浅谈软土地基的处理技术

专注地信

随着我国路桥建设的快速发展，在软土地基上修建高速公路和城市快速路的数量越来越多。对软土地基处理，已引起施工管理人员的高度重视，如果在软基处理时施工不当，将会对以后的路基路面施工带来极大的影响，甚至将会极大的缩短建成后道路的使用寿命，造成投资的浪费。笔者先后从事了多个软土地基处理项目的施工，现就在软基处理中的一些经验简述如下： 　　一、软土及软土地基处理的概念
　　软土一般是指在静水或缓慢流水环境中沉积而成的、天然含水量大、压缩性高、承载力低、透水差的一种软塑到流塑状态的饱和粘性土层。它主要包括内陆湖塘盆地、江河海洋沿岸和山间洼地沉积的各种淤泥和淤泥质粘性土层。软土常因生物化学作用含有较多的有机质，天然含水量W＞WL，天然孔隙比e＞1.0，当天然孔隙比e＞1.5时称为淤泥，当1.0＜e＜1.5时，称为淤泥质土。
　　当天然地基相对软为软弱，地基不能满足工程设计要求、变形要求或在地震作用下而有可能产生液化、震陷及失稳时，则先要经过人工加固处理后再修建路基。这种对软弱地基进行补强加固的过程称为软土地基处理。
　　二、软土的物理力学指标
　　天然含水量：一般大于液限WL，通常大于30%，甚至大于200%；天然孔隙比e＞1.0；饱和度＞90%；液限WL=35%-60%;液性指数IL＞1.0；塑性指数IP=13-50；天然容重γ=1.5-19KN/M3 ；透水性低：渗透系数为10-6-10-8CM/S；压缩系数ａ1-2＞0.005MPa-1，甚至到ａ1-2=0.02MPa-1；抗剪强度低C＜0.02MPa；触变性：一经扰动，土的结构即遭破坏；流变性：在剪应力作用下，土体发生缓慢而长期的剪切变形。
　　三、软土地基的工程特性
　　较高的含水量、天然孔隙比大、压缩性高、凝聚力小、固结系数小。
　　四、软土地基的处理方法及基本原理
　　软土地基处理的对象是指软粘土、冲填土、有机质土、腐殖质土、可液化土、湿陷性黄土、膨胀土、泥炭土、盐渍土、多年性冻土及可能引起震陷的土等。软土地基处理方法，如按处理效果可分为临时处理和永久处理；按处理深度可分为浅层处理和深层处理；按处理对象土性可分为砂性土处理、粘性土处理、饱和土处理和非饱和土处理；按处理方式又可分为化学处理和物理处理等。工程施工中一般按地基处理机理进行分类。部分常用软土地基处理方法及基本原理如下：
　　（一）排水固结法：包括堆载预压法、真空预压法、降水预压法、电渗排水法，其原理主要是通过布置垂直排水井，改善地基的排水条件及采取加压、抽气、抽水和电渗等措施，以加速地基土的固结和强度增长，提高地基土的稳定性，并使沉降提前完成。
　　（二）胶结法
　　1、水泥搅拌桩：分为湿法和干法。湿法是利用深层搅拌机，将水泥浆与地基土在原位拌和；干法是利用粉喷机，将水泥粉或石灰粉与地基土在原位拌和。通过搅拌，形成柱状水泥土体，以提高地基承载力，减少沉降，增加地基稳定性和防止渗漏。
　　2、高压喷射注浆法：利用钻机把注浆管钻到设计深度的土层，用浆液高压冲击土体，使土体与浆液搅拌混合，并按一定的浆土比例和质量重新组合，在土中形成一个固结体。
　　3、灌浆法：通过注入水泥浆液或化学浆液的办法，使土粒胶结，以提高地基承载力，减少沉降，增加稳定性，防止渗漏。
　　4、水泥土夯实桩：利用人工开挖深孔，将预先拌和好的水泥土灌入孔内，然后用夯锤夯实，通过胶结作用形成桩体。
　　（三）加筋土
　　1、加筋土：通过带状拉筋与填土的摩擦力来平衡、减少作用于挡土墙的土压力。
　　2、土工织物：利用土工织物的强度、韧性等力学特性，以扩散土中应力，与土体构成各种复合土工结构。
　　3、树根桩：利用就地灌注的小直径灌注桩（直径在75-250MM），使之与土体构成复合地基，提高地基承载力，增加地基的稳定性和减少沉降。
　　4、锚固法：通过锚固在边坡、地基岩层或土中受拉杆件的锚固力，承受由于土压力、水压力或风力所施加在结构的推力，维持结构的稳定。
　　（四）置换、挤密及挤密置换法
　　1、振冲置换法：利用振冲器或沉桩机，在软弱粘土地基中成孔，再在孔内分批填入碎石等坚硬材料，形成桩体，与原地基构成复合地基，从而提高地基的承载力。
