软土地基处理技术在岩土工程中的运用

文／曹正月 江西省景德镇市建筑设计院有限公司 江西景德镇 333000

引言：

软土地基是一种塑性较强、含水率较高的土层，其不良地质特点如强压缩性、易液化、不稳定等，给岩土工程地基施工质量带来了极大的不利影响。为了有效避免这种负面影响，需要科学、系统地分析软土地基的构成和特征，并结合不同的施工难点，应用各种软土地基处理技术来提升岩土工程整体质量。施工过程中需要根据软土地基特征，合理选用措施以减少其不良影响。

1.软土地基的构成以及特征

软土地基是岩土工程中常见的一种地基类型，特指由砂、黏土、淤泥以及有机物等软性土壤所组成的地基。软土地基的特点是具有较低的强度、较高的压缩性和较大的沉降变形，容易导致地基沉降、地表裂缝等问题。因此，在岩土工程中对于软土地基的处理是非常必要的。软土地基的构成主要是由于该区域受到了长期的沉积或者湖泊、河流、河口等的冲积作用而形成的。软土具有较高的含水量，土层由于含水量较高，导致土壤颗粒间的接触较差，所以容易产生液化和剪切失稳现象。

软土地基的特征主要有以下几个方面：

（1）土质松软：软土地基的强度通常较低，抗剪强度和抗压强度较小。这是因为软土中颗粒间摩擦力较小，土壤结构较弱。

（2）压缩性大：软土地基具有较高的压缩性，即在荷载作用下容易产生沉降和变形。这是由于软土中含水量高、颗粒间隙多、土壤结构松散。

（3）水分敏感性强：软土地基对水分变化敏感，当水分增加时软土会膨胀、变弱，当水分减少时软土会干缩、变硬。

（4）易受影响：容易受影响的土体往往指的是一些物理特性较弱，容易受到外界力量干扰而发生结构性变化的土体，如软土、黏土、沙土等，这也是建筑工程中常见的一种土体。一般情况下，所有的建筑物都必须建在坚实、稳定的地基基础上才能够保证其工作和使用的安全。然而，当建筑物与一些特定的土体接触时，就会存在一定的风险，这是因为地面的一些土体受到外界的力量作用时，会发生强流变性，并且会出现塑性变化，这些特点是所有土体中最没有稳定性的表现。一旦一个建筑物建在这些土体上面，它就会面临来自于地基基础的很大的承载压力，这些压力将会引起地基结构的变化，从而影响到建筑物的安全和稳定性。当建筑物的地基基础遇到这种类型的土体时，建筑结构的安全就变得极为脆弱。虽然有些土体为了避免这种情况，采用了一些技术措施进行加固，但这些措施通常会造成很大的投资和耗费很长的时间。此外，这些加固措施也没有完全解决问题，毕竟土体的特点是不稳定性和变形性，因此在建筑工程设计和施工过程中，应该注意选择合适的地基基础，以免影响建筑物的稳定性和安全性。

（5）强流变性：软土是土工学中的一个重要概念，是指一种土性较差，呈现软塑性，且强流变性较强的土体。软土的主要特质就是其强流变性，即在受到剪切力的作用下，其黏性、塑性等物理特性会发生明显的变化。这使得软土的性质十分不稳定，给工程建设带来了极大的危害性。软土的强流变性主要表现在其抗剪性和塑性方面。由于其土质较为松散，黏性和剪切强度较低，因此其抗剪性能并不高，容易在受到剪切力的作用下发生变形和破坏。更为重要的是，软土的塑性特性表现为强流变性，也就是说在受到外部刺激时，软土的黏性和塑性会产生急剧的变化。这使得软土的危害性更为明显，即使在没有其他建筑物对其施加承载压力的情况下，软土也会自然下沉，给地基带来致命的影响，严重威胁工程建设的安全和稳定性。

