建筑工程施工中軟土地基處理方法分析

摘 要：在建筑工程施工過程中，軟土地基會給施工帶來諸多問題，直接影響工程的安全性。因此，對軟土地基的處理顯得非常重要。對建筑工程施工中軟土地基處理方法進行了深入的研究與探討，提出了多種軟土地基處理方法，包括預壓法、擠壓法、砂樁法、砂墊法和排水法等，并結合工程實例說明了各種方法的適用條件與優缺點。通過比較分析不同方法的經濟性、施工效率和質量效果，探討了根據具體情況選用最佳的處理方法，以提高建筑工程施工的工程質量和經濟效益。結果顯示，通過針對性的軟土地基處理能夠有效提高地基的承載力，減小地基沉陷，從而確保工程的安全、穩定。

關鍵詞：軟土地基處理；建筑工程施工；地基承載力；地基沉陷；施工效率與質量效果

中圖分類號：TU753" " " " " " " " " " " 文獻標識碼：A" " " " " " " " " " " " " "文章編號：2096-6903（2024）11-0010-03

0 引言

在建筑工程施工中，地基處理是確保建筑安全穩定的關鍵環節。其中，軟土地基由于其承載力低、壓縮性高、透水性差等特點，成為施工中需要重點關注和處理的問題。軟土地基的存在可能導致地基沉降、建筑變形甚至破壞，因此選擇恰當的處理方法對于保證建筑工程的質量和安全至關重要。本文旨在對建筑工程施工中軟土地基的處理方法進行深入分析，探討各種處理方法的原理、優缺點以及適用范圍，為施工單位提供科學合理的地基處理方案，確保建筑工程在軟土地質條件下的安全穩定施工，期望為相關領域的研究和實踐提供有價值的參考。

1 軟土地基在建筑工程中的問題分析

1.1 中國軟土地基的地理分布與地質特性

軟土地基指強度低、壓縮量高的軟弱土層，多數含有一定的有機物質。這種地基通常存在于濱海、湖沼、谷地等區域，具有含水量高、空隙多、凝固性差、不穩定等特點。在建筑工程中，軟土地基的處理對確保建筑安全穩定至關重要[1]。中國東部沿海地區，由于長期的海積作用及沉積環境的影響，軟土地基廣泛分布。西部山區，因山體侵蝕與地殼運動，同樣存在大量的軟土分布。長江流域、珠江流域等大型河流兩岸。

對于軟土地基的地質特性來說，要重點考慮物理特性。通常，軟土地基含有較高的水分，質地較為疏松，承壓能力較弱。在受到重物負荷時，土壤往往過于疏松，易發生形變，導致地基穩定性差。

地質特性與地表水、氣候、植物覆蓋等條件有著密切關系，如高含水量和高壓縮性往往與多雨環境、冰凍融化等密切相關。軟土地基的形成與地表環境緊密相關，相互影響顯著[2]。

地理分布與地質特性是分析軟土地基問題的前置環節，在建筑工程施工中，該方面的理解必須深入，才能針對性地解決問題，從根源上保障工程建設的安全性。精準分析地理分布和地質特性，對采納和施行何種處理方式，都有著實質性影響[3]。

1.2 建筑工程施工中常見軟土地基問題

在建筑工程施工中，由于軟土地基的地質特性，常常出現許多問題。

1.2.1 承載力差

由于軟土的有效應力低、強度差，令其承載力普遍較差。當建筑物載荷過度或者長期作用于軟土地基上時，軟土地基將面臨過度應力而發生塌陷，導致建筑工程結構產生嚴重變形。以秦皇島沿海城市的高層建筑為例，其地基坐落于軟土區域。由于軟土的有效應力低、強度不足，在建筑物重載作用下，其地基出現顯著沉降，部分樓層出現裂縫和傾斜，嚴重影響了建筑的結構安全和使用功能。

1.2.2 沉降與不均勻沉陷

因為軟土的壓縮模量小，壓縮性大，當其受到加載后容易出現大的立即與長期沉陷。而且由于其不良的排水條件，使得沉陷過程往往漫長，給工程帶來較大風險。以湖北地區濕地橋梁建設為例，由于地基土壤屬于軟土，橋梁在建成后出現了明顯的沉降和不均勻沉陷，導致橋面出現裂縫，嚴重影響了橋梁的使用壽命和安全性。

