郭沛 程祥

（三峽大學(xué) 水利與環(huán)境學(xué)院，湖北 宜昌443002）

1 研究背景

針對目前基礎(chǔ)建設(shè)工程，對土質(zhì)不良的軟弱地基地區(qū)進行工程建設(shè)已經(jīng)成為一種常態(tài)。而軟土地基具有透水性能差、沉降量大等特點，嚴(yán)重威脅著基礎(chǔ)工程的施工質(zhì)量。為了提高基礎(chǔ)工程項目的整體質(zhì)量，需要有效處理軟土地基，避免基礎(chǔ)工程沉降過大以及不均勻沉降問題，并根據(jù)軟土地基的特點，靈活應(yīng)用軟土地基的加固措施，從而取得預(yù)期的經(jīng)濟和社會效益。

2 軟土地基的定義及工程特性

2.1 軟土地基的定義

壓縮性高、天然含水率大、承載能力低的淤泥沉積物及少量腐殖質(zhì)所組成的土被稱為軟土，主要有分為淤泥、淤泥質(zhì)土、泥炭及泥炭質(zhì)土海相淤泥土。由軟土組成的地基成為軟土地基。

2.2 軟土地基的工程特性

軟土地基主要有以下工程特性：

（1）高含水量與高孔隙比。

軟土的天然含水量相較于其他土體較高, 最大甚至超過200%，高含水率以及大孔隙比這也決定了軟土地基的壓縮性、抗剪強度和承載力穩(wěn)定性。

（2）低滲透性。

軟土具有低滲透性，因為垂直層面透水性很低，所以對排水固結(jié)不利，這也是導(dǎo)致了建筑物工后沉降時間長的原因。在軟土地基處理的初期，常出現(xiàn)較高的孔隙水壓力，影響地基的強度。

（3）高壓縮性。

軟土具有高壓縮性的特征，因此變形相對于其他土體較大，這也導(dǎo)致了具有不均勻沉降至穩(wěn)定時間較長的特性。

（4）抗剪強度低。

軟土的抗剪強度和其他土體相比很小, 這也導(dǎo)致了它不能滿足承載力需要, 它的抗剪強度僅能達到正常土體情況下的40%～80%。對軟土地基處理后需要進行十字板剪切試驗以驗證地基處理的效果。

3 軟土地基加固的必要性

由軟土地基的工程特性可知，若不對軟土地基進行必要的處理，可能會帶來以下危害。

3.1 軟土地基的承載能力與抗剪強度低，在長期荷載作用下，地基會因喪失強度從而出現(xiàn)擠出破壞。

3.2 軟土可壓縮性高，因此沉降變形量大，導(dǎo)致地基下沉從而發(fā)生基礎(chǔ)變形或開裂，情況嚴(yán)重時會導(dǎo)致建筑物或構(gòu)筑物破壞。

3.3 軟土的含水量大, 部分會超過液限從而變軟塑或流塑狀態(tài), 其固結(jié)排水不暢, 地基強度增加緩慢, 工后沉降的延續(xù)時間長, 對工程建設(shè)速度和質(zhì)量都有影響。

綜上所述，在工程建設(shè)初期有必要對軟土地基進行改良或加固處理，以此來降低軟土的壓縮性，增強它的抗剪強度，進一步增加土體的密實度，以此來滿足后續(xù)工程建設(shè)要求。

4 主要加固措施

針對軟土地基處理的方法種類較多，各種方法有不同的適用范圍，處理的效果也具有差異。地基處理時應(yīng)考慮：

（1）土體的物理學(xué)特征以及處理的施工工藝。

（2）施工工期、施工機械作業(yè)條件和材料供應(yīng)等因素。

軟土地基加固處理措施首先根據(jù)處理層位分為地面上的處理和地面下的處理。

4.1 地面上的處理

地面上的處理包括墊層法，堆載預(yù)壓法，加筋路堤法，反壓護道法，分期填筑法。

（1）按材料的種類劃分，墊層類型可分為碎石墊層、石屑墊層、粉煤灰墊層、砂礫墊層以及灰土墊層等。

如在軟土地基上鋪設(shè)砂墊層，可提高承載力，減少沉降量，加速軟弱土層的排水固結(jié)。起排水作用的碎石墊層、砂礫墊層的厚度宜為0.5m。適用于表層軟土厚度小于3m 的淺層軟弱地基處理。

