軟土地基處理技術(shù)在建筑工程施工中的應(yīng)用

董永祺 山西四建集團(tuán)有限公司

1 前言

在我國(guó)建筑用地資源不斷縮減的當(dāng)下，建筑工程建設(shè)過(guò)程中，遭遇復(fù)雜地質(zhì)條件的概率也越來(lái)越高。軟土便是建筑工程經(jīng)常遇到的一種復(fù)雜地層，為保障地基承載力，必須做好軟土地基處理工作。現(xiàn)階段來(lái)說(shuō)，建筑工程領(lǐng)域的軟土地基處理方法諸多，不同的軟土地基處理方法，優(yōu)缺點(diǎn)不同，適用范圍也不同。在建筑工程實(shí)際施工中，應(yīng)綜合考慮多方面的因素，選擇合適的軟土地基處理方法，以確保軟土地基處理效果。

2 軟土地基及其特點(diǎn)

軟土指的是以水下沉積的淤泥或者是軟弱粘性土為主的地層。軟土主要包括軟黏土、淤泥質(zhì)土、淤泥等類型。軟土地基指的是在緩慢水流或者是靜水環(huán)境下經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間沉積而形成的飽和粘性土，且往往夾雜著貝殼、生物殘骸以及泥炭。軟土地基的特點(diǎn)包括：第一，天然含水量較大。軟土的天然含水量通常在35%以上，接近液限，甚至大于液限；第二，天然孔隙比較大。軟土的天然孔隙比通常在1 以上，處于1.0～2.0 的范圍內(nèi)；第三，透水性較差。透水性較差是軟土的一個(gè)主要特征，軟土的有機(jī)質(zhì)含量、粘粒含量、液限越大，則其透水系數(shù)通常也就越小，內(nèi)部滲水條件不佳，不利于地基排水；第四，抗剪強(qiáng)度較低。在排水剪切的條件下，隨著固結(jié)軟土的增加，軟土的抗剪強(qiáng)度也會(huì)加大。在不排水剪切的條件下，內(nèi)摩擦角接近零，而內(nèi)摩擦剪應(yīng)力通常在19.92kPa 以下；第五，壓縮性較高。因?yàn)樘烊豢紫侗容^大，因此軟土土粒間的連接結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差，呈高壓縮性，且伴隨液限的上升，壓縮性也會(huì)增加；第六，蠕動(dòng)性與觸變性較大。在未受到破壞之前，軟土結(jié)構(gòu)有著一定的強(qiáng)度，但在受到擾動(dòng)之后，其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度便會(huì)迅速下降，但隨著靜置時(shí)間的延長(zhǎng)，軟土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度也會(huì)逐漸恢復(fù)。

3 建筑工程領(lǐng)域常用的軟土地基處理技術(shù)

3.1 排水固結(jié)技術(shù)

在建筑工程施工過(guò)程中，軟土地基本身具有的蠕變性、外部施加的荷載，會(huì)給其穩(wěn)定性造成嚴(yán)重影響，進(jìn)而影響上層建筑物的穩(wěn)定性，甚至埋下安全隱患。針對(duì)天然含水量較高的軟土地基，可采取排水固結(jié)技術(shù)進(jìn)行處理，將其中的水分排出，從而實(shí)現(xiàn)其承載力的提高。實(shí)際應(yīng)用排水固結(jié)技術(shù)時(shí)，應(yīng)在軟土地基中安裝排水系統(tǒng)，即設(shè)置縱向排水管，借助上部建筑結(jié)構(gòu)的壓力，來(lái)充分排除軟土地基中的多余水分。排水固結(jié)技術(shù)主要包括降水預(yù)壓、真空排水預(yù)壓以及沙井堆載頂壓三種不同的方式。降水預(yù)壓指的是，采取有效的技術(shù)手段，使地下水位得到降低，從而使軟土中的水分間接減少；真空排水預(yù)壓指的是，對(duì)軟土地基的土層進(jìn)行加固后，再堆放砂層，并使用真空泵進(jìn)行抽氣，實(shí)現(xiàn)軟土的固結(jié)；沙井堆載頂壓指的是，借助軟土中的沙土，制作沙井，實(shí)現(xiàn)軟土排水性能的提升。堆載預(yù)壓技術(shù)是一種常用的排水固結(jié)技術(shù)，實(shí)際施工過(guò)程中，應(yīng)充分考慮建筑工程的實(shí)際情況，合理確定堆載預(yù)壓技術(shù)的工藝流程。軟土地基處理中，采取堆載預(yù)壓技術(shù)，可增加沉降空間，實(shí)現(xiàn)土壤密實(shí)度的提升。實(shí)際應(yīng)用堆載預(yù)壓技術(shù)的過(guò)程中，僅需要設(shè)置豎向排水管道、橫向加速排水管道即可。豎直管道工程是比較常用的，可以避免土體過(guò)度壓縮現(xiàn)象的發(fā)生，又能提高土質(zhì)的均勻性、飽和度。建筑工程施工過(guò)程中，在軟土地基處理中采用堆載預(yù)壓技術(shù)的時(shí)候，需要使用塑料排水板或者是袋裝的砂井，將防滲膜放置在砂結(jié)構(gòu)中，便可以提高土壤間隙質(zhì)量，保障軟土地基的加固效果。但需要注意，堆載預(yù)壓技術(shù)的技術(shù)流程比較復(fù)雜，成本較高，在實(shí)際使用過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)建筑工程的實(shí)際情況進(jìn)行合理選擇。

