岩土工程设计中的软土地基处理技术研究

李顺江 肖宇驰

1.四川兴蜀工程勘察设计集团有限公司 四川 成都 610000

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软土地基是指地质工程中所称的弱黏性土、弱塑性土、饱和软土等土体，在地基工程中具有广泛的应用。然而，软土地基由于其性质的特殊性，容易出现沉降、变形和不稳定等问题，严重影响着地基工程的安全性和稳定性。因此，在岩土工程设计中，如何选择和设计合适的软土地基处理技术成为了一个热门的研究领域。本文旨在综述当前国内外在软土地基处理技术方面的研究现状，分析不同的处理技术的适用性和经济性，探究软土地基处理技术的优缺点及其在岩土工程设计中的应用前景。

1 岩土工程设计中的软土地基性质和特点

软土是指粘性较大、强度较小、变形性大的土壤，常见于河流、湖泊及沿海平原等地。软土地基的性质和特点包括但不限于以下几点：

1.1 低承载力

软土地基的低承载力是岩土工程设计中需要特别关注的问题之一[1]。软土的承载力往往受到其特有的物理和力学特性的影响。例如，软土常常存在着较大的压缩变形、较低的孔隙比和不均匀的土体性质分布等问题。因此，如何提高软土地基的承载力，成为了岩土工程设计的重要课题之一[2]。

研究表明，软土地基的承载力与其孔隙比和土体的压缩模量密切相关[3]。孔隙比越大，土体中的空隙就越多，土体的稠密度越小，承载力也就越低。同时，土体的压缩模量越小，土体的抗压能力也就越弱，承载力也就越低。因此，在软土地基的设计中，需要通过有效的方法降低土体的孔隙比，增加土体的稠密度，并增加土体的压缩模量，从而提高软土地基的承载力。

1.2 较大的沉降变形

软土地基的低承载力也导致了较大的沉降变形。由于软土地基的土层较厚，而且土的结构比较松散，因此在荷载作用下，地基容易产生较大的压缩变形和沉降[4]。例如，在某工程实例中，由于软土地基的压缩性较大，建筑物地基在施工初期就出现了5.5 cm的沉降变形，随着时间的推移，沉降量还会继续增加[5]。另外，对于长期荷载作用下的软土地基，也容易产生较大的沉降变形。在某铁路工程实例中，长期的铁路运营导致软土地基沉降达到了27 cm，严重影响了铁路的安全性和运营效率[6]。因此，在软土地基的处理中，必须重视地基的沉降变形问题，采取适当的处理措施来保证建筑物或工程设施的稳定性和耐久性。

1.3 孔隙水压力较高

在软土地基中，孔隙水压力是一个重要的考虑因素。由于软土的较高含水量和较低的孔隙度，孔隙水压力较高，因此可能会引起一系列地基稳定性问题。例如，孔隙水压力会引起地基渗透，从而导致地基土体的松弛和沉降变形。据研究表明，当孔隙水压力超过一定范围时，软土地基中的沉降变形将加剧，从而可能导致建筑物或工程设施的失稳或破坏。因此，在软土地基处理中，必须考虑孔隙水压力的影响，采取相应的处理措施以确保地基的稳定性和耐久性。

1.4 湿度敏感性

软土地基的湿度敏感性是其较大的一个特点，主要表现在含水量的变化会对土壤性质和强度产生较大的影响。据统计，软土地基的含水量与其抗剪强度呈负相关关系，当含水量增大时，其抗剪强度逐渐降低。例如，某软土的含水量分别为10%、20%、30%和40%时，其无侧限抗剪强度分别为160 kPa、120 kPa、90 kPa和75 kPa，明显呈递减趋势。因此，在软土地基的处理中，必须充分考虑其湿度敏感性，采用相应的处理方法，如加固、加筋、改良等，来提高其稳定性和承载能力。

2 岩土工程设计中的软土地基处理技术应用

2.1 工程简介

某地铁站位于软土地质区，土层厚度约为20-25m，设计荷载约为250kPa。采用加固桩和土钉墙相结合的处理技术，具体措施包括加固桩与土钉墙的组合加固、地下连续墙的设置、深层桩和水泥搅拌桩的组合加固等。

