關(guān)于人工地基(軟地基)處理方法的探討

龍正旺

摘要：軟基處理方法多種多樣，其選用一定要有針對(duì)性、適用性以及高效性，要做到因地制宜、因時(shí)制宜、綜合考慮、科學(xué)合理、切實(shí)可行，使工程造價(jià)經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)可靠，才能取得事半功倍的效果。軟弱地基處理是一項(xiàng)復(fù)雜、技術(shù)性高的工作，在工程建設(shè)中具有重要的作用和地位，應(yīng)不斷探索，推陳出新，研制出既經(jīng)濟(jì)又無(wú)污染的新型材料，以強(qiáng)化公路質(zhì)量，服務(wù)社會(huì)。本文歸納了軟土地基處理方法的種類及選擇，提出了軟土地基處理的具體措施。

關(guān)鍵詞：軟地基；處理

一、目前公路施工中軟弱地基常用的處理方法

1.深層處理

軟基處理的主要方法按其原理共分為四類：排水固結(jié)；振密、擠密法；置換拌入法；加筋法。

1.1 排水固結(jié)

這是在軟土地基上加壓并配合內(nèi)部排水，加速軟土地基的排水，從而加快軟土固結(jié)的處理方法，適用于處理各類淤泥、淤泥質(zhì)粘土及沖填等飽和粘性土地基。

軟土地基在附加荷載的作用下，使軟粘土地基土體中的孔隙水排出，土體發(fā)生固結(jié)，土中孔隙體積減小，土體強(qiáng)度提高，使沉降提前完成或提高沉降速度，減少地基施工后的沉降和提高地基承載力。

主要加固方法有：堆載預(yù)壓法、砂井法、袋裝砂井、真空預(yù)壓法、電滲排水法、 降低地下水位法、塑料排水板法。

預(yù)壓處理：分為超載預(yù)壓、等載預(yù)壓和欠載預(yù)壓等，其施工工期較長(zhǎng)，超載預(yù)壓的時(shí)間一般為6個(gè)月，通常與排水處理地基相結(jié)合使用。

袋裝砂井：對(duì)于軟土厚度大、路堤穩(wěn)定、填土高的軟土路基，采用袋裝砂井，可增加軟土豎直方向的排水能力，縮短水平方向的排水距離，加速軟土的強(qiáng)度。砂袋灌入砂后，砂井可采用錘擊法或振動(dòng)法施工。該方法施工工藝復(fù)雜，費(fèi)用相對(duì)較高，所用的時(shí)間較長(zhǎng)，可采用矩形或梅花形布樁。

塑料排水板：排水原理與袋裝砂井相同，由于是工廠制作，其質(zhì)量穩(wěn)定、重量輕、運(yùn)輸保管方便，施工工藝比較簡(jiǎn)單，投入勞力少，費(fèi)用相對(duì)較低，并且滲濾吸水性好，具有一定的強(qiáng)度和延伸率，對(duì)土的擾動(dòng)小，缺點(diǎn)是預(yù)壓時(shí)間較長(zhǎng)，對(duì)于提高土層的抗剪能力也不如袋裝砂井。

1.2 振密、擠密法

采用爆破、夯擊、擠壓和振動(dòng)及加入抗剪強(qiáng)度高的材料等方法，通過(guò)振動(dòng)和擠密使地基中深層土土體密實(shí)、固結(jié)，孔隙比減小，抗剪強(qiáng)度提高。適用于軟土厚度>3m的中厚軟土的加固和分布面積廣的軟基加固處理，其加固深度可達(dá)到30m。

主要加固方法有：強(qiáng)夯法、土(或灰土、粉煤灰加石灰)樁法、砂樁法、爆破法、碎石樁法(振沖置換法)、石灰樁法、水泥粉煤灰碎石樁(CFG樁法)、粉噴樁法、旋噴樁法。代表方法有碎石樁法、強(qiáng)夯法、水泥粉煤灰碎石樁法、粉噴樁法。

