當代軟土地基處理技術

徐豐朋

河南四建股份有限公司，河南 開封 475000

軟土是一種天然空隙比大于1.0，且天然含水量大于液限的細粘土。軟土包括淤泥土，淤泥質(zhì)土，泥炭，泥炭質(zhì)土等。有時工程界也把河道疏浚、圍海造地，人工促泥等沖填而成沖填土，以及人工搬運的雜填土等高壓縮性土稱為軟土。軟土主要分布在我國的東南沿海及沿大江、大河三角洲的沖積平原，呈現(xiàn)“北強南弱”的趨勢。蘇南、上海等地區(qū)的軟土力學強度較高，浙江、閩南地區(qū)的軟土力學強度較低，壓縮性較大。

軟土具有含水量高，孔隙比大，高壓壓縮性，低強度；滲透性小，水穩(wěn)定性差的特點。凡由上述軟土層構(gòu)成的地基稱為軟土地基。

結(jié)構(gòu)物的地基問題有地基承載力，地基變形計算，地基穩(wěn)定性驗算。在工程建設中，天然軟土地基一般不能滿足結(jié)構(gòu)物的基礎對地基的要求，也不能保證結(jié)構(gòu)物的安全和正常使用。 地基承載力應滿足變形和強度的要求。地基變形必須不影響建筑物地基的沉降與沉降差。基礎傾斜和地面沉降，對于具有大面積荷載的軟土地基應做地面附加沉降驗算。本文將介紹提高地基的強度和控制沉降量的幾種地基處理技術。

軟土地區(qū)基礎設計的主要問題是沉降控制，設計失誤的主要原因也與沉降變形的計算有關。然而這一經(jīng)驗理論的得出，經(jīng)歷了較長的時間。

20世紀中葉以來，工程界一直采用平板荷載確定地基容許承載力，一直到上海展覽館事故。當時取“平板荷載試驗”確定的地基容許承載力為130kPa，經(jīng)過不到20年的時間建筑物平均沉降值為1666mm，最大值為1747mm。這次事故提醒了工程界，簡單地依靠“平板荷載試驗 ”將荷載試驗結(jié)果不加修正就應用到實際工程中去，很可能會出現(xiàn)事故。于是，有些專家又提出一套直接用沉降計算來確定地基土容許承載力的方法，在虛擬地基土容許承載力的場地上用分層總和計算沉降（計算時壓縮模量用Es0.1-0.2），當沉降量達到規(guī)范規(guī)定的最大值時，基底平均壓力即為該場地的地基容許承載力。這套方法的計算結(jié)果也兼顧了“平板荷載試驗”理論。按此方法進行地基基礎設計獲得了相當不錯的效果。但是，隨著建筑行業(yè)的發(fā)展，6層及6層以上的建筑物成為建筑行業(yè)的主流。因為建筑物體量的增大，按此方法設計的地基基礎，沉降偏大的工程實例比比皆是。有些專家試圖借用“硬殼層”較高的承載力設計多層建筑物的天然地基淺基礎，無論用何種方式提高軟土地基承載力，最終還是過不了沉降量偏大這一關。終于證明了決定軟土地基承載力的主要因素是變形控制指標，然而單純地用沉降計算來確定地基容許承載力方法的局限性，地基土的強度與沉降量只能分開進行計算。

對于6層及6層以上建筑物的基礎設計，天然軟土地基很難將建筑物沉降控制在100mm～150mm以內(nèi)。為了解決天然地基承載力不足與沉降過大的問題，各地根據(jù)自己的條件，采用了多種不同的地基處理技術。經(jīng)過長期的實踐，現(xiàn)在工程界積累了不少地基處理方法，并且這些處理技術日漸成熟化和理論化。對軟土地基常見的處理方法有換填墊層，預壓法（排水固結(jié)法），化學加固法。

1 換填法

換填法是將基底以下一定深度范圍內(nèi)的軟弱土層挖出，換填成無侵蝕的低壓縮性散體材料（中砂、粗砂、碎石、卵石等），分層夯實作為基礎持力層。常用輕型建筑物，地坪，堆料物和道路等地基處理，有時也用多層建筑物的換填。

換填土中包括砂和砂墊層，灰土和素土墊層，碎石和礦渣墊層。不同材料的墊層，其主要作用都是用抗剪強度較高、壓縮性小的填筑材料代替軟弱土，承擔基礎荷載的壓力。由于砂墊層或其他墊層的應力擴散作用，減少了墊層下軟弱土層的附加應力所以也減少了軟弱土層的沉降量。另外，墊層材料空隙大，透水性強加快排水從而加快軟土固結(jié)，防止低溫凍脹。

對于輕型建筑物，地坪，堆料場或道路，采用換填墊層處理上部軟弱土時，由于傳遞到下臥層頂面的附加應力很小，可取得較好的效果。然而，在工程實踐中，對工程結(jié)構(gòu)剛度差，體型復雜，荷載較大建筑物，由于傳到下臥層的附加應力較大，如僅換填軟弱土層上部，地基仍將產(chǎn)生較大的變形及不均勻變，因此采用換填墊層時必須考慮建筑物分布，結(jié)構(gòu)剛度等因素的影響。

