巖土工程設(shè)計(jì)中的軟土地基處理技術(shù)研究

李順江 肖宇馳

1.四川興蜀工程勘察設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司 四川 成都 610000

2.成都天府新區(qū)建設(shè)投資有限公司 四川 成都 610000

軟土地基是指地質(zhì)工程中所稱的弱黏性土、弱塑性土、飽和軟土等土體，在地基工程中具有廣泛的應(yīng)用。然而，軟土地基由于其性質(zhì)的特殊性，容易出現(xiàn)沉降、變形和不穩(wěn)定等問題，嚴(yán)重影響著地基工程的安全性和穩(wěn)定性。因此，在巖土工程設(shè)計(jì)中，如何選擇和設(shè)計(jì)合適的軟土地基處理技術(shù)成為了一個(gè)熱門的研究領(lǐng)域。本文旨在綜述當(dāng)前國內(nèi)外在軟土地基處理技術(shù)方面的研究現(xiàn)狀，分析不同的處理技術(shù)的適用性和經(jīng)濟(jì)性，探究軟土地基處理技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)及其在巖土工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用前景。

1 巖土工程設(shè)計(jì)中的軟土地基性質(zhì)和特點(diǎn)

軟土是指粘性較大、強(qiáng)度較小、變形性大的土壤，常見于河流、湖泊及沿海平原等地。軟土地基的性質(zhì)和特點(diǎn)包括但不限于以下幾點(diǎn)：

1.1 低承載力

軟土地基的低承載力是巖土工程設(shè)計(jì)中需要特別關(guān)注的問題之一[1]。軟土的承載力往往受到其特有的物理和力學(xué)特性的影響。例如，軟土常常存在著較大的壓縮變形、較低的孔隙比和不均勻的土體性質(zhì)分布等問題。因此，如何提高軟土地基的承載力，成為了巖土工程設(shè)計(jì)的重要課題之一[2]。

研究表明，軟土地基的承載力與其孔隙比和土體的壓縮模量密切相關(guān)[3]?？紫侗仍酱螅馏w中的空隙就越多，土體的稠密度越小，承載力也就越低。同時(shí)，土體的壓縮模量越小，土體的抗壓能力也就越弱，承載力也就越低。因此，在軟土地基的設(shè)計(jì)中，需要通過有效的方法降低土體的孔隙比，增加土體的稠密度，并增加土體的壓縮模量，從而提高軟土地基的承載力。

1.2 較大的沉降變形

軟土地基的低承載力也導(dǎo)致了較大的沉降變形。由于軟土地基的土層較厚，而且土的結(jié)構(gòu)比較松散，因此在荷載作用下，地基容易產(chǎn)生較大的壓縮變形和沉降[4]。例如，在某工程實(shí)例中，由于軟土地基的壓縮性較大，建筑物地基在施工初期就出現(xiàn)了5.5 cm的沉降變形，隨著時(shí)間的推移，沉降量還會(huì)繼續(xù)增加[5]。另外，對(duì)于長期荷載作用下的軟土地基，也容易產(chǎn)生較大的沉降變形。在某鐵路工程實(shí)例中，長期的鐵路運(yùn)營導(dǎo)致軟土地基沉降達(dá)到了27 cm，嚴(yán)重影響了鐵路的安全性和運(yùn)營效率[6]。因此，在軟土地基的處理中，必須重視地基的沉降變形問題，采取適當(dāng)?shù)奶幚泶胧﹣肀ＷC建筑物或工程設(shè)施的穩(wěn)定性和耐久性。

1.3 孔隙水壓力較高

在軟土地基中，孔隙水壓力是一個(gè)重要的考慮因素。由于軟土的較高含水量和較低的孔隙度，孔隙水壓力較高，因此可能會(huì)引起一系列地基穩(wěn)定性問題。例如，孔隙水壓力會(huì)引起地基滲透，從而導(dǎo)致地基土體的松弛和沉降變形。據(jù)研究表明，當(dāng)孔隙水壓力超過一定范圍時(shí)，軟土地基中的沉降變形將加劇，從而可能導(dǎo)致建筑物或工程設(shè)施的失穩(wěn)或破壞。因此，在軟土地基處理中，必須考慮孔隙水壓力的影響，采取相應(yīng)的處理措施以確保地基的穩(wěn)定性和耐久性。

