软土地基处理技术探讨

　　摘要：本文根据作者多年实际工作经验，针对软土地基处理中浅层处理及深层处理技术方法进行探讨，提出个人的看法。
　　关键词:软土地基，处理技术
　　对于软土地基处理技术，在传统做法中有很多种施工方法。实际应用时应根据场区情况（地质、水文等）选用适宜的施工工艺。本文详细阐述软土地基中的工程性质问题，并针对软土地基处理中浅层处理及深层处理技术方法进行探讨。
　　1软土地基的工程性质问题
　　在工程施工过程中,软土地基具有一些特殊的工程性质:
　　(1)压缩性高,沉降量大
　　据对建在淤泥类土上的砖石结构统计,三层民用房屋沉降幅度为15cm～30cm,四层为25cm～60cm,五层以上多超过60cm。某些地区四层房屋下沉超过50cm,有的高达60cm以上。沉降大的原因：一是孔隙比大,压缩性高；二是淤泥土层厚。
　　因此在淤泥土地区,上部结构存在高差,平面形状复杂的房屋,因沉降差异造成房屋开裂的很多。
　　(2)由黏粒、粉粒构成,黏粒含量高,且含有有机质,渗透性低,渗透系数一般为1×10-8～1×10-6cm/s,使土的固结时间很长,房屋沉降稳定历时达数年。在正常的施工速度情况下,超过三层的房屋,施工期间沉降占总沉降的20%-30%,其余的沉降可延长20年以上。在新修筑道路时,可发现道路填土过多造成路基不均匀下沉现象。由于不均匀下沉造成人行道路面脱空开裂,虽经修复仍然难以复原,其原因在于填土引起的沉降需要较长时间才能稳定。
　　(3)快速加荷可引起大量下沉、倾斜及倾倒。饱和淤泥类的承载力与加荷排水条件关系很大。加荷速率过快,土中水不能排除,将引起土中孔隙水压增高,当外荷载超过容许承载力的50%时,地基中出现塑性变形,大量土处于流塑状态,向外挤出,引起基础下沉,严重者地基失稳。加拿大特朗斯康谷仓交付使用后不久倾倒,下沉880cm,就是其中著名的例子。地震作用属瞬间周期性水平荷载,它直接增加了地基中的剪应力。在瞬间加荷情况下,土中水立即出现高孔隙水压,随即产生土的塑性挤出。其地基工作状态与快速增加垂直静载完全相同。例如,唐山大地震期间,新港、汉沽等高烈度地区出现了大量建筑物震沉现象,三层住宅平均下沉18cm,四层为25.1cm,均伴有倾斜。
　　(4)软土的抗剪强度很低,易于滑坡。饱和扰动的淤泥其强度接近于零。饱和结构性淤泥土的强度决定于黏聚力值,在10kPa～20kPa,所以地基的容许承载力最高为100kPa,低者30kPa～40kPa。软土边坡的稳定坡度0值很低,只有1∶5(坡高与坡长之比),地震时为1∶10,降水后有所提高,但预压后,地基承载力可提高一倍。
　　2软土地基浅层处理技术
　　浅层处理法适用软弱土层位于地基表面最大深度一般在5m以内,处理方法有表层压实法、换土垫层法、土工织物加筋垫层法及重锤夯实法。浅层处理方法应利用本地资源,投入少、施工简便、速度快、造价低,而且施工质量容易控制。
　　2.1表层压实法
　　当地表层软弱土层为砂土或亚粘土等,常采用表层压实加固,其处理效果主要取决于土质、含水率、分层厚度、压实机械性能和压实遍数,压实土的含水率应控制在最优含水率左右,含水率偏大时采取晾晒或拌人石灰吸水等方法进行预压处理分层压实。
　　2.2换土垫层法
　　地表软弱为饱和淤泥质粘土,一般要求挖后换填砂(砾)土、碎石、石碴、矿碴等透水性良好的材料,分层填筑采用风积砂填筑两侧须用含土量小于5的天然砂砾,填筑时宽度大于等于1m。风积砂属于低粘性土,具有足够的稳定性及透水性,遇水不至过分泡软,沉陷量也小；但在饱和水情况下,极易变成流动状态,并失去承载能力,用天然砂砾进行包坡可消除风积砂的不足之处,同时可排出路基内部的多余水分,切断毛细水发展,用于干燥地区,也可以保证风积砂土不被风刮走,从而保证路基的稳定性。挖除方法主要有挖掘机挖掘法,推土机挖除法等。
　　2.3土工织物加筋垫层法
　　砂石垫层及含土量小于5%的透水性材料仍为散粒体结构,不能受拉力,抵抗不均匀和限制水平位移的能力也有限,如若增大砂垫层的粘聚力,透水性就降低,当粘粉粒(0.075mm)含量大于15,透水性与粘性一致,起不到排水作用。