经过处理后，该地铁站的地基承载力和稳定性均得到有效提升。其中，加固桩与土钉墙相结合的组合加固方案中，加固桩采用Φ800mm钻孔灌注桩，钢筋采用HRB400级别的钢筋，混凝土强度等级为C30，桩长15m。土钉墙采用R32N级别的土钉和T25级别的槽钢，采用C25级别的混凝土作为挡土墙。经加固处理，该地铁站的沉降量和变形量均得到有效控制。其中，加固桩与土钉墙相结合的组合加固方案，地铁站的竖向沉降量约为11mm，比未加固前的沉降量降低了50%以上；而横向沉降量约为5mm，比未加固前的沉降量降低了60%以上。同时，地铁站的稳定性也得到了有效提升，满足了设计要求。

2.2 软土地基处理技术应用

为了更好地分析该地铁站的软土地基处理技术，可以具体了解一下该工程的处理情况和效果。根据相关资料显示，该地铁站采用的加固桩数量达到了1000多根，加固深度达到了25m以上。此外，还采用了1100多根土钉墙进行加固，墙面面积约为6000m2。同时，为了进一步提高地基的承载能力，还采用了一定数量的深层桩和水泥搅拌桩进行加固。

下表1是该工程采用的主要处理技术及其效果的数据分析表：

表1 该工程采用的主要处理技术及其效果的数据

通过上表数据可以看出，该地铁站采用了多种处理技术相结合的方式，大大提高了软土地基的承载能力和稳定性。同时，采用的处理技术也很灵活，根据地质情况和实际需要进行了相应的组合和调整。经过实测，处理后地基的沉降控制在了设计要求以内，证明了该处理技术的有效性和可靠性。处理后，软土地基的承载力得到了显著提高，沉降控制在可接受的范围内，保证了地铁站的正常使用。下表2为处理前后地铁站各区域的承载力和沉降量对比：

表2 处理前后地铁站各区域的承载力和沉降量对比

从表格中可以看出，经过加固处理后，地铁站各区域的承载力都有了显著提高，同时沉降量也得到了有效控制，符合设计要求。

“高压喷射注浆技术”是一种应用广泛的软土地基处理技术，其实施条件简单、施工过程便捷，是一种经济实用的方法。通过高压喷射机释放巨大的脉冲性浆液，将其与土体颗粒混合、搅拌，并固结成水泥，达到土固结的目的。这种技术通常用于黄土、淤泥、碎石土等软土地基上，可以有效地改善软土地基的稳定性问题。在本项目中还采用了高压喷射注浆技术中的“高压旋喷技术”来处理软土地基。该技术主要采用单管法进行施工，其浆液扩散直径不小于800mm，浆液的水灰比为0.5-0.65，水泥的掺合量为每米桩长280kg-340kg。在施工过程中，要求桩位对中偏差小于5cm，垂直度不超过1.5%。同时，旋喷桩桩体的强度不小于5.0MPa。通过采用高压旋喷技术，工作人员可以进一步提升软土地基的稳定性。其中，浆液扩散直径不小于800mm；水泥掺合量为280kg-340kg/m桩；桩位对中偏差小于5cm，垂直度不超过1.5%；旋喷桩桩体强度不小于5.0MPa

3 软土地基处理技术在岩土工程中的注意事项

软土地基处理技术在岩土工程中的应用需要注意以下几个方面：

3.1 土体的力学性质

在软土地基处理技术的选择和设计中，土体的力学性质是非常重要的因素之一。土体的力学性质对于加固措施的选择、设计参数的确定以及施工工艺的优化等方面都有着至关重要的影响。常见的土体力学性质参数包括土体的压缩性、黏聚力和内摩擦角等。这些参数可以通过国家标准中规定的试验方法进行测定，如《岩土工程试验规程》等。在实际工程中，针对软土地基的特殊性质，一些专门的试验方法也被发展出来，如压缩试验、直剪试验、动三轴试验等。通过这些试验方法可以获得更加精确的土体力学性质参数，从而更加准确地进行软土地基处理技术的选择和设计。除了土体力学性质的测定外，还需要充分考虑软土地基的孔隙结构和水分状况等因素。这些因素也对软土地基的稳定性和加固措施的选择有着重要的影响。因此，在软土地基处理技术的选择和设计中，需要全面、准确地评估土体的力学性质和孔隙结构特征，以便制定出合理、有效的加固方案。

