建筑工程中軟土地基的處理方法及其工藝要點

【摘 要】結合工程實踐，介紹軟土及軟土地基的定義，通過簡述軟土地基在建筑工程中的危害，進而對建筑施工中軟土地基常用的處理方法作詳細說明，提出強夯法、換土墊層法、粉體噴射攪拌法、漿灌樁（深層水泥攪拌樁和深層水泥攪拌樁）、砂墊層和砂石墊層換填等處理方法及其工藝要點。

【關鍵詞】建筑工程；軟土地基；處理方法；工藝要點

1 軟土地基中的相關術語定義

1.1 軟土定義

軟土是指天然含水量大、壓縮性高、承載力低的一種軟塑到流塑狀態的飽和黏土，多分布在沿海、內陸、平原、山區的湖泊河灘周邊等地區，具有天然含水量高，一般液限wL值較高；天然孔隙比e＞1.0。當軟土由生物化學作用形成e＞1.5時為淤泥，天然孔隙比1.0＜e＜1.5時為淤泥質土；壓縮性高，壓縮系數a1-2 > 0.5m2／mm；強度低，不排水抗剪強度＜0.03MPa，長期強度更低；滲透系數小（K= 10-7-10-8cm/s）、固結系數小、靈敏度高、易受擾動、透水性差、土層層狀分布復雜、各層之間物理力學性質相差較大等特點。

1.2 軟土地基定義

軟土地基在學術界還沒有統一定論，中國公路行業規范對軟土地基定義是指強度低，壓縮量較高的軟弱土層，多數含有一定的有機物質。日本高等級公路設計規范將其定義為：主要由粘土和粉土等細微顆粒含量多的松軟土、孔隙大的有機質土、泥炭以及松散砂等土層構成，日本在給出軟土地基定義時指出：軟土地基不能簡單地只按地基條件確定，因填方形狀及施工狀況而異，有必要在充分研究填方及構造物的種類、形式、規模、地基特性的基礎上，判斷是否應按軟土地基處理。

在上述定義基礎上，結合國內外對軟土的定義，筆者認為軟土地基系指主要由淤泥、淤泥質土、沖填土、雜填土或其他高壓縮性土層構成的地基。同時，在建筑地基的局部范圍內有高壓縮性土層時應按局部軟弱土層考慮，施工中，宜先建重、高部分，后建輕、低部分。

1.3 軟土地基工程的性質

主要有：（1）觸變性。軟土在未破壞時，具固態特征，一經擾動或破壞，即轉變為稀釋或其他形式的流動狀態；（2）高壓縮性。壓縮系數大，經理論測試，大部分壓縮變形垂直壓力峰值約為0.1Mpa；（3）低透水性。軟土的透水性很低，可認為是不透水的，因此軟土排水固結需要很長時間；（4）不均勻性。軟土由微細的和高分散的顆粒組成，土質不均勻，當建筑荷載不均勻時，將會使建筑物產生較大的差異沉降，造成建筑物裂縫或損壞；（5）流變性。在一定剪應力作用下，具有發生緩慢長期變形的性質，且長期強度小于瞬時強度。

2 軟土地基在實際工程中的危害

軟土地基在實際工程中，無論是從勘查設計還是從現場施工角度看，其危害均是巨大的，勘察設計不詳細或不準確，導致對應該做軟基處理的地段未做處理設計，可能導致工程返工及經濟上的損失，嚴重的，還會造成施工后構建物的下沉、變形，甚至損毀。

已知是軟土地基，但是未做好軟土地基處理，造成基礎失穩或危及附近建筑物，或者雖然做了軟土地基處理，但是措施不力，施工不當造成基礎失穩，影響整體結構。另外，由于堆料不當，未按規定分層填筑，填土過快，碾壓不當，均會導致基礎整體受力不均而失穩。

3 軟土地基的處理的基本規定

3.1 地基基礎工程施工線，必需具備完備的地質勘查資料及項目附近管線、建筑物、構筑物和其他公共設施構造情況，必要時應作施工勘查調查以確保工程質量及鄰近建筑的安全。

3.2 施工過程中，應緊密觀察軟土地基變化情況，如遇異常，應停止施工，由相關單位組織勘查、設計、施工等有關單位共同分析情況，解決問題，消除質量隱患，并形成書面資料。

