软土地基成因及处理方法.doc

XXXXXXXXX毕 业 论 文论文题目： 浅谈软土地基的形成与处理方法 系 部： X X 工 程 系 专业名称： XXXXXXXX 班 级： 012365 学 号： 01 姓 名： X X 指导老师： X X X 完成时间： 2012 年 5 月 13 日目录前言21 软土地基的形成原因21.1 软粘土形成原因21.2 人工填土形成原因31.2.1 素填土形成原因31.2.2 杂填土形成原因31.2.3 冲填土形成原因31.3 松散砂土和粉土形成原因32 软土地基的特征32.1 孔隙比和天然含水量大32.2 压缩性高42.3 透水性弱42.4 抗剪强度低42.5 灵敏度高43 软土地基的处理方法43.1 反压法43.2 粉体搅拌法（粉喷法）53.3 强夯法63.4 换土垫层法73.4.1 垫层法73.4.2 砂垫层置换73.4.3 强夯挤淤法83.5 抛石挤於法83.6 塑料板固结法83.7 土工合成材料加筋法83.8 碎石桩法83.9 石灰桩法93.10 旋喷法9结束语9参考文献9浅谈软土地基的形成与处理方法摘 要：在水运工程中，各种软基加固的方法已越来越多的得到广泛的应用。伴随着水运工程科技的发展，许多带有本行业特征的地基处理方法如反压法、粉体搅拌法（粉喷法）、强夯法、换土垫层法、土工合成材料加筋法等蓬勃发展，并在其他行业得到推广应用。本文对软土地基的形成原因作出了一定的描述，简要总结了软土地基的特点以及对工程质量的影响，着重阐述了工程中软土地基的处理方法，并对相应方法的适用性作出了一定的分析与评价。关键词：软土地基、原因、特点、处理方法前言软土地基是指在静水或缓慢流水环境中沉积而成的、天然含水量大、压缩性高、承载力低、透水性差的一种软塑到流塑状态的饱和粘性土层。它主要包括内陆湖塘盆地、江河海洋沿岸和山间洼地沉积的各种淤泥和淤泥质粘性土。软土地基处理的主要目的是使基础不会产生局部或整体剪切破坏，满足强度及稳定性要求，使得建筑物在使用期内不致发生较大的沉降和不均匀沉降，以保证建筑结构能正常使用。1 软土地基的形成原因软土是第四纪全新世形成的近代沉积物，其地质年龄一般为10000-15000年，按其中有机质含量，可分为两大类：第一类是不含或很少含有机质的软粘土和粉质软粘土；第二类是含大量有机质的泥炭土。 所有的软土都是在淡水或盐水中沉积的，由于沉积的地质环境(如海滩、三角洲、河口湾、泻湖、湖泊、沼泽等)的不同，其空间范围和天然性状也因其沉积环境及其水动力条件的变化而异。我国工程界有的把松软的吹填土和杂填土等也列入软土，谓之广义软土。软土的来源主要是岩石的风化产物，因此其成分直接取决于母岩。而软土的类型，主要有软粘土、人工填土、松散砂土和粉土几类，其成因也各不相同，其成因如下。1.1 软粘土形成成因水运工程由于工程所在地濒临水域，浅部地层多为软粘土-淤泥或淤泥质土。它是在静水或非常缓慢的流水环境中沉积。是第四纪后期形成的海相、泻湖相、三角洲相和湖泊相的粘性土沉积物或河流冲击物。有的软粘土属于新近淤积物。以淤泥质土为主的混合土，如淤泥质土混砂有时也属于此类土。1.2 人工填土形成原因港区的陆域形成，后方堆场的回填，沿江沿滩的围垦大量采用人工填土。人工填土的形成原因按照物质组成和堆填方式，可以分为素填土、杂填土和冲填土三类。1.2.1 素填土形成原因素填土是由碎石、砂或粉土、黏性土等一种或几种组成的填土，其中不含杂质或含杂质较少。常用开山石料，大小不一，有的直径达数米，填筑厚度有的达数十米，极不均匀。1.2.2 杂填土形成原因杂填土是人类活动形成的无规则堆积物，其成分复杂，性质也不相同。在大多数情况下，杂填土是比较疏松和不均匀的。在同一场地的不同位置，地基承载力和压缩性也可能有较大的差异。1.2.3 冲填土形成原因冲填土是利用在航道治理和疏通时挖出的泥砂，由水力冲填到陆地或岸滩形成的冲积土。冲积土的性质与所冲填泥砂的来源、冲填时的水力条件以及沉降时间有密切关系。这类土成分比较复杂，吹泥口区域往往粒径较粗大，粗细颗粒排水固结快慢不同，含黏土颗粒较多的冲填土往往是欠固结的。