3.2 设计荷载

在软土地基处理技术的选择和设计中，设计荷载是至关重要的因素之一。设计荷载的大小直接影响着土体的稳定性和处理技术的选择。设计荷载的计算需要充分考虑建筑物、道路等结构的重量，以及周围环境对土体的影响，如地下水位变化、降雨等。根据设计荷载大小的不同，可以选择不同的软土地基处理技术，如加固桩、土钉墙、高压喷射注浆技术、搅拌桩等，以及不同的处理措施，如单桩、群桩、连续墙等。例如，在设计荷载较小的情况下，可以选择单桩或群桩加固，而在设计荷载较大的情况下，则需要采用更加复杂的处理措施，如连续墙等。因此，在软土地基处理技术的选择和设计中，设计荷载的准确计算和分析至关重要，需要进行详细的工程调查和分析。

3.3 环境因素

环境因素也是软土地基处理技术设计的重要考虑因素之一。地下水位、土体湿度等因素都会影响土体的力学性质和稳定性。在软土地基处理过程中，需要根据具体情况采取合理的措施来降低地下水位和提高土体的稳定性。比如，在地铁隧道施工过程中，地下水位较高会对施工造成一定的困难，需要采取排水措施来降低地下水位。而在建筑物基础处理中，也需要考虑土体湿度对基础的影响，根据土体的特性采取合适的排水和加固措施。

3.4 施工技术

在软土地基处理技术的实施中，采用合适的施工技术至关重要。加固桩、土钉墙、混凝土浆注、高压旋喷等技术都可以用于软土地基的处理。在施工过程中，需要注意施工的规范性、质量控制和安全问题。其中，加固桩是一种常用的软土地基处理技术，适用于深层次软土的加固。加固桩施工需要注意桩身的垂直度和水平度，桩身间的间距以及桩长和直径的比值等。土钉墙则适用于浅层软土地基的加固，需要注意土钉的长度、直径和间距的选择，以及土钉与土体的粘结质量。

混凝土浆注是一种将水泥浆液注入土体中，使之固化形成强度高的土体处理技术。其施工需要注意浆液的配比、流动性、浆液注入压力以及浆液的固化时间等因素。高压旋喷则是将水泥浆液通过高压喷射技术喷射到土体中，以固化土体，其施工需要注意浆液的配比、喷射压力、喷射深度以及旋喷桩的间距等因素。在施工过程中，需要注意规范性、质量控制和安全问题。施工过程需要符合相关的施工规范，质量控制需要采取有效措施，如检测浆液的配比和强度，以及土钉和加固桩的长度和间距等。安全问题也需要重视，如施工人员的安全防护和设备的安全性能等。

3.5 施工质量检验

在软土地基处理技术的实施过程中，施工技术的选择和实施是关键因素之一。不同的软土地基处理技术需要采用不同的施工技术，而施工过程中也需要注意一系列问题。

混凝土浆注和高压旋喷等技术的施工过程中，需要注意浆液的配比、流动性、注入压力以及浆液的固化时间等因素。在实际施工过程中，如何有效控制浆液的流动性和配比等参数，以及如何保证施工人员的安全，都是需要认真考虑的问题。施工过程中还需要注意质量控制，包括土钉和加固桩的长度、间距和数量等，以及浆液的强度和固化时间等参数的检测。

4 软土地基处理技术的适用性和经济性分析

软土地基处理技术的适用性和经济性是选择和设计软土地基处理技术时需要考虑的重要因素。软土地基处理技术的适用性需要考虑土体的力学性质、设计荷载、环境因素以及施工技术等因素。不同的软土地基处理技术适用于不同的软土地基类型和工程要求。例如，加固桩适用于深层次软土的加固，土钉墙适用于浅层软土地基的加固，而混凝土浆注和高压旋喷适用于不同深度的软土地基处理。软土地基处理技术的经济性主要包括施工成本和工程效益两个方面。不同的软土地基处理技术施工成本不同，需要考虑施工材料和设备成本、施工人员的劳动成本等因素。同时，软土地基处理技术的工程效益也需要考虑到不同技术对软土地基稳定性的改善程度、工程使用寿命、维护成本等因素。

5 结束语

在软土地基处理技术的研究中，不断有新的技术和方法被提出并应用到实际工程中。通过对软土地基的深入了解和研究，可以有效地提高工程的安全性、稳定性和经济性，同时也为岩土工程设计提供了更多的选择和思路。尽管目前软土地基处理技术在工程中已经得到广泛应用，但仍需要进一步的研究和探索，以满足不同工程的需求，并不断提高工程的可持续性和环境友好性。