4 常用軟土地基處理方法

局部軟弱土層以及暗塘、暗溝等，可采用基礎梁、換土、樁基或其他方法處理。當承載力或變形不能滿足設計要求時，可選用下述方法，但處理后的地基承載力應通過試驗確定。

4.1 強夯法

強夯法是指將數噸至數十噸的重錘從高處自由落下，對軟土地基進行強力夯實，以提高其強度。加固后的土基，承載力會明顯提高，沉降量也會降低。其原理：在強夯過程中，土體中微小氣泡的體積壓縮，土的孔隙減小，土體局部液化，土的結構破壞并且強度下降到最低位。隨之在夯擊點周圍出現徑向裂隙，形成樹枝狀的排水網絡，使土體滲透性大大增加，孔隙水得以順利溢出，加速了土體固結，繼而使土基的強度得到恢復和增強。

工藝要點：先通過試夯取得必要的施工參數，然后根據試夯數據布置夯擊點(一般按方形布點)、擬定夯打遍數和每遍夯打次數，以及前后兩遍夯打的間隔時間。施工機可用50 t～100t的吊機或三角架。錘重一般為10～20t，底面積3～6m2，自由落高10 m～20m，加固深度可達10 m～20m。在兩遍夯打之間，應注意間隔的時間以及夯擊坑的回填工作。夯打完成后，應整平地基，用較小的能量對整個場地進行一夯搭一夯的夯打。目的是夯實表面震松層及夯坑內松散回填土。若整個施工場地的地基為非勻質土并與原計劃不符時，應及時采取補夯措施，務使整個場地得到同等的夯擊效果。

4.2 換土墊層法

其基本原理是挖除淺層軟弱土或不良土，分層碾壓或夯實土，按回填的材料可分為砂(或砂石)墊層、碎石墊層、粉煤灰墊層、干渣墊層、土(灰土、二灰)墊層等。換土墊層法可提高持力層的承載力，減少沉降量；常用機械碾壓、平板振動和重錘夯實進行施工。該法常用于基坑面積寬大和開挖土方量較大的回填土方工程，一般適用于處理淺層軟弱土層(淤泥質土、松散素填土、雜填土、浜填土以及已完成自重固結的沖填土等)與低洼區域的填筑，一般處理深度為2m～3m，適用于處理淺層非飽和軟弱土層、素填土和雜填土等。

4.3 粉體噴射攪拌法

本方法是向軟土地基內噴射生石灰粉、水泥粉或粉煤灰等加固材料，原位攪拌混合，通過化學反應達到改善軟土力學性能的目的。

粉體攪拌樁具有較高的剛度，抗側向變形能力；能夠有效地減少軟基的壓縮量，調整橫斷面差異沉降，并且可以承受較快的加荷速度；在路基填土過程中，不宜使用沖擊力過大的壓路機，可適當增加碾壓遍數，盡量使處理后的基底樁問土相對固結穩定，以增加抗剪能力。粉體攪拌樁不能改善地基排水條件，但通過吸水固結可提高樁間土的結構性，同時樁頂鋪墊砂層可便于地基排水，從而可適當加速樁土的固結，降低施工后沉降量。

4.4 漿灌樁法

利用壓力將化學溶液或膠結劑通過注漿管均勻地注入士層中，固化劑和軟土之間將會產生的一系列物理化學反應，使軟土硬結成具有整體性、水穩定性和一定強度的水泥加固土，并將預制的漿液灌入事先鉆制的基礎柱體中，從而提高地基強度和增大變形模量，減小地基沉降，使其成為優質地基，漿灌樁法主要有：深層水泥攪拌樁和深層石灰攪拌樁。

4.4.1 深層水泥攪拌樁

深層水泥攪拌樁適用于處理淤泥、淤泥質土、泥炭土和粉土，是進行軟基處理的一種有效方法。深層水泥攪拌樁是利用水泥作為固化劑的主劑，通過特制的深層攪拌機械在地基深部就地將軟土和固化劑強制拌和，使軟土硬結，提高地基強度。

