軟土地基的特性及處理加固方法

李曉波

（衡水市水務(wù)局建筑工程處，河北 衡水053000）

軟土地基的主要構(gòu)成是淤泥、類淤泥質(zhì)土、松軟雜填土或沖填土，以及高壓部分高縮性的軟弱土層。一般通過地質(zhì)勘探及測量可以發(fā)現(xiàn)，利用人工進(jìn)行開挖探坑時，只要遭遇到軟土地層，就開挖困難。經(jīng)過挖取土樣試驗觀察，表明其天然的含水量較高、孔隙比較大、透水性較差、壓縮性較高、抗剪強(qiáng)度極低。

1 軟土地基工程特性

1.1 含水量較大、壓縮性高

軟土一般是由黏土粒組及粉土粒組組合而成，并間含少量的有機(jī)質(zhì)。粘粒所含的礦物蒙脫石、高嶺石和伊利石約占萬分之二。其晶粒比較細(xì)，呈現(xiàn)多為薄片狀，負(fù)電荷分布在表層，偶極水分子由周圍的水和其作用后形成，經(jīng)過吸附成為水膜包圍起來。由于差異的地質(zhì)結(jié)構(gòu)和環(huán)境下多以絮狀結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)。軟土的結(jié)構(gòu)形成決定了其孔隙比。空隙中的水分多，干容重就相對較小，再加上含有的微生物和腐殖質(zhì)，有的還含有可燃性的氣體成分，造成壓縮性特別高，而且長期也達(dá)不到固結(jié)穩(wěn)定狀態(tài)。該特性表現(xiàn)為軟土當(dāng)受到來自外部一定壓力之后，土粒間的縫隙就會迅即減小，但是結(jié)構(gòu)卻無法徹底地穩(wěn)定固結(jié)，因此不具備穩(wěn)定承載能力。

1.2 抗剪強(qiáng)度低

由于軟土結(jié)構(gòu)具有非常大的孔隙，其抗剪能力比正常地基要小得多。軟土的具體抗剪強(qiáng)度一般可以在工程現(xiàn)場通過做原位試驗予以確定。

1.3 透水性低

軟土經(jīng)過實驗檢測，軟土含水量高，甚至接近飽和。實驗發(fā)現(xiàn)其滲透系數(shù)一般都在1×10-6～1×10-8cm/s范圍，受到荷載后固結(jié)的速度特別緩慢。當(dāng)?shù)鼗杏袡C(jī)質(zhì)含量較大時，腐質(zhì)有機(jī)物化學(xué)反應(yīng)就能產(chǎn)生氣體，以氣泡的形式存在縫隙中，滲流的空隙通道被阻塞，造成其滲透性大大降低。尤其垂直的層面方向幾乎接近不透水。這樣就造成采用降水及排水的方法，以實現(xiàn)固結(jié)穩(wěn)定難度很高。反映在工程上表現(xiàn)為沉降延續(xù)時間特別長，而且在受荷開始，經(jīng)常出現(xiàn)較高的孔隙水壓力，會直接影響地基的承載強(qiáng)度。

1.4 觸變性

軟土結(jié)構(gòu)中經(jīng)常出現(xiàn)類似絮凝狀的結(jié)構(gòu)性沉積物，當(dāng)原狀土沒有受到破壞時具有一定的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，但一旦受到擾動，結(jié)構(gòu)隨即破壞，強(qiáng)度迅速降低或甚至很快轉(zhuǎn)變成稀釋狀態(tài)。因此，軟土地基時常表現(xiàn)為受外部振動荷載以后，產(chǎn)生側(cè)向滑動、沉降及其底面兩側(cè)擠出等現(xiàn)象，直接破壞工程基礎(chǔ)，無法體現(xiàn)穩(wěn)定強(qiáng)度。

1.5 流變性

實踐表明軟土在一定的外力荷載加壓下，持續(xù)時間越長，變形越大，而且長期的承載強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于瞬時承載強(qiáng)度。這個特點對水利工程建筑物、堤防邊坡、水庫擋墻、碼頭基礎(chǔ)設(shè)施等穩(wěn)定性具有鮮明的破壞性，不作處理或處理不好極易造成工程整體或局部沉降、傾斜或倒塌等安全事故。

