软土地基处理方法

软土地基处理方法

摘要：阐述了软土的概念,总结了软土地基的特性,并结合相关技术规范及施工经验,简单介绍了碾压法与夯实法、排水固结法、换土垫层法、挤密法和振冲法等常用软土地基处理方法及其各自的适用范围。

关键词：软土地基，处理方法，施工工艺，特性

1 软土地基性质简介

1.1 软土的概念

软土是指以水下沉积的软弱粘性土或淤泥为主的地层,有时也有少量的腐泥或泥炭层。软土、沼泽的划分为软粘土、淤泥质土、淤泥、泥炭质土及泥岩五种类型。习惯上常把淤泥、淤泥质土、软粘土总称为软土,而把有机质含量高的泥炭、泥炭质土总称为沼泽。

1.2 软土地基的特性

软土地基一般是指在静水或缓慢水流环境中沉积的饱和粘性土,并常夹有泥炭、贝壳及生物残骸。特性如下:

1)天然含水量和孔隙比大。天然含水量高,一般大于35 % ,接近或大于液限;天然孔隙比一般大于1 ,多数在1. 0～2. 0之间。

2)透水性差。软土亲水性强,透水性差,具有明显的方向性,软土的粘粒含量、有机质含量和液限越大,渗透系数就越小, k一般为10-7cm/ s～10- 8cm/ s ,因此决定了内部水分渗水条件不良,对地基排水不利。

3)压缩性高。软土由于孔隙比大,土粒间连接结构不稳定,具有高压缩性的特点,且随液限的增加而增加。

4)抗剪强度低。不排水剪切时,内摩擦角接近于0 ,一般情况下,内摩擦剪应力小于19. 92 kPa ,排水剪切时,抗剪强度随固结程度增大而增大。

5)触变性和蠕动性大。软土结果未被破坏以前具有一定的结构强度,一经扰动,强度迅速降低,但随静置历时增加,强度将逐渐恢复。

1.3 软土地基的处理原则

对于新建工程,原则上首先应考虑利用天然地基,对于淤泥和淤泥质上利用其上覆较好上层作为地基持力层,当上覆土层较薄,应注意避免施工时对淤泥和淤泥质土的扰动:对于冲填、杂填建筑垃圾和性能稳定的工业废料,当均匀性和密实度较好时,均可利用作为地基、持力层;对于有机质含量较多的生活垃圾和对基础有腐蚀性的工业废料等杂填土,未经处理不宜作为地基持力层。若地基软弱不能满足要求,则需进行处理,根据工程情况及地基土质条件或组成的不同,处理的目的可以是:

(1)提高土的抗剪强度,使地基保持稳定;

(2)降低土的压缩性,使地基的沉降和不均匀沉降至允许范围内;

(3)降低土的渗透性或渗流的水力梯度,防止或减少水的渗漏,避免渗流造成地基破坏;

(4)改善土的动力性能,防止地基产生震陷变形或因土的震动液化而丧失稳定性;

(5)消除或减少土的沉陷性或胀缩性引起的地基变形,避免建筑物破坏或影响其正常使用。

2 软土地基常用处理方法

地基处理的目的是利用置换、夯实、挤密、排水、胶结、加筋和热学等方法对地基土进行加固, 以改善压缩层内一部分或全部地基土的强度、压缩性、渗透性、动力特性和特殊土地基特性, 提高地基的强度, 保证地基的稳定, 降低压缩性, 减少基础的沉降或者不均匀沉降, 确保建筑物的安全和正常使用。高层建筑、体育馆等大型工程的快速发展, 对地基的承载能力要求越来越高, 天然的软土地基远远不能满足这些建筑物和构造物对地基承载力的要求, 尤其是近年来不良的工程地质条件逐渐增多, 这一问题变得更加突出。国内外大量的工程实践经验表明, 为满足地基的强度、变形、稳定性及抗震等要求, 必须对软土天然土层进行人工处理。软土地基处理方法很多, 按其原理和做法的不同可归纳为以下 4 类: 1) 置换及拌入法。2) 振密、挤密法。3) 排水固结法。4)加筋法。选择地基处理方案时, 应根据具体工程和地基的实际情况, 并考虑施工进度和设备条件, 对各种方法进行比较, 做到经济上合理, 技术上可靠。下面简要介绍几种工程商常用方法。

2.1 换土垫层法

换土垫层法的基本原理是挖除浅层软弱土或不良土, 换填其他无侵蚀性的低压缩性的散体材料, 分层碾压或夯实土, 作为地基的持力层。按回填的材料可分为砂(或砂石) 垫层、碎石垫层、粉煤灰垫层、干渣垫层、土(灰土) 垫层等。垫层的作用是提高持力层的承载力, 并通过垫层的应力扩散作用, 减小垫层下天然土层所承受的压力, 这样可以减小地基的沉降量。砂垫层施工时应控制最优含

