软土路基处理方法综述

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软土地基处理方法综述

王留东1，马金荣2（1. 中国矿业大学力学与建筑工程学院，江苏 徐州 221116；

2. 中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室力学与建筑工程学院，江苏徐州

221116）

摘要：本文阐述了工程中几种常用的软土地基处理方法以及各种处理方法的使用原理和适用条件。结合我校研究的爆扩法处理软土地基，讲述一些道路工程中软土地基处理的方法，并对软土地基处理进行了总结及对未来这方面发展的展望。

关键词： 土木工程；软土地基；处理方法；适用条件

中图分类号：TU471.8

The Treatment Methods of the Soft Foundation

Wang Liudong1, MA Jinrong2

(1. School of Mechanics and Civil Engineering,China University of Mining and

Technology,XuZhou Jiangsu 221116;

2. State Key Laboratory for Geomechanics & Deep Underground Engineering ,China University of Mining and Technology,School of Mechanics and Civil Engineering,XuZhou Jiangsu 221116) Abstract: In this paper,there are several commonly been used in soft engineering approach and the conditions of use and application of the principle in processing methods. Combined with the explosive expansion of our school treatment of soft.Talk about the method of the soft ground treatment in the number of road works and have a summary of Soft Soil and future development prospects in this area. Key words: Civil engineering;Soft Foundation;Treatment Applicable;Conditions

0 引言

随着经济的日益发展，加上土地资源日趋紧张的情况下，我们需要在许多沿海地区的软弱地基上兴建工程，并且这些建筑物的高度在不断增加，道路的等级、使用寿命也会随着社

而这些地区广泛地分布着含水量高、孔隙比大、承载能力低、会的发展需求在不断的增长[1]。

压缩性高、透水性差、覆盖层厚、呈软塑或流塑状态的软弱淤泥层，尤其是上海及周边城市即所谓的长三角地区是较为典型的软土地基，整个城市处在冲积层软粘土地层，因此要想在这些地基上建造工程首先就需要我们解决软弱地基问题[2]。

目前软土地基的工程有很多不同的处理方法，而这些方法又有各自的机理和适用范围，所以选择某种方法在满足理论上可靠、技术上可行、经济上合理的三大原则的情况下需综合考虑它的地质条件、使用要求、上部结构类型、技术经济指标以及施工条件等因素[3]。 1 常用软土地基处理方法的种类

软土地基处理目前已是一个相对成熟的工程手段，主要是它的处理方法有很多，需要根据实际工程情况来确定施工处理方法，下面就一些常用软土地基处理方法做简要介绍。 作者简介：王留东（1987-），男，硕士研究生，主要从事岩土工程相关领域的学习与研究工作. E-mail: [email protected]

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1.1 强夯法处理 http://www.paper.edu.cn

强夯法是使用起重设备，将大重量（80～300kN）和一定外形结构规格的夯锤起吊至某一高度（一般为6～30m）后，自由下落，给地基土以强大的冲击能量的夯击，使地基土产生强烈的振动和很高的动应力，将夯面以下一定深度地土层夯实，以增大地基的承载力和土体的稳固性,降低压缩性的一种软土地基处理方法。由于夯击能力大,加固深度也大。对于一般的软土地基加固有着良好的效果。现在常用的强夯技巧加固软土地基的方法有：挤密碎石桩加夯法、砂桩加夯法、真空/堆载预压加强夯、强夯碎石墩[4]。

它是一种快速加固软基的方法，施工设备简单，施工工艺、操作简单，不需要加固材料，费用低、周期短，适用土质范围广，加固效果显著，可取得较高的承载力，一般地基强度可提高2～5倍，变形沉降量小，压缩性可降低2～10倍，加固影响深度可达6～10m，土粒结合紧密，有较高的结构强度，是一种常用的软土地基处理方法[4]。但是施工时噪声和振动较大，不宜在人口密集的城市内使用。而且强夯法有严格的土质适用范围，主要适用于处理素填土、砂土、黄土、分土、杂填土和低饱和度粘性土地基。软土的饱和度接近1，是不宜使用强夯法的，但在有些地区，软土中夹多层粉砂，为夯击时高孔隙水压力的消散提供了条件，成功的实例也不少见，所以，采用这种方法首先应考虑的地层构造。