強(qiáng)夯法：適用于無(wú)粘性土地基，土層在巨大的沖擊能作用下，土中產(chǎn)生很大的壓力和沖擊波，致使土體局部壓縮，夯擊點(diǎn)周圍一定深度內(nèi)產(chǎn)生裂隙良好的排水通道，使土中的孔隙水(氣)順利排出，土體迅速固結(jié)。強(qiáng)夯后的地基承載力可提高3倍～4倍，壓縮性可降低200％～1000％ 。

強(qiáng)夯加固法的主要目的在于處理好場(chǎng)道地基下溝、河塘軟土。強(qiáng)夯加固法是技術(shù)上比較可靠、經(jīng)濟(jì)上相對(duì)合理的淺層處理方法，此方法在實(shí)施時(shí)要特別注意場(chǎng)區(qū)地下水位和地基土粘粒含量較高的問(wèn)題，可通過(guò)采取填筑粗骨料強(qiáng)夯墊層、插塑料排水板和優(yōu)化強(qiáng)夯工藝等措施加以解決。

采用強(qiáng)夯法加固，預(yù)計(jì)加固深度可達(dá)8m 左右，該層厚度內(nèi)的土基可形成一個(gè)超密實(shí)的“硬殼層”。淺層地基的沉降已全部完成，且為超固結(jié)狀態(tài)，地基淺層承載力可得到較大幅度的提高，淺層粉質(zhì)土層的地震液化問(wèn)題也可基本得到解決，但下部軟土的長(zhǎng)期沉降問(wèn)題仍未解決，預(yù)計(jì)殘余沉降仍可達(dá)1cm～30cm，由于有上部“硬殼層”的存在，可大大減少地基的差異沉降。

擠密砂樁、碎石樁加固法：屬于復(fù)合地基的一種，適合在地基土屬于非飽和粘性土或砂土，且軟土層較厚，換填困難時(shí)使用，先往土中打入樁管成孔，然后在孔內(nèi)填入礫石、砂、石灰、灰土等搗實(shí)而成，可以使地基土密實(shí)，容重增加，孔隙比減少，防止砂土在地震或受震動(dòng)時(shí)液化，提高地基土的抗剪強(qiáng)度和水平抵抗力，減少固結(jié)沉降，使地基變均勻，起到置換、擠密、排水作用，防止地基產(chǎn)生滑動(dòng)破壞，以提前完成沉降，減少沉降差。

1.3 置換拌入法

加入高抗剪強(qiáng)度的材料，置換軟土中部分成分的加固機(jī)理，并與原有的土體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)共同組成復(fù)合地基，以提高地基的承載力，達(dá)到加固地基的目的。

主要方法有：振沖置換法、灌漿法、旋噴樁(粉噴樁、高壓噴射注漿)、深層攪拌法、褥墊法等多種方法；采用砂、碎石等材料置換軟弱：上地基中部分軟弱土體或在部分軟弱土地基中摻入水泥、石灰或砂漿等形成加固體，與未被加固部分的土體一起形成復(fù)合地基，從而達(dá)到提高地基承載力和減少沉降量的目的。

旋噴樁及深層攪拌法：對(duì)于強(qiáng)度低、壓縮性高、排水性能較差的軟土，利用水泥或石灰等材料作為固化劑與地基軟土之間反應(yīng)組成復(fù)合地基，使軟土固結(jié)成具有整體性、水穩(wěn)定性和一定強(qiáng)度的地基，從而提高地基承載力，減少工后沉降。利用粉噴樁施工造價(jià)較高，處理效果可靠，適用土層范圍廣。

灌漿法：灌漿漿液是利用水泥漿、水泥砂漿、粘土水泥漿、粘土漿及各種化學(xué)漿材如聚氨酯類、木質(zhì)素類、硅酸鹽類等注入到淤泥軟土地基中，同時(shí)擠出土中的自由水。水泥漿凝固后，與土體膠結(jié)成整體，提高地基承載力。此方法基本不會(huì)改變?cè)瓲钔恋慕Y(jié)構(gòu)和體積，所用灌漿壓力較小，適用：于卵石、中、粗砂和有裂隙的巖石。

