软土地基处理方法及处理效果评价

2022-07-28孔祥美房若季宋亚亚朱佩宁

四川水泥 2022年7期

曾挺孔祥美房若季宋亚亚朱佩宁

（广东电网有限责任公司汕头供电局，广东汕头 515000）

0 引言

地基问题直接影响整个工程的施工质量、施工难度、施工进度和完工后的安全性。其中，软土地基是建筑工程施工中较为常见的不良类型地基，软土地基具有模量低、承载能力弱的特点，未经人为加固处理之前，不能在其上进行工程施工。软土地基处理方法的选择需要根据施工条件谨慎进行。本文对软土地基常用处理方法进行总结、评价，以期为软土地基处理方法的选择提供参考。

1 软土地基的特征及危害

1.1 软土地基的特征

（1）含水率高。软土往往会有比较高的天然含水量。有时含水率可能高达34%以上，个别情况会超过液限达到流动态。此类软土处理难度极大。

（2）孔隙比较大。软土的孔隙比往往会超过1，多数处在1～2之间。

（3）压缩系数大。软土的土颗粒之间的孔隙比较大，土颗粒之间不存在稳定的联系结构关系，进而表现出压缩系数大的特性。并且其压缩程度会随着液限的增大而变大，其压缩系数大多数处于0.5～1MPa之间。

（4）剪切强度低。一般来说，软土的剪切强度往往很低，特别是在不排水进行剪切的时候，内摩擦角接近0，剪切强度往往≤20kPa。

（5）土壤渗透系数较高。软土渗透系数往往高于10.1～6.1cm/s。

（6）摇变性和蠕动性均较强。未进行处理之前，软土自身结构强度尽管不大，但没有小到可以忽略的程度。不过原结构一旦遭到破坏改变，其结构强度将会大幅度降低。随着静置时间的延长，其结构强度又会有一定程度的增长。

1.2 软土地基特性的危害

鉴于软土层本身所具有的复杂特征，如果在施工前不采用合适的处理方法妥善处理，软土地基极有可能发生较大沉降，甚至塌陷，导致建设其上的工程遭受破坏，产生不可估量的经济损失。

2 软土地基处理方法及适用范围

软土地基处理的目的就是人工提高地基的抗剪强度和承载能力，降低软土的压缩特性从而达到大型工程建设施工的要求。目前为止，主要的地基处理方法根据原理可分为排水固结、挤密压实、置换及拌入、高压喷射注浆法、加筋、冷热处理等几个大类[1]。每一大类中又包含数种具体的处理方法（它们的原理相同，但施工措施之间存在差异）。主要的软土地基处理方法如表1所示。

表1 主要的软土地基处理方法

2.1 排水固结法

排水固结法是通过设置砂井（比如带装砂井）等垂直向排水设施，然后在工程荷载的重量作用下排出土层颗粒间的水来降低孔隙比，使得软土层发生固结，强度变大。

排水固结法主要用于解决软土地基易发生的沉降和结构稳定性差的问题。提升固结速度最好的手段是在软土土层中设置排水设施，并缩短排水距离，比如设置垂直砂井和排水带，以使沉降尽快完成，最终缩短工期。排水固结法在施工中常表现为以下4种实施方式：真空预压、堆载预压、降水预压和电渗排水。

2.2 挤密法

挤密法是通过挤压、震动等方式打孔，在孔洞中填入灰土、砂石等材料，最后夯实形成桩，以达到降低孔隙比，提高软土地基强度的目的。挤密法主要有5种形式。

2.2.1 重锤夯实法

该种方法即是利用重锤自由落体所产生的动能冲击对软土地基进行密实化处理，处理过的地基表面会形成一层坚实的硬壳层，适用于湿陷性黄土、杂填土等软土质地基，其有效夯实深度与锤重直接相关。重锤夯实法又分为表层夯实法和强夯法2种。

表层夯实法重锤的重力处于20～40kN之间，落差在3～5m之间。表层夯实法适合在夯实厚度＜3m或地下水位之上0.8m上下的略湿杂填土、湿陷性黄土层。

强夯法则是把重量很大的重锤从较高处落下对软土地基表面进行反复夯击，通过冲击和强力振动压实土层，减小土层的孔隙比降低压缩系数，进而提高软土地基表层的结构强度[2]。强夯法适用于杂填土、非黏性土、及湿陷性土等土质。

2.2.2 振冲法

振冲法又被称作振动水冲法，是通过加水振动使砂土质地基中的砂层发生流动，从而重新形成结构，降低孔隙比，增加砂土层强度[3]。另外，通过使用振冲器振出垂直孔，在孔中填入灰土、砂石等把砂层压实。该软土地基加固方法，后来又被用于黏性土层中设置振冲置换碎石桩。

2.2.3 灰土桩

通过沉管、冲击或爆破等处理方式在软土地基中打孔，然后在孔洞中回填灰土料，层层压实来形成灰土桩以加固软土地基，提高软土地基的强度和承载能力。常用于湿陷性黄土、杂填土、非饱和黏性土等软土地基的处理。