2.软土地基的危害

软土地基是一种常见的地基类型，由于其土壤的特殊性质，软土地基的危害十分严重。软土地基的压缩性非常强且含水率较高，面对外界水体进入，还会因为吸附作用而增大自身含水量，导致软土地基的孔隙分布状况发生改变。进一步地，软土地基在受到荷载的作用下，容易引发整体结构的稳定性问题，从而使得其对工程施工产生严重的危害。软土地基在进行初期施工时，需要进行工程荷载的施加，这会对其产生外力作用。其次，由于软土地基的土壤含水率较高，还会有外界水体进入，这些都会对软土地基的稳定性造成严重的影响。这些外界因素与软土地基土层体性质相结合，在一定条件下，容易引发地基摇晃，导致地基的稳定性受到破坏。由于软土地基的孔隙分布状况受到外界因素的影响，这种应力作用会导致软土地基体积变小，从而整体出现不正常沉降产生裂缝。如果不及时采取措施，就会导致地基的整体结构受到破坏，严重影响工程施工的质量与效益。

3.软土地基处理技术在岩土工程中的运用

3.1 换填法

换填法是一种常见的软土地基处理方法，它通过对软土地基进行开挖，然后将具有一定强度的砂石垫层填充到地基中，以提高地基的稳定性和强度，如图1。这种技术的优势主要体现在以下几个方面：首先，换填法能够提升地基的稳固性。通过对地基垫层进行换土铺垫以及反复夯实，能够增加软土地基的密实度和稳定性。砂石垫层具有较大的密度和极高的抗压强度，能够提供更好的支撑作用，对地基起到了加固和稳定的作用。其次，换填法的处理技术相对简便易行。相比其他软土地基处理方法，换填法不需要太复杂的设备和工艺，只需将砂石垫层填充到地基中，并通过反复夯实来提高地基的密实度。这使得换填法在实际工程中更加易于操作和施工，效果也更加可靠。此外，换填法适用范围广泛。由于砂石垫层具有较大密度和抗压强度，能够提供较好的支撑作用，因此换填法适用于各种软土地基的处理，不受地质条件和土壤类型的限制。无论是高稠度黏土、淤泥还是有机质含量较高的软土，都可以采用换填法进行处理。

图1 换填法

3.2 强夯法

强夯法是一种常用的软土地基处理方法，通过对软土地基结构施加重锤冲击，来提高地基的稳固性和强度。这种方法的主要原理是利用重锤的冲击能，使软土地基产生一系列复杂的应力反应和土体重新排列，从而改善土体的物理和力学性质，如图2。在进行强夯作业之前，需要对软土地基的表面进行充分的湿润处理。这是因为湿润的土体对夯实作业有着重要的影响。首先，湿润的土体会增加土体颗粒间的摩擦力，使得土体排列更加紧密，从而提高了夯实的效果。其次，湿润的土体可以减少土体的重力排水，减少土体的液化现象，提高土体的稳定性。进行强夯作业时，需要给重锤设置出符合技术标准的高度。这是因为在重锤自由下落时，会带来预期的重力冲击，从而达到控制软土地基土体压缩性的目的。重锤的高度需要根据软土地基的情况和施工要求来确定。如果重锤的高度过低，会导致夯实效果不理想；而如果重锤的高度过高，会对地基产生过大的冲击力，造成土体松散或破坏。通过强夯作业可以给地基在强度和稳固性方面提供有力保障。强夯作业能够改善软土地基的物理和力学性质，增加土体的密实度和排水性能，提高地基的抗压强度和稳定性。通过夯实作业，能够使土体结构更加紧密，减少土体的孔隙和空隙，提高土体的稠密性和坚实性[1]。同时，强夯作业还能改善土体的排水性能，减少土体的液化现象，提高地基的稳定性。

