淺談當(dāng)代常用軟弱地基土處理方案

熊錦亮

軟弱地基系指主要由淤泥、淤泥質(zhì)土、沖填土、雜填土或其他高壓縮性土構(gòu)成的地基。由于軟弱土具有強(qiáng)度低、壓縮性高和透水性差等特點(diǎn)，因此，在軟土地基上修建建筑物，必須重視地基變形和穩(wěn)定問題。在遭遇地震時，由于地震動的影響，軟弱地基會部分甚至全部喪失承載能力或產(chǎn)生過量沉陷，造成建筑物的破壞和影響其正常使用。因此，需要對地基做正確的處理才能保證其靜力、動力承載性能和變形性能，其中地基處理方案的初選又是十分重要的。以下介紹了地基處理的步驟和當(dāng)代常用地基處理方案的淺析，可供相關(guān)部門做方案比選時參考。

1 軟弱地基處理的一般步驟

1)根據(jù)結(jié)構(gòu)類型、荷載大小及使用要求，結(jié)合地形地貌、地層結(jié)構(gòu)、土質(zhì)條件、地下水特征、環(huán)境情況和對相鄰建筑物的影響等因素綜合分析，初步選出幾種可供考慮的地基處理方案，包括選擇兩種或多種地基處理措施。2)對初步選出的各種地基處理方案，分別從加固原理、適用范圍、優(yōu)點(diǎn)、局限性等方面做全面分析和比較，選擇最優(yōu)的地基處理方案。3)對已選定的地基處理方案，宜按建筑物地基基礎(chǔ)設(shè)計等級和場地復(fù)雜程度，在有代表性的場地上進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)或試驗(yàn)性施工，并進(jìn)行必要的測試，檢驗(yàn)設(shè)計參數(shù)和處理效果。4)經(jīng)處理后的地基應(yīng)做承載力、變形能力、穩(wěn)定性能的評估。

2 當(dāng)代常用軟弱地基處理方案

2.1 強(qiáng)夯法

1)加固原理:關(guān)于強(qiáng)夯法的加固原理，國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量研究，看法各異，主要是由于土的類型多，不同土性能差異大，加固效果影響因素多所造成的。一般的認(rèn)識是通過用很重的錘從高處自由落下，給地基以強(qiáng)大沖擊能量的夯擊，使土中出現(xiàn)沖擊波和很大應(yīng)力，迫使土體空隙壓縮，排除其中的空氣和水，迅速固結(jié)，從而加強(qiáng)軟弱地基土。2)適用范圍:適用于處理碎石、砂土、低飽和度的粉土與黏性土、濕陷性黃土、雜填土和素填土等。對于高飽和度的粉土與黏性土等地基，當(dāng)采用在夯坑內(nèi)回填石塊、碎石或其他粗顆粒材料進(jìn)行強(qiáng)夯轉(zhuǎn)換時，應(yīng)通過現(xiàn)場試驗(yàn)確定其適用性。3)優(yōu)點(diǎn):強(qiáng)夯法設(shè)備簡單，適用土質(zhì)范圍廣，加固效果好;工效高，施工速度快;節(jié)約原材料，節(jié)省投資，廣泛應(yīng)用于工業(yè)與民用建筑，該法比其他地基處理方法使用更為廣泛和有效。4)局限性:對周圍環(huán)境產(chǎn)生很大振動和噪聲，而且此方法需要較大的建筑場地進(jìn)行施工，因此不宜在鬧市區(qū)施工。

