軟土地基處理技術(shù)在巖土工程中的運(yùn)用

文／曹正月 江西省景德鎮(zhèn)市建筑設(shè)計(jì)院有限公司 江西景德鎮(zhèn) 333000

引言：

軟土地基是一種塑性較強(qiáng)、含水率較高的土層，其不良地質(zhì)特點(diǎn)如強(qiáng)壓縮性、易液化、不穩(wěn)定等，給巖土工程地基施工質(zhì)量帶來(lái)了極大的不利影響。為了有效避免這種負(fù)面影響，需要科學(xué)、系統(tǒng)地分析軟土地基的構(gòu)成和特征，并結(jié)合不同的施工難點(diǎn)，應(yīng)用各種軟土地基處理技術(shù)來(lái)提升巖土工程整體質(zhì)量。施工過(guò)程中需要根據(jù)軟土地基特征，合理選用措施以減少其不良影響。

1.軟土地基的構(gòu)成以及特征

軟土地基是巖土工程中常見(jiàn)的一種地基類(lèi)型，特指由砂、黏土、淤泥以及有機(jī)物等軟性土壤所組成的地基。軟土地基的特點(diǎn)是具有較低的強(qiáng)度、較高的壓縮性和較大的沉降變形，容易導(dǎo)致地基沉降、地表裂縫等問(wèn)題。因此，在巖土工程中對(duì)于軟土地基的處理是非常必要的。軟土地基的構(gòu)成主要是由于該區(qū)域受到了長(zhǎng)期的沉積或者湖泊、河流、河口等的沖積作用而形成的。軟土具有較高的含水量，土層由于含水量較高，導(dǎo)致土壤顆粒間的接觸較差，所以容易產(chǎn)生液化和剪切失穩(wěn)現(xiàn)象。

軟土地基的特征主要有以下幾個(gè)方面：

（1）土質(zhì)松軟：軟土地基的強(qiáng)度通常較低，抗剪強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度較小。這是因?yàn)檐浲林蓄w粒間摩擦力較小，土壤結(jié)構(gòu)較弱。

（2）壓縮性大：軟土地基具有較高的壓縮性，即在荷載作用下容易產(chǎn)生沉降和變形。這是由于軟土中含水量高、顆粒間隙多、土壤結(jié)構(gòu)松散。

（3）水分敏感性強(qiáng)：軟土地基對(duì)水分變化敏感，當(dāng)水分增加時(shí)軟土?xí)蛎洝⒆內(nèi)酰?dāng)水分減少時(shí)軟土?xí)煽s、變硬。

（4）易受影響：容易受影響的土體往往指的是一些物理特性較弱，容易受到外界力量干擾而發(fā)生結(jié)構(gòu)性變化的土體，如軟土、黏土、沙土等，這也是建筑工程中常見(jiàn)的一種土體。一般情況下，所有的建筑物都必須建在堅(jiān)實(shí)、穩(wěn)定的地基基礎(chǔ)上才能夠保證其工作和使用的安全。然而，當(dāng)建筑物與一些特定的土體接觸時(shí)，就會(huì)存在一定的風(fēng)險(xiǎn)，這是因?yàn)榈孛娴囊恍┩馏w受到外界的力量作用時(shí)，會(huì)發(fā)生強(qiáng)流變性，并且會(huì)出現(xiàn)塑性變化，這些特點(diǎn)是所有土體中最沒(méi)有穩(wěn)定性的表現(xiàn)。一旦一個(gè)建筑物建在這些土體上面，它就會(huì)面臨來(lái)自于地基基礎(chǔ)的很大的承載壓力，這些壓力將會(huì)引起地基結(jié)構(gòu)的變化，從而影響到建筑物的安全和穩(wěn)定性。當(dāng)建筑物的地基基礎(chǔ)遇到這種類(lèi)型的土體時(shí)，建筑結(jié)構(gòu)的安全就變得極為脆弱。雖然有些土體為了避免這種情況，采用了一些技術(shù)措施進(jìn)行加固，但這些措施通常會(huì)造成很大的投資和耗費(fèi)很長(zhǎng)的時(shí)間。此外，這些加固措施也沒(méi)有完全解決問(wèn)題，畢竟土體的特點(diǎn)是不穩(wěn)定性和變形性，因此在建筑工程設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中，應(yīng)該注意選擇合適的地基基礎(chǔ)，以免影響建筑物的穩(wěn)定性和安全性。

