岩土工程中软土地基处理技术的研究与实践

崔文博

（中铁第五勘察设计院集团有限公司，北京102627）

1 引言

软土地基是指强度低、含水量高、压缩量高的软弱土层，是常见的土层结构类型之一。由于其承载力弱、下沉量多、压缩性高等特点，不宜直接在其上建造建筑工程，以免建筑工程产生建筑下沉、倾斜、失稳等问题，影响建筑工程的使用安全[1]。针对岩土工程中的软土地基，通常可采用换填土法、夯实法等对软土层进行加固或更换， 有效控制软土层的不均匀沉降以及实际压缩性，提高工程地基的稳固性，保证建筑工程的使用安全性。

2 软土地基

2.1 软土地基的特点

软土地基相较于其他类型的土层结构具有如下特点：（1）软土地基的承载能力弱。 因土壤吸水性强，长时间在雨水的浸泡与冲刷下硬度较低，地基的稳固性较差，在高荷载作用下易出现地基失稳或沉降问题。 （2）软土地基的压缩性较高。由于软土层的土质松软且内部空隙较大，含水量较大，松散程度较高， 当受到高强度的外部荷载时， 软土层的空隙会被压缩，孔隙内的水会流出，软土地基的压缩性高，导致建筑工程的基坑边坡易出现变形，上部结构易出现开裂。 （3）软土地基的透水性差。 由于软土层的饱和水含量较高，孔隙内渗入大量的天然水，在强降雨时，软土层空隙无法渗透更多的水，导致水流在地表面滞留，形成地表漫流。

2.2 岩土工程中软土地基处理过程中易出现的问题

通常可采用换填土法、 夯实法等对软土层进行加固或更换，但在具体处理过程中，会因施工方案或实施机械设备的不合理、不科学而导致软土地基处理质量不高。（1）在施工方案方面，软土地基处理之前，若是未能结合软土地基的土质、含水量、承载力、透水性等特征、特性优选适宜的处理技术，编制科学的施工方案， 将影响岩土工程软土地基的处理效果。（2）在机械设备选择方面，不同的施工方案与处理技术所使用的机械设备不同，若施工单位未能充分结合施工方案，以及岩土工程所在区域的特殊土质与实际环境， 选择适宜的机械设备，对软土地基的处理效果不佳，会影响岩土工程地基的稳固性，降低工程地基的使用年限。

3 岩土工程软土地基处理技术

3.1 换填处理法

换填处理法是当前岩土工程软土地基处理的常见技术，其实施方案是将地基所在的软土层换填为其他填充材料，从而有效解决原有软土层存在的土质松散、承载能力弱、透水性差等问题。 根据换填材料的不同，换填处理法包括抛石法、换土法等。

1）抛石法多应用在排水不畅的区域，对于此类区域，利用石料作为填充材料换填软土层， 可以有效改善地基的排水性与透水性，以免水流在表面滞留形成地表漫流。 同时，石料的取材相对方便，来源渠道多样，利用抛石法更为便捷，且可以切实提高岩土工程地基的坚实度与硬度。

2）换土法是利用另一种土质作为填充材料，替换原先土质松散、承载力弱的软土层。 换土法多应用于地表浅层软土或者塌陷型黄土，将其换成土质坚硬、孔隙少的土层结构类型，提高岩土工程地基的稳固性。

此外，也可以利用结构优化技术对软土层进行处理，提高软土地基整体结构的稳固性， 如在软土地基上架设U 形桥梁平台，利用U 形桥梁平台承受地基上层建筑结构的重量，弱化软土地基所承受的来自上层建筑的荷载， 以免软土地基因承载力弱而出现失稳塌陷下沉现象。 同时，U 形桥梁平台可以牢固地嵌入地基内相对密实的土层中，提高地基的整体稳固性。U 形桥梁平台的材质可选用钢材， 可以其良好的强度与硬度提高桥梁平台的力学性能。 此外，对于中小型建筑下方的软土地基处理，可适当在地基上层铺设薄层地板，平衡地基之上的荷载与压力，提高建筑工程的整体稳定性。

3.2 排水固结法

排水固结法是处理含水量较高的软土层的重要方法，多应用于排水性较好的区域。 其基本原理是在软土地基及其附近布设竖向的排水井或排水带， 使得软土层中孔隙内的水得以通过排水井或排水带排出到地基以外的区域， 待水分慢慢排出后，软土层内的土质含水量下降，地基会固结变形，相应的地基强度与承载力得以提升。 排水固结法更多地应用在天然软土层处理中，由于软土层的土质疏松、饱和水含量高，利用孔隙水的加速排出可以提高软土地基的固结效率， 从而避免未经处理的软土层因上部高强度的荷载而出现下沉。 同时，土层孔隙内水分的加速排出可以切实提高软土地基的抗剪强度，增强软土地基的实际承载力，提高岩土工程软土地基的稳固性。 当前，常用的排水固结法包括堆载预压法、真空预压法、降水预压法、电渗排水法等。 以堆载预压法为例，其是通过在软土地基及其附近布置竖向排水井， 并在现场堆放大量的填土石，进一步加速软土地基的水分排出，提前促使软土地基完成下沉沉降， 有效缓解地基上层建筑的高荷载对软土地基的变形或塌陷影响[2]。

