关于人工地基(软地基)处理方法的探讨

龙正旺

摘要：软基处理方法多种多样，其选用一定要有针对性、适用性以及高效性，要做到因地制宜、因时制宜、综合考虑、科学合理、切实可行，使工程造价经济合理、技术可靠，才能取得事半功倍的效果。软弱地基处理是一项复杂、技术性高的工作，在工程建设中具有重要的作用和地位，应不断探索，推陈出新，研制出既经济又无污染的新型材料，以强化公路质量，服务社会。本文归纳了软土地基处理方法的种类及选择，提出了软土地基处理的具体措施。

关键词：软地基；处理

一、目前公路施工中软弱地基常用的处理方法

1.深层处理

软基处理的主要方法按其原理共分为四类：排水固结；振密、挤密法；置换拌入法；加筋法。

1.1 排水固结

这是在软土地基上加压并配合内部排水，加速软土地基的排水，从而加快软土固结的处理方法，适用于处理各类淤泥、淤泥质粘土及冲填等饱和粘性土地基。

软土地基在附加荷载的作用下，使软粘土地基土体中的孔隙水排出，土体发生固结，土中孔隙体积减小，土体强度提高，使沉降提前完成或提高沉降速度，减少地基施工后的沉降和提高地基承载力。

主要加固方法有：堆载预压法、砂井法、袋装砂井、真空预压法、电渗排水法、 降低地下水位法、塑料排水板法。

預压处理：分为超载预压、等载预压和欠载预压等，其施工工期较长，超载预压的时间一般为6个月，通常与排水处理地基相结合使用。

袋装砂井：对于软土厚度大、路堤稳定、填土高的软土路基，采用袋装砂井，可增加软土竖直方向的排水能力，缩短水平方向的排水距离，加速软土的强度。砂袋灌入砂后，砂井可采用锤击法或振动法施工。该方法施工工艺复杂，费用相对较高，所用的时间较长，可采用矩形或梅花形布桩。

塑料排水板：排水原理与袋装砂井相同，由于是工厂制作，其质量稳定、重量轻、运输保管方便，施工工艺比较简单，投入劳力少，费用相对较低，并且渗滤吸水性好，具有一定的强度和延伸率，对土的扰动小，缺点是预压时间较长，对于提高土层的抗剪能力也不如袋装砂井。

1.2 振密、挤密法

采用爆破、夯击、挤压和振动及加入抗剪强度高的材料等方法，通过振动和挤密使地基中深层土土体密实、固结，孔隙比减小，抗剪强度提高。适用于软土厚度>3m的中厚软土的加固和分布面积广的软基加固处理，其加固深度可达到30m。

主要加固方法有：强夯法、土(或灰土、粉煤灰加石灰)桩法、砂桩法、爆破法、碎石桩法(振冲置换法)、石灰桩法、水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩法)、粉喷桩法、旋喷桩法。代表方法有碎石桩法、强夯法、水泥粉煤灰碎石桩法、粉喷桩法。

强夯法：适用于无粘性土地基，土层在巨大的冲击能作用下，土中产生很大的压力和冲击波，致使土体局部压缩，夯击点周围一定深度内产生裂隙良好的排水通道，使土中的孔隙水(气)顺利排出，土体迅速固结。强夯后的地基承载力可提高3倍～4倍，压缩性可降低200％～1000％ 。

强夯加固法的主要目的在于处理好场道地基下沟、河塘软土。强夯加固法是技术上比较可靠、经济上相对合理的浅层处理方法，此方法在实施时要特别注意场区地下水位和地基土粘粒含量较高的问题，可通过采取填筑粗骨料强夯垫层、插塑料排水板和优化强夯工艺等措施加以解决。

采用强夯法加固，预计加固深度可达8m 左右，该层厚度内的土基可形成一个超密实的“硬壳层”。浅层地基的沉降已全部完成，且为超固结状态，地基浅层承载力可得到较大幅度的提高，浅层粉质土层的地震液化问题也可基本得到解决，但下部软土的长期沉降问题仍未解决，预计残余沉降仍可达1cm～30cm，由于有上部“硬壳层”的存在，可大大减少地基的差异沉降。