1.4 濕度敏感性

軟土地基的濕度敏感性是其較大的一個(gè)特點(diǎn)，主要表現(xiàn)在含水量的變化會(huì)對(duì)土壤性質(zhì)和強(qiáng)度產(chǎn)生較大的影響。據(jù)統(tǒng)計(jì)，軟土地基的含水量與其抗剪強(qiáng)度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，當(dāng)含水量增大時(shí)，其抗剪強(qiáng)度逐漸降低。例如，某軟土的含水量分別為10%、20%、30%和40%時(shí)，其無側(cè)限抗剪強(qiáng)度分別為160 kPa、120 kPa、90 kPa和75 kPa，明顯呈遞減趨勢(shì)。因此，在軟土地基的處理中，必須充分考慮其濕度敏感性，采用相應(yīng)的處理方法，如加固、加筋、改良等，來提高其穩(wěn)定性和承載能力。

2 巖土工程設(shè)計(jì)中的軟土地基處理技術(shù)應(yīng)用

2.1 工程簡介

某地鐵站位于軟土地質(zhì)區(qū)，土層厚度約為20-25m，設(shè)計(jì)荷載約為250kPa。采用加固樁和土釘墻相結(jié)合的處理技術(shù)，具體措施包括加固樁與土釘墻的組合加固、地下連續(xù)墻的設(shè)置、深層樁和水泥攪拌樁的組合加固等。

經(jīng)過處理后，該地鐵站的地基承載力和穩(wěn)定性均得到有效提升。其中，加固樁與土釘墻相結(jié)合的組合加固方案中，加固樁采用Φ800mm鉆孔灌注樁，鋼筋采用HRB400級(jí)別的鋼筋，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30，樁長15m。土釘墻采用R32N級(jí)別的土釘和T25級(jí)別的槽鋼，采用C25級(jí)別的混凝土作為擋土墻。經(jīng)加固處理，該地鐵站的沉降量和變形量均得到有效控制。其中，加固樁與土釘墻相結(jié)合的組合加固方案，地鐵站的豎向沉降量約為11mm，比未加固前的沉降量降低了50%以上；而橫向沉降量約為5mm，比未加固前的沉降量降低了60%以上。同時(shí)，地鐵站的穩(wěn)定性也得到了有效提升，滿足了設(shè)計(jì)要求。

2.2 軟土地基處理技術(shù)應(yīng)用

為了更好地分析該地鐵站的軟土地基處理技術(shù)，可以具體了解一下該工程的處理情況和效果。根據(jù)相關(guān)資料顯示，該地鐵站采用的加固樁數(shù)量達(dá)到了1000多根，加固深度達(dá)到了25m以上。此外，還采用了1100多根土釘墻進(jìn)行加固，墻面面積約為6000m2。同時(shí)，為了進(jìn)一步提高地基的承載能力，還采用了一定數(shù)量的深層樁和水泥攪拌樁進(jìn)行加固。

下表1是該工程采用的主要處理技術(shù)及其效果的數(shù)據(jù)分析表：

表1 該工程采用的主要處理技術(shù)及其效果的數(shù)據(jù)

通過上表數(shù)據(jù)可以看出，該地鐵站采用了多種處理技術(shù)相結(jié)合的方式，大大提高了軟土地基的承載能力和穩(wěn)定性。同時(shí)，采用的處理技術(shù)也很靈活，根據(jù)地質(zhì)情況和實(shí)際需要進(jìn)行了相應(yīng)的組合和調(diào)整。經(jīng)過實(shí)測(cè)，處理后地基的沉降控制在了設(shè)計(jì)要求以內(nèi)，證明了該處理技術(shù)的有效性和可靠性。處理后，軟土地基的承載力得到了顯著提高，沉降控制在可接受的范圍內(nèi)，保證了地鐵站的正常使用。下表2為處理前后地鐵站各區(qū)域的承載力和沉降量對(duì)比：

