軟土地基處理技術(shù)在巖土工程中的應(yīng)用

張洪樂

徐州中礦巖土技術(shù)股份有限公司 江蘇 徐州 221000

引言

隨著各種建設(shè)項目的不斷增多，巖土工程也越來越多，在整體的巖土工程施工中，地基施工可以說是重中之重，但是在我國沿海及近水區(qū)域的巖土工程施工中，經(jīng)常會遇到軟土地基，從而對巖土工程地基施工出了挑戰(zhàn)，由于軟土地基具有多種不良地質(zhì)特點，在得不到有效處理的情況下，就會對巖土工程地基施工質(zhì)量造成嚴重負面影響，合理分析軟土地基的構(gòu)成和特征以及施工難點，探討換填法、攪拌樁等各種軟土地基處理技術(shù)在軟基施工中的實際應(yīng)用，有助于巖土工程整體質(zhì)量的提升。

1 軟土地基特質(zhì)和技術(shù)應(yīng)用的困難

1.1 軟土地基構(gòu)成

軟土地基的形成是因為工程施工所遇地層含有大量黏土或淤泥，工程所在地靠近河流湖泊或海邊，這些區(qū)域土體含有大量水分，是導(dǎo)致軟土地基出現(xiàn)的最大原因，這類區(qū)域土體中含有很多細沙，這也導(dǎo)致一旦工程施工遭遇這類土體，土體滲透性和抗剪力等就會成為不利因素，如果施工段土體有機物含量較大，即使土層沉降盡量做了到位處理，仍然有不利因素導(dǎo)致土層結(jié)構(gòu)不穩(wěn)，給地基質(zhì)量帶來負面影響。

1.2 軟土地基特征

通過科學判定地基土體土粒孔隙度能對土質(zhì)軟基做出有效確認，一般來說，如果測定土體含水量高，土粒天然孔隙比大于1，壓縮系數(shù)大于0.5MPa-1，這種土體即可稱為軟土地基，這種地基一旦有外力對其施加影響，極易導(dǎo)致形變發(fā)生，它吸水能力超強，如果外界有水分向其滲透，它全盤接受并膨脹自身體積，一旦施工時處理不當，誘發(fā)安全事故的概率相當高，質(zhì)量問題也會接踵而來[1]。

①含水量高：正常軟土土體含水量應(yīng)該是34%到72%之間，但是淤泥含水量數(shù)值不在這個范圍，它的數(shù)值更高，給工程施工造成的負面影響更多，淤泥土體施工的壓縮處理更難，且不能保證穩(wěn)定性，對此處理不當?shù)牡鼗挥袠O差的抗壓能力，不能承受較大的地基建筑承載負荷，根本無法保障工程質(zhì)量；②可壓縮空間較大：因為這類土體水分含量大，較強外力擠壓施加到土體時，其性狀變化很快，由此提高了壓縮難度，這種情況在沿海地區(qū)的建筑工程中非常常見，常會導(dǎo)致因地基沉降過大引起的建筑物傾斜以致坍塌等事故，造成巨大的生命財產(chǎn)損失，工程進度和整體質(zhì)量深受其害；③容易產(chǎn)生氣泡：這類土體有機物含量很高，一旦遇到適宜條件就會出現(xiàn)化學反應(yīng)，生出大量氣泡，這種情況發(fā)生在地基當中就會產(chǎn)生較大危害，土體環(huán)境變化會帶來氣泡破裂揮發(fā)，嚴重危及地基整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性；④強流變性：軟土土質(zhì)強流變性是其主要特質(zhì)，它對地基的整體危害性表現(xiàn)在抗剪性和塑性方面，即使上面沒有建筑物對其施加承載壓力，自然條件下它也會下沉，在這種地基上搞建設(shè)，其安全穩(wěn)定性根本無法保障；⑤土質(zhì)松軟：軟土極其松軟的土質(zhì)的一大表現(xiàn)就是很大的土體縫隙，給工程施工帶來很大的作業(yè)難度，松軟土質(zhì)沒有多大黏性，遇到外力擠壓性狀就變，給工程整體結(jié)構(gòu)帶來影響；⑥容易受影響：該類土體遇到外力就會出現(xiàn)結(jié)構(gòu)的整體性變化，自身不再具備穩(wěn)定性，極易形變，而建筑工程最基本的就是地基基礎(chǔ)，地基上面的建筑物會給地基帶來經(jīng)年累月的壓力負荷，要求地基具備超強的結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定性，地基萬一有結(jié)構(gòu)變化，建筑物整體結(jié)構(gòu)也會隨之變化，地基受到來自建筑物的壓力平衡狀態(tài)被打破，傾斜和倒塌事故就在所難免。