冲填土的强度和压缩性指标都比同类天然沉积土差。主要以砂和其他粗颗粒组成的冲填土不属于软弱土。1.3 松散砂土和粉土形成原因 松散砂土和粉土是指饱和粉砂土、饱和细砂土和砂质粉土。它们可能是自然沉积的也可能是人工回填的。这类土在静载作用下虽然具有较高的强度，但在机器振动、车辆荷载、波浪力或地震力的反复作用下有可能产生液化或产生较大的震陷变形。地基会因地基土体液化而丧失承载能力。在动水作用下会发生渗透失稳-流砂与管涌。2 软土地基的特征2.1 孔隙比和天然含水量大我国软土的天然孔隙比e一般在12之间，淤泥和淤泥质土的天然含水量W5070%，高的可达200%，普遍大于液限。2.2 压缩性高建造在这种软土上的建筑物将发生较大的沉降，尤其是沉降的不均匀性，会造成建筑物的开裂和损坏。2.3 透水性弱 软弱土尽管其含水量大，透水性却很小。因此，土体受到荷载作用后，呈现很高的孔隙水压，影响地基的压密固结。2.4 抗剪强度低软土通常呈软塑流塑状态，在外部荷载作用下，抗剪性能极差，我国软土无侧限抗剪强度一般小于30KN/m2（相当于03KN/m2）。不排水剪时，其内摩擦角几乎为零，抗剪强度仅取决于凝聚力C，一般C30KN/m2；固结快剪时，内摩擦角515。2.5 灵敏度高 软粘土尤其是海相沉积的软粘土，在结构未被破坏时具有一定的抗剪强度，但一经扰动，抗剪强度将显著降低。其灵敏度（含水量不变时原状土与重塑土无侧线抗压强度之比）一般在34之间，有的甚至更高。3 软土地基的处理方法3.1 反压法反压法是一种传统的软土地基处理方法，很早就使用在堤坝两侧(或一侧)填土或堆石(称为反压平台)，以防止地基土被挤出，保证堤坝的稳定。使用反压法来处理地基，可以就地取材，施工简便，不需特殊材料，适用于对变形要求不高的道路工程、水利工程等。但是反压平台占地面积大，在农耕区、用地受限制地区不宜采用。这种方法除了可以稳定地基外，反压平台还可以起防浪防渗的作用，又常有可能在防汛期间利用堤背反压平台作为防护抢险的工作场地。反压法处理的基本原理是以反压土体重量改变地基的应力状态和变形条件，它可以压制地基因加荷的不均匀而出现的塑性挤出和地面隆起的趋势，还能使软土地基得到部分固结，从而提高反压平台下面地基的强度，特别是对排水条件比较好的薄层软土，效果尤为显著。为了利于地基受力平衡，反压护道通常在路堤两侧对称布置。当软土层较薄且下卧层有横向坡度时，可在路堤两侧采用不等宽的反压护道。我国在软弱粘土地区进行了关于采用反压法来稳定地基的试验研究工作，为使用反压法处理软土地基提供了依据。如我国连云港利用抛石反压护坡处理地基，大大降低了工程造价；铁路和公路交通部门用反压法改善路堤的稳定性；另外还有港口护岸、平衡围堤等都积累了许多成功的经验。在饱和软粘土地基上造堤时，起初在刚受到填土(或抛石)荷载作用时，饱和软土地基来不及固结，此时地基土的抗剪强度最小，地基破坏现象多出现在堤未建成或刚建成初期阶段，这是最不利的情况，因此反压平台的设计根据这一情况来进行，也就是设计时必须考虑使外加荷载在地基中产生的剪应力始终小于土的抗剪强度。一般堤施工速度较快，而且堤底部又不便设置透水层，因此设计时地基土抗剪强度采用快剪试验的结果。反压护道的适用范围，是非耕作区和取土不困难的软土地区，同时堤的设计高度不大于532倍极限高度。 反压平台的设计根据控制极限平衡区发展范围的原理来进行。虽然这个方法在理论上还不完善，但实际工程说明它与其他方法相比更符合实际，现也常采用圆弧滑动法进行计算。在堤的两侧(或一侧)填筑适当高度(一般低于极限高度)与适当宽度的反压平台(护道)，在护道荷重的作用下，形成反向力矩来平衡堤填土的滑动力矩，从而保证堤的稳定。反压平台的尺寸可参照当地经验选定，如无经验参考时，则通过试算法假定多个反压平台尺寸h和L，用圆弧滑动法找出堤边坡最小安全系数，并使最小安全系数满足没计标准，也可根据在堤自重作用下发生的极限平衡区和极限平衡发展的宽度L来确定。其高度必须低于极限高度，但也不宜过低，以免被圆弧切穿。