（5）強(qiáng)流變性：軟土是土工學(xué)中的一個(gè)重要概念，是指一種土性較差，呈現(xiàn)軟塑性，且強(qiáng)流變性較強(qiáng)的土體。軟土的主要特質(zhì)就是其強(qiáng)流變性，即在受到剪切力的作用下，其黏性、塑性等物理特性會(huì)發(fā)生明顯的變化。這使得軟土的性質(zhì)十分不穩(wěn)定，給工程建設(shè)帶來(lái)了極大的危害性。軟土的強(qiáng)流變性主要表現(xiàn)在其抗剪性和塑性方面。由于其土質(zhì)較為松散，黏性和剪切強(qiáng)度較低，因此其抗剪性能并不高，容易在受到剪切力的作用下發(fā)生變形和破壞。更為重要的是，軟土的塑性特性表現(xiàn)為強(qiáng)流變性，也就是說(shuō)在受到外部刺激時(shí)，軟土的黏性和塑性會(huì)產(chǎn)生急劇的變化。這使得軟土的危害性更為明顯，即使在沒(méi)有其他建筑物對(duì)其施加承載壓力的情況下，軟土也會(huì)自然下沉，給地基帶來(lái)致命的影響，嚴(yán)重威脅工程建設(shè)的安全和穩(wěn)定性。

2.軟土地基的危害

軟土地基是一種常見(jiàn)的地基類(lèi)型，由于其土壤的特殊性質(zhì)，軟土地基的危害十分嚴(yán)重。軟土地基的壓縮性非常強(qiáng)且含水率較高，面對(duì)外界水體進(jìn)入，還會(huì)因?yàn)槲阶饔枚龃笞陨砗浚瑢?dǎo)致軟土地基的孔隙分布狀況發(fā)生改變。進(jìn)一步地，軟土地基在受到荷載的作用下，容易引發(fā)整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性問(wèn)題，從而使得其對(duì)工程施工產(chǎn)生嚴(yán)重的危害。軟土地基在進(jìn)行初期施工時(shí)，需要進(jìn)行工程荷載的施加，這會(huì)對(duì)其產(chǎn)生外力作用。其次，由于軟土地基的土壤含水率較高，還會(huì)有外界水體進(jìn)入，這些都會(huì)對(duì)軟土地基的穩(wěn)定性造成嚴(yán)重的影響。這些外界因素與軟土地基土層體性質(zhì)相結(jié)合，在一定條件下，容易引發(fā)地基搖晃，導(dǎo)致地基的穩(wěn)定性受到破壞。由于軟土地基的孔隙分布狀況受到外界因素的影響，這種應(yīng)力作用會(huì)導(dǎo)致軟土地基體積變小，從而整體出現(xiàn)不正常沉降產(chǎn)生裂縫。如果不及時(shí)采取措施，就會(huì)導(dǎo)致地基的整體結(jié)構(gòu)受到破壞，嚴(yán)重影響工程施工的質(zhì)量與效益。