1.2 搅拌桩法

深层搅拌桩：通常称为搅拌桩，是以机械旋转的方法搅动地层，同时灌入水泥浆液或喷入水泥干粉，同土体充分混合形成桩体。它是水泥土搅拌法中的一种，因为它是使用水泥浆作为固化剂的水泥土搅拌法，所以简称为湿法。而另一种水泥土搅拌法是旋喷桩，它是采用钻孔，将装有特质合金喷嘴的注浆管下到预定位置，然后利用高压射流装置浆液使土体剥离后充分和射出的浆液混合而形成柱状（旋喷）圆断面桩[5]。因为它是使用干水泥作为固化剂的水泥土搅拌法，所以简称为干法。两种同属于地基处理的方法和工艺（即水泥土搅拌法）。 水泥土搅拌法是以水泥作为固化剂的主剂，通过特制的深层搅拌机械，将固化剂和地基土强制搅拌，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的桩体的地基处理方法。它的两种方法有不同实用条件，当天然含水量小于30%的软弱土层，例如杂填土及粉粒含量高的粉土、砂土宜采用喷浆法（即湿法）；若地基土为天然含水量大于30%、塑性指数大于10 的软土则宜采用喷粉法（即干法）[6]。水泥土搅拌法所获得的加固体虽成桩形或柱形，但不能理解为桩基，将其视为复合地基更妥当。这些加固体即使在某些部位有缺陷，却不影响整体加固效果。它不仅可以较大地提高地基土的承载力，而且在加固深度内可以减少原地基沉降量的三分之一至三分之二，沉降较快趋于稳定，具有明显优势。但是水泥土搅拌法与其他处理方法相比，一般造价较高，水泥用量大，所以寻求更经济合理的配方以降低工程费用，是急待解决的课题之一。

1.3 排水固结法

目前公路软土地基的处理要综合考虑经济实用、稳妥可行、施工简便的方法。首选是排水固结，它通过在软土地基设置的竖向排水体，转变原有地基的边界条件，增长孔隙水的排除道路，大大缩短了固结时间，一般采用袋装砂井和塑料排水板配合砂垫层来达到上述目标。

不仅在公路这方面应用，在铁路、公路、水利、港口等工程领域内应用也很广。这是一种使用多年的方法，至今仍被普遍采用，其主要特点是理论成熟，施工设备简单，费用低。

排水固结法的原理是指软弱土地基在荷载作用下，土中孔隙水慢慢排出，孔隙体积不断减少，地基发生固结变形，同时随着超静孔隙水压力的逐渐消散，土的有效应力增大，地基强度逐步增长[1]。

排水固结法的有效处理深度约12～15m，超过此深度，孔隙水压力消散相当困难和缓慢，故设计时应加以考虑。此外，由于排水固结法需要预压荷载，且预压时间长，对工期紧迫、缺乏压载条件的工程是难以采用的。此法只能加速固结沉降而不能减少固结沉降量，对于统一沉降和不均匀沉降要求严格的工程必须慎重选择。

1.4 干振挤密碎石桩法

干振挤密碎石桩是用振动机械在地基土中预沉导管，然后向桩管中灌入一定量的碎石，边振动边提升桩管，在振动、挤密共同作用下形成的密实度较大的碎石体。根据实验室试验和一些工程现场实测数据证明，挤密碎石桩不但提高了地基承载力，减少变形，还增强了土的抗液化性能。饱和松散的无黏性土在振动荷载作用下会产生液化，结果使土体孔隙水压积聚，地基承载力逐步丧失[7]。而这种干振挤密碎石桩属沙石桩法，是借以机械振动或锤击套管把砂石灌入松软地层，对可液化地基处理产生一定的作用，一是使地基土产生密实作用，包括桩的挤密作用及施工中振动使桩周围土的密度增大；二是碎石桩的挤压，抑制了动荷载作用下桩间土内孔隙水压的上升，起到了排水作用，并及时得到扩散和消散，从而削减了地震剪切应力，提高复合地基的抗液化能力[8]。干振挤密碎石桩可以在多方面改善液化土的性质，是液化地基土一种理想的处理方法，在工程实践中也得到了广泛的应用。

但是它也有它的局限性，施工时的振动使易液化地基产生预先液化，而且软弱土因排水固结对邻近建筑带来不利影响。从城市建设来讲，碎石桩使用有局限性。根据文献的规定，碎石桩处理地基的宽度应超出基础的宽度不小于3～5 m，这样就更缩短了桩基与已有的建筑物的距离，对其邻近建筑物产生的不利影响更加明显，可能会造成局部倾斜、墙体开裂、道路塌陷等，甚至有时不得不放弃使用碎石桩而采用工程预制桩或灌注桩。它们的缺点一是造价较高，二是施工中也存在着振动、噪音等问题，对邻近建筑物也有一定的影响。若工程完全采用深层搅拌桩，虽然施工具有无振动、噪音、排污影响，造价适中等优点，但是其消除液化能力很有限，往往不能满足工程要求[7]。所以现在一些工程已经开始寻求一些其他方法来弥补，比如干振碎石桩与水泥深层搅拌桩的联合应用。