1.2.3 軟土地基的構造不穩定

由于軟土本身的組織結構較松散，物理性能差，使得其在承受瞬態或者長期荷載后，常常出現上漲、下沉、開裂、側移等不穩定現象[4]。例如，某地鐵隧道穿越軟土區域時，因軟土構造不穩定，隧道壁出現了開裂和側移現象，導致地鐵線路被迫暫停運營，進行了緊急修復加固，給城市交通帶來了嚴重影響。

1.2.4 液化與地下水環境問題

在地震或者劇烈振動作用下，軟土地基易發生液化現象，導致地基承載力驟減，威脅建筑工程的安全。軟土地基的存在還會對下沉式建筑的地下水環境產生影響，進一步加重了地基處理的難度。例如，某地地震后，軟土地基的液化現象導致附近一座高層建筑的地基出現嚴重破壞，地基下沉，建筑傾斜，嚴重威脅了居民的生命財產安全，成為災后重建中待解決的問題[5]。

針對軟土地基在建筑工程中的常見問題，尋找有效的處理方法對于確保工程安全性、穩定性以及提高經濟效益有著重要的意義，也是地基工程研究的重點。軟土地基問題對工程安全性具有顯著的影響。因此，在建筑工程施工中，必須充分重視軟土地基問題的處理，采取有效的技術措施，確保工程的安全性和穩定性。

2 軟土地基處理方法的比較研究

2.1 預壓法的處理原理與適用條件

預壓法是一種在建筑工程中常用的軟土地基處理方法。該方法的原理主要基于Terzaghi顆粒間排水固結理論，即在土體未固結時，通過加載使軟土的孔隙水迅速排出，孔隙比降低，土體的結構得到改善，進而提高其承載力[6]。預壓法作為一種在工程實踐中廣泛應用的處理方法，能有效提高軟土地基施工的承載力，是一種理想的選擇。

預壓法分為兩個階段。初期階段是在加載后，孔隙水排出速度較快，土體變形較大；黏聚力較小，主要由摩擦力提供抗剪強度。后期階段，孔隙水排出逐漸減小，土體固結逐漸完成，黏聚力快速增大，土體的承載力得到顯著提升。

預壓法適用條件十分廣泛，特別是在土質較松軟，含水量較大的地區有較好的效果。另外，如果施工地點地方較為狹窄，傳統的地基處理方法難以施工時，也可選擇預壓法。預壓法若配合排水和墊層處理，還可有效解決地基沉降問題。該法對施工周期和成本有一定的要求，尤其是在需要提高土體的黏聚力時，其加載期較長，在有嚴格工期和成本控制的情況下，需要謹慎選擇。預壓法施工時，常用的施工機械包括堆載機械、壓實設備和監測儀器等。場地需求上，需要確保施工區域足夠寬敞，以容納堆載材料和施工設備。時間過程方面，預壓法通常分階段進行，包括堆載預壓、排水固結和卸載等步驟，整個施工過程可能持續數月至半年不等，具體時間取決于地基的特性和施工條件。

2.2 擠壓法的處理原理與適用條件

擠壓法是一種廣泛應用的軟土地基處理方法，其基本理論依據是通過對土體施加一定的力量，使土體的體積發生變化，從而提高土體的強度和穩定性[7]。擠壓法是在原地基上鋪設一層厚度適中的粗砂，在粗砂上鋪設一層土層，通過施加厚土層的自重使土體發生擠壓，擠出土體內部的空氣和水分，提高土體的密實度。

擠壓法的適用條件主要包括：土體的含水量高、易塑性好、液限值大；施工地點的地理位置和地留條件允許施加較大的荷載；地下水位較高或地面有積水；地價較低，土石方工程造價較低；施工期限較長等。在這些條件下，采用擠壓法處理軟土地基可以取得較好的效果。擠壓法處理軟土地基時，常采用的施工機械包括擠壓機、注漿泵等。施工時間通常較長，因為需要確保土體受到足夠的擠壓和排水，以達到預期的密實度和穩定性。具體施工時間取決于地基的特性和工程要求。

擠壓法也存在一定的局限性，其適用于含水量較高的土體，且需要較長的施工期限才能達到預期的效果。對于土體中的大顆粒石塊或其他硬質物質，可能會影響擠壓效果，給施工帶來一定的困擾。在采用擠壓法處理軟土地基時，必須進行充分的前期測試和分析，科學合理地選取施加的荷載的大小、土層的厚度以及粗砂層的透水性等，以確保取得理想的處理效果。