3.軟土地基處理技術(shù)在巖土工程中的運(yùn)用

3.1 換填法

換填法是一種常見(jiàn)的軟土地基處理方法，它通過(guò)對(duì)軟土地基進(jìn)行開(kāi)挖，然后將具有一定強(qiáng)度的砂石墊層填充到地基中，以提高地基的穩(wěn)定性和強(qiáng)度，如圖1。這種技術(shù)的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：首先，換填法能夠提升地基的穩(wěn)固性。通過(guò)對(duì)地基墊層進(jìn)行換土鋪墊以及反復(fù)夯實(shí)，能夠增加軟土地基的密實(shí)度和穩(wěn)定性。砂石墊層具有較大的密度和極高的抗壓強(qiáng)度，能夠提供更好的支撐作用，對(duì)地基起到了加固和穩(wěn)定的作用。其次，換填法的處理技術(shù)相對(duì)簡(jiǎn)便易行。相比其他軟土地基處理方法，換填法不需要太復(fù)雜的設(shè)備和工藝，只需將砂石墊層填充到地基中，并通過(guò)反復(fù)夯實(shí)來(lái)提高地基的密實(shí)度。這使得換填法在實(shí)際工程中更加易于操作和施工，效果也更加可靠。此外，換填法適用范圍廣泛。由于砂石墊層具有較大密度和抗壓強(qiáng)度，能夠提供較好的支撐作用，因此換填法適用于各種軟土地基的處理，不受地質(zhì)條件和土壤類(lèi)型的限制。無(wú)論是高稠度黏土、淤泥還是有機(jī)質(zhì)含量較高的軟土，都可以采用換填法進(jìn)行處理。

圖1 換填法

3.2 強(qiáng)夯法

強(qiáng)夯法是一種常用的軟土地基處理方法，通過(guò)對(duì)軟土地基結(jié)構(gòu)施加重錘沖擊，來(lái)提高地基的穩(wěn)固性和強(qiáng)度。這種方法的主要原理是利用重錘的沖擊能，使軟土地基產(chǎn)生一系列復(fù)雜的應(yīng)力反應(yīng)和土體重新排列，從而改善土體的物理和力學(xué)性質(zhì)，如圖2。在進(jìn)行強(qiáng)夯作業(yè)之前，需要對(duì)軟土地基的表面進(jìn)行充分的濕潤(rùn)處理。這是因?yàn)闈駶?rùn)的土體對(duì)夯實(shí)作業(yè)有著重要的影響。首先，濕潤(rùn)的土體會(huì)增加土體顆粒間的摩擦力，使得土體排列更加緊密，從而提高了夯實(shí)的效果。其次，濕潤(rùn)的土體可以減少土體的重力排水，減少土體的液化現(xiàn)象，提高土體的穩(wěn)定性。進(jìn)行強(qiáng)夯作業(yè)時(shí)，需要給重錘設(shè)置出符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的高度。這是因?yàn)樵谥劐N自由下落時(shí)，會(huì)帶來(lái)預(yù)期的重力沖擊，從而達(dá)到控制軟土地基土體壓縮性的目的。重錘的高度需要根據(jù)軟土地基的情況和施工要求來(lái)確定。如果重錘的高度過(guò)低，會(huì)導(dǎo)致夯實(shí)效果不理想；而如果重錘的高度過(guò)高，會(huì)對(duì)地基產(chǎn)生過(guò)大的沖擊力，造成土體松散或破壞。通過(guò)強(qiáng)夯作業(yè)可以給地基在強(qiáng)度和穩(wěn)固性方面提供有力保障。強(qiáng)夯作業(yè)能夠改善軟土地基的物理和力學(xué)性質(zhì)，增加土體的密實(shí)度和排水性能，提高地基的抗壓強(qiáng)度和穩(wěn)定性。通過(guò)夯實(shí)作業(yè)，能夠使土體結(jié)構(gòu)更加緊密，減少土體的孔隙和空隙，提高土體的稠密性和堅(jiān)實(shí)性[1]。同時(shí)，強(qiáng)夯作業(yè)還能改善土體的排水性能，減少土體的液化現(xiàn)象，提高地基的穩(wěn)定性。

圖2 強(qiáng)夯施工處理

3.3 攪拌樁技術(shù)