干振碎石桩复合地基不仅能提高地基承载力，减少建筑的沉降，缩短沉降时间，增加稳定性，而且能改善地基土抗液化和抗湿陷性，同时现场干净、省料、造价低、施工速度快、技术经济效果好、便于施工等优点，是有效的处理液化地基的处理技术，这种对软土地基的加固方法值得重视及充实完善，使其在软土地基处理中发挥更大的作用[9]。 2 爆扩法处理软土地基

目前为止，在国内使用爆扩法处理软土地基的工程实例还是很少。这种技术还没有得到推广原因可能是用于爆扩的炸药受到一定的限制，使得该方法不能得到普及。爆扩法处理软土地基，现在用于实际工程的有爆扩石灰桩法处理软土地基和爆扩碎石桩法处理软土地基。

2.1 爆扩石灰桩法处理软土地基

这种方法的基本原理就是利用炸药爆扩荷载作用于土体内部实现对松散地基进行加固处理，是加固软土地基的一种新方法，首先根据设计好的石灰砂桩的成孔位置、炮眼直径和深度，钻孔装药进行引爆，引爆后即成桩孔，然后将拌和均匀的石灰、砂混合料填充至桩孔

并分层夯实，最后在顶部铺150～200mm厚粘土封层后夯实[10]。

爆扩法石灰砂桩对软土地基的加固作用机理是：①爆扩挤密排水作用。由于爆扩法是运用炸药和雷管在钻孔中爆破，这种爆破使得桩间土体产生瞬间挤压作用，这种作用使得桩间土孔隙变小、土体挤密和孔隙水排出，从而地下水位以上的地基土承载力得到一定的提高。②膨胀挤密脱水作用，在石灰砂桩打入桩孔以后，桩体内的石灰遇水发生消化反应，吸水、发热而产生体积膨胀，直到桩内毛细吸力达到平衡为止，使桩间土产生强大挤压力，这对地下水位以下软粘土的挤密起到了主导作用。③石灰的改性作用，它包括胶凝作用和碳化作用，土和石灰砂桩中的砂、石灰中的SiO2、Al2O3、CaO发生反应生成水化物，使石灰中产生硅酸盐材料和不溶性的碳酸钙，并且土和砂产生固结作用，使得石灰桩的强度得到长期的增长，从而进一步提高地基土的强度。④复合地基作用，石灰桩与桩间土一起承担上部载荷，桩与土共同协调变形，能经济有效地减少地基沉降，提高地基强度。

由于石灰砂桩的胶凝反应较缓慢，要经历较长龄期才能完成，因此其桩身强度的增长速度也相应较慢。它是一种工艺简单可行，经济高效，质量可靠的软弱地基处理方法。但是它也有一定的适用范围，其适宜的加固土质条件为：土颗粒粒径小，表面积大，分散性大，稳定性差，易与石灰发生反应，且粉土、粘土较小的渗透系数常可使石灰砂桩升温汽化效应充分发挥，故该桩型适用于软粘土和粉土地基的加固处理[11]。连续结构受力

2.2 爆扩碎石桩法处理软土地基

这种方法目前国内还基本没有使用，只有矿大的道桥实验室的老师们做的一个项目尝试了这种方法。这种方法也只运用在公路液化土地基处理这一块，是否能够运用于城市高层建筑物的软土地基处理还不知道，当然技术上这块就算解决了，也不一定能够在实际工程中运用，因为还要考虑到周边建筑物和对人们生产、生活影响的问题，所以还有待我们去进一步研究解决。

该项目的研究是在京福高速公路徐州绕城西段和徐州至济宁高速公路徐丰段中实施的

[12]，这两个地区均分布有大面积可液化粉砂土地基，液化土地基承载能力低，地震和动荷载作用会使饱和砂土发生液化，危及高速公路安全，必须进行液化土地基加固处理。加固液化地基土的方法有很多，例如排水固结法，强夯法，干振挤密碎石桩法等。同步爆扩处理法是一种新的高速公路液化土地基处理方法， 这种方法的实质和机理是在液化土地基上开凿小直径孔，孔内连续装填炸药，其上堆填碎石，炸药爆扩后土体内形成爆扩腔，同步完成爆扩腔碎石充填，所谓同步就是在炸药爆炸的同时碎石落入爆扩腔内，这就需要将碎石预先堆放在爆扩孔上方，对碎石堆放的量需要进行试验，得出最佳堆放量和堆放高度。利用充满碎石的爆扩腔作为垂直排水通道，利用爆扩在爆扩腔周围产生的径向裂隙作为水平导水通道，利用爆扩产生的超孔隙水压力进行排水固结消除液化，充满碎石的爆扩腔和其间加固土体共同组成复合地基，实现液化土地基的加固处理[13]。矿大的老师们就这个项目分别做了现场试验研究，模型研究和关键技术的研究，也在各个报刊上发表了有关论文，弥补了国内在这方面的缺失。

