软土地基处理方法综述

关键词：软土；地基；处理方法 

　　1 前言 

　　在现代建筑设计中，地基处理问题已广泛受到重视。地基处理不是局限于基础持力层，而是整个基础下影响范围内的压缩层。因此地基处理时应寻找合理的加固深度、简便的施工方法以达到经济快速合理。而软土地基处理是其中的薄弱环节。因为软土地基中土的孔隙比大，含水量高，渗透性差，强度低，这类地基在外力的作用下会引起沉陷，产生不均匀沉降等问题，因此必须改善其地基变形问题与稳定条件，使土的孔隙减小，提高土的密度，使土粒更好地胶结在一起。 

　　在实际工程中处理软土地基时，通常使用垫层法（分为砂垫层和粘性土垫层等），预压加固法，镇压层法，石灰桩法，深层拌和法（深层石灰拌和法和深层水泥拌和法），旋喷法和电硅化法。本文将综合性阐述目前广泛应用的另外几种软土地基处理方法：强夯法处理、粉煤灰应用法、水泥土粉喷桩法、振冲法、渣土桩法、排水固结法、复合地基处理法、真空联合堆载预压处理软基。 

　　2 软土地基的处理方法 

　　2.1 强夯法处理 

　　强夯法是利用重锤自由落下的巨大冲力能所产生的冲击波反复夯击地基土，将夯面以下一定深度地土层夯实，以提高地基的承载力和土体的稳定性，降低压缩性。由于夯击能力大，加固深度也大。对于一般的软土地基加固有着良好的效果。 

　　对于淤泥质粘性土，由于含水量高，粘粒含量高，渗透性差，直接采用强夯技术效果很差，甚至夯后地基承载力会降低，于是就要解决土中地下水排出和超孔隙水消散的问题。在饱和软土中打入挤密碎石桩，砂桩，形成竖向的排水通道，另外软土地表辅以铺设一定厚度的粗颗粒砂石，使土中排出的水有底地下横向通道。现在常用的强夯技术加固软土地基的方法有： 

　　2.1.1 挤密碎石桩加夯法 

　　它是通过冲击或振动先往土中打入一尖端封闭的桩管成孔，将桩管周围的土挤密，拔出桩管后向孔中填土或其他的材料。 

　　2.1.2 砂桩加夯法 

　　砂桩在饱和软土中只起竖向排水的作用，因此总体的加密效果比挤密碎石桩加强夯效果要低一些，一般作为大面积厂区地基预处理方案。 

　　2.1.3 真空/堆载预压加强夯 

　　该方法造价低，但周期长，且加固后地基承载力仅能达到80-100kpa。如采用此方法处理软土地基，则需在软基中设置袋装砂井，在地表铺设一定厚度的碎石桩，然后采用小能量强夯加固硬壳层，消除软基的其余部分沉降。采用上述措施处理完毕后，地基承载力能达到80-130kpa。 

　　2.1.4 强夯碎石墩 

　　在软土处理中，将普通强夯的夯锤平底面改造成尖锥形底面，直径缩小，将其吊起后砸入地基中，形成锥状夯坑，将夯锤拔出后，向夯坑内填筑碎石，然后再次夯击，形成碎石墩，碎石墩挤入软土中，起到置换和加固的效果。 

　　2.2 粉煤灰应用法 

　　粉煤灰具有容量小，渗透性好，有较高的静力抗剪强度，较低的压缩性，与石灰等碱性物质产生水化反应后产生凝硬性。根据软土地基存在的弱点，利用粉煤灰可处理软土地基。 

　　粉煤灰应用的主要有二灰桩，粉煤灰混凝土桩，粉煤灰固结桩等，与土体形成复合地基加固深层软土地基。 

　　2.2.1 二灰桩法 

　　以粉煤灰和石灰组合而成。主要包括两种形式。 

　　a) 以粉煤灰为主的二灰桩，主要是对软土地基产生挤密和置换作用。用于软土地基加固时，使复合地基承载力较天然地基承载力提高了142%，桩间土承载力提高了46%。 

　　b) 以石灰为主的石灰―粉煤灰桩，配比为粉煤灰：生石灰=3：7―1：9，主要对地基产生置换，成孔挤密，膨胀挤密，脱水挤密和胶凝作用。 

　　一般粉煤灰桩用于地下水位以下各种软土地基的加固，加固深度不超过12米；而石灰―粉煤灰桩一般用于地下水位以上的各种软土地基的处理效果明显，也可以用于地下水位的软土地基的加固。就桩体强度而言，同样条件下粉煤灰桩的强度较大。 