2.2.4 砂桩挤密法

在软土层中加入砂柱可以对其周围的软土层产生挤压，从而提升密实程度，最终达到显著提高软土地基强度，改善其承载能力的目的。砂桩挤密法具有挤密和振密作用，适用于挤密松散砂土、粉土、黏性土、素填土、杂填土等地基，处理效果良好。

2.2.5 爆破法

该方法是在地基中打孔，然后在孔洞中填入炸药，利用炸药爆炸产生的巨大冲击力来挤压周围土层使其密实。然后在爆破孔洞中再填入复合料进行压实处理，最终把软土地基变为复合式地基。

对于松散砂地，可以利用爆破产生的剧烈震动使其自身的砂层发生流动，进而发生颗粒重排以变得更加密实，最终达到加固地基的效果。

爆破法适用于饱和净砂、杂填土、粉土和湿陷性黄土。

2.3 置换法

置换法又称为换填法，通过使用硬质材料（如碎石、砂石等）替换掉软土地基中的软弱土体，从而制造出复合型地基。也可以通过在软土层中加入水泥、砂浆、石灰粉末等具有固化性质的材料来形成复合型地基，提高软土地基强度，降低压缩系数，提升承载能力。

置换法主要有7种具体的施工方式：石灰桩法、褥垫法、砂垫层法、开挖置换法、振冲置换法、高压喷射注浆法和深层搅拌法。

以砂垫层法为例，根据工程级别、地基高度、软土厚度、软土层压缩系数等客观条件，在软土地基的表面铺上0.5～1.1m 厚度不等的砂质层，协助软土层排水固结，从而缩短排水固结时间。砂垫层不仅可以协助加快软土地基表层排水固结的进程，还可以作为软土地基地下垂直排水和工程横向排水的通道来降低地基内水位，为工程施工中的重型机械提供运行条件。砂垫层法成本低廉，施工难度低，施工设备要求低，但作用大，缺点是需要的时间较长。砂垫层法主要用于较薄的软土层、无低透水表面的硬土层、地基高度不高于极限高度2倍等情况。运砂距离近，工期宽松的工程尤为适用。

2.4 高压喷射注浆法

化学注浆法是把具有固化性质的浆液注入到地基中，以改善地基土层的物理力学性质提高强度的一种方法。高压喷射注浆法是在此基础之上，将20MPa以上强度的射流喷射入打好的孔洞。大部分土粒将会在射流的冲击力和其自身重力等力量的综合作用下，与浆液进行充分混合，最后会以一定的浆液土比例重新形成一定的结构。浆液和土粒的混合体凝固成型后，便会在软土层中形成一个整体的固结体，固结体与桩间土共同构成复合型坚固地基，最终提高软土地基的承载力和整体强度，降低软土地基的变形和沉降可能性，从而达到加固软土地基的目的。

喷射的浆液主要成分是水泥，再加入一些化学辅料。除特殊情况外，使用化学材料较少（比如聚氨酯类、丙烯酸胺类、环氧树脂类）[4]。更多的情况使用42.5级水泥。

2.5 加筋法

在软土层中加入强度较大的土工聚合物、加筋体，以提高软土地基的承重能力，降低沉降可能性的方法统称为加筋法，主要有4种具体施工办法。

2.5.1 锚固法

锚固法是把一种新型的受拉杆件一个端点固定在边坡或软土地基的土层中。该受拉杆件固定好的一端被叫做锚固端（或锚固段），其另一个端点被固定在软土地基的结构物上。在实际施工中，软土层中可使用灌浆锚杆，回填土中可以使用锚定板。

2.5.2 加筋土法

加筋土法是通过在填土中加入带状拉筋，利用土层中土壤颗粒和拉筋之间的总摩擦力形成的一个强结构。这种结构因为内部存在相互作用力，从力学上构成一种稳定的相互作用力结构，可提升土层强度[5]。拉筋的弹性模量应远大于填土，应选用摩擦系数大、耐腐蚀材料，如铝合金、聚合树脂等。加筋土法可用于砂性地基中，但不适用于黏性土层地基。

2.5.3 土工聚合物法

土工聚合物是指工程施工中所使用的所有合成类材料，其主要成分是合成高分子聚合物，如尼龙、合成纤维、合成橡胶等。土工聚合物应用于软土地基等工程结构的内部、外部或各存在关联的结构层间，可以扩散软土中的应力进而增大土层刚度模量，从而加强土工结构[6]。利用土工聚合物还能进行排水、隔绝和反滤。

2.5.4 树根桩法

在软土地基之中，通过从各个方向打入直径140～290mm不等的树根桩，以形成有如树根样互相支撑的结构，可以大大增强土层强度和承重能力。适用于人工填土、淤泥、黏性土、砂土、碎石土等。