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软土地基处理

喻巧林
摘要：由于地质构造复杂多样，工程施工中我们随时可能碰到各种软土地基，施工时如果对软土地基未识别或对软土地基未处理，将对工程产生不良影响，严重的可能导致工程结构倒塌倾覆，造成较大经济损失。本人就软土地基施工技术进行总结，介绍了软土的分类，以及详细阐述软土地基处理中的各种方法。
关键词：软土 排水固结 复合地基 注浆加固
软弱地基软土地基包括承载力低、沉降量大，具有振动液化性，湿陷性，膨胀性，冻胀性等不良工程性质。软土地基是指以软土为主，与粉砂，泥炭等一些其他土层相间组成的地基。
1． 软土
软土指的是天然孔隙比大于或等于1.0，且天然含水量大于液限的细粒土，它包括淤泥、淤泥质土、泥炭、泥炭质土等，基压缩系数一般大于0.5MPa-1；不排水抗剪强度一般小于30kPa。
软土的特性可以归纳围“三高三低”，即高含水量、高压缩性、高灵敏度；低密实度、低强度、低渗透性，呈软塑-流塑状态。在荷载的作用下（或因基坑开挖而卸载时）地层结构受到扰动，软土强度会有很大的降低，地层变形大并且变形稳定时间长。
2．填土
填土时指由人类活动而堆积的土，按照其物质组成和堆积方式，分为素填土，杂土和冲填土三类。
素填土时由碎石土，砂土，粉土和粘性土等一种或者几种材料组成的填土，素填土中不含杂质或者含杂质很少。
杂填土时指由人类活动而任意堆积的建筑垃圾、工业垃圾和生活垃圾。它的主要性质是强度低、压缩性高和均匀性差。
3．湿陷性黄土
4．膨胀土
膨胀土是指含有大量的亲水矿物，湿度变化时有较大体积变化，变形约束时产生较大内应力的粘性土，它是一种吸水膨胀，失水收缩，具有较大的胀缩变形性能，且变形具有往复性的高塑兴粘土。
膨胀土一般强度高，压缩性低，容易误认为良好的地基。实际上，膨胀土受湿度的影响很大，性状极不稳定。
软土地基的处理方法：
1． 排水固结法
根据有效应力原理,由于固结压力作用,土体的孔隙水被排出，孔隙水压力逐渐消散，有效应力增加。土体强度随着有效应力的增加而增加。根据这一原理，采用排水固结法加固地基已经积累了大量成功的经验和成熟的经验。
a． 加载预压
在建造建筑物之前进行预压，以消除大部分沉降。当预压荷载超过建筑物永久压力时，可以消除部分次固结沉降。
效果显著，处理结果土质较均匀，需要较长时间，如加设垂直向排水途径，则可大大缩短预压时间。
b． 真空预压
通过埋设于地面砂垫层中的吸水管不断抽气造成负压而使软土层排水固结，砂垫层下如设砂井或塑料排水带，效果更加。可以避免土石搬运，但预压压力有限，所以处理深度有限，需要不断抽气，所以需要一定设备和用电条件。
c． 砂井，袋装砂井和塑料排水带
增加土层排水通道，缩短固结沉降时间，同时提高强度。
d． 电渗排水
在土中插入金属电极并通以直流电，在电场作用下，土中水从阳极流向阴极，在阴极抽水排除。在饱和粘性土中效果显著，需要一定的设备和用电条件。
e． 降低地下水位
通过与透水层联系的排水井中直接抽水降低水位，使土层固结。宜在地下水位较高的条件下进行开挖工程或软土层中存在透水层时采用。
f． 砂粒垫层
用于局部地基处理，原理是换土和横向排水，使土层固结。、
2． 复合地基处理
复合地基是指由两种刚度（模量）不同的材料组成，共同承受上部荷载并协调变形的人工地基。
复合地基的作用主要由下面几种：
⑴、桩体作用