表2 處理前后地鐵站各區(qū)域的承載力和沉降量對(duì)比

從表格中可以看出，經(jīng)過加固處理后，地鐵站各區(qū)域的承載力都有了顯著提高，同時(shí)沉降量也得到了有效控制，符合設(shè)計(jì)要求。

“高壓噴射注漿技術(shù)”是一種應(yīng)用廣泛的軟土地基處理技術(shù)，其實(shí)施條件簡單、施工過程便捷，是一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的方法。通過高壓噴射機(jī)釋放巨大的脈沖性漿液，將其與土體顆?；旌稀嚢?，并固結(jié)成水泥，達(dá)到土固結(jié)的目的。這種技術(shù)通常用于黃土、淤泥、碎石土等軟土地基上，可以有效地改善軟土地基的穩(wěn)定性問題。在本項(xiàng)目中還采用了高壓噴射注漿技術(shù)中的“高壓旋噴技術(shù)”來處理軟土地基。該技術(shù)主要采用單管法進(jìn)行施工，其漿液擴(kuò)散直徑不小于800mm，漿液的水灰比為0.5-0.65，水泥的摻合量為每米樁長280kg-340kg。在施工過程中，要求樁位對(duì)中偏差小于5cm，垂直度不超過1.5%。同時(shí)，旋噴樁樁體的強(qiáng)度不小于5.0MPa。通過采用高壓旋噴技術(shù)，工作人員可以進(jìn)一步提升軟土地基的穩(wěn)定性。其中，漿液擴(kuò)散直徑不小于800mm；水泥摻合量為280kg-340kg/m樁；樁位對(duì)中偏差小于5cm，垂直度不超過1.5%；旋噴樁樁體強(qiáng)度不小于5.0MPa

3 軟土地基處理技術(shù)在巖土工程中的注意事項(xiàng)

軟土地基處理技術(shù)在巖土工程中的應(yīng)用需要注意以下幾個(gè)方面：

3.1 土體的力學(xué)性質(zhì)

在軟土地基處理技術(shù)的選擇和設(shè)計(jì)中，土體的力學(xué)性質(zhì)是非常重要的因素之一。土體的力學(xué)性質(zhì)對(duì)于加固措施的選擇、設(shè)計(jì)參數(shù)的確定以及施工工藝的優(yōu)化等方面都有著至關(guān)重要的影響。常見的土體力學(xué)性質(zhì)參數(shù)包括土體的壓縮性、黏聚力和內(nèi)摩擦角等。這些參數(shù)可以通過國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的試驗(yàn)方法進(jìn)行測(cè)定，如《巖土工程試驗(yàn)規(guī)程》等。在實(shí)際工程中，針對(duì)軟土地基的特殊性質(zhì)，一些專門的試驗(yàn)方法也被發(fā)展出來，如壓縮試驗(yàn)、直剪試驗(yàn)、動(dòng)三軸試驗(yàn)等。通過這些試驗(yàn)方法可以獲得更加精確的土體力學(xué)性質(zhì)參數(shù)，從而更加準(zhǔn)確地進(jìn)行軟土地基處理技術(shù)的選擇和設(shè)計(jì)。除了土體力學(xué)性質(zhì)的測(cè)定外，還需要充分考慮軟土地基的孔隙結(jié)構(gòu)和水分狀況等因素。這些因素也對(duì)軟土地基的穩(wěn)定性和加固措施的選擇有著重要的影響。因此，在軟土地基處理技術(shù)的選擇和設(shè)計(jì)中，需要全面、準(zhǔn)確地評(píng)估土體的力學(xué)性質(zhì)和孔隙結(jié)構(gòu)特征，以便制定出合理、有效的加固方案。

3.2 設(shè)計(jì)荷載

在軟土地基處理技術(shù)的選擇和設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)荷載是至關(guān)重要的因素之一。設(shè)計(jì)荷載的大小直接影響著土體的穩(wěn)定性和處理技術(shù)的選擇。設(shè)計(jì)荷載的計(jì)算需要充分考慮建筑物、道路等結(jié)構(gòu)的重量，以及周圍環(huán)境對(duì)土體的影響，如地下水位變化、降雨等。根據(jù)設(shè)計(jì)荷載大小的不同，可以選擇不同的軟土地基處理技術(shù)，如加固樁、土釘墻、高壓噴射注漿技術(shù)、攪拌樁等，以及不同的處理措施，如單樁、群樁、連續(xù)墻等。例如，在設(shè)計(jì)荷載較小的情況下，可以選擇單樁或群樁加固，而在設(shè)計(jì)荷載較大的情況下，則需要采用更加復(fù)雜的處理措施，如連續(xù)墻等。因此，在軟土地基處理技術(shù)的選擇和設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)荷載的準(zhǔn)確計(jì)算和分析至關(guān)重要，需要進(jìn)行詳細(xì)的工程調(diào)查和分析。

3.3 環(huán)境因素

環(huán)境因素也是軟土地基處理技術(shù)設(shè)計(jì)的重要考慮因素之一。地下水位、土體濕度等因素都會(huì)影響土體的力學(xué)性質(zhì)和穩(wěn)定性。在軟土地基處理過程中，需要根據(jù)具體情況采取合理的措施來降低地下水位和提高土體的穩(wěn)定性。比如，在地鐵隧道施工過程中，地下水位較高會(huì)對(duì)施工造成一定的困難，需要采取排水措施來降低地下水位。而在建筑物基礎(chǔ)處理中，也需要考慮土體濕度對(duì)基礎(chǔ)的影響，根據(jù)土體的特性采取合適的排水和加固措施。

