软土地基处理技术在建筑工程施工中的应用

董永祺 山西四建集团有限公司

1 前言

在我国建筑用地资源不断缩减的当下，建筑工程建设过程中，遭遇复杂地质条件的概率也越来越高。软土便是建筑工程经常遇到的一种复杂地层，为保障地基承载力，必须做好软土地基处理工作。现阶段来说，建筑工程领域的软土地基处理方法诸多，不同的软土地基处理方法，优缺点不同，适用范围也不同。在建筑工程实际施工中，应综合考虑多方面的因素，选择合适的软土地基处理方法，以确保软土地基处理效果。

2 软土地基及其特点

软土指的是以水下沉积的淤泥或者是软弱粘性土为主的地层。软土主要包括软黏土、淤泥质土、淤泥等类型。软土地基指的是在缓慢水流或者是静水环境下经过长时间沉积而形成的饱和粘性土，且往往夹杂着贝壳、生物残骸以及泥炭。软土地基的特点包括：第一，天然含水量较大。软土的天然含水量通常在35%以上，接近液限，甚至大于液限；第二，天然孔隙比较大。软土的天然孔隙比通常在1 以上，处于1.0～2.0 的范围内；第三，透水性较差。透水性较差是软土的一个主要特征，软土的有机质含量、粘粒含量、液限越大，则其透水系数通常也就越小，内部渗水条件不佳，不利于地基排水；第四，抗剪强度较低。在排水剪切的条件下，随着固结软土的增加，软土的抗剪强度也会加大。在不排水剪切的条件下，内摩擦角接近零，而内摩擦剪应力通常在19.92kPa 以下；第五，压缩性较高。因为天然孔隙比较大，因此软土土粒间的连接结构稳定性较差，呈高压缩性，且伴随液限的上升，压缩性也会增加；第六，蠕动性与触变性较大。在未受到破坏之前，软土结构有着一定的强度，但在受到扰动之后，其结构强度便会迅速下降，但随着静置时间的延长，软土结构强度也会逐渐恢复。

3 建筑工程领域常用的软土地基处理技术

3.1 排水固结技术

在建筑工程施工过程中，软土地基本身具有的蠕变性、外部施加的荷载，会给其稳定性造成严重影响，进而影响上层建筑物的稳定性，甚至埋下安全隐患。针对天然含水量较高的软土地基，可采取排水固结技术进行处理，将其中的水分排出，从而实现其承载力的提高。实际应用排水固结技术时，应在软土地基中安装排水系统，即设置纵向排水管，借助上部建筑结构的压力，来充分排除软土地基中的多余水分。排水固结技术主要包括降水预压、真空排水预压以及沙井堆载顶压三种不同的方式。降水预压指的是，采取有效的技术手段，使地下水位得到降低，从而使软土中的水分间接减少；真空排水预压指的是，对软土地基的土层进行加固后，再堆放砂层，并使用真空泵进行抽气，实现软土的固结；沙井堆载顶压指的是，借助软土中的沙土，制作沙井，实现软土排水性能的提升。堆载预压技术是一种常用的排水固结技术，实际施工过程中，应充分考虑建筑工程的实际情况，合理确定堆载预压技术的工艺流程。软土地基处理中，采取堆载预压技术，可增加沉降空间，实现土壤密实度的提升。实际应用堆载预压技术的过程中，仅需要设置竖向排水管道、横向加速排水管道即可。竖直管道工程是比较常用的，可以避免土体过度压缩现象的发生，又能提高土质的均匀性、饱和度。建筑工程施工过程中，在软土地基处理中采用堆载预压技术的时候，需要使用塑料排水板或者是袋装的砂井，将防渗膜放置在砂结构中，便可以提高土壤间隙质量，保障软土地基的加固效果。但需要注意，堆载预压技术的技术流程比较复杂，成本较高，在实际使用过程中，应根据建筑工程的实际情况进行合理选择。

3.2 强夯加固技术

强夯法是建筑工程领域中比较常用的一种软土地基处理技术，其主要是使重物从高处落下，并借助其重力作用，将软土地基夯实，可实现土体强度的增加，还可避免土地压缩现象的发生，确保地基的均匀度达标。强夯法包括强夯挤密法、强夯置换法两种类型。强夯挤密法适用于塑性指数在10以下的软土。强夯置换法适用于厚度在6m 以下的软黏土层。采用强夯置换法对软土地基进行处理的时候，需一边填碎石一边夯实，形成一个直径2m、深度3m～6m左右的碎石桩体，其与周围土体共同构成了复合地基，可实现地基承载力的提高。

