关于大面积深厚层软土地基处理的研究

李　斌

摘要：文章以对软土地基处理措施的理论研究及多个软土工程项目的实践为依据，以具体工程的处理为背景对现行工程中几种常见的软土处理措施作了相关阐述，谨供参考。

关键词：大面积深厚层软土地基；地基处理；地基条件；工程费用；机具来源

中图分类号：TU447文献标识码：A文章编号：1009-2374（2009）09-0156-02

一、工程概况

本工程位于福建省福清市境内，为国家二级铁路工程，目前处于施工设计阶段，其重点路基工程为软土路基等。正线软土路基控制工后沉降不大于30cm；集装箱装卸线软基控制工后沉降不大于20cm；其余货物线及场坪软基控制工后沉降不大于50cm。

本线软土均分布于海积平原区，层厚0～23米不等，主要物理力学性质指标：③淤泥或淤泥质黏土：基本承载力σ0=40～50KPa，天然容重γ＝16.3g/cm3，内聚力C＝3.5KPa～6.0KPa，内摩擦角φ＝2.5°～4.0°，固结不排水剪φcu=12°～15°，压缩模量Es＝1.5MPa～2.0MPa，垂直固结系数Cv=1.9～4.3×10-3cm2/s，水平固结系数Ch＝1.6～3.1×10-3cm2/s，有机质含量=4%～8%，搅拌桩桩周极限摩阻力fi＝6.2KPa～8.5KPa。

二、根据地质条件不同进行地基分区处理及处理方案的优选

现行工程项目施工中对软土地基的处理措施大致可以分为以下几种：

1．换填法：其是指将路基范围内的软土挖除，用稳定性好的土、石进行回填。当软土距地面近，厚度较薄，甚至地面上有鱼塘、虾池或稻田，往往表面有腐泥，可直接将这些腐泥、软土挖掉，换填以优质砂砾或适宜的选料，以彻底消除其隐患。对于清除表层腐泥时，可采用高压水泵直接将泥浆抽掉，当地面凉晒干后，再铺筑路基土，其按排淤方式可分为开挖换填法、抛石挤淤法和爆破排淤法3种。

2．土工格栅加强法：采用编织式土工布和土工格栅，铺设于软基表面，可单独使用，也可以联合使用，更多的是在深层处理后铺设，在地面先填以厚约30cm中粗砂，以增加土工格栅和土工积物摩阻力，可充分发挥它们调整应力的作用，一般在铺设时采用张拉施工，并将两端锚固为佳。

3．排水固结法：其包含排水系统（塑料排水板）与加压系统（堆载预压法），该法是先对地基设置竖向排水体，然后利用对地基进行加载预压，使土体中的孔隙水排出，逐渐固结，地基发生沉降，同时强度逐步提高的方法。

设置排水系统主要在于改变地基原有的排水边界，增加孔隙排水的途径，缩短排水距离。塑料排水板作为垂直排水通道，其滤水性好，可确保排水效果；还有一定的强度和延伸率，可适应地基变形的能力强；插放时地基扰动小，施工方便。有了排水系统后就要有相应的加压系统，有了压力差，水才会排除去，地基才能得到固结。加压系统的原理是通过在土基上堆载一定的附加荷载，使软弱地基的空隙水逐渐得到排除，以达到重新固结，增加软土的密实度，从而提高地基的承载能力，软基的加固效果实在，消除工后沉降的作用明显，当工后沉降仍不满足要求时，还可采用等载或超载预压的办法，只要保证有足够的预压期，便可不用或少用其他附加的排水固结措施，从而节省大量的工程处理费用。

从施工和经济角度考虑，插塑料排水板和堆载可以同时施工，易于大面积地基处理，且技术可靠、工艺简单，对地层的扰动较小，用塑料排水板堆载预压法处理软弱土层，应根据地质资料进行计算：填土高度2.5m≤h≤4m时，等载预压厚度一般为0.25m～1.0m，超载预压厚度一般为0.32m～1.5m；塑料排水板长12m～15m，间距1.2m。应在处理区场地整平后，在滩涂面上铺设一层土工布和0.8m厚的碎石垫层，再插打排水板。排水板采用SPB—IB型标准排水板，宽度100mm，厚度为4mm，呈梅花形布置，间距1.2m。排水板的深度应穿透淤泥层的底面，堆载高度取2m，但该方法施工周期较长。

4．真空预压法：其原理是在需要加固的软土地基的地表上设置密封装置，抽出密封膜内的地下水及空气后形成从地表下一定范围内的真空度，在大气压力作用下使该范围内的软土层得到排水沉降后固结，取得真空预压的效果，在密封膜上再加填土堆载，该地基将在真空预压及堆载预压的双重作用下加快固结。

具体是在地基的表面先铺设砂垫层，然后埋设垂直排水通道（袋装砂井或塑料板排水井），再在砂垫层面铺设一封闭薄膜使其与大气隔绝，薄膜四周埋人土中，通过砂垫层内埋设吸水管道，用真空装置进行抽气，使其形成真空，当抽真空时，在砂垫层、垂直排水通道先后形成压差，在此压差作用下，土体中的孔隙水不断由排水通道排出，从而使土体固结，同时利用高速公路自身修筑的路堤路基，在砂垫层上再分层铺筑路基，该部分堆载预压结合真空预压对加速软粘土的排水固结，减小工后沉降起到积极作用。由于真空度产生的土体内的负压力使路堤向内侧收缩变形与堆载产生的正压力使路堤向外侧挤出变形正好相互抵消，从而使路堤保持相对稳定，与一般的超载预压相比，其工序减少了超载土方的填土和卸土工作。