复合地基是桩体与桩间土共同作用，由于桩体的刚度比周围的土体大，在刚性基础等量变形时，地基中应力将重新分配，桩体产生应力集中而桩间土应力降低，这样复合地基承载力和整体刚度高于原地基，沉降量有所下降。
⑵、加速固结作用
碎石桩、砂桩具有良好的透水特性，可以加速地基的固结。另外，水泥类和混凝土类桩在某种程度上也可以加速地基固结，加固后的水泥土同样可以起到加速固结的作用。
⑶、挤密作用
砂桩、碎石桩、土桩、石灰桩等在施工过程中由于振动、挤压、排水的原因，可对桩间土起到一定的密实作用。另外采用生石灰桩，由于生石灰具有吸水、发热和膨胀等作用，对桩间土同样起到挤密作用。
⑷、加筋作用
各种复合地基除了可提高地基的承载力和整体刚度外，还可用来提高土体的抗剪强度，增加土坡的抗滑能力。
根据桩体材料的不同，复合地基的分类如下：
a．散体材料桩复合地基
散体材料桩复合地基可以分为：砂桩复合地基、碎石桩复合地基和矿渣桩复合地基。
砂桩，砂桩是指用振动或者冲击荷载在软弱地基中成孔后，再将砂挤入土中形成大直径的密实柱体。砂桩适用于松散砂土、人工填土、粉土和杂填土等地基，以提高地基的强度，减少地基的压缩性，或提高地基的抗震能力，以防止饱和松散砂土地基的振动液化。砂桩在软弱地基中主要起置换作用和排水作用，这样形成的复合地基，可以提高地基的承载力和整体稳定性。
碎石桩，碎石桩是指用振动冲击或者水冲等方法再软弱地基中成孔后，再将碎石挤入土中形成大直径的碎石所构成的密实桩体。按照其制桩工艺分为振冲碎石桩和干法碎石桩。在复合地基的各类桩体中，碎石桩和砂桩同属于散体结构，加固机理相似，并随被加固的土质不同而有差异。对砂土、粉土和碎石土具有置换和挤密作用，对粘性土和填土以置换作用为主，并有不同程度的挤压和促进排水固结的作用。碎石桩在工程中的主要应用：①软弱地基的加固；②堤坝边坡的加固；③消除液化土的液化性；④消除湿陷性黄土的湿陷性。
b．柔性复合地基
可分为土桩复合地基、灰桩复合地基、石灰桩复合地基、粉体搅拌石灰桩复合地基和水泥土桩复合地基。
石灰桩，石灰桩是指用人工机械在地基中成孔，灌入生石灰，或者在生石灰中掺入适量的水硬性掺合料，经振密或夯实后形成的桩柱体，利用石灰的吸水膨胀及土间的离子交换作用改善桩周土的性质。用石灰桩加固软弱地基，不同土质会产生不同的效果。
c．刚性桩复合地基
可分为树根桩复合地基、CFG桩复合地基和钢渣桩复合地基。
树根桩，也称为小直径钻孔灌注桩或微型桩。是一群小直径的就地灌注桩（通常100mm－300mm），可以是竖向的也可以是斜向的。用于稳定土坡、支挡结构物或提高地基承载力，它以微见长，机动性灵活，用于多种条件下的地基处理。在软土地区，树根桩不仅用于基础托换，还用来处理基础抗浮、防渗、大直径故障以及天然低级承载力不足。
CFG桩，就是水泥粉煤灰碎石桩，具有一定的粘结强度，是居于刚性合柔性之间的一种桩。桩材以碎石为主，加入石屑可使碎石的不均匀系数增大，级配良好，添加粉煤灰和少量水泥后，这种材料类似低标号混凝土，增加了桩体的后期强度，其强度介于素混凝土和碎石桩之间，可达5—10MPa。CFG桩处理地基有工期短、成本较低、施工质量易控制、承载力提高大、沉降量小，特别是处理后的地基变形稳定快等诸多优点。
钢渣桩，利用管内或管外投料的方式在地基中制成钢渣桩，由于钢渣成分很接近水泥，在土中水作用后能自凝成桩，与桩周土形成复合地基。优点：利用废料，施工中污染少，节约投资，可提高承载力0.5—1.5倍。
3． 密实处理
可分为浅层密实处理和深层密实处理。
浅层密实处理，分为碾压法、重锤夯实法和振动压实法。
