軟土地基工程特性與地基處理方法適用性討論

李京朋 梁斌

摘 要：軟土的工程特性和地基處理技術(shù)一直是巖土工程領(lǐng)域研究的主要課題之一，筆者在對(duì)軟土地基工程特性歸納分析的基礎(chǔ)上，對(duì)目前廣泛使用的各種軟土地基處理方法的特點(diǎn)及適用范圍進(jìn)行了分析討論。

關(guān)鍵詞：軟土；地基；地基處理

1.軟土地基的工程特性分析

軟土是以細(xì)顆粒為主的近代沉積物，是具有抗剪強(qiáng)度低、高壓縮性、觸變性、流變性等物理力學(xué)性質(zhì)的特殊土。軟土地基就是指那些含水量比較大、承受能力比較弱的一些粘土性的地基，泛指抗剪強(qiáng)度低、壓縮性大的軟弱土層，主要為飽和軟粘土，在天然地層剖面上，它常與泥炭或粉砂交錯(cuò)沉積。一般軟土地基是以軟土為主，與粉砂、泥炭等一些其他土層相間組成的地基。軟土地基的失穩(wěn)破壞以及過(guò)大的沉降，尤其是不均勻沉降，使得建筑物不能正常使用甚至開(kāi)裂破壞的現(xiàn)象相當(dāng)普遍。

軟土地基具有以下特點(diǎn)：觸變性是軟土地基的獨(dú)特特點(diǎn)，所謂觸變性是指軟土地基在沒(méi)有受到外力作用的情況下它是固態(tài)的，當(dāng)受到外界干擾，如在軟土地基上建造房屋等，它就會(huì)發(fā)生一定的流動(dòng)；在軟土地基中，它的天然含水量比較大，所以它的透水性較差；在軟土地基中，它內(nèi)部的空隙比較大，因此壓縮系數(shù)也比較高，具有高壓縮性特點(diǎn)，這也使得軟土地基容易發(fā)生變形，在工程實(shí)踐中，有些軟土地基上地面會(huì)出現(xiàn)沉降，就是因軟土地基的高壓縮性特點(diǎn)；軟土地基中的土質(zhì)具有不均勻性特點(diǎn)，它的承受能力也有所不同，在軟土地基上建造時(shí)，地基的沉降也是不均勻的；沉降速度快，在具體的應(yīng)用過(guò)程中，軟土地基會(huì)發(fā)生一定的沉降，它的沉降速度與地基上的荷載有著密切關(guān)系，一般來(lái)說(shuō)，荷載越大，軟土地基的沉降速度也越快，它們是呈正比關(guān)系的；軟土地基土質(zhì)構(gòu)成復(fù)雜，軟土地基結(jié)構(gòu)性差，孔隙率大，軟土地基的承載力低。

2.軟土地基工程的地基處理方法

2.1排水固結(jié)法

排水固結(jié)法是在建筑物建造之前，在場(chǎng)地內(nèi)利用堆土或其他重物對(duì)地基進(jìn)行預(yù)壓，使地基在預(yù)壓荷載作用下逐漸固結(jié)壓密。其主要特點(diǎn)是理論成熟，施工設(shè)備簡(jiǎn)單，費(fèi)用低。如對(duì)于盛產(chǎn)砂料的地區(qū)，砂井排水法是首選方案。因排水固結(jié)法需要預(yù)壓荷載，且預(yù)壓時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)工期緊迫、缺乏壓載條件的工程是難以采用的。此外排水固結(jié)法只能加速固結(jié)沉降而不能減少固結(jié)沉降量，因此對(duì)沉降和不均勻沉降要求嚴(yán)格的工程必須慎重選擇。大量的實(shí)測(cè)資料表明，排水固結(jié)法的有效處理深度約為12～15m，超過(guò)這一深度，孔隙水壓力消散相當(dāng)困難和緩慢，故設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)加以考慮。當(dāng)?shù)鼗杏邢路杆畬訒r(shí)，排水速度將大大加快。動(dòng)力排水固結(jié)法是處理飽和軟粘土地基的有效方法，施工中亦可應(yīng)用。

2.2強(qiáng)夯法

強(qiáng)夯法是反復(fù)將重錘提到高處使其自由落下夯擊地基，從而使地基的強(qiáng)度提高、壓縮性得到降低的方法。強(qiáng)夯法施工設(shè)備簡(jiǎn)單，不需加固材料，費(fèi)用低、周期短。強(qiáng)夯法適用于處理碎石土、砂土、粉土、粘性土、雜填土和素填土等地基，它不僅能提高地基的強(qiáng)度、降低其壓縮性、還能改善其抗振動(dòng)液化的能力和消除土的濕陷性，所以還常用于處理可液化砂土地基和濕陷性黃土地基等。強(qiáng)夯法對(duì)于飽和度較高的粘性土，通常處理效果不顯著，尤其是淤泥和淤泥質(zhì)土地基，處理效果更差。

2.3水泥土攪拌法

水泥土攪拌法不僅可較大地提高地基土的承載力，且在加固深度內(nèi)可減少原地基沉降量的1/3至2/3，沉降較快趨于穩(wěn)定，在選擇方案時(shí)，具有明顯優(yōu)勢(shì)。與其他處理方法相比，水泥土攪拌法一般造價(jià)較高，水泥用量大。尋求經(jīng)濟(jì)合理的配方以降低工程費(fèi)用，是亟待解決的課題。水泥土攪拌法是最新軟土加固方法之一，分為噴粉法（或稱(chēng)干法）及噴漿法（或稱(chēng)濕法）兩種，這兩種方法的加固機(jī)理和設(shè)計(jì)方法相同，僅施工方法不同，因而從實(shí)用條件出發(fā)也宜分別采用。天然含水量小于30%的軟弱土層，例如雜填土及粉粒含量高的粉土、砂土宜采用噴漿法；如地基土為天然含水量大于30%、塑性指數(shù)大于l0的軟土，則宜采用噴粉法。目前，國(guó)內(nèi)有些單位已著手研究，如在水泥中摻入粉煤灰，能加固和改善軟土物理力學(xué)性能，在強(qiáng)度、壓縮性、滲透以及抗液化能力等方面都有明顯改善，既能充分發(fā)揮其材料特性，提高軟土的地基承載力，又可以充分利用固體廢棄物達(dá)到保護(hù)環(huán)境的目的。

