不均匀底质条件下基础结构施工技术

引言

随着城市化加快和土地紧缺，越来越多工程选址于复杂地质条件区域。不均匀地质常导致沉降不均、基础开裂甚至结构失稳，严重威胁建筑安全与经济效益。研究其基础施工技术，不仅能降低风险、提升质量，还能推动新型桩基、地基处理和智能监测等技术的发展，具有重要理论意义和工程价值。

1 研究意义（问题的提出、研究意义）

不均匀地质条件是指场地土层性质、承载力或地下水位差异显著，常致建筑施工难度增加并引发沉降、开裂和结构失稳等问题[1]。

开展不均匀地质条件下基础结构施工技术研究具有重要的理论和实践价值。

1.1 保障工程的结构安全

不均匀地质（如软硬土层交替、岩溶地貌、断层带等）易导致基础沉降不均、产生结构开裂甚至坍塌。通过研究针对性研究，选择与之相适应的施工技术（如地基处理、桩基优化、差异沉降控制等），针对性的解决不均匀地质上建筑物的结构安全性和耐久性。

1.2 降低施工风险与经济成本

在不均匀地质条件下，通过优化地基基础处理设计，统筹质量、安全、工期与成本，选取最优方案以降低风险并提升经济效益。

1.3 推动技术创新与工程适应性

复杂地质条件推动了新型桩基、地基加固及智能监测技术的发展，并促进其在地震带、冻土区等复杂环境中的推广应用。

1.4 经济效益与社会效益双赢

减少工程事故带来的社会负面影响，提升公众对大型工程的信任度；延长建筑寿命，降低全生命周期成本，符合可持续发展理念。

2 相关领域国内外技术现状、发展趋势

当前国内外在不均匀地质基础施工技术方面取得了多项成果，形成了较为完善的处理体系[2]。但随着建筑形式复杂化、规模扩大和环保要求提高，传统技术面临挑战，需进一步创新和发展。地基处理是核心环节，目的在于改善土体特性、提高承载力、减少不均匀沉降。针对不同地质条件，国内外学者和工程实践者开发了多种处理方法，逐渐形成较成熟的技术体系。

2.1 传统物理方法

传统物理方法仍具重要地位。碾压与夯实适用于浅层土体，强夯可处理厚层填土或砂土，换填则通过替换软弱土层改善均匀性。这些方法施工简单、成本低，但对深层或高灵敏度软土效果有限。

2.2 化学加固方法

化学加固近年来应用广泛。水泥搅拌桩可改善承载力，适合软硬交替土层；高压旋喷注浆利用射流固结土体，适合深层不均匀土及既有建筑地基加固，提升整体稳定性。

2.3 排水固结方法

排水固结适用于高含水软土。砂井、排水板结合预压加速固结，提高强度并减少沉降；真空预压则以负压代替堆载，施工便捷，适合大面积软基。振密挤密则改善砂土均匀性，常与碎石填充结合。

2.4 桩基处理方法

桩基是处理严重不均匀地质的终极方案。灌注桩、预制桩能将荷载传递至深层稳定土层；锚杆静压桩利用建筑物自重压入桩体，常用于既有建筑的地基加固和纠偏，适应性强。

2.5 差异化处理策略

差异化处理策略强调“对症下药”。根据地基差异采取局部加固或调整基础刚度，避免整体加固的高成本，既经济高效，又需依赖精确勘察与设计，提高工程适应性和可靠性。

2.6 国内外差异与发展方向

国内外差异主要在应用成熟度与创新方向。欧美日因基建高峰早，标准化和自动化水平高；中国因工程规模大、地质复杂，在技术创新和难题处理上经验丰富，逐步走向国际。

3 研究目标

通过本项目的研究，总结：

① 不均匀地质的有效处理措施② 适用于不均匀地质情况下基础结构的形式与类别③ 桩基+承台基础形式在不均匀地质情况下的应用情况及适应性

④ 不均匀地质情况下地基承载力对预制空心方桩承载力的影响

⑤ 预制空心方桩施工工艺及质量控制措施

在此研究基础上形成《不均匀地质条件下基础结构施工作业指导书》，为公司不均匀及不良地质施工提供理论依据和技术支持。提高公司地基处理的施工质量水平，总体成果将达到国内领先水平。