1.4 加筋法

在路基中埋設(shè)強(qiáng)度高、韌性大的土工聚合物(土工布和土工格柵)、拉筋、受力桿件等，達(dá)到提高地基承載力和地基整體性的目的，減少地基不均勻的沉降，對(duì)防止滑移也有好處，且有利于維持建筑物的穩(wěn)定，適用于軟弱巖體、土體中的路堤與路塹。

主要加固方法有：加筋土路基、土工聚合物、土釘墻、土層錨桿、土釘、樹(shù)根樁法、柴(木)梢排法。

加筋路基法(土工布或土工格柵法)：對(duì)于沉降量不大的路堤，高路堤填土適當(dāng)采用土工布?jí)|隔，限制了軟基和路基的側(cè)向位移，增加了側(cè)向約束，從而降低了應(yīng)力水平，加強(qiáng)了路基剛度與穩(wěn)定性，提高了路基的水平橫向排水，使荷載均布。采用土工布覆蓋攤鋪，既提高了路基剛度，也使邊坡受到維護(hù)，有利于排水，從而增加地基穩(wěn)定性。

2.淺層處理

淺層軟基處理的方法主要是換填墊層法。當(dāng)軟弱土層厚度不很大時(shí)，可將路基面以下處理范圍內(nèi)的軟弱土層部分或全部挖除，然后換填強(qiáng)度較大的土或其他穩(wěn)定性能好、無(wú)侵蝕性的材料(通常是滲水性好的中粗砂)。此方法處理的經(jīng)濟(jì)實(shí)用高度為2m～3m，如果軟弱土層厚度過(guò)大，則采用換填法以增加棄方與取土方量從而增大工程成本。通過(guò)換填具有較高抗剪強(qiáng)度的地基土，從而達(dá)到增強(qiáng)地基承載力的目的，滿足構(gòu)筑物對(duì)地基的要求。

主要加固方法有：換填、拋石擠淤、墊層、強(qiáng)夯擠淤等。墊層法根據(jù)材料的不同可分為砂(礫石)墊層、碎石墊層、粉煤灰墊層、干渣墊層、土(灰土、二灰)墊層。代表方法有砂墊層法及換填法。

砂礫墊層：將基底下一定范圍內(nèi)的軟弱土挖去，在填土與基底之間換填砂、碎石和素土等散體料，并分層夯實(shí)成低壓縮性的地基持力層，從而使地基在受到填土荷載后，迅速地將地基土中的孔隙水排出，加快固結(jié)速度，提高地基的承載力，減少沉降，防止地基局部剪切變形。要注意控制填土速度，所用的材料應(yīng)為含泥量不大于5％ 的潔凈中粗砂， 或最大粒徑小于5cm 的天然級(jí)配砂礫。

換填法：在軟土厚度不大于2m時(shí)，利用滲水性材料(砂礫或碎石)進(jìn)行置換填土，可以降低壓縮性，提高承載力和抗剪強(qiáng)度，減少沉降量，改善動(dòng)力特性，加速土層的排水固結(jié)。其特點(diǎn)是施工工藝簡(jiǎn)單，但費(fèi)用較高。拋石擠淤：當(dāng)軟土或沼澤土位于水下， 更換土施工困難， 且厚度小于3m，表層無(wú)硬殼、基底含水量超過(guò)液限、路堤自重可以擠出的軟土之上，排水比較困難時(shí)，采用拋片石(直徑一般不小于30cm )擠淤的方法，從中部開(kāi)始拋石，逐漸向兩邊延伸，擠出淤泥，提高路基強(qiáng)度。

3.其他方法

反壓護(hù)道法：當(dāng)軟土和沼澤較厚，路堤高度不超過(guò)極限高度的2倍時(shí)，路堤兩側(cè)填筑適當(dāng)厚度和寬度的護(hù)道，在護(hù)道附加荷載的作用下，保持地基的平衡，增加抗滑力矩，防止路堤的滑動(dòng)破壞。施工時(shí)，護(hù)道盡量與路堤同時(shí)填筑，且壓實(shí)度要達(dá)到90％ 以上。其施工工藝簡(jiǎn)單、費(fèi)用較低，但施工用地增大。

二、實(shí)際施工中軟弱地基處理方法的選擇

在地基處理中，應(yīng)該遵循的原則是：技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全適用、確保質(zhì)量。具體可根據(jù)以下條件進(jìn)行選擇。

