軟土地基處理技術在建筑工程施工中的應用

董永祺 山西四建集團有限公司

1 前言

在我國建筑用地資源不斷縮減的當下，建筑工程建設過程中，遭遇復雜地質條件的概率也越來越高。軟土便是建筑工程經常遇到的一種復雜地層，為保障地基承載力，必須做好軟土地基處理工作。現階段來說，建筑工程領域的軟土地基處理方法諸多，不同的軟土地基處理方法，優缺點不同，適用范圍也不同。在建筑工程實際施工中，應綜合考慮多方面的因素，選擇合適的軟土地基處理方法，以確保軟土地基處理效果。

2 軟土地基及其特點

軟土指的是以水下沉積的淤泥或者是軟弱粘性土為主的地層。軟土主要包括軟黏土、淤泥質土、淤泥等類型。軟土地基指的是在緩慢水流或者是靜水環境下經過長時間沉積而形成的飽和粘性土，且往往夾雜著貝殼、生物殘骸以及泥炭。軟土地基的特點包括：第一，天然含水量較大。軟土的天然含水量通常在35%以上，接近液限，甚至大于液限；第二，天然孔隙比較大。軟土的天然孔隙比通常在1 以上，處于1.0～2.0 的范圍內；第三，透水性較差。透水性較差是軟土的一個主要特征，軟土的有機質含量、粘粒含量、液限越大，則其透水系數通常也就越小，內部滲水條件不佳，不利于地基排水；第四，抗剪強度較低。在排水剪切的條件下，隨著固結軟土的增加，軟土的抗剪強度也會加大。在不排水剪切的條件下，內摩擦角接近零，而內摩擦剪應力通常在19.92kPa 以下；第五，壓縮性較高。因為天然孔隙比較大，因此軟土土粒間的連接結構穩定性較差，呈高壓縮性，且伴隨液限的上升，壓縮性也會增加；第六，蠕動性與觸變性較大。在未受到破壞之前，軟土結構有著一定的強度，但在受到擾動之后，其結構強度便會迅速下降，但隨著靜置時間的延長，軟土結構強度也會逐漸恢復。

3 建筑工程領域常用的軟土地基處理技術

3.1 排水固結技術

在建筑工程施工過程中，軟土地基本身具有的蠕變性、外部施加的荷載，會給其穩定性造成嚴重影響，進而影響上層建筑物的穩定性，甚至埋下安全隱患。針對天然含水量較高的軟土地基，可采取排水固結技術進行處理，將其中的水分排出，從而實現其承載力的提高。實際應用排水固結技術時，應在軟土地基中安裝排水系統，即設置縱向排水管，借助上部建筑結構的壓力，來充分排除軟土地基中的多余水分。排水固結技術主要包括降水預壓、真空排水預壓以及沙井堆載頂壓三種不同的方式。降水預壓指的是，采取有效的技術手段，使地下水位得到降低，從而使軟土中的水分間接減少；真空排水預壓指的是，對軟土地基的土層進行加固后，再堆放砂層，并使用真空泵進行抽氣，實現軟土的固結；沙井堆載頂壓指的是，借助軟土中的沙土，制作沙井，實現軟土排水性能的提升。堆載預壓技術是一種常用的排水固結技術，實際施工過程中，應充分考慮建筑工程的實際情況，合理確定堆載預壓技術的工藝流程。軟土地基處理中，采取堆載預壓技術，可增加沉降空間，實現土壤密實度的提升。實際應用堆載預壓技術的過程中，僅需要設置豎向排水管道、橫向加速排水管道即可。豎直管道工程是比較常用的，可以避免土體過度壓縮現象的發生，又能提高土質的均勻性、飽和度。建筑工程施工過程中，在軟土地基處理中采用堆載預壓技術的時候，需要使用塑料排水板或者是袋裝的砂井，將防滲膜放置在砂結構中，便可以提高土壤間隙質量，保障軟土地基的加固效果。但需要注意，堆載預壓技術的技術流程比較復雜，成本較高，在實際使用過程中，應根據建筑工程的實際情況進行合理選擇。

3.2 強夯加固技術

強夯法是建筑工程領域中比較常用的一種軟土地基處理技術，其主要是使重物從高處落下，并借助其重力作用，將軟土地基夯實，可實現土體強度的增加，還可避免土地壓縮現象的發生，確保地基的均勻度達標。強夯法包括強夯擠密法、強夯置換法兩種類型。強夯擠密法適用于塑性指數在10以下的軟土。強夯置換法適用于厚度在6m 以下的軟黏土層。采用強夯置換法對軟土地基進行處理的時候，需一邊填碎石一邊夯實，形成一個直徑2m、深度3m～6m左右的碎石樁體，其與周圍土體共同構成了復合地基，可實現地基承載力的提高。