（2）堆積預(yù)壓法。

堆載預(yù)壓法，其施工工藝是在軟土地基上施加荷載，以此來促使地基排水固結(jié)，以提高地基強度，減少在設(shè)計荷載作用下產(chǎn)生工后沉降的處理方法。堆載預(yù)壓分等載預(yù)壓、超載預(yù)壓和欠載預(yù)壓。預(yù)壓荷載等于路堤設(shè)計荷載的，稱為等載預(yù)壓；預(yù)壓荷載超過路堤設(shè)計荷載的，稱為超載預(yù)壓；預(yù)壓荷載小于路堤設(shè)計荷載的，稱為欠載預(yù)壓。堆載預(yù)壓，施工簡便，預(yù)壓期長，需要兩次調(diào)運預(yù)壓土方。

圖1 堆載預(yù)壓法Fig.1 Stack preloading method

（3）加筋路堤法。

加筋路堤是采用變形小、抗老化性、強度高的土工編織物、格柵等做“加筋”材料，它的主要目的是減少填筑后的地基不均勻沉降，用來提高地基承載能力，增強路堤的整體性和穩(wěn)定性。為了保護加筋材料，上下宜鋪設(shè)厚0.2～0.3m 的砂墊層。第一層填料宜采用輕型壓實機具壓實；填筑壓實厚度大于0.6m 后，可采用重型壓實機械壓實。

圖2 加筋路堤法Fig.2 Reinforced embankment method

（4）反壓護道法。

當(dāng)填筑高度超過臨界高度，在一側(cè)或兩側(cè)填筑具有一定寬度和厚度的土體作為反壓護道，其高度不宜超過路堤高度的1/2，可用于軟土地基失穩(wěn)的應(yīng)急處理和修復(fù)，缺點是增加工程占地。

圖3 反壓護道法Fig.3 Loading berm

（5）分期填筑法。

當(dāng)軟土地基在填筑到一定高度后，它的穩(wěn)定性安全系數(shù)預(yù)計將會達到預(yù)定的下限值，放置一段時間，使其通過固結(jié)增加抗剪強度，等地基可以支撐第二層填土重量時，方可進行第二階段的填筑。

重復(fù)多次，直到達到設(shè)計高度為止。此法適用于軟土層初始剪切強度太低，不能保證軟土地基穩(wěn)定性，但此方法總工期很長，并且有一最大限度的填土高度。

圖4 分期填筑法Fig.4 Stage filling method

4.2 地面下的處理

地面下的處理又分為地面下的淺層處理和深層處理。

4.2.1 淺層處理

地面下淺層處理包括換填法和拋石擠淤法。

（1）換填法。

換填法采用符合條件的土體全部或部分替換軟土的方法，從而保證地基的穩(wěn)定性以及降低地基的沉降量。適用于軟土層厚不大于3 米，需在短期內(nèi)填筑完成的情況。換填材料宜選用砂，碎（礫）石，灰土或素土，以及其他性能穩(wěn)定，無侵蝕類的土類。

圖5 換填法Fig.5 Replacement method

（2）拋石擠淤法。

拋石擠淤法是從地基底的中部向兩側(cè)拋投一定數(shù)量的碎石，把地基范圍內(nèi)的淤泥擠出，達到提高地基強度的目的。宜選用尺寸不小于0.15m 的堅硬大石塊。適用于厚度不大于3m，表面有大量積水不能清除且大型施工機械無法進入的軟弱地基。對于施工區(qū)域附近有豐富石料，運輸距離又較短的情況，可以有效節(jié)約施工成本，縮短工期。