1.3 軟土地基的危害

軟土地基的壓縮性非常強且含水率較高，遇到外界水體會因吸附增大自身含水量。工程的初期施工與荷載會對其產(chǎn)生外力作用，這種應(yīng)力作用會改變軟土地基的孔隙分布狀況，即使完成了地基的整體施工，遭遇外力的情況下仍然會嚴重危及它的整體結(jié)構(gòu)，軟土地基體積會變小，從而整體出現(xiàn)不正常沉降產(chǎn)生裂縫，破壞地基整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。由于這類土體極其松軟，施工完畢必須盡快實施沉降處理，否則極易導(dǎo)致坍塌，危及工程的整體質(zhì)量[2]。

2 軟土地基處理技術(shù)在巖土工程中的應(yīng)用

2.1 填換法

這一軟基處理方法通常需要對軟土地基進行開挖，換成具有一定強度的砂石墊層，從而使其達到確保基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)強度的目的，在此基礎(chǔ)上采取合理技術(shù)措施換填地基軟土，這種技術(shù)的優(yōu)勢在于能使地基穩(wěn)固性得到提升，原因是由于對地基墊層進行了換土鋪墊，再施以反復(fù)夯實，外力作用提高了軟土地基的結(jié)實程度，穩(wěn)定性得到保障，從而加強了地基的整體穩(wěn)固性。換填作業(yè)會用到大量碎石或細沙，這些材料有較大密度，且具備極高的抗壓強度，把它們用于換填材料其處理技術(shù)簡便易行且效果良好，因此換填法的應(yīng)用范圍最廣。

2.2 強夯法

強夯法是通過對軟土地基結(jié)構(gòu)給予重錘沖擊，需要給重錘設(shè)置出符合技術(shù)標準的高度，其自由下落時才會帶來預(yù)期的重力沖擊，從而達到控制軟土地基土體壓縮性的目的，給地基在強度和穩(wěn)固性方面提供有力保障，后續(xù)作業(yè)才能展開。強夯前軟土地基的表面須充分濕潤，能增強夯實作業(yè)的加固效果[3]。

2.3 攪拌樁技術(shù)

這種技術(shù)多用于建筑工程，它有兩種主要形式，即水泥和石灰攪拌樁，無論哪種技術(shù)類型都可使地基很好地提高穩(wěn)定性，但是區(qū)別還是有的，石灰樁在比較干燥的軟土地基中應(yīng)用較多，它有很強的水分吸附能力，而且吸水之后會再度凝結(jié)，最終成樁。石灰樁技術(shù)應(yīng)用的注意事項有：①從軟土地基實際出發(fā)對石灰使用規(guī)格和比例進行控制；②對施工所在地進行技術(shù)勘測，得到準確作業(yè)參數(shù)，確保最大限度發(fā)揮石灰樁的技術(shù)優(yōu)勢。攪拌樁軟基處理技術(shù)在實際項目運用中攪拌軸數(shù)量要根據(jù)巖土結(jié)構(gòu)特點選擇，常見的有單軸、雙軸、三軸、五軸等。

水泥樁在深層軟土地基中應(yīng)用較多，水泥攪拌使用的材料必須由實驗室技術(shù)人員對材料配比進行嚴格的反復(fù)測試，確保材料性能質(zhì)量。它的使用注意事項有：①對現(xiàn)場進行實地勘察，對水泥攪拌樁成樁周期，材料配比等重要參數(shù)進行測定，依據(jù)現(xiàn)場勘測參數(shù)落實成樁作業(yè)，達到地基質(zhì)量提升的目的；②成樁作業(yè)開始之前必須對作業(yè)區(qū)域進行清理。將其中的石塊、雜物清理出去，促進水泥攪拌樁技術(shù)發(fā)揮最大功效[4]。

2.4 鋼管樁技術(shù)

鋼管樁技術(shù)采用的適用鋼管型號主要分兩種：①Φ130mm的成孔直徑，89mm的內(nèi)插直徑，Q235型無縫鋼管，樁體長度每米水泥用量大于等于65kg；②Φ180mm的成孔直徑，108mm的內(nèi)插直徑，Q235型無縫鋼管，樁體長度每米水泥用量大于等于80kg。操作過程中須注意，以對口焊接的作業(yè)方式連接鋼管，鋼筋以焊接方式固定連接，須保證大于等于150mm的焊接長度，鋼管樁成樁作業(yè)方式以孔口返漿和孔底注漿為主，作業(yè)過程要密切監(jiān)視，一旦有漿液出現(xiàn)下沉跡象須立即補充注漿，確保鋼管內(nèi)外充滿注漿，作業(yè)效果須保證注漿均勻，樁體強度達到技術(shù)標準，起到地基加固的作用。

2.5 土工合成材料處理技術(shù)

