淺談軟土地基的危害及處理

張雙 杜京聰 張倫

【摘 要】所謂軟土，是指強(qiáng)度低，壓縮性較高的軟弱土層，多數(shù)含有一定的有機(jī)物質(zhì)。由于軟土強(qiáng)度低，沉隱量大，往往給道路工程帶來很大的危害，如果處理不當(dāng)，會(huì)給公路的施工和使用造成很大的影響。路基中常見的軟土，一般是指處于軟塑或者流溯狀態(tài)下的粘性土，其特征是天然含水量高，孔隙比大，壓縮系數(shù)高，強(qiáng)度低，并具有蠕變性、觸變性等特殊的工程地質(zhì)性質(zhì)，工程地質(zhì)條件差。這種地質(zhì)在施工中，含水量不易把握，極難達(dá)到規(guī)定的壓實(shí)度，通車后，往往會(huì)發(fā)生路基失穩(wěn)或過量沉陷，危害顯而易見，所以選用軟土作為路基應(yīng)用，必須采取切實(shí)可行的技術(shù)措施。

【關(guān)鍵詞】軟土地基；工程特性；地基處理；

1.軟土的地質(zhì)特征及工程特性

1.1軟土的地質(zhì)特征

軟土在我國濱海平原、河口三角洲等地分部廣泛，修建在軟土地區(qū)的路基，主要是路堤填筑荷載引起軟土地基滑動(dòng)破壞的穩(wěn)定問題和量大且時(shí)間長(zhǎng)的沉降問題。

1.2軟土的工程性質(zhì)

軟土包括淤泥、淤泥質(zhì)土及泥炭等，在靜力或緩慢水環(huán)境下沉積，并經(jīng)過長(zhǎng)期生物化學(xué)作用而形成的飽和軟粘土。軟土一般指直徑小于0.075mm顆粒一般占土樣的50%以上。其主要的工程特性：

1.含水量較高。孔隙比大，一般含水量為35%-80%，孔隙比為1-2。

2.抗剪強(qiáng)度低。根據(jù)土工試驗(yàn)的結(jié)果，我國軟土的天然不排水抗剪強(qiáng)度一般小于20kPa，其變化范圍在5-25kPa；有效內(nèi)摩擦角約為20°-35°；固結(jié)不排水剪內(nèi)摩擦角12°-17°。正常固結(jié)的軟土層的不排水抗剪強(qiáng)度往往是隨距地表深度的增加而增大，每米的增長(zhǎng)率約為1-2kPa。加速軟土層的固結(jié)速率是改善軟土強(qiáng)度特性的一項(xiàng)有效途徑。

3.壓縮性較高。一般正常固結(jié)的軟土的壓縮系數(shù)約為α1-2=0.5-1.5MPa-1，最大可達(dá)α1-2=4.5MPa-1；壓縮指數(shù)約為Cc=0.35-0.75

4.滲透性小。軟土的滲透系數(shù)一般約為1×10-6-1×10-8cm/s

5.具有明顯的結(jié)構(gòu)性。軟土一般為絮狀結(jié)構(gòu)，尤以海相粘土更為明顯。這種土一旦受到擾動(dòng)，土的強(qiáng)度顯著降低，甚至呈流動(dòng)狀態(tài)。我國沿海軟土的靈敏度一般為4～10，屬于高靈敏度土。因此，在軟土層中進(jìn)行地基處理和基坑開挖，若不注意避免擾動(dòng)土的結(jié)構(gòu)，就會(huì)加劇土體變形，降低地基土的強(qiáng)度，影響地基處理效果。

6.具有明顯的流變性。在荷載作用下，軟土承受剪應(yīng)力的作用產(chǎn)生緩慢的剪切變形，并可能導(dǎo)致抗剪強(qiáng)度的衰減，在主固結(jié)沉降完畢之后還可能繼續(xù)產(chǎn)生可觀的次固結(jié)沉降。