2.3 砂樁法、砂墊法和排水法的處理原理與適用條件

砂樁法即通過在軟土地基中設置砂石樁，利用其有效排水和增強土體的作用，改善地基土的性質[8]。砂樁法的適用條件主要是軟土地基中水分含量較大，滲透度較低。而在處理效果上，由于砂樁法需要大量的砂石材料，其構造施工難度大、成本較高。砂樁能有效提高地基的承載力，減小和控制地基的收縮性和沉降性，對于需要提高地基穩定性的工程具有良好效果。

砂樁法通過在軟土中設置砂樁來排水，其過程為先鉆成孔眼，灌入粗砂或中砂。成樁方法可采用沖擊或振動法，樁的排列常用倒三角形或正方形。器械方面需用到鉆機、砂料輸送設備等。砂樁頂部鋪設砂墊層，形成排水系統，加速排水固結。

砂墊法是一種將砂礫作為墊層，敷設在地基上表面，以改善軟土地基的承載力。砂墊法的優點為施工簡便、耗時短、成本較低。而其適用條件是較薄的軟土地基，厚度不超過8 m。若超過此范圍，無法達到預期效果。砂墊法排水主要通過砂礫墊層實現，過程包括鋪設砂礫、壓實形成排水通道。排水方式一般為自然排水，也可輔以小型排水設備。器械方面主要使用推土機、壓路機等鋪設壓實砂礫，輔助設備還包括水泵等排水設備[9]。

排水法是一種通過設定排水系統降低地基含水量，提高其承載力的處理方法。排水法基于降低地下水位或加速地下水流速的原理，其適用條件是地基含水量較高，且周圍有良好的水源排放條件。

排水法具有施工簡便、成本低廉的優點，但需要一定的排水時間，對施工速度有一定影響。排水法通過挖掘排水溝或設置排水管來降低地基含水量。過程包括開挖、安裝管道、連接泵站等環節。排水方式有自然排水和機械排水兩種。器械方面，主要使用挖掘機、管道、泵站等設備。排水法需要確保周圍有良好的水源排放條件。

3 軟土地基處理方法的選擇與應用

在軟土地基處理方法中，預壓法、擠壓法、砂樁法、砂墊法、排水法都有各自的優缺點。從經濟性角度看，預壓法和擠壓法施工成本較高。相反，砂樁法、砂墊法、排水法在經濟性上更具優勢。

施工效率方面，預壓法和擠壓法由于需要預加壓和等待固結，施工周期較長。砂樁法和排水法可適應各種復雜地形，施工效率較高。其中，排水法適用于地下水位較高的地區，施工周期較短，效率較高，但工程難度較大。

砂樁法適用于承載力較低的地區，通過加強地基的穩定性，提高其質量效果。砂墊法和排水法主要用于改善地基土的物理性質，克服地基土的疏松、細密性差等問題，提高地基質量。不同處理方法的經濟性、施工效率和質量效果比較如表1所示。

各種軟土地基處理方法都有適用的場景，需要根據實際工程的地質條件、施工時間、資金預算等因素綜合考慮，選用最佳的處理方法。也需要注意到無論選擇哪種方法，其最終目的都是為了提高地基的承載力和穩定性，保證工程建設的安全和質量。

4 結束語

本文系統地研究了建筑工程施工中軟土地基處理的諸多方法，包括預壓法、擠壓法、砂樁法、砂墊法和排水法等，并對各種方法的適用條件、優勢與劣勢進行了深入地分析和比較。可以根據地理、地質和工程條件來選擇最具效率和經濟性的處理方式[10]。每一種處理方法都有其特定的適用條件和影響因素，包括地質條件、地基類型、工程規模等，因此在實際工程應用中，需綜合考慮多種因素，做到有的放矢，不能一概而論。

由于各種處理方法的研究和實踐應用還存在一些局限性，比如施工過程的環保問題，施工條件限制等，為此需要在后續的工程中進一步探索和研究。從新技術、新材料等方向出發，對現有的處理方法進行技術改進或發展新的處理方法，以適應工程實踐中不斷變化、復雜的地質條件和施工環境。希望此次研究能夠為工程實踐中軟土地基處理提供參考，推動建筑工程施工水平不斷提高。

參考文獻

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[10] 張曉輝.建筑工程施工中軟土地基處理技術的應用[J].城市建筑空間，2022，29（S1）：201-202.

收稿日期：2024-05-15

作者簡介：張瑞（1993—），男，青海西寧人，本科，研究方向：土木工程、水利工程、結構工程。