當(dāng)代軟土地基處理技術(shù)

摘要： 本文首先介紹了軟土的一系列特征，并進(jìn)一步闡述了地基沉降及變形對(duì)地基承載力的影響。為進(jìn)一步提高軟土地基的承載力提出了一些比較有針對(duì)性的處理技術(shù)，并具體分析了每一種處理技術(shù)的原理、施工工藝和適用的地質(zhì)情況。

關(guān)鍵詞： 軟基處理；變形控制；處理技術(shù)

軟土是一種天然空隙比大于1.0，且天然含水量大于液限的細(xì)粘土。軟土包括淤泥土，淤泥質(zhì)土，泥炭，泥炭質(zhì)土等。有時(shí)工程界也把河道疏浚、圍海造地，人工促泥等沖填而成沖填土，以及人工搬運(yùn)的雜填土等高壓縮性土稱為軟土。軟土主要分布在我國(guó)的東南沿海及沿大江、大河三角洲的沖積平原，呈現(xiàn)“北強(qiáng)南弱”的趨勢(shì)。蘇南、上海等地區(qū)的軟土力學(xué)強(qiáng)度較高，浙江、閩南地區(qū)的軟土力學(xué)強(qiáng)度較低，壓縮性較大。

軟土具有含水量高，孔隙比大，高壓壓縮性，低強(qiáng)度；滲透性小，水穩(wěn)定性差的特點(diǎn)。凡由上述軟土層構(gòu)成的地基稱為軟土地基。

結(jié)構(gòu)物的地基問(wèn)題有地基承載力，地基變形計(jì)算，地基穩(wěn)定性驗(yàn)算。在工程建設(shè)中，天然軟土地基一般不能滿足結(jié)構(gòu)物的基礎(chǔ)對(duì)地基的要求，也不能保證結(jié)構(gòu)物的安全和正常使用。 地基承載力應(yīng)滿足變形和強(qiáng)度的要求。地基變形必須不影響建筑物地基的沉降與沉降差�；�礎(chǔ)傾斜和地面沉降，對(duì)于具有大面積荷載的軟土地基應(yīng)做地面附加沉降驗(yàn)算。本文將介紹提高地基的強(qiáng)度和控制沉降量的幾種地基處理技術(shù)。

軟土地區(qū)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的主要問(wèn)題是沉降控制，設(shè)計(jì)失誤的主要原因也與沉降變形的計(jì)算有關(guān)。然而這一經(jīng)驗(yàn)理論的得出，經(jīng)歷了較長(zhǎng)的時(shí)間。

20世紀(jì)中葉以來(lái)，工程界一直采用平板荷載確定地基容許承載力，一直到上海展覽館事故。當(dāng)時(shí)取“平板荷載試驗(yàn)”確定的地基容許承載力為130kPa，經(jīng)過(guò)不到20年的時(shí)間建筑物平均沉降值為1 666mm，最大值為1 747mm。這次事故提醒了工程界，簡(jiǎn)單地依靠“平板荷載試驗(yàn) ”將荷載試驗(yàn)結(jié)果不加修正就應(yīng)用到實(shí)際工程中去，很可能會(huì)出現(xiàn)事故。于是，有些專家又提出一套直接用沉降計(jì)算來(lái)確定地基土容許承載力的方法，在虛擬地基土容許承載力的場(chǎng)地上用分層總和計(jì)算沉降（計(jì)算時(shí)壓縮模量用Es0.1-0.2），當(dāng)沉降量達(dá)到規(guī)范規(guī)定的最大值時(shí)，基底平均壓力即為該場(chǎng)地的地基容許承載力。這套方法的計(jì)算結(jié)果也兼顧了“平板荷載試驗(yàn)”理論。按此方法進(jìn)行地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)獲得了相當(dāng)不錯(cuò)的效果。但是，隨著建筑行業(yè)的發(fā)展，6層及6層以上的建筑物成為建筑行業(yè)的主流。因?yàn)榻ㄖ�物體量的增大，按此方法設(shè)計(jì)的地基基礎(chǔ)，沉降偏大的工程實(shí)例比比皆是。有些專家試圖借用“硬殼層”較高的承載力設(shè)計(jì)多層建筑物的天然地基淺基礎(chǔ)，無(wú)論用何種方式提高軟土地基承載力，最終還是過(guò)不了沉降量偏大這一關(guān)。終于證明了決定軟土地基承載力的主要因素是變形控制指標(biāo)，然而單純地用沉降計(jì)算來(lái)確定