試樁。試樁是為尋求最佳攪拌次數、確定水泥漿的水灰比、泵送時間、泵送壓力、攪拌機提升速度、下鉆速度以及復攪深度等參數，以指導下一步水泥攪拌樁的大規模施工。每個標段的試樁≮5根，且必須待試樁成功后方可進行水泥攪拌樁的正式施工。試樁檢驗可采取7d后直接開挖取出，或至少14d后取芯，以檢驗水泥攪拌樁的攪拌均勻程度和水泥土強度。

施工準備。深層攪拌樁施工場地應事先整平，清除樁位處地上、地下障礙物。場地低洼時應回填黏土，不得回填雜土。水泥攪拌樁應采用合格的32.5級普通硅酸鹽袋裝水泥以便于計量。水泥攪拌樁施工機械必須具備良好及穩定的性能，鉆機開鉆之前應由監理工程師和項目經理部組織檢查驗收。

工藝要點。水泥攪拌樁開鉆之前，應用水清洗整個管道并檢驗管道中有無堵塞現象，待水排盡后方可下鉆，為保證水泥攪拌樁樁體垂直度滿足規范要求，在主機上懸掛一吊錘，通過控制吊錘與鉆桿上、下、左、右距離相等來進行控制。對每根成型的攪拌樁，質量檢查重點是水泥用量、水泥漿拌制的罐數、壓漿過程中是否有斷漿現象、噴漿攪拌提升時間以及復攪次數。水泥攪拌配合比：水灰比0.45~0.5、水泥摻量12％、每米摻灰量46~25kg、高效減水劑0.5％。水泥攪拌樁施工采用二噴四攪工藝。第一次下鉆時為避免堵管可帶漿下鉆，噴漿量應小于總量的1/2，嚴禁帶水下鉆。第一次下鉆和提鉆時一律采用低檔操作，復攪時可提高一個檔位，每根樁的正常成樁時間應≮40 min，噴漿壓力0.4MPa。

4.4.2 深層石灰攪拌樁

深層石灰攪拌樁適用于處理塑性指標較高的軟黏土地基，在相同條件下，石灰作為固化劑處理的臨時加固效果比水泥好。深層石灰攪拌樁是在軟土地基中將石灰和地基土進行強制攪拌混合，地基土和石灰發生化學反應，在穩定地基土的同時，提高強度的方法。這種方法具有技術簡單可行且經濟合理的特點，能有效地加固軟弱地基，減少軟土層沉降和整體工程工后沉降，提高軟土層的承載力。

材料特性。石灰應該是細磨的，在攪拌過程中，為防止樁體中石灰聚集，石灰最大粒徑應＜2 mm。石灰應盡量選取純凈無雜質的，石灰中氧化鈣和氧化鎂含量至少應為8.5%，其中氧化鈣含量最好≮80%。石灰的儲存期不宜超過三個月，石灰的液性指數≮70 % 。

工藝要點。工作場地表層硬殼很薄時，需先鋪填砂、礫石墊層，以便機械在場內順利移動和施鉆；配置鉆機、粉體發送器、空氣壓縮機、攪拌鉆頭等；通過原位測試及室內試驗取得地基土、灰土的物理力學及化學指標，選取最佳含灰量作為設計摻灰量；確定設置攪拌范圍，選擇樁長、截面及根數。攪拌樁的排列一般呈等邊三角形，也可四方形布置，樁徑為0.5m~1.5m，樁距約1m。空壓機的壓力不需要很高，風量不宜過大，鉆機及桅桿安裝在載體上，在地面上進行操作，要滿足耐壓力要求。在施工現場要設置石灰池，石灰粉要遮蓋，一是防止飛粉污染，二是防止遇雨水產生化學反應，濺傷皮膚及眼睛，施工人員要配戴防護眼鏡。鉆頭提升距地面30cm~50cm 應停止噴粉，以防溢出地面。

4.5 砂墊層和砂石墊層換填法

砂墊層和砂石墊層是使用夯（壓）實的砂或石墊層替換基礎下部一定厚度的軟土層，以提高基礎下地基強度、承載力，減少沉降量，加速軟土層的排水固結，目前使用較為廣泛。

材料特性。砂墊層和砂石墊層所用材料，宜采用級配良好、質地堅硬的中砂、粗砂、礫砂、碎（卵）石、石屑或其他工業廢粒料。在缺少中、粗砂和礫砂地區，也可采用細砂，但亦同時摻入一定數量的碎石或卵石，其摻量按設計規定（含石量≯50 %）。所用砂石材料，不得含有草根、垃圾等有機雜質。用作排水固結地基的材料，含泥量宜≯30％，碎石和卵石最大粒徑宜≯50mm。