圖1 強夯加固施工圖

3.3 攪拌樁技術

攪拌樁技術也是軟土地基處理中的常用技術之一。攪拌樁包括石灰攪拌樁、水泥攪拌樁兩種類型。石灰攪拌樁適用于比較干燥的軟土地基，其中含有石灰，可有效吸取軟土中存在的水分，同時在吸取水分之后，石灰也會發生凝結，實現攪拌樁的進一步加固。在實際采用石灰攪拌樁對軟土地基進行處理的時候，應根據軟土地基的實際情況，合理確定石灰的規格、用量。水泥攪拌樁適用于深層軟土，為確保水泥攪拌樁的使用效果，在施工前需進行試驗。同時，也要充分考慮軟土地基的實際情況，合理確定水泥的用量、水泥攪拌樁的周期。軟土地基處理中對攪拌樁技術進行應用的時候，應加強對實際情況的調查，掌握軟土地基的各項參數，對石灰攪拌樁、水泥攪拌樁進行合理選擇。

3.4 換土墊層技術

換土墊層技術是將基礎下一定深度內的軟弱土層部分或者是全部挖掉，并回填強度較高的灰土、碎石、砂，然后夯實。換土墊層技術對地質條件有著一定的要求，如果建筑工程所在區域的地質層較薄，則可采取換土墊層技術對地基進行處理。其原理為，使用壓縮能力較強、抗腐蝕性能較好、強度大、密度高的灰土、碎石、礦渣等材料來替代原有的軟土地基，增強地基的綜合性能。根據所使用材料的不同，可將換土墊層法分為粉煤灰墊層、干渣墊層、碎石墊層、砂墊層、土墊層等不同的類型。其中，粉煤灰墊層又可以分為調濕灰墊層、濕排灰墊層；干渣墊層又可以分為原狀干渣墊層、混合干渣墊層、分級干渣墊層。一般情況下，換土墊層技術實際應用過程中，換填的高度為2m～3m左右。因此換土墊層技術適用于開挖土方較大、基坑面積寬大的工程，適用于雜填土、素填土、淺層非飽和軟弱土層的處理。換土墊層技術具有效果好、施工簡單的優勢，但其成本較高，為確保經濟合理性，最好就地取材、就近取材。軟土地基處理中對換土墊層技術進行應用的時候，應保持坑邊的穩定性，填料過程中應當分層夯實，并要確保填料的質量；換土墊層技術實際應用過程中，可采取墊層、拋石擠淤、換填、強夯擠淤等方法進行加固，并使用重錘夯實、平板振動、機械碾壓等加固施工方法。換土墊層技術的常見方法包括換填法、砂礫墊層。換填法適用于厚度不大于2m的軟土地基，其主要采用碎石、砂礫等滲水性材料來置換填土，能夠實現軟土壓縮性的降低、抗剪強度的上升，從而增強地基的承載力。砂礫墊層指的是，借助砂礫墊層，在基底、填土之間設置一個平面，在填土荷載作用下，地基中的孔隙水被迅速排出，地基固結速度加快，實現了地基承載力的提高。但實際應用過程中，需對填土速度進行合理控制，填料選擇時，應優先選擇最大粒徑在5cm以下的天然級配砂礫，或者是含泥量不超過5%的潔凈中粗沙。軟弱土層較薄、建筑物載荷較小的情況下，采用換土墊層技術進行軟土地基處理，可得到理想的效果。

4 實例分析

某建筑工程項目，為辦公樓，高度為97.5m，總占地面積12349.523m2。經現場勘查發現，其地層結構共有5 個：第1 層填土，為粉性土，不均勻，部分較厚；第2 層粉土，顏色為黃褐色，韌性、強度較低，中等壓縮程度；第3層為砂質粉土，中等壓縮程度，搖振速度相對較快，在現場比較普遍；第4 層為粘土，含有粉性土，較均勻，高等壓縮程度，顏色為灰色；第5 層為粘土，多分散于河道沉積區域，顏色為灰色。根據鉆孔對基礎地質條件進行分析，受到大氣降水、地下水、潮汐等多種因素的影響，含水層中的水量比較豐富。針對軟土地基，施工單位先用BIM 技術建立了軟土地基數據模型，并采取堆載預壓技術對軟土地基進行處理，對土層斷面結構的模型進行分析，最終判定土壤的地質數據。經BIM 分析發現，采取堆載預壓技術對軟土地基進行處理，可取得理想效果，有效提高建筑物的穩固性。

5 結束語

綜上所述，軟土地基具有天然含水量較大、天然孔隙比較大、透水性較差、抗剪強度較低、壓縮性較高、蠕動性與觸變性較大等特征。建筑工程施工中，針對軟土地基，可采取排水固結技術、強夯加固技術、攪拌樁技術、換土墊層技術等進行處理。在對軟土地基處理技術進行實際應用的過程中，應根據建筑工程實際情況，考慮經濟、施工方便、安全性、技術難度等因素，選擇合適的軟土地基處理技術，在確保軟土地基處理效果的基礎上，確保施工的經濟性、安全性、可行性。