2 排水固結(jié)法（排水預壓法）

排水預壓法根據(jù)加壓方式的不同可分為堆載預壓（含超載預壓）法，真空預壓法，降水預壓法以及聯(lián)合加壓法。

2.1 堆載預壓法

堆載預壓法是在地基中設置砂井，塑料排水帶（板）等豎向排水體，然后利用建（構(gòu)）筑物本身重量分級逐漸加載，或者是在建筑物建造以前，在場地先加載預壓，使土體中的空隙排出，土層逐漸固結(jié)，地基發(fā)生沉降，同時強度逐漸提高的方法。但是應當注意的是在軟弱地基堆載預壓，必然在地基中產(chǎn)生剪力，當這種剪力大于軟土地基的抗剪強度時，地基剪切破壞。因此，堆載預壓需要進行分級加載，等到前期荷載作用下地基強度增加到足以滿足下一級荷載時，方可施加下一級荷載，直到加到設計的荷載值。另外，對于地基沉降要求嚴格的建筑物，應采取部分超載預壓處理地基，其超載值視殘余沉降量和固結(jié)值而定。

2.2 真空預壓法

真空預壓法是在需要加固的軟件土地基內(nèi)設置豎向排水體，然后在地面鋪設砂層，并將不透氣的密封膜覆蓋于砂層之上，使膜下土體抽成真空，產(chǎn)生負壓荷載作用于地基土，從而達到排水固結(jié)的目的。值得注意的是真空預壓的邊緣應大于建筑物基礎，每邊增加量不得小于3.0m，每塊預壓面積宜應盡可能大且方形。另外，真空預壓的效果與膜內(nèi)真空大小關系很大，真空度越大，預壓效果越好。隨著真空預壓技術的成熟，20世紀90年代末期部分專家又提出了低真空預壓等新工藝。低真空預壓法是由水平排水系統(tǒng)設在泥封層之下而得名。它利用江河，湖泊的疏浚清淤泥漿，就近吹填于低陸地面或公路路基填高，既治理了河道、湖泊，又減少了土方費用及運輸費用，使得工程造價降低。還可以利用淤泥造土，在施工過程中不需要外加劑，環(huán)境效果好。

2.3 降水預壓

降水預壓是借助井點抽水降低地下水位，增大土體有效應力而使土體得到加固的一種地基處理技術，與堆載預壓法相比，降水預壓使土中孔隙水壓力降低，所以不會使土體發(fā)生破壞，不需要控制加荷速率，可一次性降水至預定深度。降水預壓法一般適用于在軟土層上存在砂或砂質(zhì)土的情況。降低地下水位可以改善土的性能，提高地基的穩(wěn)定性，這是工程實踐證明的事實。只要環(huán)境允許，地質(zhì)條件合適，降水預壓處理是一種最簡單的工程措施。降水法加固軟土地基的主要原理：一方面使土變干燥，從而提高強度和穩(wěn)定性；另一方面孔隙水壓力減小，使有效應力增大，產(chǎn)生固結(jié)并且提前完成沉降，強度增大；另外降水預壓法改變地下水流線方向使?jié)B透壓力變化，側(cè)壓力減小。

3 化學固結(jié)法

化學固結(jié)法分為灌漿法、高壓噴射注漿法、深層攪拌法。

深層攪拌法是用于加固飽和軟黏土地基的一種方法，它利用水泥、石灰等材料作為固化劑的主劑，通過特制的深層攪拌機械，在地基深處就將軟土和固化劑（漿液或粉體）強制攪拌，利用固化劑和軟土之間所產(chǎn)生的一系列物理化學反應，使軟土硬化結(jié)成具有整體性，水穩(wěn)定性和一定強度的優(yōu)質(zhì)地基。深層攪拌法可用于增加軟土地地基的承載能力，減少沉降量，提高邊坡的穩(wěn)定性。

軟土與水泥采用機械攪拌加固的基本原理是基于水泥加固法的物理-化學反應過程。它與混凝土的硬化機理有所不同，混凝土的硬化主要是水泥在粗填充料（即比表面不大，活性弱的介質(zhì)）中進行水解和水化作用，所以凝結(jié)速度較快。

東南沿海及大江、大河三角洲的沖積平原是我國軟土分布的主要地區(qū)，也是我國經(jīng)濟建設最早的開發(fā)區(qū)。特別是近半個世紀，隨著大規(guī)模經(jīng)濟建設的發(fā)展，對我國軟土地基的處理提出了更高的要求。但因為各種各樣的結(jié)構(gòu)物對軟土地基要求不同，各地區(qū)天然軟土地質(zhì)的成份也千差萬別，這就決定了軟土地基處理的復雜性、靈活性，也要求我們對軟土地基的處理除了借鑒歷年的施工經(jīng)驗之外，更重要的是根據(jù)當?shù)氐能浲恋刭|(zhì)測試數(shù)據(jù)綜合分析，靈活選擇各種處理方法。同時在軟土地基上施工要不斷測量、分析可能存在的隱患問題。使軟土地基能夠很好地承擔基礎壓力，控制變形沉降。

[1]建筑地基處理技術規(guī)范（JGJ79-2002）[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002.

[2]建筑地基基礎設計規(guī)范（GB5007-2002）[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002.

[3]高大釗.軟土地基理論與實踐[M].北京中國水利水電出版社.1996.

[4]陳仲頤，葉書麟.基礎工程[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社.

[5]龔曉南.地基處理新技術[M].西安：陜西科學出版社.