1.地質(zhì)條件

不同的方法適用于不同的地質(zhì)條件，選擇軟基處理方式時(shí)要先了解當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)條件。

2.設(shè)計(jì)施工條件

設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)考慮了工期及用料情況，工期不宜安排得太緊，應(yīng)保證時(shí)間充足。施工時(shí)地基穩(wěn)定性要好，遺留問(wèn)題要少。工程用料按就地取材的原則，施工時(shí)應(yīng)采用科學(xué)的、先進(jìn)的管理方法。

3.場(chǎng)地環(huán)境條件

考慮施工時(shí)對(duì)周圍環(huán)境的影響，新填土?xí)D壓原有道路、房屋，產(chǎn)生側(cè)向位移或附加沉降；用砂樁、砂井時(shí)，施工有噪聲，靠近居民點(diǎn)會(huì)擾民；采用降低水位法時(shí)，考慮到引起周圍地基的下沉和對(duì)周邊居民用水的影響，應(yīng)預(yù)先調(diào)查或做隔水墻，并考慮施工后注水復(fù)原的問(wèn)題；采用填土堆載時(shí)要有大量的土料運(yùn)進(jìn)運(yùn)出工地，會(huì)影響交通和環(huán)境衛(wèi)生；打石灰樁、灌注樁或采用電滲排水時(shí)，會(huì)污染周邊地下水，可視情況對(duì)待。

4.結(jié)構(gòu)物條件

要考慮相連結(jié)構(gòu)物的等級(jí)、結(jié)構(gòu)體系、斷面形狀、位置、埋深、使用要求和建筑材料等因素對(duì)所選擇加固方法的影響，如有地下結(jié)構(gòu)物(地下室、涵洞、地鐵等)，或者結(jié)構(gòu)物高低不同、沉降不均時(shí)，應(yīng)當(dāng)特別注意。

三、高新軟基處理技術(shù)的應(yīng)用

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以前的地基處理方法大多從機(jī)械設(shè)備著手，從而建立某種工法，而從材料入手提高地基處理質(zhì)量和效果的較少。高性能土壤固化劑與土壤混合后，特別是與高含水量和富含有機(jī)質(zhì)的淤泥發(fā)生一系列物理化學(xué)反應(yīng)后，會(huì)形成相互連接的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而提高固化土的強(qiáng)度，減少地基變形。通過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)證明，用高性能土壤固化劑進(jìn)行地基處理，特別是進(jìn)行軟弱地基的處理很有效，比普通水泥加固效果好得多，但此項(xiàng)技術(shù)目前尚在探索中。

2. 綜合應(yīng)用

由于地基土單一的處理方法，可能會(huì)受工期、資金等多方面的限制，短期內(nèi)往往難見(jiàn)成效，若采用復(fù)合的方法，綜合發(fā)揮幾種方法各自的優(yōu)勢(shì)，問(wèn)題就不難解決。

排水板與堆載預(yù)壓結(jié)合法可縮短工期，減少排水距離。垂直排水法就是以縮短固結(jié)時(shí)間為目的的，塑料排水板具有施工速度快，造價(jià)低等優(yōu)勢(shì)，在軟土中埋設(shè)塑料排水板、袋裝砂井或普通砂井都會(huì)形成固結(jié)排水通道，可配合堆載預(yù)壓或真空預(yù)壓。

預(yù)壓法與高壓噴射注漿法結(jié)合可使真空預(yù)壓應(yīng)用于水平滲透性較大的土層，而高壓噴射注漿法與灌漿相結(jié)合可使糾偏加固技術(shù)提高到一個(gè)新的水平。

單用強(qiáng)夯法處理飽和軟粘土地基時(shí)極易產(chǎn)生“橡皮土”現(xiàn)象，難以達(dá)到預(yù)期效果。為此，巖土工程界將強(qiáng)夯法和排水固結(jié)法結(jié)合起來(lái)， 開(kāi)創(chuàng)了“動(dòng)力排水固結(jié)法”。

所有新技術(shù)的出現(xiàn)都將會(huì)縮短工期，提高工程質(zhì)量，增加社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。