4 主要研究内容

4.1 不均匀地质的有效处理措施

研究不均地质的类别及特点，对不均匀地质情况进行分析，评估不均匀沉降风险，分析潜在的地质灾害可能性。针对性的对地基处理措施进行分析比对,例如：地基处理技术： ① 换填法：挖除软弱土层，回填砂石等稳定材料。 ② 强夯法：通过重锤夯实改善土层密实度。 ③ 预压法：通过堆载预压加速地基固结。

桩基工程：采用端承桩或摩擦桩穿越不稳定地层，桩基类型选择(灌注桩、预制桩等)根据地层条件确定。复合地基技术：水泥土搅拌桩复合地基，CFG桩复合地基，碎石桩复合地基，注浆加固，地下连续墙，微型桩技术。选择处理方法时应综合考虑地质条件、工程要求、经济性和环境影响等因素，必要时采用多种方法组合处理。

4.2 适用于不均匀地质情况下基础结构的形式与类别

在不均匀地质条件下，基础结构形式的选择需综合考虑地质、荷载、施工条件与经济效益等因素[3]。常用的形式包括扩展基础、筏板基础、箱形基础、桩基础及其复合形式等。

4.3 桩基+承台基础形式在不均匀地质情况下的应用情况及适应性

桩基+承台基础形式通过结构组成与受力机理研究，并结合案例对比，综合分析其在不均匀地质下的承载力、沉降控制、适应性和质量优势。总结桩基+承台基础形式在不均匀地质情况下的应用情况及适应性。

4.4 不均匀地质情况下地基承载力对预制空心方桩承载力的影响

预制空心方桩在不均匀地质条件下的承载力受地基特性显著影响。结合项目载体分析不均匀地质对桩的侧摩阻力、端阻效应变化、群桩效应调整，研究土质水平向不均匀的影响、竖向不均匀的影响。

4.5 预制空心方桩施工工艺及质量控制措施

结合项目施工情况，从设备选型、沉桩工艺与质量控制等方面研究并总结预制空心方桩施工工艺指导书。

5 技术路线

本项目通过试验研究、理论推导与计算分析，结合工程实践与数据积累，总结不均匀地质条件下基础施工的控制要点与技术措施，为工程应用提供指导。

6 技术难点与创新点

6.1 技术难点

① 地质认知与预测难题，地层界面精准探测难度大，参数空间变异性复杂多变。② 设计理论局限，荷载传递模型缺陷，无法精准反应荷载传递情况，桩-土-承台协同工作机理不明确。

③ 差异沉降控制瓶颈：现行规范允许值（0.002L）难以满足精密设备需求④ 质量保障困境，隐蔽工程检测困难，长期性能监测难度大。

6.2 创新点

① 复合基础形式的应用与推广。

② 桩基工程质量监控技术的创新，光纤传感网络，无人化检测装备：

③ 重点突破地质认知瓶颈、创新差异沉降控制方法、开发智能施工装备，同时注重质量、工期与经济性平衡。

结论

研究表明，不均匀地质条件下应综合采用换填、强夯、复合地基及桩基承台等多种技术，提升地基均匀性与承载力。预制空心方桩在复杂地层中的适应性强，但需严格控制施工工艺与质量。通过差异沉降控制与智能化监测，可有效保障结构安全，实现经济与社会效益双赢，推动基础施工技术向创新与高质量发展。

参考文献

[1] 董维奇.复杂地质条件下盾构穿越基础薄弱的建构筑物施工技术研究[J].广东土木与建筑, 2024, 31(7):73-75.

[2] 方亮.特殊地质条件下沉井基础抗压承载特性及施工技术研究[J].工程技术研究,2024, 9(22):64-66.

[3] 袁伟嘉.复杂地质条件下的市政地铁隧道盾构施工技术研究[J].工程机械与维修,2024(2):120-122.