2.4振沖碎石樁法

振動(dòng)碎石樁法是用振動(dòng)或沖擊荷載，在軟土地基中成孔，再將碎石擠密人土中，形成大直徑的樁體，并與原地基土形成復(fù)合地基，從而改善地基的工程性能。碎石樁法是在砂井基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，與砂井不同的是，碎石樁不僅具有砂井的排水固結(jié)作用，而且具有置換擠密作用，故亦稱(chēng)振沖置換法或振沖擠密法。振沖置換法適用于不排水抗剪強(qiáng)度大于20kPa的粘性土、粉土、砂土和填土地基；振沖擠密法適用于粘粒含量小于10%的松散砂土或粉土地基。對(duì)于軟土地基，由于軟土側(cè)向約束作用微弱，透水性差，高靈敏度的軟土被“擠密”破壞了原結(jié)構(gòu)，以致達(dá)不到預(yù)期的加固目的，所以采用時(shí)必須十分慎重，并進(jìn)行仔細(xì)地方案比較。

2.5土工合成材料法

因土的抗拉抗剪性能差，在土體中加筋，以筋材料為抗拉構(gòu)件，與土產(chǎn)生相互摩擦作用，限制其上下土體及土體的側(cè)向變形，等效于給土體施加了一個(gè)側(cè)壓力增量，從而增強(qiáng)土體內(nèi)部的強(qiáng)度和整體性，提高土體的抗剪強(qiáng)度。土工合成材料是以人工合成的聚化物為原料制成的各種類(lèi)型產(chǎn)品。可置于巖土或其它工程結(jié)構(gòu)內(nèi)部、表面或各種結(jié)構(gòu)層之間，具有過(guò)濾、防滲、隔離、排水、加筋和防護(hù)等多種功能，發(fā)揮加強(qiáng)、保護(hù)巖土或其它結(jié)構(gòu)功能的一種新型巖土工程材料。比如在土體中放置了筋材，構(gòu)成了土體-筋材的復(fù)合體。

2.6石灰樁法

石灰樁擠密法就是先把樁管打入土中，再拔出樁管，向樁孔內(nèi)夯填生石灰，使地基得到加固。由于生石灰的運(yùn)輸、保管都比較困難，所以涉及施工機(jī)具和施工工藝的問(wèn)題還有待進(jìn)一步解決。利用生石灰加固土體在盛產(chǎn)石灰的地區(qū)，是一種首選方法。解決石灰樁的“軟心”問(wèn)題，必須在石灰中摻人粉煤灰等其他摻人料，投入孔中的石灰必須粉碎并壓密，以提高樁身強(qiáng)度。

2.7換填法

換填法適用于淺層地基處理，包括淤泥、淤泥質(zhì)土、松散素填土、雜填土、已完成自重固結(jié)的回填土等地基處理及暗塘、暗洪、暗溝等淺層處理和低洼區(qū)域的填筑。換填法還適用于地域性特殊土的處理：用于膨脹土地基可消除地基上的脹縮作用，用于濕陷性黃土地基可消除黃土的濕陷性，用于山區(qū)地基可用于處理巖面傾斜、破碎、高低差，軟硬不勻以及巖溶與土洞等，用于季節(jié)性凍土地基可消除凍脹力和防止凍脹損壞等。換填法就是將基礎(chǔ)地面以下不太深的一定范圍內(nèi)的軟弱土層挖去，然后以質(zhì)地堅(jiān)硬、強(qiáng)度較高、性能穩(wěn)定、具有抗侵蝕性的砂、碎石、卵石、素土、灰土、煤渣、礦渣等材料分層充填，并同時(shí)以人工或機(jī)械方法分層壓、夯、振動(dòng)，使之達(dá)到要求的密實(shí)度，成為良好的人工地基。當(dāng)?shù)鼗浫跬翆虞^薄，而且上部荷載不大時(shí)，也可直接以人工或機(jī)械方法進(jìn)行表層壓、夯、振動(dòng)等密實(shí)處理，同樣可取得換填加固地基的效果。

3.結(jié)束語(yǔ)

軟土因具有含水量高、壓縮性大、透水性差和流變性強(qiáng)等工程特性，一般不能直接作為天然地基使用，需經(jīng)過(guò)加固處理以減小基礎(chǔ)在荷載作用下引起的沉降或不均勻沉降。各種地基處理方法有其各自的機(jī)理和適用范圍，在選擇處理方法時(shí)，需根據(jù)地質(zhì)條件、上部結(jié)構(gòu)類(lèi)型、使用要求、對(duì)周?chē)h(huán)境的影響、材料供應(yīng)情況、施工條件以及技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等因素做綜合考慮，做到技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、施工可能、安全適用、確保質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]JGJ83-1991，軟土地區(qū)工程地質(zhì)勘察規(guī)范[S].

作者簡(jiǎn)介：

1.李京朋，男，漢族，大學(xué)本科，助理工程師，從事巖土工程施工工作。

2.梁斌，男，漢族，大學(xué)專(zhuān)科，助理工程師，.從事巖土工程施工工作。