2.2 換填法

1)加固原理:換填法的加固原理是將基底以下一定深度范圍內(nèi)的軟弱土層挖除，換填無侵蝕性的低壓縮性散體材料(中砂、粗砂、礫石、碎石、卵石、礦渣、灰土及素土等)，并對其分層夯實(shí)。由于挖去軟弱土，換填承載性能好的材料，必然提高承載力;由于各墊層的應(yīng)力擴(kuò)散作用，減少了附加應(yīng)力，從而減少沉降量;通過換填透水性優(yōu)良材料可加快下覆軟弱土層固結(jié)排水并提高其強(qiáng)度，此外還可以防止凍脹，消除膨脹土的脹縮作用，消除或部分消除黃土濕陷性。2)適用范圍:換填法適用于淤泥、淤泥質(zhì)土、濕陷性黃土、素填土、雜填土地基及暗溝、暗塘等的淺層地基處理。常用于輕型建筑、地坪、堆料場和道路的地基處理。3)優(yōu)點(diǎn):它可提高持力層的承載力，減小沉降量，消除或部分消除土的濕陷性和脹縮性，防止土的凍脹作用及改善土的抗液化性。4)局限性:簡易可行，但僅限于淺層處理，一般不大于3m，對濕陷性黃土地基不大于 5m，如遇地下水，對于重要工程需有附加降低地下水位的措施。而且換填厚度越大，造價越高;不適合處理軟土層較厚、埋深大的地基，地下水位高、易滲水路段抽排水費(fèi)用高。

2.3 排水固結(jié)法

1)加固原理:排水固結(jié)法的原理是通過布置垂直排水井，改善地基的排水條件，及采取加壓、抽氣、抽水和電滲等措施在建筑物建造前，利用地基排水固結(jié)的特性，使土體提前完成固結(jié)沉降，其實(shí)質(zhì)上就是通過預(yù)壓使空隙水壓力不斷消散和有效應(yīng)力不斷增長的過程。通過有效應(yīng)力的增長來提高地基承載力。2)適用范圍:排水固結(jié)法主要適用于處理淤泥、淤泥質(zhì)土及其他飽和軟黏土。對于沙類土和粉土，因透水性良好，無須用此法處理。對于含水平砂夾層的黏性土，因其具有較好的橫向排水性能，所以不用豎向排水體(砂井等)處理，也能獲得良好的固結(jié)效果。3)優(yōu)點(diǎn):地基土在較短時間內(nèi)完成大部分固結(jié)沉降，成為超固結(jié)土，大大降低施工后沉降并迅速提高承載力;此外，還可實(shí)現(xiàn)對地基的預(yù)震作用，有效地消除砂土液化;該法還有利于地下管線的開挖。4)局限性:施工程序復(fù)雜;降水和排水措施必須得到保障;水塘路段須采取額外措施以保證處理效果;處理深度一般不大于 10m;對周邊環(huán)境影響較大。

2.4 砂石樁法

1)加固原理:松散砂土——用不同成樁方法，在松散砂土中成樁時對周圍砂層產(chǎn)生擠密作用，當(dāng)采用沖擊法或振動法往砂土中下沉樁管和一次拔管成樁時，由于樁管下沉對周圍砂土產(chǎn)生很大的橫向擠壓力，樁管就將地基中同體積的砂擠向周圍的砂層，使其孔隙率減小以達(dá)到擠密的效果。軟弱黏性土——密實(shí)的砂樁在軟弱黏性土中取代了同體積的軟弱黏性土，形成“復(fù)合地基”，使承載力提高，地基沉降減小。2)適用范圍:砂石樁法適用于擠密松散砂土、粉土、黏性土、素填土和雜填土等地基。飽和黏性土上對變形控制要求不嚴(yán)的工程也可采用砂石樁置換處理，此法亦可用于可液化地基。3)優(yōu)點(diǎn):兼有擠密、置換和排水固結(jié)的作用;可有效處理易液化地基;造價比碎石樁低;工期較排水固結(jié)法短。4)局限性:處理淤泥質(zhì)地基需結(jié)合堆載預(yù)壓，且需控制好置換率;不適合高承載力要求地基。

