3。图3（高压注浆法各工艺示意图）并研发出相应了施工机器。并且为了满足不同的施工目的，出现了可以承载的旋喷法和旋喷器械，可以止水但不能承载的定喷发和定喷器械。2.3.2灌浆法灌浆法[10]早在19世纪就被应用，如今为了适应不同工程情况而发展出了不同的施工工艺，有渗入性灌浆法、劈裂灌浆法、挤密灌浆法和化学灌浆法，前三者是通过不同的物理方式向土中空隙加入填充浆液，填充浆液在土中凝结硬化从而加强了土体的承载能力和其渗透系数。但由于这三种注浆方式容易引起原本土体的结构改变、大变形，而最后一个化学加固法，在不破坏原本的地基结构的同时，用已有溶液通过器械灌入地基土的缝隙之中，在土的缝隙中胶结固化，从而加强土体的强度，增强抗渗能力。2.4理论方法的完善地基处理技术理论上的完善有助于促进原有技术的发展。2.4.1真空预压法真空预压法[11]在上世纪50年代就被提出并使用，但是由于其在理论计算上由于要考虑多个关键性因素而导致其设计计算、施工检测等无法有效进行。但随着对真空预压法的理论机理的研究，国内外学者提出了真空预压法在真空作用下的真空度衰竭公式和空间轴对称模型的固结解等等，使真空预压法更为完善。3创新的类型根据现有的地基处理方法，其创新类型大致可以分为4类：组合式创新、修正式创新、引入式创新和开放式创新。本文结合最近几年出现的新型地基处理技术，简单介绍以上4种创新类型。3.1组合式创新组合式创新往往为2种或2种以上方法的组合，一般遵循优势互补、有效结合的原则。3.1.1真空预压联合电渗法[12-14]电渗法在19世纪被发明，20世纪中期开始使用后，有加固土体快速、加固效果好的优点，但是其存在耗电量大、电极腐蚀严重、界面电阻大等问题。所以自从20世纪80年代在真空预压技术提出之后，真空预压法以及成为较有效的地基处理方式，但是仍存在所使用的的真空排水排水板非常容易