攪拌樁技術(shù)是一種常用的地基處理方法，可以通過(guò)攪拌樁的形成來(lái)提高地基的穩(wěn)定性和強(qiáng)度。攪拌樁技術(shù)主要有兩種形式，即水泥攪拌樁和石灰攪拌樁。石灰攪拌樁是在比較干燥的軟土地基中應(yīng)用較多的一種攪拌樁技術(shù)。石灰具有很強(qiáng)的水分吸附能力，因此可以在土體中吸收水分，并在吸水之后與土體中的顆粒發(fā)生反應(yīng)，并形成固體。這個(gè)過(guò)程類(lèi)似于水泥的凝結(jié)過(guò)程，最終形成堅(jiān)固的攪拌樁。石灰攪拌樁在干燥的軟土地基中應(yīng)用廣泛，可以有效地提高地基的穩(wěn)定性和抗水分侵蝕能力。水泥攪拌樁則主要應(yīng)用于深層軟土地基中。水泥攪拌樁的制作過(guò)程是將水泥與軟土混合并攪拌，使其形成固體樁體。水泥攪拌樁主要通過(guò)水泥的固化過(guò)程來(lái)增加地基的穩(wěn)定性[2]。在水泥攪拌樁的施工中，使用的水泥材料必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試和配比，以確保材料的性能和質(zhì)量。水泥攪拌樁常用于深層軟土地基的加固，可以有效地提高地基的承載力和穩(wěn)定性。無(wú)論是水泥攪拌樁還是石灰攪拌樁，在實(shí)際工程中都需要根據(jù)具體的地基情況和施工要求進(jìn)行選擇和設(shè)計(jì)。攪拌樁在地基處理中具有重要的作用，可以在較短的時(shí)間內(nèi)提高地基的穩(wěn)定性和強(qiáng)度，減少地基沉降和變形。此外，攪拌樁技術(shù)還可以改善地基的工作性質(zhì)，提高地基的排水性能和抗液化能力。

3.4 鋼管樁技術(shù)

鋼管樁技術(shù)是一種常用的地基處理技術(shù)，通過(guò)鋼筋和水泥的使用結(jié)合圍堰的形式，形成樁體用于地基加固。在鋼管樁技術(shù)應(yīng)用時(shí)，樁體長(zhǎng)度每米水泥用量至少大于等于80kg，這是為了確保樁體強(qiáng)度達(dá)到技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，起到地基加固的作用。在進(jìn)行鋼管樁的施工過(guò)程中，有一些操作要點(diǎn)需要注意。首先，鋼管樁的施工需要使用對(duì)口焊接的作業(yè)方式連接鋼管。對(duì)口焊接是一種常用的連接鋼管的方法，可以確保連接的牢固和密封性。其次，鋼筋的連接也需要通過(guò)焊接方式進(jìn)行固定。焊接長(zhǎng)度須保證大于等于150mm，這可以確保鋼筋連接牢固并能夠承受地基的荷載[3]。鋼管樁成樁作業(yè)方式主要包括孔口返漿和孔底注漿。孔口返漿是指在鋼管下放的過(guò)程中，將漿液通過(guò)孔口返注到鋼管內(nèi)，以充滿鋼管內(nèi)部。孔底注漿是指在鋼管到達(dá)設(shè)計(jì)深度后，通過(guò)鋼管底部注漿來(lái)填充孔底空隙，以增加樁體的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。在這兩個(gè)過(guò)程中，需要密切監(jiān)視漿液的狀況，一旦發(fā)現(xiàn)漿液下沉的跡象，就需要立即補(bǔ)充注漿，確保鋼管內(nèi)外充滿注漿。在鋼管樁施工過(guò)程中，還需注意確保注漿均勻和作業(yè)效果的達(dá)標(biāo)[4]。注漿均勻是指漿液充滿鋼管內(nèi)外，并且在整個(gè)樁體的高度范圍內(nèi)均勻分布，以保證樁體的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。作業(yè)效果的達(dá)標(biāo)是鋼管樁施工過(guò)程中重要的指標(biāo)之一，要求樁體的強(qiáng)度達(dá)到技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，以滿足地基加固的需求。

3.5 土工合成材料處理技術(shù)