图2 强夯施工处理

3.3 搅拌桩技术

搅拌桩技术是一种常用的地基处理方法，可以通过搅拌桩的形成来提高地基的稳定性和强度。搅拌桩技术主要有两种形式，即水泥搅拌桩和石灰搅拌桩。石灰搅拌桩是在比较干燥的软土地基中应用较多的一种搅拌桩技术。石灰具有很强的水分吸附能力，因此可以在土体中吸收水分，并在吸水之后与土体中的颗粒发生反应，并形成固体。这个过程类似于水泥的凝结过程，最终形成坚固的搅拌桩。石灰搅拌桩在干燥的软土地基中应用广泛，可以有效地提高地基的稳定性和抗水分侵蚀能力。水泥搅拌桩则主要应用于深层软土地基中。水泥搅拌桩的制作过程是将水泥与软土混合并搅拌，使其形成固体桩体。水泥搅拌桩主要通过水泥的固化过程来增加地基的稳定性[2]。在水泥搅拌桩的施工中，使用的水泥材料必须经过严格的实验室测试和配比，以确保材料的性能和质量。水泥搅拌桩常用于深层软土地基的加固，可以有效地提高地基的承载力和稳定性。无论是水泥搅拌桩还是石灰搅拌桩，在实际工程中都需要根据具体的地基情况和施工要求进行选择和设计。搅拌桩在地基处理中具有重要的作用，可以在较短的时间内提高地基的稳定性和强度，减少地基沉降和变形。此外，搅拌桩技术还可以改善地基的工作性质，提高地基的排水性能和抗液化能力。

3.4 钢管桩技术

钢管桩技术是一种常用的地基处理技术，通过钢筋和水泥的使用结合围堰的形式，形成桩体用于地基加固。在钢管桩技术应用时，桩体长度每米水泥用量至少大于等于80kg，这是为了确保桩体强度达到技术标准，起到地基加固的作用。在进行钢管桩的施工过程中，有一些操作要点需要注意。首先，钢管桩的施工需要使用对口焊接的作业方式连接钢管。对口焊接是一种常用的连接钢管的方法，可以确保连接的牢固和密封性。其次，钢筋的连接也需要通过焊接方式进行固定。焊接长度须保证大于等于150mm，这可以确保钢筋连接牢固并能够承受地基的荷载[3]。钢管桩成桩作业方式主要包括孔口返浆和孔底注浆。孔口返浆是指在钢管下放的过程中，将浆液通过孔口返注到钢管内，以充满钢管内部。孔底注浆是指在钢管到达设计深度后，通过钢管底部注浆来填充孔底空隙，以增加桩体的强度和稳定性。在这两个过程中，需要密切监视浆液的状况，一旦发现浆液下沉的迹象，就需要立即补充注浆，确保钢管内外充满注浆。在钢管桩施工过程中，还需注意确保注浆均匀和作业效果的达标[4]。注浆均匀是指浆液充满钢管内外，并且在整个桩体的高度范围内均匀分布，以保证桩体的强度和稳定性。作业效果的达标是钢管桩施工过程中重要的指标之一，要求桩体的强度达到技术标准，以满足地基加固的需求。

3.5 土工合成材料处理技术

土工合成材料处理技术是一种常用的地基处理技术，通过对软土地基进行有机物降低含量、含水量降低和添加土工合成材料的处理，以提高地基的力学性能，增强工程施工的安全稳定性。在进行土工合成材料处理技术前期准备工作时，需要注意对软土地基进行有机物降低含量处理。有机物的存在会对钢筋混凝土结构产生腐蚀，因此需要对软土中的有机物进行有效降低[5]。在处理过程中，可以采用化学处理的方法，如添加化学药品来降低有机物含量。另外，也可以采用物理处理的方法，如通风、曝晒等来加速有机物的分解。地基土体的含水量是影响土体力学性能的重要参数，通常需要将地基土体的含水量降低到技术标准允许范围内。降低含水量的方法可以采用土体排水、加人排水管等方式，以快速排除地下水或降低土体的吸湿性。土工合成材料可以提高土体的抗拉、抗剪、抗压和抗渗性能，具有较好的隔水、防渗和增强功能。在添加土工合成材料时，需要根据设计要求选择合适的土工合成材料和施工方法。常用的土工合成材料包括土工布、土工膜、土工格室、土工格栅等，可以根据实际情况选择使用。土工合成材料处理技术的优势在于保护地基中的土体在受力方面的力学性能，提高工程施工的安全稳定性。添加土工合成材料可以增加地基土体的抗剪强度，提高地基的稳定性和承载能力。土工合成材料还可以起到隔水、防渗和抗冲刷等功能，保护地基土体不受外界环境的影响。通过使用土工膜进行地基处理技术，可以在一定程度上增强地基土体的承载能力，提高工程的安全稳定性。土工膜与地基土体混合均匀后的注入，可以加固土体，使其具有较高的稳定性，从而提高地基的承载能力[6]。

