建筑工程软土地基加固施工技术

马秀颖

（九州职业技术学院，江苏 徐州 2 210001）

0 引言

建筑工程地基上的软土具有含水率高、 孔隙率大、力学强度低且易变形等特点，在建筑工程中由软土组成的地基为软土地基， 地基中的软土层主要由软黏性土、淤泥或杂填土等组成。 软土地基的承载力较低且排水困难， 在受到施工扰动后极易发生建筑工程基础不均匀沉降和变形， 不利于建筑工程建设和结构稳定， 严重时会导致结构失稳和倾斜等。 因此，在软土地基上进行建筑工程建设需要加固软土地基， 改善软土层的力学性能和地基承载力，保障建筑工程结构安全和稳定。

在目前建筑工程软土地基的研究中， 主要集中在软土地基的材料和力学性能、地基沉降、地基检测技术以及地基稳定性的理论计算和施工技术方面，通过多种角度加固软土地基。

然而，我国地质条件复杂多变，不同地区（如沿海、山区、平原等）的地质条件对地基加固技术都有不同的要求，需要根据建筑工程所属地区的地质条件、气象条件和周边建（构）筑物的影响考虑地基加固技术的适用性和经济性。

因此，文章针对建筑工程软土地基加固施工技术，从软土固结理论出发，总结分析软土地基的类型和加固原理，阐述不同条件下软土地基的加固方法和施工技术的适用条件，以期为建筑工程软土地基的加固提供参考。

1 软土地基固结理论及加固原理

1.1 软土固结理论

建筑工程中的天然土体一般由固-液-气三相组成，主要成分包括矿物颗粒、孔隙水和气体。 由于土中矿物颗粒组成的固相一般难以压缩， 软土的固结过程一般是在外力作用下使得土中的液相和气相成分减少或压密， 例如孔隙水流失和孔隙内气体减少等。 在对软土进行固结时，土体在外力的瞬间作用下，土体中的孔隙水承担主要作用力。随着外力的持续作用， 孔隙水渗出而承担外力的孔压降低，有效应力则逐渐增大，土体在有效应力作用下则发生变形。

太沙基固结理论是在有效应力原理的基础上提出的， 通过对土体固结过程的初始条件和边界条件进行假定和简化， 建立一维单向固结微分方程，通过求取微分方程的解析解获土体固结规律。在微分方程的假定条件中， 一般认为土体是饱和均质的弹性材料， 土中的孔隙水和矿物颗粒不可压缩， 孔隙水的渗流符合达西定律且只发生竖向渗流，土体只发生竖向变形。

根据以上假定条件，太沙基一维单向固结微分方程表达式如式（1）所示。

式中：u 为孔隙水压力；Cv 为固结参数。

根据太沙基固结理论和软土地基的实际情况，输入土体参数后得到软土中孔隙水压力和软土变形的关系式。 由于该方法对土体固结进行了一维简化，导致计算的变形和实际值存在一定的误差，但由于计算快捷、模型简单实用，目前仍被广泛用于软土地基加固中。

1.2 软土地基加固类型及原理

根据软土固结理论可知， 土体孔隙水压力与土体变形密切相关， 而土体的孔隙水压力则受到土体渗透系数、 液体容重、 孔隙比等物理力学参数的影响。因此，在工程上通过改良影响土体孔隙水压力的主要参数，从而达到软土固结的目的。根据参数改良的方法，可将经加固后的软土地基归纳为两类：

（1）通过直接改善软土地基中软土体的物理力学参数， 整体性改良软土地基的承载力和抵抗变形的能力，从而达到加固的目的。 这种加固类型中，较为常见的是外掺材料（如氧化石墨烯、水泥、砂等）加固法，其原理是在原有软土中掺入加固材料，使软土和外掺材料形成有效的加固体， 增强软土的物理力学性能。 另外是通过物理作用改善软土物理力学性能，（孔隙率、含水率、等参数），通过上述参数的改良来影响土体的孔隙水压力， 提高软土抵抗变形的能力。 常用方法如真空预压法、预压法、电渗法等。