土工合成材料處理技術(shù)是一種常用的地基處理技術(shù)，通過(guò)對(duì)軟土地基進(jìn)行有機(jī)物降低含量、含水量降低和添加土工合成材料的處理，以提高地基的力學(xué)性能，增強(qiáng)工程施工的安全穩(wěn)定性。在進(jìn)行土工合成材料處理技術(shù)前期準(zhǔn)備工作時(shí)，需要注意對(duì)軟土地基進(jìn)行有機(jī)物降低含量處理。有機(jī)物的存在會(huì)對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生腐蝕，因此需要對(duì)軟土中的有機(jī)物進(jìn)行有效降低[5]。在處理過(guò)程中，可以采用化學(xué)處理的方法，如添加化學(xué)藥品來(lái)降低有機(jī)物含量。另外，也可以采用物理處理的方法，如通風(fēng)、曝曬等來(lái)加速有機(jī)物的分解。地基土體的含水量是影響土體力學(xué)性能的重要參數(shù)，通常需要將地基土體的含水量降低到技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)允許范圍內(nèi)。降低含水量的方法可以采用土體排水、加人排水管等方式，以快速排除地下水或降低土體的吸濕性。土工合成材料可以提高土體的抗拉、抗剪、抗壓和抗?jié)B性能，具有較好的隔水、防滲和增強(qiáng)功能。在添加土工合成材料時(shí)，需要根據(jù)設(shè)計(jì)要求選擇合適的土工合成材料和施工方法。常用的土工合成材料包括土工布、土工膜、土工格室、土工格柵等，可以根據(jù)實(shí)際情況選擇使用。土工合成材料處理技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于保護(hù)地基中的土體在受力方面的力學(xué)性能，提高工程施工的安全穩(wěn)定性。添加土工合成材料可以增加地基土體的抗剪強(qiáng)度，提高地基的穩(wěn)定性和承載能力。土工合成材料還可以起到隔水、防滲和抗沖刷等功能，保護(hù)地基土體不受外界環(huán)境的影響。通過(guò)使用土工膜進(jìn)行地基處理技術(shù)，可以在一定程度上增強(qiáng)地基土體的承載能力，提高工程的安全穩(wěn)定性。土工膜與地基土體混合均勻后的注入，可以加固土體，使其具有較高的穩(wěn)定性，從而提高地基的承載能力[6]。

3.6 DDC 灰土擠密處理技術(shù)

DDC 灰土擠密處理技術(shù)是一種可以向軟土地基注入灰土，使地基具備混凝土性質(zhì)，從而提高地基的承載能力的技術(shù)。在設(shè)計(jì)途徑中，需要利用合理的算法計(jì)算力學(xué)性能在DDC 灰土擠密處理技術(shù)中的數(shù)據(jù)。這些計(jì)算可以基于土體的物理特性和力學(xué)參數(shù)，例如地基的抗剪強(qiáng)度、壓縮模量、孔隙比、孔隙壓縮指數(shù)等等。通過(guò)這些數(shù)據(jù)，可以確定需要注入的灰土量以及注入灰土的位置和厚度[7]。需要同步分析影響地基承載能力各種因素的參數(shù)。這些因素可以包括地基的土質(zhì)類(lèi)型、水分含量、密實(shí)度等等。通過(guò)分析這些因素的影響，可以確定灰土注入地基的時(shí)間、注入速度以及夯實(shí)作業(yè)的方法和強(qiáng)度等。工作人員可以使用螺旋鉆機(jī)開(kāi)始鉆孔作業(yè)。鉆孔的深度和直徑應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求和地基狀況進(jìn)行合理選擇。在鉆孔的過(guò)程中，應(yīng)確保鉆孔的質(zhì)量和準(zhǔn)確性，以確保注入灰土的均勻性和一致性。將灰土注入地基并進(jìn)行夯實(shí)作業(yè)。注入灰土的過(guò)程中，應(yīng)注意控制注入速度和注入厚度，以確保灰土能夠均勻分布到整個(gè)地基的范圍內(nèi)。夯實(shí)作業(yè)應(yīng)根據(jù)地基情況進(jìn)行合理安排，以達(dá)到最佳的夯實(shí)效果。最后，將成樁操作進(jìn)行豐富，盡量擴(kuò)展樁體的體積到最大限度。成樁可以進(jìn)一步加固地基，并提高地基的承載能力[8]。成樁的方式可以根據(jù)設(shè)計(jì)要求和地基狀況來(lái)選擇，例如使用靜壓樁、動(dòng)壓樁等等。通過(guò)以上的設(shè)計(jì)途徑，可以實(shí)施DDC 灰土擠密處理技術(shù)，將灰土注入軟土地基并進(jìn)行夯實(shí)作業(yè)，使地基具備混凝土的性質(zhì)，并顯著提高地基的承載能力。這種技術(shù)可以在工程中得到廣泛應(yīng)用，特別是對(duì)于軟土地基的加固和改良具有重要意義。