该法加固处理高速公路液化地基的关键技术和实施工艺参数包括[14]：⑴如果采用连续正向爆扩孔装填结构，则控制填塞长度在1.3到1.5米为宜。⑵为了使爆扩腔间土体的加固效果更好，爆扩孔可以采用梅花形布置，间距在4.2到6.0米为宜。⑶为消除爆扩对周边爆扩孔的影响，可以采用分批次爆扩。⑷分批次爆扩需要控制爆扩时间间隔，一般在2～3天为宜，这样可以有利于爆扩超孔隙水压力排水沉降，提高爆扩沉降效果。⑸起爆时采用顺序延时起

爆方式进行，这样可以控制爆扩地面的震动。

这种爆扩处理液化地基的方法其实也不能完全叫爆扩碎石桩，因为它是将碎石填入爆扩腔以后，利用碎石桩排出腔内及周围的水，使得液化消失，所以它不仅起到桩的作用同时也起到消除液化的作用。这种爆扩法处理过的液化地基，土体密度提高了，含水量降低了，孔隙比减小了，承载能力提高了，液化消失了；而且具有高效、快速、可靠、经济等特点。所以这种方法还是值得我们去研究和推广普及的。

3 常用公路软土地基处理的方法

3.1 真空联合堆载预压法

真空顶压的基础原理在20世纪50年代初瑞典的一位教授W.Kgellman就已经将它做了详细阐述[15]。但因在抽气设备和密封工艺方面的艰苦，至70年代世界各地才缓慢发展。我国在80年代由航空部门首先利用才获得进展，公路上天津开端推广，在广珠高速公路东段实验工程成功后，在西部沿海公路又进行实验，均获得成功，最近将在新台高速公路选定3km 地段实验和西部沿海高速公路台山段共有软土段长约4km多地段采用此法处理软基。所以我国这种方法上的研究已经有了相当长时间的积累，也有了一定的技术基础[16]。

真空预压的加固机理是在外部荷载不变的情况下，在预先要加固的软基上打设一定间距的塑料排水板或袋装砂井，然后铺上砂垫层，再将不透气的薄膜铺设在垫层上，借助于埋在砂垫层中的管道，利用真空抽气装置，使砂垫层和竖向排水通道里逐步形成负压，利用大气

压使土中的孔隙水不断排出，孔隙压力随之降低，有效应力增加，从而使土体固结压密[17]。

真空预压法施工技术具有[18]：①工期短，因为真空预压荷载无须控制加荷速率，可一次加上而不必担心地基失稳，排水固结速度快。②加固效果显著，不仅沉降大而均匀，而且侧向位移是向着预压区中心的，不像堆载预压那样会侧向挤出，所以真空预压的地基比堆载预压的密实度高。③费用低，本法施工机具和设备简单，便于制作，还可重复使用。作业效率高，避免了大量堆料及运输费用，因而费用低廉。④不须大量预压材料及满足环保要求，施工中无振动、无噪声、无扬尘，不污染环境。

真空联合堆载预压法结合了真空预压和堆载预压处理软弱地基的方法，消除了堆载预压和真空预压的不足，对于软弱淤泥最为适用，对于地层上部极软的纤维质淤泥效果更佳，是一种很好的软土地基处理方法[19]。

3.2 其他处理方法

我们知道除了上面所列举的一些常用软土地基处理方法之外，还有一些常用于公路软土地基处理的方法，例如：换填土法[20]、抛石挤淤法[21]、反压护道法[22]、砂垫层法、设置砂井法、摊铺土工布法[25]、竖向塑料排水法[26]、爆破排淤法等等。各种方法都有自己的特点，使用范围和使用条件。所以根据实际工程的现场地质情况选择合适的软土地基处理方法是关系整个工程成败的关键[27]。

4 结论和对未来展望

上面是对软土地基的处理方法进行了一下总结，公路上的一些软土地基处理方法同样适用于建筑物的软土地基处理，它们是相通的。各种软土地基处理方法有各自的机理和适用范围，每种方法都有其优缺点，在选择处理方法是，须根据地质条件、上部荷载类型、使用要求，对周围环境的影响、材料供应状况、施工条件以及技术经济指标等因素综合考虑，最终

要达到技术先进、经济合理、安全使用、质量可靠的目标。

软土地基的处理方法很多，但目的只有一个：提高软土地基的强度，保证地基的稳定，降低软土的压缩性，减少基础的沉降和不均匀沉降，确保建筑物的安全和正常使用。为了这么一个目的，许多研究人员都在寻找新方法来满足实际工程要求，以达到最有效、最经济的效果。近年来，新加坡成功地将毛竹运用到软土地基处理中，推出了一种既简便又经济的软土处理的新方法。我想像这种新的软土地基处理方法也将会随着时间和科技的进步而日新月异。

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