　　2.2.2 粉煤灰固结桩 

　　在软土地基中采用粉煤灰固结桩，具有成型可靠，形状任意选择，造价低廉，改良地基的效果好，抗变形能力强，桩体密实度高等优点。粉煤灰固结桩由粉煤灰，石膏，水泥加水而成，加压注入尼龙袋中，挤密周围土体，必要注浆管可上下反复二次压浆，尼龙袋具有模板，过滤脱水，加压和增强等作用，由于灌注加压排水措施，尼龙袋微孔在灰浆向外渗出的过程中，水只能向外渗，并被隔离在袋外，形成固结硬化均匀的桩体。 

　　2.2.3 粉煤灰混凝土桩 

　　粉煤灰混凝土桩由粉煤灰，碎石，中粗砂和水泥组成，在软土地区采用钻孔压浆工艺施工粉煤灰混凝土桩时，必须使混凝土的塌落度达到140-180mm，且碎石最大粒径为1～3cm，为保证桩身强度和降低成本，掺入35%-45%中粗砂作为细骨料。粉煤灰桩和桩间土一起通过铺设在其上的褥垫层形成复合地基，其承载力的提高具有很大的可调性，沉降变形小，造价低。加入粉煤灰后，使桩体具有明显的后期强度。根据其桩身强度较高的特点，在软土地基中采用就可得到更高的承载力。 

　　2.3 水泥土粉喷桩法 

　　粉喷桩与周围的土体形成复合地基，与土体结合紧密，承载能力较大，其桩体上存在应力集中现象，大部分荷载由桩体承担，桩间土上的应力相应的减少，使复合地基承载力较原土层有所提高，沉降量有所降低。采用该法加固软土地基时，水泥粉具有较大的吸水，发热和膨胀作用，对桩间土起到一定的加固作用，同样提高复合地基的强度。 

　　在利用水泥土粉喷桩加固软土地基时，需考虑各种因素对加固强度的影响：a）要以水泥粉为加固料，其强度最高；b）搅拌时间为2min时就可以达到最佳的搅拌效果，若搅拌时间太长，强度会有所降低，若搅拌的时间未达到2min时，强度会很低；c）置换率越高，强度越高，而随着龄期的增加，强度大致呈线性增加；d）当含水量为某值时，桩体的强度达到最高，一般桩体的需水量为4kg/m。 

　　2.4 振冲法 

　　在软土地基中应用振冲法，就是在地基中嵌入一根根砂石桩柱，形成一种复合地基，这种地基的承载力标准应根据现场复合地基荷载试验确定。振冲法就是利用振冲器的振动力和水冲作用形成连续的孔洞，直至设计的加固深度。 

　　2.5 渣土桩法 

　　在加固过程中，由于重锤的冲击能造成一系列压缩波， 使土体内出现排水网络，土的渗透性骤然增大，孔隙水迅速排出，孔隙压力很快消散，从而产生瞬时沉降，使土体压密，强度提高；同时重锤的冲击作用使填料向夯击方向和侧向挤密，从而对其周围的土体产生挤密加固作用，形成一个自内向外的挤密圈。在挤密过程中，周围土体的孔隙水压力随之增高，形成超静孔隙水压力。根据巴伦固结原理因为固结时间与排水距离的平方成正比，所以，增加排水途径，缩短排水距离，才能加速软土固结，提高地基承载力。加固柱体本身与软基有不同强度，它既是软土固结的排水体，又是基础的渣土桩。渣土桩和挤密后的地基土共同组成复合地基，从而提高地基强度并减小地基变形。 

　　2.6 排水固结法 

　　目前公路软基的处理要综合考虑经济适用、稳妥可行、施工简便的方法。首选是排水固结，它通过在软土地基设置的竖向排水体，改变原有地基的边界条件，增加孔隙水的排除途径，大大缩短了固结时间，一般采用袋装砂井和塑料排水板配合砂垫层来达到上述目的。 

　　2.6.1 袋装砂井 

　　它是用聚丙烯、聚乙烯等长链聚合物编织而成，由于具有足够的抗拉强度，耐腐蚀，便于制作，对人体无害，价格较低等特点而应用普遍，其渗透系数应不小于内装砂之渗透系数，一般大于5×l0-3cm/s，所用的砂应为中粗砂，大于0.5mm颗粒粒径含量宜占总含量50%以上，含泥量不应大于3%。袋装砂井的直径一般采用7cm。 

