浅谈软土地基的危害及处理

张双 杜京聪 张伦

【摘 要】所谓软土，是指强度低，压缩性较高的软弱土层，多数含有一定的有机物质。由于软土强度低，沉隐量大，往往给道路工程带来很大的危害，如果处理不当，会给公路的施工和使用造成很大的影响。路基中常见的软土，一般是指处于软塑或者流溯状态下的粘性土，其特征是天然含水量高，孔隙比大，压缩系数高，强度低，并具有蠕变性、触变性等特殊的工程地质性质，工程地质条件差。这种地质在施工中，含水量不易把握，极难达到规定的压实度，通车后，往往会发生路基失稳或过量沉陷，危害显而易见，所以选用软土作为路基应用，必须采取切实可行的技术措施。

【关键词】软土地基；工程特性；地基处理；

1.软土的地质特征及工程特性

1.1软土的地质特征

软土在我国滨海平原、河口三角洲等地分部广泛，修建在软土地区的路基，主要是路堤填筑荷载引起软土地基滑动破坏的稳定问题和量大且时间长的沉降问题。

1.2软土的工程性质

软土包括淤泥、淤泥质土及泥炭等，在静力或缓慢水环境下沉积，并经过长期生物化学作用而形成的饱和软粘土。软土一般指直径小于0.075mm颗粒一般占土样的50%以上。其主要的工程特性：

1.含水量较高。孔隙比大，一般含水量为35%-80%，孔隙比为1-2。

2.抗剪强度低。根据土工试验的结果，我国软土的天然不排水抗剪强度一般小于20kPa，其变化范围在5-25kPa；有效内摩擦角约为20°-35°；固结不排水剪内摩擦角12°-17°。正常固结的软土层的不排水抗剪强度往往是随距地表深度的增加而增大，每米的增长率约为1-2kPa。加速软土层的固结速率是改善软土强度特性的一项有效途径。

3.压缩性较高。一般正常固结的软土的压缩系数约为α1-2=0.5-1.5MPa-1，最大可达α1-2=4.5MPa-1；压缩指数约为Cc=0.35-0.75

4.渗透性小。软土的渗透系数一般约为1×10-6-1×10-8cm/s

5.具有明显的结构性。软土一般为絮状结构，尤以海相粘土更为明显。这种土一旦受到扰动，土的强度显著降低，甚至呈流动状态。我国沿海软土的灵敏度一般为4～10，属于高灵敏度土。因此，在软土层中进行地基处理和基坑开挖，若不注意避免扰动土的结构，就会加剧土体变形，降低地基土的强度，影响地基处理效果。

6.具有明显的流变性。在荷载作用下，软土承受剪应力的作用产生缓慢的剪切变形，并可能导致抗剪强度的衰减，在主固结沉降完毕之后还可能继续产生可观的次固結沉降。

2.软土地基的危害及后果

软土地基的性质因地而异，因层而异，不可预见性较大，再设计施工中，稍有疏忽处理不当，就会造成严重危害及后果。

当路基的抗剪强度不足以支撑上部结构的自重及外荷时，地基就会产生局部或整体的剪切破坏；当地基在上部结构自重及外荷载作用下，产生过大的不均匀沉降变形时，会影响结构物的正常使用，特别是超过结构物所能容许的不均匀沉降时，结构可能开裂破坏；软土地基失稳，结构施加荷载后造成基础下沉，边坡滑动等等。

3.软土地基的处理技术

3.1表层处理法

表层处理法又分为砂垫层、反压护道、土工聚合物处治。

砂垫层就是在软土层顶面铺砂垫层，主要起浅层水平排水作用，是软土在路堤自重的压力作用下，加速沉降发展，缩短固结时间。砂垫层用于路堤高度小于2倍极限高度软土层及其硬壳叫薄，或软土便面渗透性很低的硬壳情况。亦可用于软土层稍厚但具有双面排水条件的地基，有排水砂垫层、换土砂垫层、砂垫层和土工布混合使用，且砂垫层施工简便，不需要特殊机具设备，占地较少。

反压护道就是在路堤两侧填筑一顶宽度和高度护道，以改善路堤荷载方式来增加抗滑力使路堤下的软基向两侧隆起的趋势得到平衡，从而保证路堤的稳定性。反压护道用于路堤高度不大于1.5-2倍的极限高度，非耕作区和取土不困难的地区，反压护道应于路堤本身同时填筑。