3.2 強(qiáng)夯加固技術(shù)

強(qiáng)夯法是建筑工程領(lǐng)域中比較常用的一種軟土地基處理技術(shù)，其主要是使重物從高處落下，并借助其重力作用，將軟土地基夯實(shí)，可實(shí)現(xiàn)土體強(qiáng)度的增加，還可避免土地壓縮現(xiàn)象的發(fā)生，確保地基的均勻度達(dá)標(biāo)。強(qiáng)夯法包括強(qiáng)夯擠密法、強(qiáng)夯置換法兩種類型。強(qiáng)夯擠密法適用于塑性指數(shù)在10以下的軟土。強(qiáng)夯置換法適用于厚度在6m 以下的軟黏土層。采用強(qiáng)夯置換法對(duì)軟土地基進(jìn)行處理的時(shí)候，需一邊填碎石一邊夯實(shí)，形成一個(gè)直徑2m、深度3m～6m左右的碎石樁體，其與周圍土體共同構(gòu)成了復(fù)合地基，可實(shí)現(xiàn)地基承載力的提高。

圖1 強(qiáng)夯加固施工圖

3.3 攪拌樁技術(shù)

攪拌樁技術(shù)也是軟土地基處理中的常用技術(shù)之一。攪拌樁包括石灰攪拌樁、水泥攪拌樁兩種類型。石灰攪拌樁適用于比較干燥的軟土地基，其中含有石灰，可有效吸取軟土中存在的水分，同時(shí)在吸取水分之后，石灰也會(huì)發(fā)生凝結(jié)，實(shí)現(xiàn)攪拌樁的進(jìn)一步加固。在實(shí)際采用石灰攪拌樁對(duì)軟土地基進(jìn)行處理的時(shí)候，應(yīng)根據(jù)軟土地基的實(shí)際情況，合理確定石灰的規(guī)格、用量。水泥攪拌樁適用于深層軟土，為確保水泥攪拌樁的使用效果，在施工前需進(jìn)行試驗(yàn)。同時(shí)，也要充分考慮軟土地基的實(shí)際情況，合理確定水泥的用量、水泥攪拌樁的周期。軟土地基處理中對(duì)攪拌樁技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用的時(shí)候，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)實(shí)際情況的調(diào)查，掌握軟土地基的各項(xiàng)參數(shù)，對(duì)石灰攪拌樁、水泥攪拌樁進(jìn)行合理選擇。

3.4 換土墊層技術(shù)