4.2.2 深層處理

地面下深層處理包括強夯與強夯置換法，爆炸擠淤法，豎向排水法，真空預(yù)壓法，復(fù)合地基法。

（1）強夯與強夯置換法。

強夯法是反復(fù)將質(zhì)量為10～40t 夯錘提到落距10～40m 的高度進行自由落下，從而給地基以沖擊和振動能量，最終提高地基承載力并降低其壓縮性，改善軟土地基的性能。適用于處理碎石土、低飽和度的粉土與黏性土、雜填土和軟土等地基。

強夯置換法是將塊石、碎石等粗顆粒材料回填夯坑內(nèi)，然后用夯錘夯擊，最終形成砂石樁與軟土構(gòu)成的復(fù)合地基，提高地基的承載力并且減少地基沉降。適用于處理高飽和度的粉土與軟黏土地基。

強夯法與強夯置換法施工工藝簡單，施工速度快，工期短，但對周圍地基影響大。

（2）爆炸擠淤法。

爆炸擠淤是使炸藥放在泥沼或者軟土中引爆，通過爆炸時產(chǎn)生的張力，把淤泥或泥沼揚棄，然后回填砂礫，碎石等。爆炸擠淤適用于含水率大、人煙稀少的海灣灘涂地段，處理厚度不宜大于15m。

（3）豎向排水法。

可選用砂（稱作砂井排水法）或塑料排水板（稱作塑料板排水法）作為豎向排水體，并在地基上鋪設(shè)與豎向排水體相連的排水墊層，墊層材料可為砂、碎石或砂礫，厚度宜為0.5m，此方法適用于各種軟土地基。用于豎向排水體的袋裝砂井直徑宜為70～100mm，塑料排水板或其他類似的復(fù)合排水體斷面尺寸宜為100mm x（4～5）mm。

圖6 豎向排水法Fig.6 Vertical drain method

（4）真空預(yù)壓法。

通過在軟土地基中抽真空形成負(fù)壓，加速地基排水固結(jié)。真空預(yù)壓時，應(yīng)在地基中設(shè)置砂井或塑料排水板等豎向排水體，并設(shè)置砂墊層和墊層中的排水管。真空預(yù)壓密封膜下的真空度不應(yīng)小于70kPa。當(dāng)表層存在良好的透氣層或處理范圍內(nèi)存在水源補給充足的透水層時，應(yīng)采取切斷透氣層和透水層的措施。對于設(shè)計荷載較大的地基，采用真空一堆載聯(lián)合預(yù)壓，以獲得超載預(yù)壓的效果，減小工后沉降。

（5）復(fù)合地基法。

復(fù)合地基一般是指在天然地基處理過程中，增強或者置換部分土體，或者將加筋材料設(shè)置在天然地基中，形成加固區(qū)是由基體和增強體兩部分組成的人工地基。

圖7 真空預(yù)壓法

根據(jù)樁體剛度大小可將復(fù)合地基分為三類：柔性樁復(fù)合地基、半剛性樁復(fù)合地基和剛性樁復(fù)合。其中柔性樁為散體材料類，如碎石樁，砂樁；半剛性樁為水泥土類如深層攪拌樁；剛性樁為混凝土類如水泥粉煤灰碎石樁（CFG 樁），各種管樁等。

5 結(jié)論

綜上所述，在基礎(chǔ)工程建設(shè)中，遇到土體為軟土地基時，首先應(yīng)進行補勘工作，以此來確保沉降量的計算精度和設(shè)計合理性。然后根據(jù)施工現(xiàn)場的實際情況，合理選擇加固方法，提高軟土地基處理效果，降低軟土地基處理成本，保證工程質(zhì)量。