挤密砂桩、碎石桩加固法：属于复合地基的一种，适合在地基土属于非饱和粘性土或砂土，且软土层较厚，换填困难时使用，先往土中打入桩管成孔，然后在孔内填入砾石、砂、石灰、灰土等捣实而成，可以使地基土密实，容重增加，孔隙比减少，防止砂土在地震或受震动时液化，提高地基土的抗剪强度和水平抵抗力，减少固结沉降，使地基变均匀，起到置换、挤密、排水作用，防止地基产生滑动破坏，以提前完成沉降，减少沉降差。

1.3 置换拌入法

加入高抗剪强度的材料，置换软土中部分成分的加固机理，并与原有的土体发生化学反应共同组成复合地基，以提高地基的承载力，达到加固地基的目的。

主要方法有：振冲置换法、灌浆法、旋喷桩(粉喷桩、高压喷射注浆)、深层搅拌法、褥垫法等多种方法；采用砂、碎石等材料置换软弱：上地基中部分软弱土体或在部分软弱土地基中掺入水泥、石灰或砂浆等形成加固体，与未被加固部分的土体一起形成复合地基，从而达到提高地基承载力和减少沉降量的目的。

旋喷桩及深层搅拌法：对于强度低、压缩性高、排水性能较差的软土，利用水泥或石灰等材料作为固化剂与地基软土之间反应组成复合地基，使软土固结成具有整体性、水稳定性和一定强度的地基，从而提高地基承载力，减少工后沉降。利用粉喷桩施工造价较高，处理效果可靠，适用土层范围广。

灌浆法：灌浆浆液是利用水泥浆、水泥砂浆、粘土水泥浆、粘土浆及各种化学浆材如聚氨酯类、木质素类、硅酸盐类等注入到淤泥软土地基中，同时挤出土中的自由水。水泥浆凝固后，与土体胶结成整体，提高地基承载力。此方法基本不会改变原状土的结构和体积，所用灌浆压力较小，适用：于卵石、中、粗砂和有裂隙的岩石。

1.4 加筋法

在路基中埋设强度高、韧性大的土工聚合物(土工布和土工格栅)、拉筋、受力杆件等，达到提高地基承载力和地基整体性的目的，减少地基不均匀的沉降，对防止滑移也有好处，且有利于维持建筑物的稳定，适用于软弱岩体、土体中的路堤与路堑。

主要加固方法有：加筋土路基、土工聚合物、土钉墙、土层锚杆、土钉、树根桩法、柴(木)梢排法。

加筋路基法(土工布或土工格栅法)：对于沉降量不大的路堤，高路堤填土适当采用土工布垫隔，限制了软基和路基的侧向位移，增加了侧向约束，从而降低了应力水平，加强了路基刚度与稳定性，提高了路基的水平横向排水，使荷载均布。采用土工布覆盖摊铺，既提高了路基刚度，也使边坡受到维护，有利于排水，从而增加地基稳定性。

2.浅层处理

浅层软基处理的方法主要是换填垫层法。当软弱土层厚度不很大时，可将路基面以下处理范围内的软弱土层部分或全部挖除，然后换填强度较大的土或其他稳定性能好、无侵蚀性的材料(通常是渗水性好的中粗砂)。此方法处理的经济实用高度为2m～3m，如果软弱土层厚度过大，则采用换填法以增加弃方与取土方量从而增大工程成本。通过换填具有较高抗剪强度的地基土，从而达到增强地基承载力的目的，满足构筑物对地基的要求。

主要加固方法有：换填、抛石挤淤、垫层、强夯挤淤等。垫层法根据材料的不同可分为砂(砾石)垫层、碎石垫层、粉煤灰垫层、干渣垫层、土(灰土、二灰)垫层。代表方法有砂垫层法及换填法。

砂砾垫层：将基底下一定范围内的软弱土挖去，在填土与基底之间换填砂、碎石和素土等散体料，并分层夯实成低压缩性的地基持力层，从而使地基在受到填土荷载后，迅速地将地基土中的孔隙水排出，加快固结速度，提高地基的承载力，减少沉降，防止地基局部剪切变形。要注意控制填土速度，所用的材料应为含泥量不大于5％ 的洁净中粗砂， 或最大粒径小于5cm 的天然级配砂砾。