深层密实处理，可分为冲击密实法、振冲法、挤密法。其中冲击密实法又可分为爆破挤密法和强夯法。
强夯法，利用高锤击功能使地基受冲击力和振动力使土体密实，对于Ip≦17或者粒径小余0.005mm占30％以下的表土或浅层粘土层可采用。适用于大面积处理，简单经济。
振冲法，利用振冲器在高压水陆作用下边振边冲使地基成孔，然后填入碎石、卵石振密，用于不排水剪强度大于等于20kPa的软土地基，效果显著。
4． 换土处理
换土处理可分为挖除换土法、强制换土法和爆破换土法。
强制换土法，分为自重强制换土和强夯挤淤法。
爆破换土法也称为爆破挤淤法。
换填法是将基础底面下一定范围的软弱土层挖去，然后分层填入强度较大的砂、碎石、素土、灰土以及其他性能稳定和无侵蚀性的材料，并夯实或振实至要求的密实度。按换填材料的不同，将垫层分为砂砾垫层、碎石垫层、素土垫层、干渣垫层和粉煤灰垫层等。换填法适用于淤泥、淤泥质土、湿陷性黄土、素填土、杂填土以及暗沟、暗塘等浅层处理。其作用机理包括：1，提高持力层的强度，将建筑物基底压力扩散到垫层以下的软弱地基，使应力减小到该软弱地基的容许承载力；2，可减少地基的变形；3，加速软土层的排水固结；4，防止冻胀；5，对于湿陷性黄土、膨胀土等特殊土主要是为了消除或部分消除地基的湿陷性、胀缩性等。
5． 注浆加固法
注浆加固通常不需要大型施工机械，施工技术一般为施工单位所掌握，
加固效果明显。按加固机理来分可分为电化学注浆和劈裂注浆。
电化学注浆，加固用的化学溶液在电渗的作用下渗入土中或胶体在电泳的作用下渗入土孔隙中。用于不适合高压注浆的建筑地基，不适用于高导电性土，造价高。
劈裂注浆，浆液在高压作用下，使原有的孔隙或裂隙扩张，使低透水性土的可灌性和浆液扩散距离增大，处理后地基土质改善不均匀。
按浆材分类可分为水泥注浆和化学注浆。水泥注浆是用的最广泛的一种，和水拌和成悬浮液，同时和水发生水解和水化反应，形成具有一定强度的结石。化学注浆是采用一些化学溶液为注浆材料，目前用的最多的是水玻璃，其次是聚氨酯丙烯酰氨类、环氧树脂类等。
6． 加强处理地基
分为加筋地基和土层锚杆。
加筋地基，应用不同的加筋材料与土相间成层铺设在建筑物下作地基，以改造原有不良地基土的性质，提高承载力，减少沉降，尤其是不均匀沉降。
土层锚杆，它把来自建筑物的荷载通过拉杆传递到锚固体，再有锚固体将荷载分散到周围稳定土层中去。土层锚杆通常是按垂直于地面方向或者与开挖面呈某一角度来布置的。从锚固体的传力方式分为摩擦型、支承型和摩擦－支承型。
7． 水泥系搅拌法
水泥系搅拌法可分为水泥土搅拌法和高压喷射注浆法。
水泥土搅拌法，用水泥或石灰通过深层搅拌机与土搅拌成桩、柱，是一种深层加固土体的方法。可布置成连续墙或格栅构造，分为喷浆搅拌和粉体喷射搅拌，效果显著，用于提高地基承载力和减少沉降量。水泥土搅拌法不仅可以较大的提高地基土的承载力，而且在加固深度内可以减少原地基沉降量的三分之一至三分之二，沉降较快趋于稳定，具有明显的优势。与其他处理方法相比，水泥土搅拌法一般造价较高，水泥用量大。
高压喷射注浆法，将注浆管通过钻孔置入预定深度，然后高压喷射浆液，冲切土体，同时旋转提升注浆管，生成水泥—土桩。亦称为旋喷桩，可用以处理既有建筑物地基，还可以作防渗帷幕、基坑维护。但因注意水泥浆，以免流失。

参考文献
[1] 吴邦颖 ，软土地基处理 ，中国铁道出版社 。
[2] 黄生根 ，地基处理与基坑支护工程 ，中国地质大学出版社 。
[3] 刘俊岩 ，深基坑工程 ，中国建筑工业出版社 。
[4] 王星华 ，地基处理与加固 ，中南大学出版社 。