　　2、CFG桩：利用振动打桩机沉直径30-40CM桩管，在管内边振动边填入按一定比例的碎石、粉煤灰、水泥和水混合材料，形成半刚性的桩体，与原地基形成复合地基，从而提高地基承载力，也可用其它方法成孔。
　　3、钢渣桩：用振动打桩成孔灌注工艺将废钢渣分批投入并振密成桩，与原地基一起形成复合地基，提高地基承载力。
　　4、石灰桩：利用打桩机成孔过程中，沉管对土体的挤密作用和新鲜的生石灰成桩时对桩周土体的脱水挤密作用使周围土体固结；同时由于一系列的物理-化学反应、桩身与桩周土硬壳层组成变形模量较大的桩体，以置换部分软土，同原地基土形成复合地基，从而提高地基承载力。
　　5、强夯置换：用大吨位的重锤从10多米的高空落下，在夯出的直壁夯坑中，倒入置换材料，并连续夯击，形成直径为2M的碎石桩体，与周围土体形成复合地基。
　　6、砂桩：用水力振冲器或沉桩机成孔，填砂料，使之置换部分软粘土并使土中水分逐步排除而固结，以提高地基承载力。
　　7、夯坑基础：利用50-100KN的锥形夯锤，从6米高处落下所夯出的夯坑为基槽，直接灌注砼，由于夯击使下部土体得以夯实，侧壁得以挤密，从而提高地基承载力，减少压缩沉降。
　　8、强夯法：利用80-300KN的重锤从8-20M的高处落下的冲击能，夯击地基土，在地基土中产生冲击波和很大的动应力，使地基土得到夯实。
　　9、振冲法：利用振冲器的水平振动使饱和的无粘性土和砂质粉土液化，颗粒重新排列而密实。在振动时填入砂石等材料，对土层还会起到挤密作用。
　　10、挤密碎石桩：利用成孔过程中沉管对土的横向挤密及振密作用，使土体向桩周挤压，桩周土体得以挤密，同时分层填入并夯实碎石，形成碎石桩，使桩与土形成复合地基。
　　五、软土地基处理方法选用时应考虑的条件
　　（一）地基条件：主要有土质、地基构成。根据不同的土质、软土层的厚度、构成、排水情况选择适宜的软土处理方法。
　　（二）道路条件：主要是指道路性质（行驶速度、交通量）、道路几何形状(填土宽度、高度)及道路位置（一般位置还是与构造物相连处）等。
　　（三）施工条件
　　1、工期：工期是选择软土处理方法非常重要的因素。原则上应尽可能兼顾工期，按照工程确定的工期选定处理方法，并进行包括经济性在内的研讨。
　　2、材料：材料采集的难易程度及其经济性是选择软基处理方法时必需考虑的问题，特别是应研究与材料关系密切的下列几种施工方法：
　　（1）砂垫层法。如用山砂代替透水性好的河砂做砂垫层，会恶化覆盖层的透水性，宜在砂垫层内设暗沟，予以改善。
　　（2）挖掘置换法。在地下水位以下回填优质粗砂，应考虑优质粗砂的采集和被置换土的弃土场地。
　　（3）反压护道。增加必要的填土土源和占地。
　　（4）填土预压法。所需加载填土材料的采集和卸载过后的清运。
　　（5）竖向排水井法。当用砂困难时，常采用塑料板替代砂桩。
　　（6）灰桩法。相对而言单价较高，运距长时更影响造价。
　　3、要保证施工机械在工地上有足够的工作面。
　　4、施工深度：换土的合适深度，用人工挖掘时为3M，用填土自重强制置换和爆破强制置换时为7-10M。超过上述深度，一般不宜使用。竖向排水井法、砂子加实桩法等的施工深度为20-40M，超过这一深度进行改良则不经济。
　　5、对周围环境的影响：施工时的振动噪声、四周地基的扰动、地下水的变化、排出的污泥水，或因使用药液对地下水的污染等，在选定施工方法时应进行充分深入的研究。
　　六、软土地基处理方案的选择
　　各种软土地基的处理方法都有其适用范围、局限性及优缺点，没有一种方法是万能的。加上具体工程情况复杂，工程地质条件千变万化，对地基的要求也不尽相同，而且材料、机械等条件也会因业主要求、地区不同有较大的差异。因此，在选用处理方法时，要针对具体工程进行具体分析，从地基因素、处理要求、工程费用以及材料、机具等方面进行全面综合考虑，对地基处理方法进行技术、经济、工期等方面的比较、论证，以确定一种最佳的地基处理方法，或采用两种及两种以上的综合处理方案。

　　参考文献：《公路工程路基路面施工技术规范》
　　《公路软土地基路堤设计与施工规范》
　　《公路土工合成材料应用技术规范》

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