3.6 DDC 灰土挤密处理技术

DDC 灰土挤密处理技术是一种可以向软土地基注入灰土，使地基具备混凝土性质，从而提高地基的承载能力的技术。在设计途径中，需要利用合理的算法计算力学性能在DDC 灰土挤密处理技术中的数据。这些计算可以基于土体的物理特性和力学参数，例如地基的抗剪强度、压缩模量、孔隙比、孔隙压缩指数等等。通过这些数据，可以确定需要注入的灰土量以及注入灰土的位置和厚度[7]。需要同步分析影响地基承载能力各种因素的参数。这些因素可以包括地基的土质类型、水分含量、密实度等等。通过分析这些因素的影响，可以确定灰土注入地基的时间、注入速度以及夯实作业的方法和强度等。工作人员可以使用螺旋钻机开始钻孔作业。钻孔的深度和直径应根据设计要求和地基状况进行合理选择。在钻孔的过程中，应确保钻孔的质量和准确性，以确保注入灰土的均匀性和一致性。将灰土注入地基并进行夯实作业。注入灰土的过程中，应注意控制注入速度和注入厚度，以确保灰土能够均匀分布到整个地基的范围内。夯实作业应根据地基情况进行合理安排，以达到最佳的夯实效果。最后，将成桩操作进行丰富，尽量扩展桩体的体积到最大限度。成桩可以进一步加固地基，并提高地基的承载能力[8]。成桩的方式可以根据设计要求和地基状况来选择，例如使用静压桩、动压桩等等。通过以上的设计途径，可以实施DDC 灰土挤密处理技术，将灰土注入软土地基并进行夯实作业，使地基具备混凝土的性质，并显著提高地基的承载能力。这种技术可以在工程中得到广泛应用，特别是对于软土地基的加固和改良具有重要意义。

3.7 预应力管桩处理技术

预应力管桩压入软土地基可以显著提升地基的抗剪力，通过有限元3D 模型展开地基承载能力分析，并将分析结论建成模型，可以为设计施工提供参考数据。以下是预应力管桩施工流程的详细步骤和操作要点：

第一，勘测现场并分析地基承载能力实况。在进行预应力管桩施工之前，需要对现场进行勘测，包括土质类型、含水量、密实度等参数的测定，以及地基的承载能力进行现场测试。通过这些数据，可以了解地基的实际情况，并为后续的施工方案提供依据。

第二，埋设预应力管桩并设计合理施工方案。根据地基的实际情况和勘测数据，结合预应力管桩的力学性能参数，设计合理的施工方案。在埋设预应力管桩的过程中，需要根据地基的条件和要求确定桩基的深度和直径，并保证桩基的均匀分布和一致性。

第三，设计开挖基坑施工方案，并边开挖边进行预应力管桩施工。在设计开挖基坑施工方案时，需要考虑地基的稳定性和周边结构的安全性，合理确定开挖的深度和范围。在开挖基坑的同时，可以利用预应力管桩加固地基，提高地基的承载能力。

第四，实施预应力管桩施工。根据设计方案，进行预应力管桩的施工工序。首先，需要在预设位置进行挖孔作业，并进行管桩的安装和埋设。然后，根据设计要求进行预应力加张，以使管桩具有一定的预应力。

第五，进行丰富处理。为了进一步加固地基，并提高地基的承载能力，可以进行丰富处理。丰富处理可以采用静压桩、动压桩等方式，根据实际情况选择合适的丰富方法。丰富处理的目的是增加地基的承载面积和稳定性，从而提高地基的承载能力。

结语：

软土地基处理技术在岩土工程中的运用对提高工程的稳定性和安全性具有重要的意义。通过对软土地基进行处理，可以提高其强度和稳定性，减少沉降和变形，为工程提供坚实的基础。本文从软土地基处理技术的基本原理和方法入手，总结了各种处理技术的适用范围和效果，并对其在实际工程中的应用进行了评估和对比分析。未来，软土地基处理技术还有进一步发展的空间，例如结合新材料和新技术，研究更加高效和环保的软土地基处理技术，为岩土工程的发展和进步做出更大的贡献。