3.2 粉体搅拌法（粉喷法） 粉体搅拌法(简称粉喷法)，是用特制的设备和机具，将加固剂粉体材料(水泥或石灰)通过压缩空气的传送，与地基土强行拌和，使之产生充分的物理、化学反应后，形成一定强度的桩体(简称粉喷桩)。这是一种改善土质，提高地基强度的软土地基加固方法，可以广泛地适用于淤泥质土，杂填土，软粘土等地基加固。 粉喷法加固软土地基，是一项新的工艺，与其他软土加固方法相比，具有较多突出之处：原理科学、费用低廉、加固成本低。由于采用地基土自身作为桩料，掺入少量固化剂，一般掺入15%左右的水泥，平均每米不超过50kg水泥，每米材料成本费仅10元左右，比其他地基加固方法成本均低；桩身质量好，由于成桩粉体与土拌和，化学反应充分，桩身强度相对较大；地基加固后无附加荷载（因为掺入的固化剂含量较少，加固土的容重略大于地基土的容重，可将地基土的附加荷载忽略不计）。干法施工，施工不需要水源，不需要排污，场地干净；桩体强度高，与深层搅拌法相比较，在条件相同的情况下，粉喷桩施工效果较好，因为深层搅拌法是湿法施工，而粉喷桩是干法施工，是从地基土中吸取一定的水量，从而提高了地基的加固效果。无侧向挤土问题，该工艺与打入桩或压入桩相比，由于成桩是将原土作为主要桩料，在地基中几乎不增加体积，故不产生侧向挤土，所以粉喷桩施工对临近环境无其他影响，甚至可以紧贴相临基础施工，该工艺可根据工程需要及地质条件，以不同的掺灰量控制不同的桩身强度，也可以在同一地基中不同层位控制不同桩身强度，以满足工程上的需要。该工艺平面桩位布置灵活，可以组成各种几何形状的桩体，如单桩分开的桩式，桩体相切或搭接的墙壁式，以及桩体构成网格状的块体式，并适用于各种工程，如建筑物地基加固，边坡抗滑加固等，还可以加固地基中的某个部分。该方法应用广泛，粉喷桩施工专用机械主要由成桩钻机，空压机，供料机三大件组成，设备简单，机身体积小，步履移动方便。3.3 强夯法强夯法是将十几吨甚至上百吨的重锤，从几米到几十米的高处自由落下，对土体进行反复的动力夯击，使土体产生强制压密而减小压缩性，提高土的承载力，改善地基性能的一种加固方法。 强夯法属高能量夯击，自由落下的夯锤给地基土以强大冲击能量，在土中出现冲击波和很大的冲击应力，迫使土层孔隙压缩，在夯击点周围产生裂隙，形成良好的排水通道，孔隙水和气体逸出，使土粒重新排列，使得土体压密达到固结，从而提高地基承载力，降低其压缩性。强夯法是一种常用的深层地基处理方法。锤重和落距是影响夯击能和加固深度的重要因素，直接决定单击的夯击能。锤重一般不宜小于80kN，落距不宜小于6m。锤重与落距的乘积称为单击夯击能。整个加固场地总夯击能除以加固范围的面积称为单位夯击能。单位夯击能应综合考虑地基土类别、结构类型、荷载大小和要求加固处理的深度等因素，并通过现场试夯确定。单位夯击能过小，加固效果差；单位夯击能过大，不仅浪费能源增加费用，而且对饱和粘性土还会破坏土体结构，形成橡皮土，降低强度。强夯法的施工方法和设备简单，施工速度快，功效高；节约原材料，较为经济；适用土质范围广，可取得较高的承载力，一般地基强度可提高25倍；沉降变形小，压缩量可降低210倍；加固影响深度可达610m，但振动影响较大。强夯法适用于加固碎石土、砂土、低饱和度粉土、粘性土、湿陷性黄土、素填土、杂填土以及工业废渣、垃圾地基。当强夯所产生的振动对周围建筑物、设备及其他设施有影响时，不得采用强夯法施工。必要时，应采取防振、隔振措施。3.4 换土垫层法本法是以优质土置换软弱土，确保填土稳定和减少沉降量，除一般施工要求外该方法所用填料宜采用透水性土，处于常水位以下部分的填土不得使用非透水性土壤。填土应由中心向两侧按要求分层填筑压实，层厚宜为15cm。它的特点是施工工艺简单，但费用比较高。3.4.1 垫层法其基本原理是挖除浅层软弱土或不良土，分层碾压或夯实，按回填的材料可分为砂(或砂石)垫层、碎石垫层、粉煤灰垫层、干渣垫层、土(灰土)垫层等。干渣分为分级干渣、混合干渣和原状干渣；粉煤灰分为湿排灰和调湿灰。换土垫层法可提高持力层的承载力，减少沉降量；常用机械碾压、平板振动和重锤夯实进行施工。