軟土地基處理的幾種方法綜述

苑 佳，周新雨

(華北水利水電大學 地球科學與工程學院，河南 鄭州 450046)

軟土在我國的沿海和內陸區域都有大規模的分布，在一定的外荷載作用下會產生明顯的沉降。軟土是軟弱黏性土的簡稱，屬于特殊土中的一種。軟土具有含水率高、孔隙比大、壓縮性高、結構性強、靈敏度高、強度低、抗擾動性差、滲透性差，層間物理力學性能存在較大差異等特點。軟土地基一般是指承載力不足、壓縮變形量大的土層，具有快速沉降、變形不均勻的特點。因此，當軟土地基不能滿足使用的相關要求時，需要對其進行人工加固處理。如果不妥善處理這些軟土地基，就會對工程建設的質量和工人的生命安全造成巨大的安全隱患，這就對加固軟基的技術提出了新的要求。

隨著工程建設的發展，越來越多的大型工程在軟土地基上建設，這就形成了各個領域的軟土地基處理方法。馮仲仁等[1]研究了高速公路工程軟土地基處理方法；董亮等[2]研究了高速鐵路工程軟土地基處理方法；雷江南[3]研究了市政道路工程軟土地基處理方法；賈云龍[4]研究了水利工程軟土地基處理方法；肖瀟[5]研究了地鐵工程軟土地基處理方法。軟土地基得不到有效的處理，在外力作用下就會引發沉陷、不均勻沉降等問題；軟土地基的過度沉降和變形，會造成地基不同程度的損傷，直接導致建筑物基礎及其上部結構的相應破壞，最終可能引發基礎塌陷甚至引發上部結構傾倒等事故。鑒于軟土地基的不良工程特性和固有復雜特性，在施工過程中遇到軟土地基時，為避免安全風險和經濟損失，必須選取合理的處理方式，及時對其進行妥善處理。

軟土地基處理方法的選取不僅與加固效果、技術和工期息息相關，甚至直接影響到工程造價。目前軟基處理方法眾多，這些方法都有各自的原理和適用范圍。在選擇時，應綜合考慮地基的地質條件、上部結構類型、使用要求、施工條件和技術經濟指標。因此，為了選取最佳的處理方案以滿足建設要求，有必要對軟基處理工程進行詳細的分析和綜合考慮。本文著重介紹了置換法、強夯法、排水固結法、復合地基處理法、布袋注漿樁法。

1 置換法

置換法是利用人工、機械等手段，把地面下一定范圍內的軟弱土層挖去，然后用強度高、性質穩定、抗侵蝕的材料替換，并分層填充壓實的方法[6]。設計過程中，應根據《建筑地基基礎設計規范》[7]和《建筑地基處理技術規范》[8]，綜合考慮建筑物的類型、結構特點和地基所處的地質條件等，確定分層填筑的厚度、寬度和壓實方法，確保處理后的地基達到規范要求的密實度和承載力，滿足工程建設的強度和變形要求。

置換法具有易于施工、施工機械易得且操作簡單、工期短、成本低、效果好、作用范圍大等優點。考慮到經濟合理的原則和施工成本問題，置換法處理深度一般在2 m以內，最大深度不超過3 m。置換法處理后的地基承載力參考值為120～150 kPa，沉降量參考值為10～15 cm。

2 強夯法

強夯法又稱為動力固結法，利用重錘從高處做自由落體運動，把重力勢能轉換為動能給軟弱的土層或者填料以反復擊打，擠壓土顆粒間的孔隙，進而壓實土顆粒，以達到減少軟土地基的沉降和變形目的[9]。

強夯法由于其沖擊荷載大，其加固范圍和深度也比較大。強夯法具有施工速度快捷、工期短、成本低、應用廣泛、壓實度高等優點[10]。但是，該法對土質的要求比較苛刻，飽和軟土不適用此法。強夯法的處理深度一般為5～8 m，處理后的地基承載力和沉降量參考值分別為100～120 kPa和10～20 cm。

3 排水固結法

排水固結法是給軟土地基施加外部荷載，通過在地基里布設的排水通道，使土體孔隙中的水分在壓力作用下通過通道排出，使地基發生固結變形，以求增強地基強度、降低不均勻變形的一種方法[11]。

排水通道按布置方向來分，可分為水平排水通道和豎直排水通道，水平排水通道一般為砂墊層，豎直排水通道一般為砂井和塑料排水板。排水固結法不適用于透水性差的黏土和濕陷性黃土[12]。在應用此法施工時，要注意預壓應力的選擇、排水體的布設間距和深度[13]。