图1 强夯加固施工图

3.3 搅拌桩技术

搅拌桩技术也是软土地基处理中的常用技术之一。搅拌桩包括石灰搅拌桩、水泥搅拌桩两种类型。石灰搅拌桩适用于比较干燥的软土地基，其中含有石灰，可有效吸取软土中存在的水分，同时在吸取水分之后，石灰也会发生凝结，实现搅拌桩的进一步加固。在实际采用石灰搅拌桩对软土地基进行处理的时候，应根据软土地基的实际情况，合理确定石灰的规格、用量。水泥搅拌桩适用于深层软土，为确保水泥搅拌桩的使用效果，在施工前需进行试验。同时，也要充分考虑软土地基的实际情况，合理确定水泥的用量、水泥搅拌桩的周期。软土地基处理中对搅拌桩技术进行应用的时候，应加强对实际情况的调查，掌握软土地基的各项参数，对石灰搅拌桩、水泥搅拌桩进行合理选择。

3.4 换土垫层技术

换土垫层技术是将基础下一定深度内的软弱土层部分或者是全部挖掉，并回填强度较高的灰土、碎石、砂，然后夯实。换土垫层技术对地质条件有着一定的要求，如果建筑工程所在区域的地质层较薄，则可采取换土垫层技术对地基进行处理。其原理为，使用压缩能力较强、抗腐蚀性能较好、强度大、密度高的灰土、碎石、矿渣等材料来替代原有的软土地基，增强地基的综合性能。根据所使用材料的不同，可将换土垫层法分为粉煤灰垫层、干渣垫层、碎石垫层、砂垫层、土垫层等不同的类型。其中，粉煤灰垫层又可以分为调湿灰垫层、湿排灰垫层；干渣垫层又可以分为原状干渣垫层、混合干渣垫层、分级干渣垫层。一般情况下，换土垫层技术实际应用过程中，换填的高度为2m～3m左右。因此换土垫层技术适用于开挖土方较大、基坑面积宽大的工程，适用于杂填土、素填土、浅层非饱和软弱土层的处理。换土垫层技术具有效果好、施工简单的优势，但其成本较高，为确保经济合理性，最好就地取材、就近取材。软土地基处理中对换土垫层技术进行应用的时候，应保持坑边的稳定性，填料过程中应当分层夯实，并要确保填料的质量；换土垫层技术实际应用过程中，可采取垫层、抛石挤淤、换填、强夯挤淤等方法进行加固，并使用重锤夯实、平板振动、机械碾压等加固施工方法。换土垫层技术的常见方法包括换填法、砂砾垫层。换填法适用于厚度不大于2m的软土地基，其主要采用碎石、砂砾等渗水性材料来置换填土，能够实现软土压缩性的降低、抗剪强度的上升，从而增强地基的承载力。砂砾垫层指的是，借助砂砾垫层，在基底、填土之间设置一个平面，在填土荷载作用下，地基中的孔隙水被迅速排出，地基固结速度加快，实现了地基承载力的提高。但实际应用过程中，需对填土速度进行合理控制，填料选择时，应优先选择最大粒径在5cm以下的天然级配砂砾，或者是含泥量不超过5%的洁净中粗沙。软弱土层较薄、建筑物载荷较小的情况下，采用换土垫层技术进行软土地基处理，可得到理想的效果。

4 实例分析

某建筑工程项目，为办公楼，高度为97.5m，总占地面积12349.523m2。经现场勘查发现，其地层结构共有5 个：第1 层填土，为粉性土，不均匀，部分较厚；第2 层粉土，颜色为黄褐色，韧性、强度较低，中等压缩程度；第3层为砂质粉土，中等压缩程度，摇振速度相对较快，在现场比较普遍；第4 层为粘土，含有粉性土，较均匀，高等压缩程度，颜色为灰色；第5 层为粘土，多分散于河道沉积区域，颜色为灰色。根据钻孔对基础地质条件进行分析，受到大气降水、地下水、潮汐等多种因素的影响，含水层中的水量比较丰富。针对软土地基，施工单位先用BIM 技术建立了软土地基数据模型，并采取堆载预压技术对软土地基进行处理，对土层断面结构的模型进行分析，最终判定土壤的地质数据。经BIM 分析发现，采取堆载预压技术对软土地基进行处理，可取得理想效果，有效提高建筑物的稳固性。

5 结束语

综上所述，软土地基具有天然含水量较大、天然孔隙比较大、透水性较差、抗剪强度较低、压缩性较高、蠕动性与触变性较大等特征。建筑工程施工中，针对软土地基，可采取排水固结技术、强夯加固技术、搅拌桩技术、换土垫层技术等进行处理。在对软土地基处理技术进行实际应用的过程中，应根据建筑工程实际情况，考虑经济、施工方便、安全性、技术难度等因素，选择合适的软土地基处理技术，在确保软土地基处理效果的基础上，确保施工的经济性、安全性、可行性。