2.5 加筋法

1)加固原理:加筋法加固地基的機(jī)理比較復(fù)雜。采用的加筋方法不同，或加筋方法相同而所用筋材不同，其加固機(jī)理也可能不同。一般理解認(rèn)為加筋法是在地基土中設(shè)置強(qiáng)度高、模量大的筋材，使土體與筋材一起形成加筋復(fù)合體，這種人工復(fù)合土體可承受抗拉、抗壓、抗剪和抗彎作用，用以提高地基承載力，減小沉降和增加地基穩(wěn)定性。2)適用范圍:加筋土法適用于人工填土的路堤和擋墻結(jié)構(gòu)。其中土錨、土釘、錨碇板適用于土坡穩(wěn)定。3)優(yōu)點(diǎn):對地基的加固效果明顯，并可以有效減小沉降。4)局限性:其中加筋法中的加筋土法當(dāng)遇到路堤下軟弱土層很厚時，采用加筋土墊層的應(yīng)力擴(kuò)散作用雖可使淺層土體中的附加應(yīng)力減小，但使地基土層壓縮的影響深度加大。

2.6 化學(xué)加固法

2.6.1 灌漿法

1)加固原理:灌漿法的實(shí)質(zhì)是用氣壓、液壓或電化學(xué)原理，把某些能固化的漿液注入各種介質(zhì)的裂縫或孔隙，經(jīng)過一定時間形成結(jié)構(gòu)致密、強(qiáng)度大、防水防滲性能、化學(xué)性能良好的結(jié)合體，以改善地基的物理力學(xué)性質(zhì)。2)適用范圍:可灌漿的對象很多，但常用于砂及砂礫石、軟黏土、濕陷性黃土。3)優(yōu)點(diǎn):施工工序簡單，加固效果明顯。4)局限性:采用灌漿法通常還會使用除水泥漿液外的其他化學(xué)漿液，而化學(xué)漿液不僅造價較高，而且不少化學(xué)漿液具有一定的毒性，造成環(huán)境污染，影響其推廣和使用。

2.6.2 高壓噴射注漿法

1)加固原理:其原理是將帶有特殊噴嘴的注漿管，通過鉆孔置入到處理土層的預(yù)定深度，然后將漿液(常用水泥漿)以高壓沖切土體。在噴射漿液的同時，以一定的速度旋轉(zhuǎn)提升，即形成水泥土圓柱體;若噴嘴提升而不旋轉(zhuǎn)，則形成墻狀固結(jié)體，加固后可用以提高地基承載力，減小沉降，防止砂土液化、管涌和基坑隆起，建成防滲帷幕。2)適用范圍:高壓噴射注漿法可用于既有建筑和新建筑的地基處理，深基坑側(cè)壁擋土或擋水，基坑底部加固防止管涌與隆起，壩的加固與防水帷幕工程。但對含有較多大礫塊石、大量植物莖根或含過多有機(jī)質(zhì)的土及地下水流過大、噴射漿液無法在注漿管周圍凝聚的情況下不宜采用。3)優(yōu)點(diǎn):設(shè)備較簡單、輕便，機(jī)械化程度高，全套設(shè)備緊湊，體積小，機(jī)動性強(qiáng)占地少，能在狹窄場地施工。用于已有建筑物地基加固而不擾動附近土體，施工噪聲低，振動小。4)局限性:施工時水泥漿冒出地面流失量較大，對流失的水泥漿應(yīng)設(shè)法予以利用。

3 結(jié)語

常用的軟弱地基處理方案除了上述方案外還有振沖法、深層攪拌法等，隨著施工方法的不斷改進(jìn)，近年來又出現(xiàn)了如爆破擠淤法等先進(jìn)方法。本文通過對以上常用軟弱地基處理方案從加固原理、適用范圍、優(yōu)點(diǎn)、局限性等方面進(jìn)行了全面闡述，為有關(guān)施工部門提供了較全面的參考依據(jù)，在具體進(jìn)行方案初選時應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際地基狀況，經(jīng)濟(jì)條件，施工技術(shù)水平全面考慮，選出幾種優(yōu)化的軟弱地基處理方案，并通過軟弱地基方案選擇的一般步驟確定出最優(yōu)化方案。

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