軟土地基處理方法及處理效果評價

曾 挺 孔祥美 房若季 宋亞亞 朱佩寧

（廣東電網有限責任公司汕頭供電局，廣東 汕頭 515000）

0 引言

地基問題直接影響整個工程的施工質量、施工難度、施工進度和完工后的安全性。其中，軟土地基是建筑工程施工中較為常見的不良類型地基，軟土地基具有模量低、承載能力弱的特點，未經人為加固處理之前，不能在其上進行工程施工。軟土地基處理方法的選擇需要根據施工條件謹慎進行。本文對軟土地基常用處理方法進行總結、評價，以期為軟土地基處理方法的選擇提供參考。

1 軟土地基的特征及危害

1.1 軟土地基的特征

（1）含水率高。軟土往往會有比較高的天然含水量。有時含水率可能高達34%以上，個別情況會超過液限達到流動態。此類軟土處理難度極大。

（2）孔隙比較大。軟土的孔隙比往往會超過1，多數處在1～2之間。

（3）壓縮系數大。軟土的土顆粒之間的孔隙比較大，土顆粒之間不存在穩定的聯系結構關系，進而表現出壓縮系數大的特性。并且其壓縮程度會隨著液限的增大而變大，其壓縮系數大多數處于0.5～1MPa之間。

（4）剪切強度低。一般來說，軟土的剪切強度往往很低，特別是在不排水進行剪切的時候，內摩擦角接近0，剪切強度往往≤20kPa。

（5）土壤滲透系數較高。軟土滲透系數往往高于10.1～6.1cm/s。

（6）搖變性和蠕動性均較強。未進行處理之前，軟土自身結構強度盡管不大，但沒有小到可以忽略的程度。不過原結構一旦遭到破壞改變，其結構強度將會大幅度降低。隨著靜置時間的延長，其結構強度又會有一定程度的增長。

1.2 軟土地基特性的危害

鑒于軟土層本身所具有的復雜特征，如果在施工前不采用合適的處理方法妥善處理，軟土地基極有可能發生較大沉降，甚至塌陷，導致建設其上的工程遭受破壞，產生不可估量的經濟損失。

2 軟土地基處理方法及適用范圍

軟土地基處理的目的就是人工提高地基的抗剪強度和承載能力，降低軟土的壓縮特性從而達到大型工程建設施工的要求。目前為止，主要的地基處理方法根據原理可分為排水固結、擠密壓實、置換及拌入、高壓噴射注漿法、加筋、冷熱處理等幾個大類[1]。每一大類中又包含數種具體的處理方法（它們的原理相同，但施工措施之間存在差異）。主要的軟土地基處理方法如表1所示。

表1 主要的軟土地基處理方法

2.1 排水固結法

排水固結法是通過設置砂井（比如帶裝砂井）等垂直向排水設施，然后在工程荷載的重量作用下排出土層顆粒間的水來降低孔隙比，使得軟土層發生固結，強度變大。

排水固結法主要用于解決軟土地基易發生的沉降和結構穩定性差的問題。提升固結速度最好的手段是在軟土土層中設置排水設施，并縮短排水距離，比如設置垂直砂井和排水帶，以使沉降盡快完成，最終縮短工期。排水固結法在施工中常表現為以下4種實施方式：真空預壓、堆載預壓、降水預壓和電滲排水。

2.2 擠密法

擠密法是通過擠壓、震動等方式打孔，在孔洞中填入灰土、砂石等材料，最后夯實形成樁，以達到降低孔隙比，提高軟土地基強度的目的。擠密法主要有5種形式。

2.2.1 重錘夯實法

該種方法即是利用重錘自由落體所產生的動能沖擊對軟土地基進行密實化處理，處理過的地基表面會形成一層堅實的硬殼層，適用于濕陷性黃土、雜填土等軟土質地基，其有效夯實深度與錘重直接相關。重錘夯實法又分為表層夯實法和強夯法2種。

表層夯實法重錘的重力處于20～40kN之間，落差在3～5m之間。表層夯實法適合在夯實厚度＜3m或地下水位之上0.8m上下的略濕雜填土、濕陷性黃土層。

強夯法則是把重量很大的重錘從較高處落下對軟土地基表面進行反復夯擊，通過沖擊和強力振動壓實土層，減小土層的孔隙比降低壓縮系數，進而提高軟土地基表層的結構強度[2]。強夯法適用于雜填土、非黏性土、及濕陷性土等土質。

2.2.2 振沖法

振沖法又被稱作振動水沖法，是通過加水振動使砂土質地基中的砂層發生流動，從而重新形成結構，降低孔隙比，增加砂土層強度[3]。另外，通過使用振沖器振出垂直孔，在孔中填入灰土、砂石等把砂層壓實。該軟土地基加固方法，后來又被用于黏性土層中設置振沖置換碎石樁。

2.2.3 灰土樁

通過沉管、沖擊或爆破等處理方式在軟土地基中打孔，然后在孔洞中回填灰土料，層層壓實來形成灰土樁以加固軟土地基，提高軟土地基的強度和承載能力。常用于濕陷性黃土、雜填土、非飽和黏性土等軟土地基的處理。

2.2.4 砂樁擠密法

在軟土層中加入砂柱可以對其周圍的軟土層產生擠壓，從而提升密實程度，最終達到顯著提高軟土地基強度，改善其承載能力的目的。砂樁擠密法具有擠密和振密作用，適用于擠密松散砂土、粉土、黏性土、素填土、雜填土等地基，處理效果良好。

