软基处理方案

秦毓贵

1、软土地基的概念

1.1软土地基

地基是指承受建筑物荷载的一部分土体(岩体)。如果建筑工程的基础(公路等交通设施工程中则指下部构造)修建在软土中,则这一建筑物或构造物的地基就称为软土地基。

2、软土地基处理方法分类

经过长期的实践,在公路中形成了多种形式的软土地基处理方法,结合本企业多年施工经验及资料查阅进行总结归纳如下:

2.1换填垫层法

当软弱土层厚度不很大时,可将路基面以下处理范围内的软弱土层部分或全部挖除,然后换填强度较大的土或其它稳定性能好、无侵蚀性的材料(通常是渗水性好的中粗砂)称为换填或垫层法。此法处理的经济实用高度为2～3m,如果软弱土层厚度过大,则采用换填法会增加弃方与取土方量而增大工程成本。

通过换填具有较高抗剪强度的地基土,从而达到增强地基承载力的目的,满足构筑物对地基的要求。

主要加固方法有换填、抛石挤淤、垫层、强夯挤淤几种。垫层法根据材料的不同可分为砂(砾石)垫层、碎石垫层、粉煤灰垫层、干渣垫层、土(灰土、二灰)垫层。代表方法有砂垫层法及换填法。

2.2深层密实法

采用爆破、夯击、挤压和振动及加入抗剪强度高的材料等方法,对地基深层的软弱土体进行振密和挤密的地基加固方法称为深层密实法。适用于软土厚度>3m的中厚软土的加固,分布面积广的软基加固处理,其加固深度可达到30m。

通过振动、挤压使地基中土体密实、固结,并利用加入的具有高抗剪强度的桩体材料置换部分软弱土体中的三相(气相、液相与固相)部分,形成复合地基,达到提高抗剪强度的目的。

主要加固方法:强夯法、土(或灰土、粉煤灰加石灰)桩法、砂桩法、爆破法、碎石桩法(振冲置换法)、石灰桩法、水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩法)、粉喷桩法、旋喷桩法。代表方法有碎石桩法、强夯法、水泥粉煤灰碎石桩法、粉喷桩法。

2.3排水固结法

在软土地基上加压并配合内部排水,加速软土地基的排水,加快软土固结的处理方法称为排水固结法。适用于处理各类淤泥、淤泥质粘土及冲填等饱和粘性土地基。

软土地基在附加荷载的作用下,逐渐排出孔隙水,使孔隙比减小,产生固结变形。在这个过程中,随着土体超静孔隙水压力的逐渐扩散,土的有效应力增加,并使沉降提前完成或提高沉降速度。

主要加固方法:堆载预压法、砂井法、袋装砂井、真空预压法、电渗排水法、降低地下水位法、塑料排水板法。

2.4化学加固法

通过在软土地基中加入水泥或其它化学材料,进行软土地基处理的方法称为化学加固法。适用于处理砂土、粉土、淤泥质粘土、粉质粘土、粘土和一般人工填土,也可以在处理裂隙岩体及已有構筑物地基加强中。

水泥或其它化学材料注入土体后,与土体发生化学反应,吸收和挤出土中部分水与空气,形成具有较高承载力的复合地基。主要加固方法:粉喷桩、旋喷桩、注浆、水泥土搅拌法。

2.5加固路基法

通过在路基中埋入高强度、大韧性的土工聚合物、拉筋、受力杆件或柴(木)梢排等方法加强路基的自身强度,增加抵抗地基变形沉降的能力。适用于软弱岩体、土体中的路堤与路堑。主要加固方法:加筋土路基、土工聚合物、土钉墙、土层锚杆、土钉、树根桩法、柴(木)梢排法。

2.6其它加固方法

除了上述软土路基处理方法外,比较常用的还有桩基、沉井、侧向约束法、反压护道法。桩基与沉井常用于在软土地基中建设重要构筑物(桥梁、大型涵洞等)的基础中,根据软弱土层的厚度其下承层土质情况,桩基设计可分为柱桩与摩擦桩两种。常用的桩基有钻孔桩、挖孔桩、管桩、木桩。

侧向约束与反压护道的加固机理均是限制软弱土体向旁挤出,以增加路堤的抗剪能力。侧向约束法适合软土层厚度较小,软土体面积较大的软土地基的加固。反压护道法适合软土体分布面狭窄而软土体厚度较大的软土地基的处理。

3、较有代表性的软基处理技术

3.1砂石桩法

碎石桩和砂桩总称为砂石桩,又称颗粒土桩,是指用振动、冲击或水冲等方式在软弱地基中成孔后,再将碎石或砂挤压入已成的孔中,形成大直径的砂石所构成的桩体。

(1)砂石桩的加固机理在松散砂土与粘性土中有所不同的,在松散砂土中主要是发挥砂石对软土的挤密作用、排水减压作用、和砂基预振效应,而在粘性土中主要是对软土(特别是饱合软粘土)的置换作用。

(2)方法的特点是:加固期短,可以采用快速连续加载方法施工路堤,设备简单,工作面可以加大,对缩短工期十分有利。

3.2塑料排水板

(1)原理:塑料排水板是一种复合土工材料,由芯板和滤膜组成,其加固软土地基的机理是在软土地层中按一定的间距和布置形式打设塑料排水板,在软土中形成竖向排水通道,加速排水,特点是单孔水断面大,排水畅通、质量轻、强度高,耐久性好。

(2)适用范围:当软土层较厚,路堤较高时,常用塑料排水板法加速固结沉降。

(3)施工方法:插设塑料排水板→塑料排水板桩头处理→(铺设砂垫层)→路基填筑。

(4)施工用主要机械设备:插板机主要由工作装置、驱动装置和行走装置组成。工作装置由导向架和导管组成,导向架由角钢分段焊接,每段长6m,段与段之间用螺栓连接。导管采用热轧无缝钢管制成。为适应在软土中行走多采用履带式,也有轮胎式。

3.3袋装砂井法

(1)原理:袋装砂井是把砂装入长条形、透水性好的纺织袋内,然后用专门的机具设备打入软土地基内代替普通大直径砂井。袋装砂井既有大直径砂井的作用,又可以保证砂井的连续性,避免缩径现象。由于袋装砂井的直径小,材料消耗小,造价低,施工速度快,设备轻型,更适应在软弱的地基上施工。

袋装砂井适用于软土层厚度>5m,且路堤高度的自重静压超过天然地基承载力很多时,常采用袋装砂井法。

3.4真空预压法

(1)原理:在软土地基上先施作竖向排水系统(砂井或塑料排水板),然后在加固的区域内覆盖不透气膜,利用真空源不停地对加固的土体进行抽气,使其内部形成一个近似真空的环境,土体中的孔隙水在负压作用下,沿着排水通道加速被吸出,从而达到加固的作用。

(2)真空预压法也属于排水固结类的加固范围,其排水固结作用与加载预压作用是可以相叠加的,可以加速排水,在工期紧时可以使用该法加快软土固结的速度。适用于软土厚度大、工期紧的软土地基。其设备与材料损耗小,可以重复使用。

4、结束语

对于软土地基处理采用什么方法应根据不同的地质条件、施工条件、土质的物理、力学性能等综合考虑，同时还应考虑其施工的方便性、可行性及经济性。随着科学技术的不断发展，新材料、新工艺的开发，对于软土地基处理的方法会越来越多，越来越经济、方便、有效，将更有利于公路路基的处理，充分发挥出公路的优越性。