1.6 非均勻性

因軟土層地基中混合有雜粉細(xì)砂或流沙、腐質(zhì)土等多種土質(zhì)結(jié)構(gòu)，在平面方向及垂直方向上沒有一致的結(jié)構(gòu)特征，無法測算均勻地質(zhì)的物理參數(shù)進(jìn)行參考，不處理加固容易產(chǎn)生地基的不均勻沉降。

2 軟土地基的處理

2.1 軟土地基加固處理的目的

改善軟土的力學(xué)性質(zhì)和結(jié)構(gòu)，提高處理后地基的承載能力，增加整體的抗滑穩(wěn)定性，最大限度地減少壓縮變形，達(dá)到水利工程所提的設(shè)計地基承載力。

2.2 軟土地基處理加固的常用主要方法

2.2.1 強(qiáng)夯處理法

強(qiáng)夯處理法是采用動力固結(jié)法進(jìn)行加固，區(qū)別于靜力固結(jié)法。該方法采用專門的強(qiáng)夯機(jī)的較重夯錘，提升到一定高度自由下落，對地基土施加巨大沖擊（一般在100～400kN），通過產(chǎn)生的沖擊波和動應(yīng)力，強(qiáng)行促使土結(jié)構(gòu)密實，達(dá)到提高地基承載強(qiáng)度的目的。強(qiáng)夯處理法一般適用于砂壤土和砂石混合土、低飽和度黏性土、粉質(zhì)土，以及素土和雜填土等軟土地基。這種處理加固方法，設(shè)備并不復(fù)雜，施工簡單易行，方便快捷，經(jīng)濟(jì)實用，材料可以因地制宜，是普遍采用且效果明顯的處理加固方法之一。

2.2.2 換填法

當(dāng)軟土地基的承載力較小，達(dá)不到設(shè)計承載能力要求時，而軟土層的厚度不太大時，可以采用換填法。即將工程基礎(chǔ)以下軟弱土層挖除，當(dāng)下層地質(zhì)土層地基承載力達(dá)到要求的情況下，開挖的基坑內(nèi)就可以分層換填，材料為強(qiáng)度高的穩(wěn)定、無侵蝕性的建筑材料，如砂、碎石、石灰土等。分層碾壓或夯實至要求的一定密度，一般對淤泥、淤泥類質(zhì)土、素填土、雜填土等地層較為適合。軟土地層厚度小于3m時，通常采用全部挖除換填的方法。當(dāng)軟土地基厚度較大時只采取部分挖除換填。全部挖除軟土層能夠從根本上去除軟弱點，極大提高了地基的承載能力，效果最為明顯。

2.2.3 砂石擠淤法

對于軟土地基淤泥層結(jié)構(gòu)，采用砂、碎石等拋投其中，將淤泥擠出，并振動壓實，達(dá)到加固的目的。而地下水位較高、水庫湖區(qū)等不能抽排干凈、軟土液性指數(shù)特別大、厚度不深、塊石能沉至下層的地基，可以采用拋石擠淤，同時配以水泥砂漿等灌縫處理，可以有效地解決該地基問題。

2.2.4 擠密法

擠密法是用振動或者沖擊的方法機(jī)械成孔，然后在成孔內(nèi)送入砂、碎石、三合土、石灰或其他建筑材料，并進(jìn)行搗密使之成為合成樁體。也可用松木等材料壓入軟基，使土擠壓密實，地基土的強(qiáng)度得到增強(qiáng)。擠密樁主要用于處理松軟砂類土、素填土、雜填土等地質(zhì)軟基，通過將土擠密達(dá)到提高承載力的目的，加固效果也很明顯。

2.2.5 縫隙灌漿法

縫隙灌漿法是用高壓泵產(chǎn)生的壓力或利用電化學(xué)原理通過注漿管道將按一定比例調(diào)和配置的加固液注入縫隙地層中，用漿液擠壓土粒間或巖石裂縫中的水分和氣體，經(jīng)一定時間后，漿液將松散的土體或縫隙膠結(jié)成整體，完成后可以形成強(qiáng)度較大、防滲能力較強(qiáng)的加固后的地基。該方法一般用于河道堤防和水庫防滲加固較多，是深層軟基或縫隙地基不可或缺的處理加固方法。