地基容許承載力方法的局限性，地基土的強(qiáng)度與沉降量只能分開(kāi)進(jìn)行計(jì)算。

對(duì)于6層及6層以上建筑物的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，天然軟土地基很難將建筑物沉降控制在100mm~150mm以內(nèi)。為了解決天然地基承載力不足與沉降過(guò)大的問(wèn)題，各地根據(jù)自己的條件，采用了多種不同的地基處理技術(shù)。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的實(shí)踐，現(xiàn)在工程界積累了不少地基處理方法，并且這些處理技術(shù)日漸成熟化和理論化。對(duì)軟土地基常見(jiàn)的處理方法有換填墊層，預(yù)壓法（排水固結(jié)法），化學(xué)加固法。

1 換填法

換填法是將基底以下一定深度范圍內(nèi)的軟弱土層挖出，換填成無(wú)侵蝕的低壓縮性散體材料（中砂、粗砂、碎石、卵石等），分層夯實(shí)作為基礎(chǔ)持力層。常用輕型建筑物，地坪，堆料物和道路等地基處理，有時(shí)也用多層建筑物的換填。

換填土中包括砂和砂墊層，灰土和素土墊層，碎石和礦渣墊層。不同材料的墊層，其主要作用都是用抗剪強(qiáng)度較高、壓縮性小的填筑材料代替軟弱土，承擔(dān)基礎(chǔ)荷載的壓力。由于砂墊層或其他墊層的應(yīng)力擴(kuò)散作用，減少了墊層下軟弱土層的附加應(yīng)力所以也減少了軟弱土層的沉降量。另外，墊層材料空隙大，透水性強(qiáng)加快排水從而加快軟土固結(jié)，防止低溫凍脹。

對(duì)于輕型建筑物，地坪，堆料場(chǎng)或道路，采用換填墊層處理上部軟弱土?xí)r，由于傳遞到下臥層頂面的附加應(yīng)力很小，可取得較好的效果。然而，在工程實(shí)踐中，對(duì)工程結(jié)構(gòu)剛度差，體型復(fù)雜，荷載較大建筑物，由于傳到下臥層的附加應(yīng)力較大，如僅換填軟弱土層上部，地基仍將產(chǎn)生較大的變形及不均勻變，因此采用換填墊層時(shí)必須考慮建筑物分布，結(jié)構(gòu)剛度等因素的影響。

2 排水固結(jié)法（排水預(yù)壓法）

排水預(yù)壓法根據(jù)加壓方式的不同可分為堆載預(yù)壓（含超載預(yù)壓）法，真空預(yù)壓法，降水預(yù)壓法以及聯(lián)合加壓法。

2.1 堆載預(yù)壓法

堆載預(yù)壓法是在地基中設(shè)置砂井，塑料排水帶（板）等豎向排水體，然后利用建（構(gòu)）筑物本身重量分級(jí)逐漸加載，或者是在建筑物建造以前，在場(chǎng)地先加載預(yù)壓，使土體中的空隙排出，土層逐漸固結(jié)，地基發(fā)生沉降，同時(shí)強(qiáng)度逐漸提高的方法。但是應(yīng)當(dāng)注意的是在軟弱地基堆載預(yù)壓，必然在地基中產(chǎn)生剪力，當(dāng)這種剪力大于軟土地基的抗剪強(qiáng)度時(shí)，地基剪切破壞。因此，堆載預(yù)壓需要進(jìn)行分級(jí)加載，等到前期荷載作用下地基強(qiáng)度增加到足以滿足下一級(jí)荷載時(shí)，方可施加下一級(jí)荷載，直到加到設(shè)計(jì)的荷載值。另外，對(duì)于地基沉降要求嚴(yán)格的建筑物，應(yīng)采取部分超載預(yù)壓處理地基，其超載值視殘余沉降量和固結(jié)值而定。