3.3 加筋法

加筋法是对软土层进行加固的重要方法， 通过向软土层中添加碎石桩、树根桩或者土工聚合物等加筋体，提高岩土工程软土地基的抗剪强度、抗压能力以及实际承载能力，有效控制地基沉降现象。 根据加筋体的不同，加筋法包括土工混合物加固法、碎石桩加固法、土层锚杆法等。 以碎石桩加固法为例，其实施流程为，首先对软土层所在区域进行集中打孔，将碎石桩填充到相应的孔洞中， 通过填充与压实提高软土层的密实度、抗剪强度与抗压能力，从而有效防止其在上层高荷载条件下出现变形现象。 加筋土法也是当前软土地基处理的常见加筋法，通过在软土层中填埋拉筋，利用拉筋与土层之间良好的密实性形成一定摩擦阻力，实现拉筋与岩土体的整体化构成，再依托拉筋较好的抗拉能力提高拉筋与岩土体这一整体地基的稳定性与抗压性。

3.4 夯实法

夯实法是通过对软土地基进行物理层面的碾压压实，提高软土层内部的密实性与稳固性，此方法在粉土、砂土等软土层处理中应用广泛。 在夯实法中，需要利用机械设备形成强大的夯实力或冲压力， 并在一定高程差下从顶部自上而下夯击软土层，持续性挤压软土层中的孔隙，提高软土层的密实度，降低软土层的含水量，增强软土地基的强度与硬度。 当前，在软土地基夯实法处理中， 常用的设备或设施包括石夯、 夯土机、蛙式打夯机等。 夯实设备设施自高空垂直落下的机械能可以转化为软土地基内部孔隙挤压直至到达密实状态的动能，能够有效消除岩土工程软土地基的塌陷现象。 在夯实法作业之前，施工人员需根据软土层的饱和水含量、土质特性等选择适宜的锤击工具或机械设备，同时科学设计锤击的高度、锤底的直径等。

3.5 挤密法

挤密法高度集成加筋法与夯实法， 是采用振动或冲击等方式、方法在软土层进行集中打孔，接着在软土层打孔部位填充一些材料，经重锤夯实后、使软土层与填充材料形成有机整体，从而提高软土层的整体性与稳固性。 挤密法中的填充材料众多，包括砂石、石灰、灰土等。 根据填充材料的不同，经打孔、填充、夯实后所形成的桩体也不同，分别为砂石桩、石灰桩、灰土桩等。 挤密法的核心原理是通过打孔与材料填充，使得软土层的土粒之间出现位移与挤压，土粒之间的空隙进一步压缩，软土层的密实性与强度增加。 振实挤密法是一种常见的挤密法，通过对软土层施加一定频率与幅度的振动作用力，缩小软土层内的空隙，在振动作用力施加过程中，向软土层中填充砾石、灰土等材料；在振动过程中，上述材料会填充到软土层的空隙中，形成具有较好承载能力的复合地基，为主体工程施工提供坚实的地基。

4 岩土工程中软土地基处理技术的应用

4.1 工程概况

某建筑工程位于沿河地区， 其规划所在地的土壤质地为淤泥质与强风化土，属于典型的软土地基，其地下水位标高约为6 m，需要对该建筑工程的软土地基加以处理，以提高软土地基的稳固性。

4.2 软土地基处理

4.2.1 处理方案

通过对该建筑工程的施工现场进行勘察， 全面掌握该工程所在地的地质条件、水文条件、气象条件等。 施工人员发现该工程所在地的淤泥质土壤存在流塑性较大的问题， 若是对软土地基进行开挖，将会出现明显的土层滑动问题，导致地基失稳或塌陷。 基于此，针对本工程软土地基处理提出利用机械设备对滑动面以下的淤泥质土加以搅拌， 并通过水泥充分改变滑动面以下淤泥的各项力学性能， 进一步提高淤泥质土的整体性与稳固性，达到软土地基加固的目的。

4.2.2 施工工艺

由于本次工程软土地基处理采用了水泥搅拌桩处理方法，这就意味着水泥是主要的固化剂，可以利用适合的搅拌机来对地基深部进行软土和水泥搅拌，固化软土地基，提高地基的强度和稳固性。

4.2.3 施工准备

为了保证后续水泥搅拌桩施工作用能够顺畅地、 合理地进行，需要在具体开始施工之前整平施工现场，清除地面和地下的障碍物，如大块石、生活垃圾等；将水泥送到中心实验室进行水泥试验，确定水泥质量符合施工要求，保证后续施工之中应用质量较高的、适合的水泥；对水泥搅拌桩施工机械进行全面的、详细的检修，及时消除故障隐患，提高机械设备的使用性能。

4.2.4 施工作业

按照施工流程展开水泥搅拌桩施工作业的过程中， 应明确容易出现质量隐患的环节，进而加以注意，有效地、合理地、规范地进行施工作业。 例如，着重检查每根成型的搅拌桩的质量，尤其是水泥用量、水泥浆拌制的罐数、注浆过程中是否有断浆现象、喷浆搅拌提升时间以及复搅次数等；注意采用二喷四搅工艺来进行水泥搅拌桩施工。 第一次下钻注意避免堵管现象的发生，如若喷浆量低于总量的1/2，则需要严禁带水下钻； 为了提高水泥搅拌桩的质量， 第一次进行提钻喷浆施工时，注意在桩底停留30 s 磨桩端，在之后将余浆上提过程中注意全部喷入桩体中，到达桩顶部位再停留30 s 磨桩头。

5 结语

岩土工程中的软土地基处理成效直接关系到上层工程的稳固性与安全性。 鉴于软土地基压缩性高、下沉量大、承载力弱、透水性差，需要根据软土地基的实际情况选择适宜的软土层处理技术，如夯实法、加筋法、排水固结法等，对软土地基进行处理，以有效控制软土地基不稳导致的不均匀沉降、上层建筑塌陷倾斜等问题，提高建筑工程的安全性与实用性。