（2）通过外部作用使软土地基局部进行增强加固，或者是通过置换的方式在软土地基内部增设加固区， 通过外部作用使加固区和软土区形成共同体，从而实现软土地基的加固。 这种类型的加固方法，较为常见的方法是桩体复合地基、强夯法、局部钢筋混凝土加固等。 其原理是在软土地基局部进行加固，通过外部作用或增强体（桩）对软土地基进行挤压，软土间的相互作用、软土与增强体的相互挤压，使得软土的孔隙率降低、孔隙水排出。

2 软土地基加固方法及施工技术

根据上述软土地基的加固类型，对现有建筑工程软土地基的加固方法及适用条件进行归纳总结，统计分析结果见表1。

表1 软土地基加固方法

综上可知，由于软土地基的软土性能、场地的水文地质条件、地基的深度和施工场地的周边环境不同，软土地基的加固方法较多，使用范围也不一致，因此需要根据不同的施工条件选择不同的软土地基加固方法。 以下将对现有常见的软土地基加固方法及其施工技术进行介绍。

2.1 真空预压法

真空预压法在我国得到了广泛应用，基本原理是对软土地基进行抽真空处理，降低土体中的孔隙水压力[1]。 真空预压法基本步骤如下：

（1）在软土地基内部设置排水板，形成连通的排水通道。 然后，在排水通道和软土地基上部铺设一层砂垫层。

（2）在砂垫层上部覆盖一层密封膜，同时在软土地基四周布置密封沟；然后将密封膜的四周放入密封沟内并回填，从而形成一个封闭的密封系统。

（3）将真空泵和排水系统相连抽气，抽至真空状态。

（4）随着施工的进行，砂垫层内逐渐形成负压，软土地基内部土体、排水通道和砂垫层之间产生压力差，该压力差使软土内部的孔隙水通过排水板逐渐排出，进而达到土体加固的效果。

2.2 电渗加固法

电渗加固法是利用直流电场作用对软土地基加固的方法， 其原理在于利用软土中固-液-气三相中附带的阴阳离子，通过电场作用，在电渗法的阴极，吸附阳离子的极性水分子形成水流排出；在阳极，土中存在负电荷矿物颗粒在电泳作用下向该方向运动，使阳极附近土体的密实度和强度提高，电场在阴极和阳级的共同作用使得土体加固。

电渗加固法施工时，首先在加固区合理布置电极，电极入土的深度根据软土层的厚度决定。 然后在土体表面覆盖一层塑料薄膜，防止加固区域的水分蒸发。 最后将各电极进行串联接到整流器上，然后通电进行加固。 加固过程中，在软土地基中加快抽水。

2.3 复合地基加固法

复合地基法一般是指通过采用多种加固方法对土体进行局部增强，同时在内部设置排水系统的排水固结方法。 该方法主要考虑到环境和场地的限制，采用单种方法无法适应的情况下，另外考虑到大范围采用桩基法的造价较高，从而采用复合地基加固法。

复合地基加固法的局部增强一般采用桩基法进行加固，如水泥搅拌桩、旋喷桩、钢筋混凝土桩等[2]。相较于传统桩基法，复合地基加固法通过在局部采用桩基加固，对周边土体产生挤压作用，将土中孔隙水从排水系统中排出。 在复合地基法施工时，首先在软土地基内部设置排水系统，然后根据软土层的含水率，选取特定的区域进行以桩基法为主的局部增强。

3 结论

（1）土中的孔隙水压力对土体变形有决定性作用，软土地基的加固可通过改良影响土体孔隙水压力的主要参数，从而达到软土固结的目的。 根据参数改良的方法，可将经加固后的软土地基归纳为整体均匀加固和局部加固两类。

（2）软土地基加固方法的选择应根据软土层厚度、软土含水率、施工工期和经济性等因素综合考虑。 针对含水率高、软土层厚度大以及饱和软弱土层等特殊条件，建议采用真空预压法、电渗加固法和复合地基加固法对软土地基进行加固。

（3）文章提出的建筑工程软土地基加固施工技术及相关适用条件，可为类似地区和施工环境下的建筑工程软土地基加固提供参考。