3.1 袋裝砂井法

袋裝砂井法的基本原理是利用施加外荷載的手段使土中的水分快速排出，使土體固結變形。具體的施工過程為：預先在用聚合物編制好的抗拉耐腐蝕砂袋內裝入中粗砂，將砂袋豎向打入軟土地基內形成豎向排水井，與已有的水平排水通道構建起互相連接的排水體系[14]。

該法的優點是施工技術成熟，打樁時間短；缺點是填土堆載預壓過程時間比較長，土堆容易出現失穩情況。袋裝砂井法處理深度可達18 m，主要應用于地下水豐富的深厚軟基[15]。

3.2 塑料排水板法

塑料排水板法是利用專用機器將排水板插入地基中，布設豎向排水通道，與用砂鋪設的水平排水層組成雙向互相連接的排水體系。然后施加預壓，使土體加速排水固結，達到增強地基強度的目的[16]。插板詳細過程如圖1所示。

該方法具有速度快、效果好、成本低、對土層的擾動少等優點；缺點是排水板長期存在于地下不環保。塑料排水板是以聚乙烯或聚丙烯為原材料經過工廠的標準化加工而成的多孔管道，抗壓強度高，耐腐蝕性和柔韌性比較好，排水效果顯著。塑料排水板法適用于地下水豐富的深層軟土地基，處理深度最深不超過30 m。

圖1 塑料排水板插板工作流程Fig.1 Working flow chart of plastic drainage board

4 復合地基處理法

復合地基處理法是利用專門的機器，把單一的外加劑或按一定比例配好的混合劑送入土層深處與軟土拌和，在地下經過各種復雜作用最終凝固成具有一定強度、剛度和承載力的樁體，與土體一起承擔建筑物荷載，提高地基強度、剛度和承載力的方法。復合地基具有非均質和各向異性，是因為它由不同強度和剛度的材料組成[17]。

該方法具有不需施加預壓力、工期短、處理效果顯著等優點。但是該法打樁的費用較高，選用時要考慮造價。

5 布袋注漿樁法

布袋注漿樁法是一種把注漿技術和土工織物合二為一的地基處理新方法，目前主要用于公路、鐵路等深厚軟基的處理。該法的基本原理是利用織物袋、漿液和土體三者經過一系列物理化學作用凝固成增強體來加固地基[18]。利用壓力泵將水泥混合漿液注入事先埋好的土工袋中，在壓力的作用下，袋子自下而上逐漸膨脹，在不同硬度的地層，袋子膨脹程度隨之不同。超孔隙水壓力的存在，會使土體孔隙中的水分沿著樁形成的豎向排水通道流出土體，加快了土體的固結變形，使樁周土體密實。壓力作用把袋內漿液中多余的水分擠出，減少了袋內水的含量，從而加速了漿液的凝固，提高了樁體的承載力和強度。當被動土壓力小于袋內的壓力就會存在壓力差，使得袋內漿液膨脹，進而擠壓土體形成圓柱狀或葫蘆串狀樁，與樁間土共同承受外部荷載[19]。當漿液強度較低時，由于袋子本身具有較高的抗拉強度，此時拉力由袋子承擔，樁體也能起到加固的效果。袋式注漿樁法具有操作簡便、適用范圍廣、深度大、效果顯著、成本低、經濟效益好、質量容易控制、綠色環保等優點[20]。袋式注漿樁法適用于深厚軟弱土層，處理深度一般在60 m以內。袋式注漿樁是一種新型的、效果顯著的沿海軟基處理技術。袋式注漿樁可以有效地控制地基變形，與其他不加筋的土層相比變形要小得多，與其他樁處理方法相比價格比較低。因此，袋式注漿樁法是一種經濟有效的軟土地基處理方法[21]。

6 結語

隨著社會經濟和城市建設的迅速發展，軟土地基處理成為工程建設中亟待解決的問題。地基決定上部建筑物的安全，因此在實際應用中要因地制宜，對具體的地基問題進行具體分析，綜合考慮地質條件、經濟效益、工程建設標準和要求，對多種處理方法進行比較，不拘泥于某一種單一的方法，揚長避短，選用最經濟實用的處理方法。在總結積累現行軟土地基處理方法和技術的實踐經驗之上，持續探索軟土地基加固新技術、新方法，為實際工程建設中遇到的軟基處理難題提供借鑒和參考。