2.2 真空預(yù)壓法

真空預(yù)壓法是在需要加固的軟件土地基內(nèi)設(shè)置豎向排水體，然后在地面鋪設(shè)砂層，并將不透氣的密封膜覆蓋于砂層之上，使膜下土體抽成真空，產(chǎn)生負(fù)壓荷載作用于地基土，從而達(dá)到排水固結(jié)的目的。值得注意的是真空預(yù)壓的邊緣應(yīng)大于建筑物基礎(chǔ)，每邊增加量不得小于3.0m，每塊預(yù)壓面積宜應(yīng)盡可能大且方形。另外，真空預(yù)壓的效果與膜內(nèi)真空大小關(guān)系很大，真空度越大，預(yù)壓效果越好。隨著真空預(yù)壓技術(shù)的成熟，20世紀(jì)90年代末期部分專家又提出了低真空預(yù)壓等新工藝。低真空預(yù)壓法是由水平排水系統(tǒng)設(shè)在泥封層之下而得名。它利用江河，湖泊的疏浚清淤泥漿，就近吹填于低陸地面或公路路基填高，既治理了河道、湖泊，又減少了土方費(fèi)用及運(yùn)輸費(fèi)用，使得工程造價(jià)降低。還可以利用淤泥造土，在施工過(guò)程中不需要外加劑，環(huán)境效果好。

2.3 降水預(yù)壓

降水預(yù)壓是借助井點(diǎn)抽水降低地下水位，增大土體有效應(yīng)力而使土體得到加固的一種地基處理技術(shù)，與堆載預(yù)壓法相比，降水預(yù)壓使土中孔隙水壓力降低，所以不會(huì)使土體發(fā)生破壞，不需要控制加荷速率，可一次性降水至預(yù)定深度。降水預(yù)壓法一般適用于在軟土層上存在砂或砂質(zhì)土的情況。降低地下水位可以改善土的性能，提高地基的穩(wěn)定性，這是工程實(shí)踐證明的事實(shí)。只要環(huán)境允許，地質(zhì)條件合適，降水預(yù)壓處理是一種最簡(jiǎn)單的工程措施。降水法加固軟土地基的主要原理：一方面使土變干燥，從而提高強(qiáng)度和穩(wěn)定性；另一方面孔隙水壓力減小，使有效應(yīng)力增大，產(chǎn)生固結(jié)并且提前完成沉降，強(qiáng)度增大；另外降水預(yù)壓法改變地下水流線方向使?jié)B透壓力變化，側(cè)壓力減小。

3 化學(xué)固結(jié)法

化學(xué)固結(jié)法分為灌漿法、高壓噴射注漿法、深層攪拌法。

深層攪拌法是用于加固飽和軟黏土地基的一種方法，它利用水泥、石灰等材料作為固化劑的主劑，通過(guò)特制的深層攪拌機(jī)械，在地基深處就將軟土和固化劑（漿液或粉體）強(qiáng)制攪拌，利用固化劑和軟土之間所產(chǎn)生的一系列物理化學(xué)反應(yīng)，使軟土硬化結(jié)成具有整體性，水穩(wěn)定性和一定強(qiáng)度的優(yōu)質(zhì)地基。深層攪拌法可用于增加軟土地地基的承載能力，減少沉降量，提高邊坡的穩(wěn)定性。

軟土與水泥采用機(jī)械攪拌加固的基本原理是基于水泥加固法的物理-化學(xué)反應(yīng)過(guò)程。它與混凝土的硬化機(jī)理有所不同，混凝土的硬化主要是水泥在粗填充料（即比表面不大，活性弱的介質(zhì)）中進(jìn)行水解和水化作用，所以凝結(jié)速度較快。

東南沿海及大江、大河三角洲的沖積平原是我國(guó)軟土分布的主要地區(qū)，也是我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)最早的開(kāi)發(fā)區(qū)。特別是近半個(gè)世紀(jì)，隨著大規(guī)模經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，對(duì)我國(guó)軟土地基的處理提出了更高的要求。但因?yàn)楦鞣N各樣的結(jié)構(gòu)物對(duì)軟土地基要求不同，各地區(qū)天然軟土地質(zhì)的成份也千差萬(wàn)別，這就決定了軟土地基處理的復(fù)雜性、靈活性，也要求我們對(duì)軟土地基的處理除了借鑒歷年的施工經(jīng)驗(yàn)之外，更重要的是根據(jù)當(dāng)?shù)氐能浲恋刭|(zhì)測(cè)試數(shù)據(jù)綜合分析，靈活選擇各種處理方法。同時(shí)在軟土地基上施工要不斷測(cè)量、分析可能存在的隱患問(wèn)題。使軟土地基能夠很

好地承擔(dān)基礎(chǔ)壓力，控制變形沉降。

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