土工聚合物处治可分为土工布和土工格栅，土工布铺设于路堤底部，在路基自重作用下手拉产生抗滑力矩，提高路基稳定性。土工布在软土地基加固中的作用包括排水、隔离、应力分散和加筋补强。土工格栅加固土的机理在于格栅与土的相互作用，一般可归纳为格栅表面与土的摩擦作用、格栅孔眼对土的锁定作用和格栅肋的被动抗阻作用。三种作用均能充分约束土的颗粒侧向位移，从而大大增加了土体自身的稳定性，对土的加固效果，明显高于其他土工职务，可迅速提高地基承载力，加速施工进度，控制软土地段沉降量的发展，缩短工期，使公路及早投入使用。

3.2换填法

换填法一般适用于0.5-3m之间的软土处治，有开挖换填法、抛石挤淤法和爆破排淤法等。开挖换填就是将软弱底基层全部挖除或部分挖除，用透水性较好的材料，如砂砾、碎石、钢渣等进行回填。该方法简单易行，也便于掌握。对软基较浅的沼泽地特别有效。

抛石挤淤就是在路基底部抛投一定数量的片石，将淤泥挤出基底范围，以提高地基的强度。这种方法简单、迅速、方便，适用于常年积水的洼地，排水困难，泥炭呈流动状态，厚度较薄，表层无硬壳，片石能沉达底部泥沼或厚度为3-4米的软土。

爆破排淤法就是将炸药放在软土或泥沼中爆炸，利用爆炸时的张力作用，把淤泥或泥沼扬弃，然后回填强度较高的渗水性土壤。

3.3垂直排水固结法

排水固结法其基本原理是软土地基在附加荷载的作用下，逐渐排出孔隙水，使孔隙比减小，产生固结变形。在这个过程中，随着土体超静孔隙水压力的逐渐消散，土的有效应力增加，地基抗剪强度相应增加，并使沉降提前完成或提高沉降速率。排水固结法主要由排水和加压两个系统组成。排水可以利用天然土层本身的透水性，尤其是上海地区多夹砂薄层的特点，也可设置砂井、袋装砂井和塑料排水板之类的竖向排水体。加压主要是地面堆载法、真空预压法和井点降水法。为加固软弱的粘土，在一定条件下，采用电渗排水井点也是合理而有效的。

（1）堆载预压法 在建造建筑物以前，通过临时堆填土石等方法对地基加载预压，达到预先完成部分或大部分地基沉降，并通过地基土固结提高地基承载力，然后撤除荷载，再建造建筑物。临时的预压堆载一般等于建筑物的荷载，但为了减少由于次固结而产生的沉降，预压荷载也可大于建筑物荷载，称为超载预压。为了加速堆载预压地基固结速度，常可与砂井法或塑料排水带法等同时应用。

（2）砂井法（包括袋装砂井、塑料排水带等） 在软粘土地基中，设置一系列砂井，在砂井之上铺设砂垫层或砂沟，人为地增加土层固结排水通道，缩短排水距离，从而加速固结，并加速强度增长。砂井法通常辅以堆载预压，称为砂井堆载预压法。适用于透水性低的软弱粘性土，但对于泥炭土等有机质沉积物不适用。

（3）真空预压法 在粘土层上铺设砂垫层，然后用薄膜密封砂垫层，用真空泵对砂垫层及砂井抽气，使地下水位降低，同时在大气压力作用下加速地基固结。适用于能在加固区形成（包括采取措施后形成）稳定负压边界条件的软土地基。

（4）真空-堆载联合预压法 当真空预压达不到要求的预压荷载时，可与堆载预压联合使用，其堆载预压荷载和真空预压荷载可叠加计算。适用于软粘土地基。

（5）降低地下水位法 通过降低地下水位使土体中的孔隙水压力减小，从而增大有效应力，促进地基固结。适用于地下水位接近地面而开挖深度不大的工程，特别适用于饱和粉、细砂地基。

（6）电渗排水法 在土中插入金属电极并通以直流电，由于直流电场作用，土中的水从阳极流向阴极，然后将水从阴极排除，而不让水在阳极附近补充，借助电渗作用可逐渐排除土中水。在工程上常利用它降低粘性土中的含水量或降低地下水位来提高地基承载力或边坡的稳定性。

参考文献：

1、中国建筑科学研究院，《建筑地基处理技术规范》北京；中国建筑工业出版社，2002

2、叶书麟，地基处理与托换技术[M].北京；中国建筑工业出版社，1992

3、《地基处理手册》编写委员会，工程地质手册（第三版）[M]，北京；中国建筑工业出版社，2000