3.7 預(yù)應(yīng)力管樁處理技術(shù)

預(yù)應(yīng)力管樁壓入軟土地基可以顯著提升地基的抗剪力，通過(guò)有限元3D 模型展開(kāi)地基承載能力分析，并將分析結(jié)論建成模型，可以為設(shè)計(jì)施工提供參考數(shù)據(jù)。以下是預(yù)應(yīng)力管樁施工流程的詳細(xì)步驟和操作要點(diǎn)：

第一，勘測(cè)現(xiàn)場(chǎng)并分析地基承載能力實(shí)況。在進(jìn)行預(yù)應(yīng)力管樁施工之前，需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行勘測(cè)，包括土質(zhì)類(lèi)型、含水量、密實(shí)度等參數(shù)的測(cè)定，以及地基的承載能力進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。通過(guò)這些數(shù)據(jù)，可以了解地基的實(shí)際情況，并為后續(xù)的施工方案提供依據(jù)。

第二，埋設(shè)預(yù)應(yīng)力管樁并設(shè)計(jì)合理施工方案。根據(jù)地基的實(shí)際情況和勘測(cè)數(shù)據(jù)，結(jié)合預(yù)應(yīng)力管樁的力學(xué)性能參數(shù)，設(shè)計(jì)合理的施工方案。在埋設(shè)預(yù)應(yīng)力管樁的過(guò)程中，需要根據(jù)地基的條件和要求確定樁基的深度和直徑，并保證樁基的均勻分布和一致性。

第三，設(shè)計(jì)開(kāi)挖基坑施工方案，并邊開(kāi)挖邊進(jìn)行預(yù)應(yīng)力管樁施工。在設(shè)計(jì)開(kāi)挖基坑施工方案時(shí)，需要考慮地基的穩(wěn)定性和周邊結(jié)構(gòu)的安全性，合理確定開(kāi)挖的深度和范圍。在開(kāi)挖基坑的同時(shí)，可以利用預(yù)應(yīng)力管樁加固地基，提高地基的承載能力。

第四，實(shí)施預(yù)應(yīng)力管樁施工。根據(jù)設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行預(yù)應(yīng)力管樁的施工工序。首先，需要在預(yù)設(shè)位置進(jìn)行挖孔作業(yè)，并進(jìn)行管樁的安裝和埋設(shè)。然后，根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行預(yù)應(yīng)力加張，以使管樁具有一定的預(yù)應(yīng)力。

第五，進(jìn)行豐富處理。為了進(jìn)一步加固地基，并提高地基的承載能力，可以進(jìn)行豐富處理。豐富處理可以采用靜壓樁、動(dòng)壓樁等方式，根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的豐富方法。豐富處理的目的是增加地基的承載面積和穩(wěn)定性，從而提高地基的承載能力。

結(jié)語(yǔ)：

軟土地基處理技術(shù)在巖土工程中的運(yùn)用對(duì)提高工程的穩(wěn)定性和安全性具有重要的意義。通過(guò)對(duì)軟土地基進(jìn)行處理，可以提高其強(qiáng)度和穩(wěn)定性，減少沉降和變形，為工程提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。本文從軟土地基處理技術(shù)的基本原理和方法入手，總結(jié)了各種處理技術(shù)的適用范圍和效果，并對(duì)其在實(shí)際工程中的應(yīng)用進(jìn)行了評(píng)估和對(duì)比分析。未來(lái)，軟土地基處理技術(shù)還有進(jìn)一步發(fā)展的空間，例如結(jié)合新材料和新技術(shù)，研究更加高效和環(huán)保的軟土地基處理技術(shù)，為巖土工程的發(fā)展和進(jìn)步做出更大的貢獻(xiàn)。