软土地基加固措施研究

郭沛 程祥

（三峡大学 水利与环境学院，湖北 宜昌443002）

1 研究背景

针对目前基础建设工程，对土质不良的软弱地基地区进行工程建设已经成为一种常态。而软土地基具有透水性能差、沉降量大等特点，严重威胁着基础工程的施工质量。为了提高基础工程项目的整体质量，需要有效处理软土地基，避免基础工程沉降过大以及不均匀沉降问题，并根据软土地基的特点，灵活应用软土地基的加固措施，从而取得预期的经济和社会效益。

2 软土地基的定义及工程特性

2.1 软土地基的定义

压缩性高、天然含水率大、承载能力低的淤泥沉积物及少量腐殖质所组成的土被称为软土，主要有分为淤泥、淤泥质土、泥炭及泥炭质土海相淤泥土。由软土组成的地基成为软土地基。

2.2 软土地基的工程特性

软土地基主要有以下工程特性：

（1）高含水量与高孔隙比。

软土的天然含水量相较于其他土体较高, 最大甚至超过200%，高含水率以及大孔隙比这也决定了软土地基的压缩性、抗剪强度和承载力稳定性。

（2）低渗透性。

软土具有低渗透性，因为垂直层面透水性很低，所以对排水固结不利，这也是导致了建筑物工后沉降时间长的原因。在软土地基处理的初期，常出现较高的孔隙水压力，影响地基的强度。

（3）高压缩性。

软土具有高压缩性的特征，因此变形相对于其他土体较大，这也导致了具有不均匀沉降至稳定时间较长的特性。

（4）抗剪强度低。

软土的抗剪强度和其他土体相比很小, 这也导致了它不能满足承载力需要, 它的抗剪强度仅能达到正常土体情况下的40%～80%。对软土地基处理后需要进行十字板剪切试验以验证地基处理的效果。

3 软土地基加固的必要性

由软土地基的工程特性可知，若不对软土地基进行必要的处理，可能会带来以下危害。

3.1 软土地基的承载能力与抗剪强度低，在长期荷载作用下，地基会因丧失强度从而出现挤出破坏。

3.2 软土可压缩性高，因此沉降变形量大，导致地基下沉从而发生基础变形或开裂，情况严重时会导致建筑物或构筑物破坏。

3.3 软土的含水量大, 部分会超过液限从而变软塑或流塑状态, 其固结排水不畅, 地基强度增加缓慢, 工后沉降的延续时间长, 对工程建设速度和质量都有影响。

综上所述，在工程建设初期有必要对软土地基进行改良或加固处理，以此来降低软土的压缩性，增强它的抗剪强度，进一步增加土体的密实度，以此来满足后续工程建设要求。

4 主要加固措施

针对软土地基处理的方法种类较多，各种方法有不同的适用范围，处理的效果也具有差异。地基处理时应考虑：

（1）土体的物理学特征以及处理的施工工艺。

（2）施工工期、施工机械作业条件和材料供应等因素。

软土地基加固处理措施首先根据处理层位分为地面上的处理和地面下的处理。

4.1 地面上的处理

地面上的处理包括垫层法，堆载预压法，加筋路堤法，反压护道法，分期填筑法。

（1）按材料的种类划分，垫层类型可分为碎石垫层、石屑垫层、粉煤灰垫层、砂砾垫层以及灰土垫层等。

如在软土地基上铺设砂垫层，可提高承载力，减少沉降量，加速软弱土层的排水固结。起排水作用的碎石垫层、砂砾垫层的厚度宜为0.5m。适用于表层软土厚度小于3m 的浅层软弱地基处理。

（2）堆积预压法。

堆载预压法，其施工工艺是在软土地基上施加荷载，以此来促使地基排水固结，以提高地基强度，减少在设计荷载作用下产生工后沉降的处理方法。堆载预压分等载预压、超载预压和欠载预压。预压荷载等于路堤设计荷载的，称为等载预压；预压荷载超过路堤设计荷载的，称为超载预压；预压荷载小于路堤设计荷载的，称为欠载预压。堆载预压，施工简便，预压期长，需要两次调运预压土方。

图1 堆载预压法Fig.1 Stack preloading method

（3）加筋路堤法。

加筋路堤是采用变形小、抗老化性、强度高的土工编织物、格栅等做“加筋”材料，它的主要目的是减少填筑后的地基不均匀沉降，用来提高地基承载能力，增强路堤的整体性和稳定性。为了保护加筋材料，上下宜铺设厚0.2～0.3m 的砂垫层。第一层填料宜采用轻型压实机具压实；填筑压实厚度大于0.6m 后，可采用重型压实机械压实。