换填法：在软土厚度不大于2m时，利用渗水性材料(砂砾或碎石)进行置换填土，可以降低压缩性，提高承载力和抗剪强度，减少沉降量，改善动力特性，加速土层的排水固结。其特点是施工工艺简单，但费用较高。抛石挤淤：当软土或沼泽土位于水下， 更换土施工困难， 且厚度小于3m，表层无硬壳、基底含水量超过液限、路堤自重可以挤出的软土之上，排水比较困难时，采用抛片石(直径一般不小于30cm )挤淤的方法，从中部开始抛石，逐渐向两边延伸，挤出淤泥，提高路基强度。

3.其他方法

反压护道法：当软土和沼泽较厚，路堤高度不超过极限高度的2倍时，路堤两侧填筑适当厚度和宽度的护道，在护道附加荷载的作用下，保持地基的平衡，增加抗滑力矩，防止路堤的滑动破坏。施工时，护道尽量与路堤同时填筑，且压实度要达到90％ 以上。其施工工艺简单、费用较低，但施工用地增大。

二、实际施工中软弱地基处理方法的选择

在地基处理中，应该遵循的原则是：技术先进、经济合理、安全适用、确保质量。具体可根据以下条件进行选择。

1.地质条件

不同的方法适用于不同的地质条件，选择软基处理方式时要先了解当地的地质条件。

2.设计施工条件

设计时已经考虑了工期及用料情况，工期不宜安排得太紧，应保证时间充足。施工时地基稳定性要好，遗留问题要少。工程用料按就地取材的原则，施工时应采用科学的、先进的管理方法。

3.场地环境条件

考虑施工时对周围环境的影响，新填土会挤压原有道路、房屋，產生侧向位移或附加沉降；用砂桩、砂井时，施工有噪声，靠近居民点会扰民；采用降低水位法时，考虑到引起周围地基的下沉和对周边居民用水的影响，应预先调查或做隔水墙，并考虑施工后注水复原的问题；采用填土堆载时要有大量的土料运进运出工地，会影响交通和环境卫生；打石灰桩、灌注桩或采用电渗排水时，会污染周边地下水，可视情况对待。

4.结构物条件

要考虑相连结构物的等级、结构体系、断面形状、位置、埋深、使用要求和建筑材料等因素对所选择加固方法的影响，如有地下结构物(地下室、涵洞、地铁等)，或者结构物高低不同、沉降不均时，应当特别注意。

三、高新软基处理技术的应用

1.添掺外加剂

以前的地基处理方法大多从机械设备着手，从而建立某种工法，而从材料入手提高地基处理质量和效果的较少。高性能土壤固化剂与土壤混合后，特别是与高含水量和富含有机质的淤泥发生一系列物理化学反应后，会形成相互连接的网状结构，从而提高固化土的强度，减少地基变形。通过室内实验和现场试验证明，用高性能土壤固化剂进行地基处理，特别是进行软弱地基的处理很有效，比普通水泥加固效果好得多，但此项技术目前尚在探索中。

2. 综合应用

由于地基土单一的处理方法，可能会受工期、资金等多方面的限制，短期内往往难见成效，若采用复合的方法，综合发挥几种方法各自的优势，问题就不难解决。

排水板与堆载预压结合法可缩短工期，减少排水距离。垂直排水法就是以缩短固结时间为目的的，塑料排水板具有施工速度快，造价低等优势，在软土中埋设塑料排水板、袋装砂井或普通砂井都会形成固结排水通道，可配合堆载预压或真空预压。

预压法与高压喷射注浆法结合可使真空预压应用于水平渗透性较大的土层，而高压喷射注浆法与灌浆相结合可使纠偏加固技术提高到一个新的水平。

单用强夯法处理饱和软粘土地基时极易产生“橡皮土”现象，难以达到预期效果。为此，岩土工程界将强夯法和排水固结法结合起来， 开创了“动力排水固结法”。

所有新技术的出现都将会缩短工期，提高工程质量，增加社会经济效益。