　　2.6.2 塑料排水板 

　　它一般由芯板和滤套组成板体。芯板是由聚乙烯或聚丙烯加工而成的多孔管道，应有足够的抗拉强度，不小于130N/cm。当周围土体压力在15m深度范围内不大于250kPa，或在大于15m范围内不大于350kPa的条件下，其排水能力不低于30cm3/s，并有足够柔性和抗腐性，这样才能保证排水板在地下的耐久性，并在土体固结变形时不致折断或破裂。而滤套一般是由无纺织布制成并具有隔离土粒渗透能力，应等效于0.025mm孔隙，其最小自由透水表面积宜为1500cm/m2，渗透系数不应小于5×10-3cm/s。它具有排水固结效果好、质量稳定、施工快、成本低等优点。标准型塑料排水板尺寸为宽100cm，厚3cm～4cm，试验证明它与7cm的袋装砂井效果相同。 

　　此外，如果在含水量较高的超软弱的软土地区，还可加铺预应力土工布。它能增加地基稳定性，减小沉降量，且其施工方便，增加造价不多而其效果却好，必要时还可加铺土工格栅，提高路堤抗剪能力，减少滑移机遇，并可增强土基整体承载能力；有时还可以辅以反压护道，这些措施在深汕高速公路西段试验工程中都采用过，取得了很好效果。 

　　2.7 复合地基处理法 

　　复合地基是用专门机械将固化剂、水泥、石灰或掺加粉煤灰单一的或混合物喷出后，在地基深处就地与软土强制搅拌，利用固化剂和软土间发生的一系列物理化学作用，在原地基中形成强度、刚度较大的加固桩体，同时也使桩周土体性质得到改善，使桩体与桩间土体形成复合地基共同承担外部荷载，可实现稳定条件下的快速填土。这些加固土桩，不考虑加固土桩加快地基的排水固结速度和对地基的挤密作用，仅考虑桩的置换作用、应力集中效应，进而减少总沉降量。加固土桩按施工划分有拌和法和粉喷法。 

　　2.8 真空联合堆载预压处理软基 

　　真空顶压的基本原理，虽在50年代初瑞典教授W.Kgellman已闻名，但因在抽气设备和密封工艺方面的困难，至70年代世界各地才缓慢发展。我国在80年代由航空部门首先应用才获得进展，公路上天津开始推广，在广珠高速公路东段试验工程成功后，在西部沿海公路又进行试验，均获得成功，最近将在新台高速公路选定3km地段试验和西部沿海高速公路台山段共有软土段长约4km多地段采用此法处理软基。其真空预压的机理和施工工艺程序为： 

　　a) 先在加固软基上铺设水平排水垫层，用砂、矿碴、碎石碴均可。 

　　b) 在此垫层下施打袋装砂井或塑料排水板。 

　　c) 将不透气的密封薄膜铺盖在垫层上。 

　　d) 借助在垫层上埋设的钢管或塑料管道，通过在地面上安装的射流真空泵，将薄膜下土体中的空气和水抽出，由于形成真空而产生的负压，使土体得以排水固结，从而达到加固地基的目的。 

　　3 结论 

　　本文主要说明了软土地基的各种处理方法，在实际工程中，要针对具体的地基问题，采取相应的处理措施，确保基础坚固是建筑物安全的根本保证，而且工程技术人员必须经常深入施工现场，及时发现和识别所存在的问题，正确采用相应的经济可靠的措施加以处理，并不断地总结工程勘察和地基处理工作中地实践经验，使软土地基地承载力得到更进一步的提高，能更好地保证建筑物的安全。同时要建立软土方面的数据库和专家系统方面的工作，即充分利用计算机技术，再选择加固处理方法，进行稳定和沉陷分析，作出优选判断，这样才能更好地使生产和科研相联系。 

　　参考文献： 

　　[1] 申云生，工程地质中主要地基问题及其处理，1998(4)，22-26. 

　　[2] 徐金明等，强夯加固粘性土地基的研究，上海铁道大学学报，18（4），119-123。 

　　[3] 郑俊杰等，石灰桩和深层搅拌桩联合加固杂填土地基，施工技术，1997（9），23-25。 

　　[4] 刘占平，水泥粉喷桩在工程地基中的应用与分析，建筑技术开发，27（4），17-18。