图2 加筋路堤法Fig.2 Reinforced embankment method

（4）反压护道法。

当填筑高度超过临界高度，在一侧或两侧填筑具有一定宽度和厚度的土体作为反压护道，其高度不宜超过路堤高度的1/2，可用于软土地基失稳的应急处理和修复，缺点是增加工程占地。

图3 反压护道法Fig.3 Loading berm

（5）分期填筑法。

当软土地基在填筑到一定高度后，它的稳定性安全系数预计将会达到预定的下限值，放置一段时间，使其通过固结增加抗剪强度，等地基可以支撑第二层填土重量时，方可进行第二阶段的填筑。

重复多次，直到达到设计高度为止。此法适用于软土层初始剪切强度太低，不能保证软土地基稳定性，但此方法总工期很长，并且有一最大限度的填土高度。

图4 分期填筑法Fig.4 Stage filling method

4.2 地面下的处理

地面下的处理又分为地面下的浅层处理和深层处理。

4.2.1 浅层处理

地面下浅层处理包括换填法和抛石挤淤法。

（1）换填法。

换填法采用符合条件的土体全部或部分替换软土的方法，从而保证地基的稳定性以及降低地基的沉降量。适用于软土层厚不大于3 米，需在短期内填筑完成的情况。换填材料宜选用砂，碎（砾）石，灰土或素土，以及其他性能稳定，无侵蚀类的土类。

图5 换填法Fig.5 Replacement method

（2）抛石挤淤法。

抛石挤淤法是从地基底的中部向两侧抛投一定数量的碎石，把地基范围内的淤泥挤出，达到提高地基强度的目的。宜选用尺寸不小于0.15m 的坚硬大石块。适用于厚度不大于3m，表面有大量积水不能清除且大型施工机械无法进入的软弱地基。对于施工区域附近有丰富石料，运输距离又较短的情况，可以有效节约施工成本，缩短工期。

4.2.2 深层处理

地面下深层处理包括强夯与强夯置换法，爆炸挤淤法，竖向排水法，真空预压法，复合地基法。

（1）强夯与强夯置换法。

强夯法是反复将质量为10～40t 夯锤提到落距10～40m 的高度进行自由落下，从而给地基以冲击和振动能量，最终提高地基承载力并降低其压缩性，改善软土地基的性能。适用于处理碎石土、低饱和度的粉土与黏性土、杂填土和软土等地基。

强夯置换法是将块石、碎石等粗颗粒材料回填夯坑内，然后用夯锤夯击，最终形成砂石桩与软土构成的复合地基，提高地基的承载力并且减少地基沉降。适用于处理高饱和度的粉土与软黏土地基。

强夯法与强夯置换法施工工艺简单，施工速度快，工期短，但对周围地基影响大。

（2）爆炸挤淤法。

爆炸挤淤是使炸药放在泥沼或者软土中引爆，通过爆炸时产生的张力，把淤泥或泥沼扬弃，然后回填砂砾，碎石等。爆炸挤淤适用于含水率大、人烟稀少的海湾滩涂地段，处理厚度不宜大于15m。

（3）竖向排水法。

可选用砂（称作砂井排水法）或塑料排水板（称作塑料板排水法）作为竖向排水体，并在地基上铺设与竖向排水体相连的排水垫层，垫层材料可为砂、碎石或砂砾，厚度宜为0.5m，此方法适用于各种软土地基。用于竖向排水体的袋装砂井直径宜为70～100mm，塑料排水板或其他类似的复合排水体断面尺寸宜为100mm x（4～5）mm。

图6 竖向排水法Fig.6 Vertical drain method

（4）真空预压法。

通过在软土地基中抽真空形成负压，加速地基排水固结。真空预压时，应在地基中设置砂井或塑料排水板等竖向排水体，并设置砂垫层和垫层中的排水管。真空预压密封膜下的真空度不应小于70kPa。当表层存在良好的透气层或处理范围内存在水源补给充足的透水层时，应采取切断透气层和透水层的措施。对于设计荷载较大的地基，采用真空一堆载联合预压，以获得超载预压的效果，减小工后沉降。

（5）复合地基法。

复合地基一般是指在天然地基处理过程中，增强或者置换部分土体，或者将加筋材料设置在天然地基中，形成加固区是由基体和增强体两部分组成的人工地基。

图7 真空预压法

根据桩体刚度大小可将复合地基分为三类：柔性桩复合地基、半刚性桩复合地基和刚性桩复合。其中柔性桩为散体材料类，如碎石桩，砂桩；半刚性桩为水泥土类如深层搅拌桩；刚性桩为混凝土类如水泥粉煤灰碎石桩（CFG 桩），各种管桩等。

5 结论

综上所述，在基础工程建设中，遇到土体为软土地基时，首先应进行补勘工作，以此来确保沉降量的计算精度和设计合理性。然后根据施工现场的实际情况，合理选择加固方法，提高软土地基处理效果，降低软土地基处理成本，保证工程质量。