2.2.5 爆破法

該方法是在地基中打孔，然后在孔洞中填入炸藥，利用炸藥爆炸產生的巨大沖擊力來擠壓周圍土層使其密實。然后在爆破孔洞中再填入復合料進行壓實處理，最終把軟土地基變為復合式地基。

對于松散砂地，可以利用爆破產生的劇烈震動使其自身的砂層發生流動，進而發生顆粒重排以變得更加密實，最終達到加固地基的效果。

爆破法適用于飽和凈砂、雜填土、粉土和濕陷性黃土。

2.3 置換法

置換法又稱為換填法，通過使用硬質材料（如碎石、砂石等）替換掉軟土地基中的軟弱土體，從而制造出復合型地基。也可以通過在軟土層中加入水泥、砂漿、石灰粉末等具有固化性質的材料來形成復合型地基，提高軟土地基強度，降低壓縮系數，提升承載能力。

置換法主要有7種具體的施工方式：石灰樁法、褥墊法、砂墊層法、開挖置換法、振沖置換法、高壓噴射注漿法和深層攪拌法。

以砂墊層法為例，根據工程級別、地基高度、軟土厚度、軟土層壓縮系數等客觀條件，在軟土地基的表面鋪上0.5～1.1m 厚度不等的砂質層，協助軟土層排水固結，從而縮短排水固結時間。砂墊層不僅可以協助加快軟土地基表層排水固結的進程，還可以作為軟土地基地下垂直排水和工程橫向排水的通道來降低地基內水位，為工程施工中的重型機械提供運行條件。砂墊層法成本低廉，施工難度低，施工設備要求低，但作用大，缺點是需要的時間較長。砂墊層法主要用于較薄的軟土層、無低透水表面的硬土層、地基高度不高于極限高度2倍等情況。運砂距離近，工期寬松的工程尤為適用。

2.4 高壓噴射注漿法

化學注漿法是把具有固化性質的漿液注入到地基中，以改善地基土層的物理力學性質提高強度的一種方法。高壓噴射注漿法是在此基礎之上，將20MPa以上強度的射流噴射入打好的孔洞。大部分土粒將會在射流的沖擊力和其自身重力等力量的綜合作用下，與漿液進行充分混合，最后會以一定的漿液土比例重新形成一定的結構。漿液和土粒的混合體凝固成型后，便會在軟土層中形成一個整體的固結體，固結體與樁間土共同構成復合型堅固地基，最終提高軟土地基的承載力和整體強度，降低軟土地基的變形和沉降可能性，從而達到加固軟土地基的目的。

噴射的漿液主要成分是水泥，再加入一些化學輔料。除特殊情況外，使用化學材料較少（比如聚氨酯類、丙烯酸胺類、環氧樹脂類）[4]。更多的情況使用42.5級水泥。

2.5 加筋法

在軟土層中加入強度較大的土工聚合物、加筋體，以提高軟土地基的承重能力，降低沉降可能性的方法統稱為加筋法，主要有4種具體施工辦法。

2.5.1 錨固法

錨固法是把一種新型的受拉桿件一個端點固定在邊坡或軟土地基的土層中。該受拉桿件固定好的一端被叫做錨固端（或錨固段），其另一個端點被固定在軟土地基的結構物上。在實際施工中，軟土層中可使用灌漿錨桿，回填土中可以使用錨定板。

2.5.2 加筋土法

加筋土法是通過在填土中加入帶狀拉筋，利用土層中土壤顆粒和拉筋之間的總摩擦力形成的一個強結構。這種結構因為內部存在相互作用力，從力學上構成一種穩定的相互作用力結構，可提升土層強度[5]。拉筋的彈性模量應遠大于填土，應選用摩擦系數大、耐腐蝕材料，如鋁合金、聚合樹脂等。加筋土法可用于砂性地基中，但不適用于黏性土層地基。

2.5.3 土工聚合物法

土工聚合物是指工程施工中所使用的所有合成類材料，其主要成分是合成高分子聚合物，如尼龍、合成纖維、合成橡膠等。土工聚合物應用于軟土地基等工程結構的內部、外部或各存在關聯的結構層間，可以擴散軟土中的應力進而增大土層剛度模量，從而加強土工結構[6]。利用土工聚合物還能進行排水、隔絕和反濾。

2.5.4 樹根樁法

在軟土地基之中，通過從各個方向打入直徑140～290mm不等的樹根樁，以形成有如樹根樣互相支撐的結構，可以大大增強土層強度和承重能力。適用于人工填土、淤泥、黏性土、砂土、碎石土等。

2.6 冷熱處理法

冷熱處理法是從溫度角度來改變地基土層以加固土層來解決軟土結構弱、承重能力不強的問題。冷熱處理法具體分為凍結法和焙燒法兩種。

2.6.1 焙燒法

對軟土進行鉆孔，然后對孔洞進行高溫焙燒以蒸發孔洞周圍土壤中的水分，從而提高土壤結構強度、降低壓縮系數。針對于濕陷性黃土和軟黏土，該方法效果較好。

2.6.2 凍結法

凍結法是通過人工制冷技術把軟土變為凍土，從而增加其結構強度的處理方法。凍結法適用于松散的沖積層、含水巖層、淤泥等含水率較高的土層，對于含水率非常小的土層和地下水流速較大的土層則不適用。

3 結束語

綜上所述，對于軟土地基的處理方法非常多，需要充分了解各種軟土地基處理方法的適用條件。在具體施工措施的選擇時，需要綜合考慮地質情況、土粒結構和處理目的，進行針對性地選擇，同時，還要能結合實際情況，對地基處理方法進行整合或拆分使用。