2.軟土地基的危害及后果

軟土地基的性質(zhì)因地而異，因?qū)佣?，不可預(yù)見性較大，再設(shè)計(jì)施工中，稍有疏忽處理不當(dāng)，就會(huì)造成嚴(yán)重危害及后果。

當(dāng)路基的抗剪強(qiáng)度不足以支撐上部結(jié)構(gòu)的自重及外荷時(shí)，地基就會(huì)產(chǎn)生局部或整體的剪切破壞；當(dāng)?shù)鼗谏喜拷Y(jié)構(gòu)自重及外荷載作用下，產(chǎn)生過大的不均勻沉降變形時(shí)，會(huì)影響結(jié)構(gòu)物的正常使用，特別是超過結(jié)構(gòu)物所能容許的不均勻沉降時(shí)，結(jié)構(gòu)可能開裂破壞；軟土地基失穩(wěn)，結(jié)構(gòu)施加荷載后造成基礎(chǔ)下沉，邊坡滑動(dòng)等等。

3.軟土地基的處理技術(shù)

3.1表層處理法

表層處理法又分為砂墊層、反壓護(hù)道、土工聚合物處治。

砂墊層就是在軟土層頂面鋪砂墊層，主要起淺層水平排水作用，是軟土在路堤自重的壓力作用下，加速沉降發(fā)展，縮短固結(jié)時(shí)間。砂墊層用于路堤高度小于2倍極限高度軟土層及其硬殼叫薄，或軟土便面滲透性很低的硬殼情況。亦可用于軟土層稍厚但具有雙面排水條件的地基，有排水砂墊層、換土砂墊層、砂墊層和土工布混合使用，且砂墊層施工簡(jiǎn)便，不需要特殊機(jī)具設(shè)備，占地較少。

反壓護(hù)道就是在路堤兩側(cè)填筑一頂寬度和高度護(hù)道，以改善路堤荷載方式來增加抗滑力使路堤下的軟基向兩側(cè)隆起的趨勢(shì)得到平衡，從而保證路堤的穩(wěn)定性。反壓護(hù)道用于路堤高度不大于1.5-2倍的極限高度，非耕作區(qū)和取土不困難的地區(qū)，反壓護(hù)道應(yīng)于路堤本身同時(shí)填筑。

土工聚合物處治可分為土工布和土工格柵，土工布鋪設(shè)于路堤底部，在路基自重作用下手拉產(chǎn)生抗滑力矩，提高路基穩(wěn)定性。土工布在軟土地基加固中的作用包括排水、隔離、應(yīng)力分散和加筋補(bǔ)強(qiáng)。土工格柵加固土的機(jī)理在于格柵與土的相互作用，一般可歸納為格柵表面與土的摩擦作用、格柵孔眼對(duì)土的鎖定作用和格柵肋的被動(dòng)抗阻作用。三種作用均能充分約束土的顆粒側(cè)向位移，從而大大增加了土體自身的穩(wěn)定性，對(duì)土的加固效果，明顯高于其他土工職務(wù)，可迅速提高地基承載力，加速施工進(jìn)度，控制軟土地段沉降量的發(fā)展，縮短工期，使公路及早投入使用。

3.2換填法

換填法一般適用于0.5-3m之間的軟土處治，有開挖換填法、拋石擠淤法和爆破排淤法等。開挖換填就是將軟弱底基層全部挖除或部分挖除，用透水性較好的材料，如砂礫、碎石、鋼渣等進(jìn)行回填。該方法簡(jiǎn)單易行，也便于掌握。對(duì)軟基較淺的沼澤地特別有效。

拋石擠淤就是在路基底部拋投一定數(shù)量的片石，將淤泥擠出基底范圍，以提高地基的強(qiáng)度。這種方法簡(jiǎn)單、迅速、方便，適用于常年積水的洼地，排水困難，泥炭呈流動(dòng)狀態(tài)，厚度較薄，表層無硬殼，片石能沉達(dá)底部泥沼或厚度為3-4米的軟土。