工藝要點。施工前應驗槽，先將浮土清除，基槽（坑）的邊坡必須穩定，草地和兩側如有孔洞、溝、井等應加以填實。在地下水位高于基槽（坑）地面施工時，應采取排水或降低地下水的措施，使基槽（坑）處無積水狀態。人工級配的砂、石材料，應按級配拌合均勻，再行鋪填搗實。砂墊層和砂石墊層的底面宜鋪設在同一標高上，如深度不同時，施工應按先深后淺的程序進行。土面應挖成臺階或斜坡搭接，搭接處應注意搗實。分段施工時，接頭處應作成斜坡，每層錯開0.5m~1m，并應充分搗實。采用碎石墊層時，為防止基坑底面的表層軟土發生局部破壞，應在基坑底部及四側先鋪一層砂，然后再鋪碎石墊層。墊層應分層鋪墊，分層夯（壓）實。夯實法適用木夯或機械夯，一夯壓半夯，全面夯實，每層鋪設厚度為150mm~200mm，施工時最優含水量為8％~12％。此法較適用于砂石墊層。

5 新型軟土地基處理方法

除以上傳統軟土地基處理方法，結合現代工程工藝，現簡述如下兩種新方法：

5.1 現澆薄壁筒樁

現澆薄壁筒樁是近年來新發明的一種新型樁型，它是利用一種壓入式成孔器，通過成孔、灌注、振動、拔管一次成樁。它具有經濟高效、承載力高、穩定性好、抵抗軟基礎不均勻沉降強、不污染環境、縮短工期等特點。筒樁采用薄殼混凝土結構，承載力高，屬剛性樁。它主要作用是將路基的荷載大部分由筒樁傳遞到深處。隨后，再通過土工格柵將上部路基荷載均勻傳遞給樁土復合地基。當樁問土通過土工格柵與樁身發生緊密作用時，外荷載開始由樁身承擔，此時的樁問土沉降就基本逐步達到穩定，從而提高了地基強度，減少路基的沉降。另一項重要作用是群樁的側向水平總體效應，它能明顯阻止路基軟土的水平方向位移，從而大大增加路基的穩定性。

5.2 “Y”形樁

“Y”形灌注樁，又稱異型樁，是建立在圓柱形沉管灌注樁技術之上的新型樁基施工技術，它繼承了沉管灌注樁的特點，發揮了變截面樁的優勢，從而可以充分利用材料特性，降低工程成本。由于異型樁的樁身帶有突起的三條側棱及樁帽的特殊結構，使其具有比普通圓管樁更大的側表面積，因此，它不僅秉承了一般沉管樁的優點和特點，而且在消耗等量混凝土的情況下，異型樁承載力比一般沉管樁可提高20％～25％，同等條件下，還可節約成本，在施工中，“Y”型沉管灌注樁也無需專用打樁設施，只需將模具更換成“Y”形鋼模即可。其施工規范和驗收標準均可借鑒原有的沉管灌注樁，即垂直打人軟土地基，達到設計深度后，灌注混凝土并小幅度間隙振動，拔出樁模后，在地下就會留下一個“Y”形的砼樁。

6 結語

在施工中遇到軟弱地基時，應進行必要的補充勘探工作，提高沉降計算的精度和設計的合理性。只要設計和施工措施得當，就可以保基礎工程的穩定和使用效果。軟土地基的設計與施工方案，應結合地質條件、材料供應、投資環境、工期要求和環境保護等因素，因地制宜、就地取材、分期修建、綜合處治的原則進行充分論證，使設計和施工方案達到技術上先進、經濟上合理。軟土地基的處理方法很多，總之，軟土地基處理的目的是增加地基穩定性，減少施工后的不均勻沉陷，所以施工的技術人員必須意識到軟土地基的危害性，嚴格按照技術規程及施工規范操作，同時做好施工組織和施工質量控制，在確保結構安全的前提下，保證施工便捷且經濟合理。

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