该法常用于基坑面积宽大和开挖土方量较大的回填土方工程，一般适用于处理浅层软弱土层(淤泥质土、松散素填土、杂填土以及已完成自重固结的冲填土等)与低洼区域的填筑。一般处理深度为2m3m。适用于处理浅层非饱和软弱土层、素填土和杂填土等。3.4.2 砂垫层置换 适用于软土层较薄等情况，基本原理是通过在软土层顶面铺设排水砂层，以增加排水面，使软土地基在填土荷载的作用下加速排水固结，提高其强度，满足稳定性要求。对于沉降的影响因素有：砂垫层厚度(一般为0.61.0m) ；填筑的速度；材料（含泥量不大于5%的洁净中粗砂，严格控制不许掺有细砂及粉砂，或最大粒径小于5cm的天然级配砂砾）。3.4.3 强夯挤淤法采用边强夯、边填碎石、边挤淤的方法，在地基中形成碎石墩体，可提高地基承载力和减小变形。适用于厚度较小的淤泥和淤泥质土地基，应通过现场试验才能确定其适应性。3.5 抛石挤於法 适用于排水困难，表层无硬壳、基底含水量超过液限、堤坝自重可以挤出的软土。在施工过程中应掌握抛投顺序，从中部开始抛石，逐渐向两边延伸，挤出淤泥。片石的直径一般不小于30cm，在片石堆出水面后，经碾压压实，再在上铺设反滤层，最后再填土。3.6 塑料板固结法 塑料插板加固软土地基是指将特制的塑料板芯与滤膜形成渗水孔的塑板，用机械插入不同深度的软土层中，然后通过预压荷载的作用，使软土地基内水份沿塑料板向上渗入地面砂砾石层中，达到加固软土地基，从而增大地基整体承载力的目的。3.7 土工合成材料加筋法 该法将土工合成材料平铺于堤防地基表面进行地基加大，能使堤防荷载均匀分散到地基中。当地基可能出现塑性剪切破坏时，土工合成材料将起到阻止破坏面形成或减小破坏发展的作用，从而达到提高地基承载力的目的。此外，土工合成材料与地基土之间的相互磨擦将限制地基土的侧向变形，从而增加地基的稳定性。3.8 碎石桩法 其基本原理是利用一种单向或双向振动的冲头，边喷高压水流边下沉成孔，同时填入碎石振实，形成碎石桩，桩体和原来的粘性土构成复合地基，以提高地基承载力和减少沉降。适用于地基土的不排水抗剪强度大于20kpa的淤泥、粘性土。沉降影响因素有荷载大小、材料规格与质量、压实度、桩的密度等。3.9 石灰桩法 其基本原理是利用生石灰在软土地基内形成桩柱，通过生石灰的消解和水化物的生成，以降低土中含水量，从而提高地基强度，减少沉降量。适用于含砂量低、没有滞水砂层的软土地基。在施工中要注意打孔方法要正确，石灰的质量与规格合格，桩距与桩径要适当。3.10 旋喷法 旋喷法是利用旋喷机具造成旋喷桩以提高地基的承载能力，也可以作联锁桩施工或定向喷射成连续墙用于地基防渗。旋喷桩是将带有特殊喷嘴的注浆管置于土层预定深度后提升，喷嘴同时以一定速度旋转，高压喷射水泥固化浆液与土体混合并凝固硬化而成桩。所成桩与被加固土体相比，强度大、压缩性小。适用于冲填土、软黏土和粉细砂地基的加固。对有机质成分较高的地基土加固效果较差，宜慎重对待。而对于塘泥土、泥炭土等有机成分极高的土层应禁用。结束语 地基的质量对工程产品的使用性能影响较大，因此在进行软基施工时应严格按照规范要求进行，同时针对不同的软基项目采取不同的具体措施，软土地基处理质量控制手段远不止这些。总之，软土地基处理的目的是增加地基稳定性，减少施工后的不均匀沉陷，所以施工的技术人员必须意识到软土地基的危害性，坚决以数据说话，认真测定基底的承载力，并根据不同的地质情况，不同的投资和工期要求，采用切实可行的处理方案，同时一定要采集施工后的沉降数据，积累经验，为今后的施工打下坚实的基础。参考文献1林宗元.岩土工程治理手册M.沈阳:辽宁科学技术出版社,1993.1882204.2叶书麟.地基处理与托换技术M.北京:中国建筑工业出版社,1992.5152518.3黄绍明，高大钊，软土地基与地下工程M，北京；中国建筑工业出版社，2005.4叶书麟，叶观宝，地基处理与托换技术M，北京；中国建筑工业出版社，2005.5顾晓鲁，钱鸿缙，刘慧珊等.地基与基础M，北京；中国建筑工业出版社，2003.6马小峰，浅谈软土地基处理方法J.山西建筑，20087杨峰，软弱地基处理方法的运用J.工程建设与档案，2003.专业文档供参考，如有帮助请下载。