換土墊層技術(shù)是將基礎(chǔ)下一定深度內(nèi)的軟弱土層部分或者是全部挖掉，并回填強(qiáng)度較高的灰土、碎石、砂，然后夯實(shí)。換土墊層技術(shù)對(duì)地質(zhì)條件有著一定的要求，如果建筑工程所在區(qū)域的地質(zhì)層較薄，則可采取換土墊層技術(shù)對(duì)地基進(jìn)行處理。其原理為，使用壓縮能力較強(qiáng)、抗腐蝕性能較好、強(qiáng)度大、密度高的灰土、碎石、礦渣等材料來(lái)替代原有的軟土地基，增強(qiáng)地基的綜合性能。根據(jù)所使用材料的不同，可將換土墊層法分為粉煤灰墊層、干渣墊層、碎石墊層、砂墊層、土墊層等不同的類型。其中，粉煤灰墊層又可以分為調(diào)濕灰墊層、濕排灰墊層；干渣墊層又可以分為原狀干渣墊層、混合干渣墊層、分級(jí)干渣墊層。一般情況下，換土墊層技術(shù)實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，換填的高度為2m～3m左右。因此換土墊層技術(shù)適用于開(kāi)挖土方較大、基坑面積寬大的工程，適用于雜填土、素填土、淺層非飽和軟弱土層的處理。換土墊層技術(shù)具有效果好、施工簡(jiǎn)單的優(yōu)勢(shì)，但其成本較高，為確保經(jīng)濟(jì)合理性，最好就地取材、就近取材。軟土地基處理中對(duì)換土墊層技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用的時(shí)候，應(yīng)保持坑邊的穩(wěn)定性，填料過(guò)程中應(yīng)當(dāng)分層夯實(shí)，并要確保填料的質(zhì)量；換土墊層技術(shù)實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，可采取墊層、拋石擠淤、換填、強(qiáng)夯擠淤等方法進(jìn)行加固，并使用重錘夯實(shí)、平板振動(dòng)、機(jī)械碾壓等加固施工方法。換土墊層技術(shù)的常見(jiàn)方法包括換填法、砂礫墊層。換填法適用于厚度不大于2m的軟土地基，其主要采用碎石、砂礫等滲水性材料來(lái)置換填土，能夠?qū)崿F(xiàn)軟土壓縮性的降低、抗剪強(qiáng)度的上升，從而增強(qiáng)地基的承載力。砂礫墊層指的是，借助砂礫墊層，在基底、填土之間設(shè)置一個(gè)平面，在填土荷載作用下，地基中的孔隙水被迅速排出，地基固結(jié)速度加快，實(shí)現(xiàn)了地基承載力的提高。但實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，需對(duì)填土速度進(jìn)行合理控制，填料選擇時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選擇最大粒徑在5cm以下的天然級(jí)配砂礫，或者是含泥量不超過(guò)5%的潔凈中粗沙。軟弱土層較薄、建筑物載荷較小的情況下，采用換土墊層技術(shù)進(jìn)行軟土地基處理，可得到理想的效果。

4 實(shí)例分析

某建筑工程項(xiàng)目，為辦公樓，高度為97.5m，總占地面積12349.523m2。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘查發(fā)現(xiàn)，其地層結(jié)構(gòu)共有5 個(gè)：第1 層填土，為粉性土，不均勻，部分較厚；第2 層粉土，顏色為黃褐色，韌性、強(qiáng)度較低，中等壓縮程度；第3層為砂質(zhì)粉土，中等壓縮程度，搖振速度相對(duì)較快，在現(xiàn)場(chǎng)比較普遍；第4 層為粘土，含有粉性土，較均勻，高等壓縮程度，顏色為灰色；第5 層為粘土，多分散于河道沉積區(qū)域，顏色為灰色。根據(jù)鉆孔對(duì)基礎(chǔ)地質(zhì)條件進(jìn)行分析，受到大氣降水、地下水、潮汐等多種因素的影響，含水層中的水量比較豐富。針對(duì)軟土地基，施工單位先用BIM 技術(shù)建立了軟土地基數(shù)據(jù)模型，并采取堆載預(yù)壓技術(shù)對(duì)軟土地基進(jìn)行處理，對(duì)土層斷面結(jié)構(gòu)的模型進(jìn)行分析，最終判定土壤的地質(zhì)數(shù)據(jù)。經(jīng)BIM 分析發(fā)現(xiàn)，采取堆載預(yù)壓技術(shù)對(duì)軟土地基進(jìn)行處理，可取得理想效果，有效提高建筑物的穩(wěn)固性。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，軟土地基具有天然含水量較大、天然孔隙比較大、透水性較差、抗剪強(qiáng)度較低、壓縮性較高、蠕動(dòng)性與觸變性較大等特征。建筑工程施工中，針對(duì)軟土地基，可采取排水固結(jié)技術(shù)、強(qiáng)夯加固技術(shù)、攪拌樁技術(shù)、換土墊層技術(shù)等進(jìn)行處理。在對(duì)軟土地基處理技術(shù)進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)建筑工程實(shí)際情況，考慮經(jīng)濟(jì)、施工方便、安全性、技術(shù)難度等因素，選擇合適的軟土地基處理技術(shù)，在確保軟土地基處理效果的基礎(chǔ)上，確保施工的經(jīng)濟(jì)性、安全性、可行性。