施工要求：（1）待真空度达到设计要求后，及时填筑路堤，使真空与堆载联合作用，形成超载。抽真空完成后应严密监控路基水平位移和空隙水压力的变化，防止路堤失稳；（2）在路堤的逐层填筑施工时，填筑第一层填土时要十分小心，密封膜和膜上的保护层不能弄破。第一层填粘土，压实后厚度30cm左右；铺完碾压仔细检查确认不漏气后，一面抽气，一面正常填筑路基；（3）抽真空与堆载形成联合作用，当膜下真空度稳定在80KPa、填土厚度超过4m或真空卸除后，沉降速度控制在竖向位移<10mm/d，水平位移5mm/d。当连续4昼夜实测地面沉降小于2mm/d，或地基固结度已达到设计要求85%时，经验收即可终止预压、停泵、卸载，卸载24h后测量地表回弹。

5．水泥搅拌桩加固法：其特点是可以最大限度利用原土，较大地提高地基土强度、增大变形模量，施工质量易于控制。搅拌桩直径500mm，间距1200mm×1200mm，正方形布置，桩长12mm～15m，用32.5R硅酸盐水泥，桩体水泥掺量12%，水泥用量约45kg/m，要求水泥土桩体90天后无侧限抗压强度≥0.8MPa。

施工要求：（1）搅拌桩施工前应根据设计进行工艺性试桩，确定满足设计的各项工艺参数，如钻进下沉速度、钻杆提升速度、搅拌转速等，试桩数量不得少于2根；（2）施工中应保持搅拌桩机底盘的水平和导向架的竖直，搅拌桩的垂直偏差不得超过1，桩位偏差不得大于50mm；成桩直径和桩长不得小于设计值；（3）对桩身上部1/2～1/3桩长且不小于5m范围，应采用复搅措施，将此范围内的水泥浆分两次喷人，使搅拌效果达到最佳。

6．复合地基法：其可以分为两种，一种是碎石桩，它是利用振冲器，在高压水流下边冲边振在软土中成孔，并分段在孔内充填碎石形成碎石桩柱体，与挤密土体成为复合地基；另一种是粉喷桩、旋喷桩：它是用水泥（石灰或粉煤灰等）作为固化剂，通过深层搅拌机械，在地下深层将水泥等浆液或粉体经搅拌后通过化学和物理作用形成的桩体。并与桩周的加强土体形成复合地基，以增加地基承载力、压缩模量和抗剪力，可承担外部较大的荷载，其具有施工速度快、加固深度大、效果好、对周围环境污染少等特点。

为了保证桩基质量，在施工前应做好地质勘探并取出当地土样，做室内最佳配合比试验，以确定合理固化剂掺人量，在施工时要保证桩基位置、数量、长度，以及材料质量和用量、搅拌次数和冲振情况，同时还要作取芯检查或其他测试的手段如触探、荷载试验以了解其加固效果。

结合上述几种软土地基处理措施的适用范围，分析上述工程具体的地质条件，发现此工程场地普遍存在0m～23m不等的淤泥或淤泥质黏土，如不进行预处理，势必产生较大的沉陷，设计中针对各个地块不同的使用要求将采用不同的处理办法，因地制宜，当路基沉降或稳定不能满足要求时，应进行基底处理，一般地段软土路基采用挖除换填普通土、中粗砂（或砂夹碎石）垫层和土工格栅相结合以及打插塑板排水固结结合真空预压等处理措施；当软土较厚、填方较高无法满足稳定及沉降要求时应用水泥搅拌桩加固。

由于港区正线及集装箱装卸线下基底软土较厚，排水固结法无法满足铁路路基稳定和沉降要求，必须采用水泥土搅拌桩复合地基处理，集装箱装卸场地基采用真空—堆载联合预压，大型货场地基处理采用堆载预压结合强夯处理，其余预留场地仅采用插塑板排水固结处理。

三、结语

软土地基有极大的危害性，如果不处理或处理不当，就会造成地基失稳，使构造物沉降过大或不均匀沉降，对构造物造成不同程度的危害，各种地基处理方法都有它的适用范围、局限性和优缺点，加之此工程情况复杂、工程地质条件千变万化、各个工程间地基条件差别很大，具体工程对地基的要求也不同，而且机具材料等条件也会因工作部门不同、地区不同而有较大的差别。

因此，对每一个工程都要进行具体细致分析，应从地基条件、处理要求、工程费用以及材料、机具来源等各方面进行综合考虑，以确定合适的地基处理方法。在确定地基处理方法时，可根据工程具体情况，对几种地基处理方法进行技术、经济以及施工进度等比较。

参考文献

[1]铁路特殊路基设计规范（TB10035-2006）[S]．北京：中国铁道出版社，2008．

[2]公路路基施工技术规范（JTJO33-95）[S]．北京：人民交通出版社，1995．

[3]叶书麟．地基处理工程实例应用手册[M]．北京：中国建筑工业出版社，1998．

[4]赵维炳，唐彤芝，等．控制工后沉降处理深厚软土地基[M]．北京：人民交通出版社，2006．

作者简介：李斌（1978－），男，福建松溪人，供职于工程师福建铁四院勘察设计研究院有限公司，研究方向：铁路特殊路基处理设计。