爆破排淤法就是將炸藥放在軟土或泥沼中爆炸，利用爆炸時(shí)的張力作用，把淤泥或泥沼揚(yáng)棄，然后回填強(qiáng)度較高的滲水性土壤。

3.3垂直排水固結(jié)法

排水固結(jié)法其基本原理是軟土地基在附加荷載的作用下，逐漸排出孔隙水，使孔隙比減小，產(chǎn)生固結(jié)變形。在這個(gè)過程中，隨著土體超靜孔隙水壓力的逐漸消散，土的有效應(yīng)力增加，地基抗剪強(qiáng)度相應(yīng)增加，并使沉降提前完成或提高沉降速率。排水固結(jié)法主要由排水和加壓兩個(gè)系統(tǒng)組成。排水可以利用天然土層本身的透水性，尤其是上海地區(qū)多夾砂薄層的特點(diǎn)，也可設(shè)置砂井、袋裝砂井和塑料排水板之類的豎向排水體。加壓主要是地面堆載法、真空預(yù)壓法和井點(diǎn)降水法。為加固軟弱的粘土，在一定條件下，采用電滲排水井點(diǎn)也是合理而有效的。

（1）堆載預(yù)壓法 在建造建筑物以前，通過臨時(shí)堆填土石等方法對(duì)地基加載預(yù)壓，達(dá)到預(yù)先完成部分或大部分地基沉降，并通過地基土固結(jié)提高地基承載力，然后撤除荷載，再建造建筑物。臨時(shí)的預(yù)壓堆載一般等于建筑物的荷載，但為了減少由于次固結(jié)而產(chǎn)生的沉降，預(yù)壓荷載也可大于建筑物荷載，稱為超載預(yù)壓。為了加速堆載預(yù)壓地基固結(jié)速度，常可與砂井法或塑料排水帶法等同時(shí)應(yīng)用。

（2）砂井法（包括袋裝砂井、塑料排水帶等） 在軟粘土地基中，設(shè)置一系列砂井，在砂井之上鋪設(shè)砂墊層或砂溝，人為地增加土層固結(jié)排水通道，縮短排水距離，從而加速固結(jié)，并加速強(qiáng)度增長(zhǎng)。砂井法通常輔以堆載預(yù)壓，稱為砂井堆載預(yù)壓法。適用于透水性低的軟弱粘性土，但對(duì)于泥炭土等有機(jī)質(zhì)沉積物不適用。

（3）真空預(yù)壓法 在粘土層上鋪設(shè)砂墊層，然后用薄膜密封砂墊層，用真空泵對(duì)砂墊層及砂井抽氣，使地下水位降低，同時(shí)在大氣壓力作用下加速地基固結(jié)。適用于能在加固區(qū)形成（包括采取措施后形成）穩(wěn)定負(fù)壓邊界條件的軟土地基。

（4）真空-堆載聯(lián)合預(yù)壓法 當(dāng)真空預(yù)壓達(dá)不到要求的預(yù)壓荷載時(shí)，可與堆載預(yù)壓聯(lián)合使用，其堆載預(yù)壓荷載和真空預(yù)壓荷載可疊加計(jì)算。適用于軟粘土地基。

（5）降低地下水位法 通過降低地下水位使土體中的孔隙水壓力減小，從而增大有效應(yīng)力，促進(jìn)地基固結(jié)。適用于地下水位接近地面而開挖深度不大的工程，特別適用于飽和粉、細(xì)砂地基。

（6）電滲排水法 在土中插入金屬電極并通以直流電，由于直流電場(chǎng)作用，土中的水從陽極流向陰極，然后將水從陰極排除，而不讓水在陽極附近補(bǔ)充，借助電滲作用可逐漸排除土中水。在工程上常利用它降低粘性土中的含水量或降低地下水位來提高地基承載力或邊坡的穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)：

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