前期準備工作：第一，對軟土地基進行有機物降低含量處理，以有機物在土體中的含量不對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生腐蝕為宜；第二，對地基土體進行含水量降低處理，使其達到技術(shù)標準允許范圍內(nèi)為止：第三，向地基土體中添加土工合成材料。這種技術(shù)的優(yōu)勢在于保護地基中的土體在受力方面的力學性能，提高工程施工安全穩(wěn)定性[5]。施工方案設(shè)計如下：

①土工膜防水防滲性能優(yōu)越。土工織物混合瀝青，瀝青起到浸潤和黏結(jié)的作用，這個產(chǎn)品就是瀝青土工膜，把它向地基土體注入并混合均勻，土體得到加固，地基的承載能力也進一步提高；②這種技術(shù)對土工格柵用量很大，這種產(chǎn)品性能和作用都很獨特，當工程出現(xiàn)復(fù)合材料或加筋土結(jié)構(gòu)時，土工格柵都可作筋材使用，若土工格柵的材質(zhì)是玻璃纖維，這種材質(zhì)強度很高，把它和自黏感壓膠共同用瀝青對其表面進行浸漬處理，互相緊密貼合后注入地基土體，可極大提升其承載能力。再以土石料向土工格柵填入，料體和網(wǎng)格互相鎖住，土體和玻璃纖維之間摩擦系數(shù)增大，土工格柵抗拔能力進一步加強，二者產(chǎn)生很強咬合摩擦力，地基質(zhì)量因此得到加強。

2.6 DDC灰土擠密處理技術(shù)

這種技術(shù)的設(shè)計原理是：利用DDC灰土擠密處理技術(shù)向軟土地基注入灰土，使地基具備混凝土性質(zhì)，從而形成較強承載能力，再施加夯實作業(yè)，把地基土體孔隙率壓縮到最低，實現(xiàn)這種技術(shù)的設(shè)計途徑是：利用合理算法計算力學性能在DDC灰土擠密處理技術(shù)中的數(shù)據(jù)，同步分析影響地基承載能力各種因素的參數(shù)，以螺旋鉆機開始鉆孔作業(yè)，再把灰土注入地基夯實，最后成樁，盡量把樁體體積擴展到最大限度，地基具備混凝土性質(zhì)，承載能力得到顯著提高。

利用這種技術(shù)處理過的軟土地基，承載能力提高也就意味著其整體的受力情況得到顯著改善，地基質(zhì)量有了保障，安全穩(wěn)定性更加可靠，對軟土地基進行承載能力的計算需要在土體抗剪力基礎(chǔ)上實施，只要得到了抗剪力的計算數(shù)據(jù)，分析地基承載能力就會水到渠成[6]。

2.7 預(yù)應(yīng)力管樁處理技術(shù)

這種技術(shù)的設(shè)計原理是：把預(yù)應(yīng)力管樁壓入軟土地基，對軟土地基抗剪力的提升很有幫助，設(shè)計施工方案時先以有限元3D模型展開地基承載能力分析，把分析結(jié)論建成模型，分析設(shè)計如何處理預(yù)應(yīng)力管樁，得到作業(yè)所需的參考數(shù)據(jù)。預(yù)應(yīng)力管樁施工流程如下：第一，勘測作業(yè)現(xiàn)場，分析當前地基承載能力實況，得出地基力學性能相關(guān)數(shù)據(jù)，以此為據(jù)對預(yù)應(yīng)力管樁位置進行確定，構(gòu)建分析模型，分析地基抗剪力和承載能力，力求結(jié)論精確；第二，埋設(shè)預(yù)應(yīng)力管樁，結(jié)合力學性能數(shù)據(jù)設(shè)計合理施工方案，保證管樁在實施混凝土澆筑作業(yè)后達到最佳承載能力；第三，設(shè)計開挖基坑施工方案，邊開挖邊采用這種技術(shù)予以加固，構(gòu)建并分析基坑模型，得出地基承載能力的具體情況，分析開挖作業(yè)給承載能力帶來的變化，分析基坑開挖帶來的荷載如何影響地基承載能力[7]。

3 結(jié)束語

隨著各個領(lǐng)域的不斷繁榮發(fā)展，當前的巖土工程數(shù)量持續(xù)增多，因此在巖土工程地基施工作業(yè)中遇到軟土地基的概率也有了大幅度提高，雖說我國已經(jīng)擁有多種軟土地基處理技術(shù)，施工工藝方法也越來越完善，但是見于軟土地基的施工難點比較多，所以我們還需要不斷加強軟土地基處理技術(shù)與技術(shù)應(yīng)用研究，以便進一步的提高軟土地基處理能力，為構(gòu)建優(yōu)質(zhì)巖土工程奠定基礎(chǔ)。