水量, 并分层铺筑, 分层捣实。捣实方法可视具体条件选用振实、夯实或者压实等方法。该法常用

于基坑面积宽大和开挖土方量较大的回填土方工程, 一般适用于处理浅层软弱土层(淤泥质土、松散素填土、杂填土、回填土以及已完成自重固结的冲填土等)与低洼区域的填筑。

2.2 深层挤密法

深层挤密法是为了挤密较大深度范围内的松软土, 常采用挤密桩的方法, 它是先往土中打入桩

管成孔, 拔出桩管后向孔内填入砂或者其他材料并加以捣实而成。其作用是挤密桩周的松软土层,

使桩和挤密后的土层共同形成复合土层作为持力层, 从而提高地基承载力和减小地基的沉降变形。

挤密桩按其所填充的材料分为砾石桩, 砂桩, 石灰桩, 灰土桩以及土桩等, 适用于含砂砾、砖瓦砾

的杂填土以及松散土地基。

2.3 强夯法

强夯法是在极短的时间内对地基土体施加一个巨大的冲击能量, 这种突然释放的能量将使土体

发生一系列的物理变化: 土体结构破坏或者液化, 排水固结压密, 触变恢复等。其作用的结构是使

一定范围内的地基强度提高, 孔隙挤密, 消除湿陷性, 这里所说的一定范围即是强夯法的加固深

度。

2.4 堆载预压法

在饱和软土地基上施加荷载后, 孔隙水被缓慢排出, 孔隙体积随之逐渐减少, 地基发生固结变形。同时随着超静水压力逐渐消散, 有效应力逐渐提高, 地基强度就逐渐增大, 地基经预压处理后, 建筑物沉降量明显减少。如果预压荷载大于建筑物荷载, 效果更好。

堆载预压法处理地基的设计内容如下:

1) 选择砂井或塑料排水带等竖向排水体, 确定其直径间距、排列方式和深度。

2)确定加载的数量、范围、速率和预压时间。预压荷载的大小根据设计要求确定, 通常与建筑物的基底压力相同。对于沉降有严格要求的建筑物, 应采取超载预压法处理地基。

3) 计算地基的固结度、强度增长、抗滑稳定性和地基变形。计算地基的固结度、强度增长和抗滑稳定性是为了确定加载的分级、加载的速率和每级预抬高量以控制预压后的标高满足荷载预压的时间; 计算变形以满足设计要求。

2.5 高压旋喷法

高压旋喷法是将带有特殊喷嘴的注浆管喷射钻进预定深度,然后利用高压泥浆泵以高速喷射冲

切土体, 使浆液与土混合, 经过凝结硬化形成比较均匀且具有高强度的加固体。此法能够克服一般静压灌浆的缺点, 适用于标准贯入击数小于 10 的砂性土、小于 5 的黏性土以及不含瓦砾的回填土。用旋喷法加固的地基按复合地基进行设计与计算。

2.6 深层搅拌法

深层搅拌法是利用水泥、石灰等材料作为固化剂, 通过特制的深层搅拌机在地基深部将固化剂与地基土就地强制地搅拌形成水泥土桩或水泥土块体的加固地基, 从而达到提高地基承载力, 减少压缩量的目的。深层搅拌法用于处理的土类为淤泥、淤泥质土、粉土和含水量较高、地基承载力标准值不大于 120 kPa 的软黏土。

2.7 土工合成材料

土工合成材料(土工聚合物) 是土工用合成纤维材料的总称,包括土工织物、土工薄膜、土工格栅等。我国于 20 世纪 70 年代末开始研究土工聚合物并迅速推广, 在铁路、公路等工程建设中取得了成功。其作用概括起来有以下几个方面:

1)排水作用: 织物埋在土体汇集水分, 并将水排出土体, 既可垂直排水, 又可水平排水;

2) 反滤作用: 为防止土中细颗粒被渗流潜蚀( 管涌现象), 用织物作反滤层;

3) 分隔作用: 为防止不同粒料层之间相互混杂, 可在不同的粒料间铺设织物, 起分隔作用

4) 加筋作用: 织物以适当的方式埋在土中, 作为加筋材料, 可控制土的变形, 增加土体的定性。

3 软土地基处理新技术

3.1 CFG桩长螺旋成孔技术

高速铁路对路基的工后沉降提出了严格的要求。据研究，路基在列车荷载作用下和路基本体在自重作用下产生的工后沉降是有限的。地基引起的工后沉降决定了路基工后沉降能否满足标准要求。因此"工后沉降标准的确定原则"应为满足工后沉降量所进行地基的处理费用与运营期间线路养护维修费用大致平衡。因此正确选择能满足高速铁路技术标准要求的合理的软土地基处理方案和设计参数是一项迫切需要解决的课题。CFG桩即水泥、粉煤灰、碎石桩，属于刚性地基加固桩。CFG桩的施工可采用长螺旋钻孔芯管泵送混合料灌注和振动沉管灌注成桩2种施工方法。长螺旋钻孔芯管泵送混合料灌注适用于粘性土、粉土、砂土以及对噪声或泥浆污染要求严格的场地，具有成孔效率高、