3 軟土地基加固工程實例分析

3.1 滏陽河衡水市區(qū)段防洪排澇綜合整治工程

該工程是衡水市區(qū)段重要的大型水利工程項目，總投資10億元。在東滏陽橡膠壩施工中，壩室左側(cè)出現(xiàn)了局部淤泥流沙軟基。經(jīng)檢測其地基承載力嚴(yán)重不足。經(jīng)過現(xiàn)場地質(zhì)勘測發(fā)現(xiàn)，僅3m以上為淤泥流沙層，下部為砂壤土穩(wěn)定地層。針對這種情況采取了地基換填處理法，即根據(jù)現(xiàn)場軟基分布情況，用挖掘機(jī)挖了長16m寬12m的基坑，將流沙層淤泥清除，開挖深度3m。下部2m深度采用了拋石擠淤法，分層拋石擠淤。將無風(fēng)化的塊石料（尺寸不小于30cm）拋填于被處理堤基中，拋填方向為縱向，采用挖掘機(jī)分層按壓至穩(wěn)定，縫隙灌注M10水泥砂漿；然后上部采用鋪設(shè)30cm碎石層進(jìn)行振動夯實，基礎(chǔ)穩(wěn)定后，上部采用了黏土換填，分層碾壓，回填達(dá)到設(shè)計密實度。該處理方案完成后，經(jīng)觀測地基穩(wěn)定，地基驗收完全符合設(shè)計要求，然后才投入橡膠壩底板的施工。該工程完工驗收投入運行至今，運行良好。

在東滏陽橋梁工程軟基處理時，發(fā)現(xiàn)該處地基存在低飽和度粉土與雜填土，因此采用了強(qiáng)夯法，強(qiáng)力夯實是將80kN即相當(dāng)于8tf以上的夯錘，起吊到8m，讓錘自由落下，對該軟土進(jìn)行了夯實。經(jīng)夯實后的土體孔隙大大壓縮，同時夯點周圍產(chǎn)生的裂隙將孔隙水出逸，有效達(dá)到了軟土固結(jié)，從而提高了地基的承載能力，經(jīng)檢測達(dá)到了設(shè)計要求。該處理方案夯實效果良好。

3.2 衡水湖人工島工程

采用松木擠密法施工。因為人工島坐落湖水之中，要求島的邊坡采用生態(tài)護(hù)坡形式，而必須保證護(hù)坡穩(wěn)定不被沖刷，防止冬季冰蓋的撞擊破壞。為此施工時采用了軟基坡面打入長6m直徑25cm的松木，間距80cm，梅花布置。松木間鋪設(shè)沙袋，沙袋上面鋪蓋格柵。同時在松木樁間種植了耐水的喬木及灌木植被。該方法有效處理了岸坡軟基不穩(wěn)定及湖水沖刷問題，解決了湖區(qū)岸坡穩(wěn)定與生態(tài)要求的矛盾，岸坡加固處理完成后，大大降低了人工島的水土流失，經(jīng)受住冬季湖水冰層的沖擊力破壞。該處理加固方案得到了相關(guān)單位的好評。

3.3 饒陽縣滹沱河北大堤除險加固工程

采用壓力灌漿法施工。該大堤為國家二級堤防，經(jīng)勘測分析發(fā)現(xiàn)，大堤地基多處存在孔隙直徑大于0.2mm的裂隙，嚴(yán)重威脅著京津的防汛安全。為此在該項地基處理加固中采用了高壓水泥漿進(jìn)行灌注。灌漿后檢測表明，裂隙灌漿飽滿，有效消除了裂隙造成的安全隱患和風(fēng)險，極大地提高了工程地基的穩(wěn)定性。

4 結(jié)語

在水利工程建設(shè)中，要科學(xué)地認(rèn)識軟土地基并掌握其特性，綜合考慮采用適合的處理方法，也可同時運用多種處理加固方法和手段。只有認(rèn)真做好軟土地基處理加固工作，才能夠確保水利工程的地基質(zhì)量和安全。

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