　　因此工程实践中广泛应用土工织物或土工格栅,其主要作用包括:
　　①土工织物加筋垫层具有一定的抵抗水平拉力能力,即当路堤一垫层一地基产生滑动破坏时,垫层内的土工织物将提供较大的抵抗滑动之拉力,从而提高抗滑稳定性,一般说来,对于抗滑安全系数可提高0.3左右。
　　②土工织物垫层可有效地限制和减小地基的侧向位移和剪应变,有效地降低路基的变形阻断地下水,而土只有当剪应力大于其破坏值才会发生剪切破坏,因此土工织物加筋垫层的水平约束作用有利于增强地基的抗滑稳定性；此外侧向位移减少将使竖向沉降随之减少5左右。
　　③采用土工织物加筋后的垫层具有一定的抗弯刚度,即当其承受不均匀压力或地基产生不均匀沉降时可以对承受的压力进行调整,即垫层下的压力承受不同垫层顶面所受压力,使得垫层抗变形能力即受力面增大。
　　④土工织物加筋垫层与未加筋垫层相比,强度特性和应力一应变关系指标均有所变化,强度提高使加筋垫层的应力扩散效应更加明显,应力趋向于均匀化有利于提高地基抗滑稳定性和减少地基不均匀沉降。
　　⑤土工格栅自身具有良好的渗透性,当垫层材料渗透性不能满足排水要求时,土工格栅加筋同时也可以改善垫层的透水性,常采用一层土工格栅加筋300mm厚砂砾垫层替代加筋500mm厚砂砾垫层。加筋作用,能增强土体的抗拉强度和抗变形能力,提高建筑结构的稳定性。
　　3软土地基深层处理技术
　　3.1袋装砂井法
　　袋装砂井法是高等级公路软基处理中较为成熟的方法之一,采用的是袋装砂井排水固结措施,其施工简便,费用较低,加固效果较好。施工时将袋装砂放入套管井内,填塞密实,逐节拔出套管,顶面铺设水平砂垫层或排水砂沟。软基中的水分在上部路基填土载荷的作用下,通过砂与水平砂垫层或纵横相连通的排水砂沟相通,形成排水通道,使软基中的水分排走,从而达到排水固结软基的目的。
　　3.2挤密砂桩法
　　挤密砂桩是采用类似沉管灌注桩的机械和方法,通过冲击和振动,把砂挤入土中而形成的。挤密砂桩的主要作用是将地基挤实排水固结,从而提高地基的整体抗剪强度与承载力,减少地基的沉降量和不均匀沉降。这种方法一般能较好地适用于砂性土,不适用于饱和的软粘土地基处理。挤密砂桩用砂标准要求与袋装砂井的砂基本相同,不同的是挤密砂桩也可使用砂和角砾的混合料,含泥量不得大于5%。
　　3.3振冲碎石桩法
　　振冲碎石桩和挤密砂桩不同,它不是使地基挤密,而是与周围土共同组成复合地基。碎石桩处理软基过程就是用振冲器产生水平向振动,在高压水流作用下边振边冲,在软弱地基中成孔,再在孔内分批填入碎石料,这时振冲器边振动边上拔,使得碎石料振挤密实。碎石料是被嵌入土中的。碎石料能成桩主要是依靠四周土的拥挤,以及自身碎石料振实而产生的石料之间的咬合力的作用而形成一根根直径约为70cm～110cm的碎石桩桩体。碎石桩就其本质而言仍是地基的一部分,但它又能起到桩的支承作用,故而它与周围土体共同组成的地基为复合地基。碎石桩桩体是一种散粒体的粗颗粒料,它具有良好的排水通道,有利于地基土的排水固结。因此,在软基处理中,特别是具有高填土桥头等过渡路段,为了减少地基土的变形,提高地基土的承载力,增强地基土的抗滑稳定能力,采用碎石桩加固处理是较理想的方法之一。
　　3.4粉喷桩法
　　粉喷桩是利用粉体喷射搅拌机械在钻成孔后,借助压缩空气,将水泥粉等固体材料以雾状喷入需加固的软土中,经原位搅拌、压缩并吸收水分,产生一系列物理化学反应,使软土硬结,形成整体性强、水稳定性好、强度较高的桩体,与桩间土一起形成复合地基,从而提高路基强度。其特点是强度形成快、预压时间短、地基沉降量小。粉喷桩加固软基主要适用于高含水量、高压缩性的淤泥、淤泥质粘土及桥头软基的处理。有关试验表明,一般含水量大于35%的软基宜选用粉喷桩。
　　4结束语
　　软土地基处理是一项复杂且技术性较高的工作，在工程建设中有着重要的作用和地位。软土地基处理方法的选用一定要做到科学合理、综合考虑；要做到因土质而异，因地制宜，因时制宜，不能千篇一律；要做到施工切实可行，工程造价经济合理，技术可靠，才能取得事半功倍的效果。
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