3.4 施工技術(shù)

在軟土地基處理技術(shù)的實(shí)施中，采用合適的施工技術(shù)至關(guān)重要。加固樁、土釘墻、混凝土漿注、高壓旋噴等技術(shù)都可以用于軟土地基的處理。在施工過程中，需要注意施工的規(guī)范性、質(zhì)量控制和安全問題。其中，加固樁是一種常用的軟土地基處理技術(shù)，適用于深層次軟土的加固。加固樁施工需要注意樁身的垂直度和水平度，樁身間的間距以及樁長和直徑的比值等。土釘墻則適用于淺層軟土地基的加固，需要注意土釘?shù)拈L度、直徑和間距的選擇，以及土釘與土體的粘結(jié)質(zhì)量。

混凝土漿注是一種將水泥漿液注入土體中，使之固化形成強(qiáng)度高的土體處理技術(shù)。其施工需要注意漿液的配比、流動(dòng)性、漿液注入壓力以及漿液的固化時(shí)間等因素。高壓旋噴則是將水泥漿液通過高壓噴射技術(shù)噴射到土體中，以固化土體，其施工需要注意漿液的配比、噴射壓力、噴射深度以及旋噴樁的間距等因素。在施工過程中，需要注意規(guī)范性、質(zhì)量控制和安全問題。施工過程需要符合相關(guān)的施工規(guī)范，質(zhì)量控制需要采取有效措施，如檢測(cè)漿液的配比和強(qiáng)度，以及土釘和加固樁的長度和間距等。安全問題也需要重視，如施工人員的安全防護(hù)和設(shè)備的安全性能等。

3.5 施工質(zhì)量檢驗(yàn)

在軟土地基處理技術(shù)的實(shí)施過程中，施工技術(shù)的選擇和實(shí)施是關(guān)鍵因素之一。不同的軟土地基處理技術(shù)需要采用不同的施工技術(shù)，而施工過程中也需要注意一系列問題。

混凝土漿注和高壓旋噴等技術(shù)的施工過程中，需要注意漿液的配比、流動(dòng)性、注入壓力以及漿液的固化時(shí)間等因素。在實(shí)際施工過程中，如何有效控制漿液的流動(dòng)性和配比等參數(shù)，以及如何保證施工人員的安全，都是需要認(rèn)真考慮的問題。施工過程中還需要注意質(zhì)量控制，包括土釘和加固樁的長度、間距和數(shù)量等，以及漿液的強(qiáng)度和固化時(shí)間等參數(shù)的檢測(cè)。

4 軟土地基處理技術(shù)的適用性和經(jīng)濟(jì)性分析

軟土地基處理技術(shù)的適用性和經(jīng)濟(jì)性是選擇和設(shè)計(jì)軟土地基處理技術(shù)時(shí)需要考慮的重要因素。軟土地基處理技術(shù)的適用性需要考慮土體的力學(xué)性質(zhì)、設(shè)計(jì)荷載、環(huán)境因素以及施工技術(shù)等因素。不同的軟土地基處理技術(shù)適用于不同的軟土地基類型和工程要求。例如，加固樁適用于深層次軟土的加固，土釘墻適用于淺層軟土地基的加固，而混凝土漿注和高壓旋噴適用于不同深度的軟土地基處理。軟土地基處理技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性主要包括施工成本和工程效益兩個(gè)方面。不同的軟土地基處理技術(shù)施工成本不同，需要考慮施工材料和設(shè)備成本、施工人員的勞動(dòng)成本等因素。同時(shí)，軟土地基處理技術(shù)的工程效益也需要考慮到不同技術(shù)對(duì)軟土地基穩(wěn)定性的改善程度、工程使用壽命、維護(hù)成本等因素。

5 結(jié)束語

在軟土地基處理技術(shù)的研究中，不斷有新的技術(shù)和方法被提出并應(yīng)用到實(shí)際工程中。通過對(duì)軟土地基的深入了解和研究，可以有效地提高工程的安全性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)也為巖土工程設(shè)計(jì)提供了更多的選擇和思路。盡管目前軟土地基處理技術(shù)在工程中已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，但仍需要進(jìn)一步的研究和探索，以滿足不同工程的需求，并不斷提高工程的可持續(xù)性和環(huán)境友好性。