软土地基处理研究综述

1.引言

广东省是我国经济最为发达的地区之一,近年来广东省不断加大交通基础设施建设的投资力度,尤其是高速公路建设投资。广东省沿海经济发达地区,除个别地段外,大多处于平原水网地带,地下水位高,表层地质层次沉积年代早,结构松软,含水量高,变形大,多为软土地基,这决定了广东省修筑高速公路的特点,即需要处理的软基路段多。在软土地区修筑高速公路,路堤地基存在稳定性差和沉降过大等问题,影响工程质量和道路正常使用,常常造成重大的经济损失。本文以珠江三角洲公路软基设计常用处理方法的稳定与沉降为研究对象,在对软土的物理、力学性质参数应用的基础上,采用理论分析及工程实践,对不同软土地基处理方法的稳定与沉降计算方法的选取及它们的变化规律进行了研究,主要得出以下结论和研究成果。 (1)在总结现有的常用软土勘察技术手段的优缺点的基础上,详细阐述了软土物理、力学性质参数在软土地基处理方法以及相应的稳定与沉降计算方法中的配套使用关系,并指出在应用中需要注意到的问题。 (2)对现有常用的软土地基稳定计算与沉降计算方法进行评价。详细归纳了常用软土地基稳定与沉降计算方法的优缺点和适用范围,同时指出不同地基处理方法所采用的稳定与沉降控制指标的差异性,进而计算方法的选取也不尽相同。重点介绍了桩体复合地基的稳定和沉降计算方法以及工后沉降预测方法,同时将工后沉降预测方法的评价应用到实际工程中去。 (3)通过珠江三角洲公路工程的三个工程的设计、施工经验,加固效果及检测情况,最后总结不同软土地基处理方法的优缺点、适用性。

2.国内研究动态

2.1垫层与浅层处理

垫层是指地面上设置的砂垫层、砂砾垫层、碎石垫层、灰土或素土垫层、矿渣垫层以及其他性能稳定、无侵蚀性材料垫层。浅层处理就是把基底下一定浅层范围内的软弱土基全部或部分挖除，用砂、碎石等强度高、性能好的粒状材料回填。

丁明波（2013）认为当软土层贴近地表、土层较薄且渗透性较好的情况下，可以考虑采用砂垫层，铺设砂垫层的技术关键是把砂加密到符合设计要求的密实

度，且要严格控制砂粒大小和含泥量，宜采用中砂及粗砂，不准掺有细砂及粉砂。如果遇到那种新沉积或新吹填起来的超软地基，则施工前必须采取有效措拖加强地基表面的承载力，为施工人员及轻型机械作业创造条件，目前常见的措施是在地基表面铺上荆芭、朔料编织网或者尼龙纺织网、土工合成材料等等。在某些特殊情况下，尽管已经采取了一系列的加强措施，但超软地基表面的持力条件仍然没有明显改善，甚至连轻型机械也无法承载此时，就只能采用人工或极为轻便的机械进行施工作业。石灰土垫层施工中应选用III级以上的高质量石灰做原料，土中应避免出现污染物、有机质及其他有害物质，并且要易于粉碎拌和。用石灰土进行软土地基处理时，为了防止地基土产生冻害或受雨水浸泡，施工应在气温高于5℃和非雨天进行，条件具备时可采用场拌摊铺施工方法。灰土垫层施工前应对下卧地基加以检验，以排除潜在的隐患。施工时应将灰土拌和均匀，严格控制含水量，必要时可以晾晒或洒水，石灰土要想达到规定的压实度要求，就必须在接近最佳含水量的状况下进行碾压。石灰土碾压完毕后，要进行检验并及时洒水养生，避兔其被水浸泡或阳光暴晒而产生裂纹，并及时进行上层施工。对于极软塑、流塑的软土可采用抛石挤淤法，但软土地基的淤泥较厚时须慎重，抛石挤淤时应尽量采用质地坚硬、不易风化的石料。彭承山，肖梅凤（2011）对公路软土地基砂垫层换填技术进行了讨论，认为换填法就是将地基浅层一定深度的软弱土层挖除，然后回填强度较大、压缩性较小、料源丰富、价格低廉且无腐蚀的砂、碎石、石渣、素土、灰土、矿渣以及其他性能稳定的材料，分层夯实至要求的干密度，其作用主要有:一、提高地基承载力与地基下土层的抗剪强度；二、减小沉降量；三、加速软弱土层的排水固结；四、防止冻胀。垫层材料可选择级配良好、质地坚硬的中砂、粗砂、砂砾、圆砂、卵石和碎石等，此外，对于湿陷性黄土地基的垫层，不得选用砂石等渗水材料作为换填材料，并认为砂和砂石垫层采用的施工机具和方法对垫层的施工质量至关重要。刘福生(2010)认为砂石垫层多用于中、小型建筑工程的滨、塘沟等的局部处理，也常用于较大基坑或较大回填量的较弱地基土。适用于一般饱和与非饱和软弱土、半土半岩地区及水下黄土处理(不宜用于湿陷性黄土地基)。可有条件地用于膨胀土地基，但不宜用于动力基础下及大面积堆载下的软弱地基，也不宜用于地下水流速快、水力坡度大且涌水量大的地基处理。施工方法，一般有平振法、插振法、水撼法、夯实法及碾压法等。且在垫层施工中必须严格控制垫层的质量，质量检验应采用分层检验法在每一步均应有纯砂检验点。张文彬、许忠发等（2012）结合实际工程的特点，对常规的真空预压法（图2）进行了改进，他将塑料排水板与透水软管绑扎，透水软管形成水平排水系统，并与抽真空系统直接连接（图3）

图2 图3

2.2排水固结法

排水固结法是对天然地基或先在地基中设置砂井等竖向排水体，然后利用建筑物本身重力分级逐渐加载，或是在建筑物建造以前，在场地先行加载预压，使土体中的孔隙水排出，逐渐固结，地基发生沉降，同时强度逐渐提高的方法。

张季超,梁铁锚,杨永康（2012）对动力排水固结法处理软土地基的关键技术进行了研究，他们认为该方法具有处理效果好、投资低、工期短的显著特点，其施工工艺流程如下：承托面施工→竖向排水体系施工→横向排水体系施工→埋设监测传感器→3~ 4遍逐级加能点夯(进行各种监测)每遍结束推平夯坑→1~2遍满夯(进行各种监测)、推平、碾压→工后检测。并通过具体工程实践得出:采用竖向与横向相结合的排水体系，有助于加快超静孔隙水的消散速度，缩短两遍夯击的时间间隔，以达到节约工期的目的。王建（2013）也对动力排水固结法进行了研究，其处理方法和张季超大致相同，他认为应根据淤泥厚度、土质和填土情况

采用多遍、低能、由小到大逐级增加的方法进行夯击，排水系统满足设计要求并正常发挥作用是动力排水固结法处理软土地基的关键之一。赵升峰，汪城，苏娟（2010）研究了静动力排水固结法在软土地基中的应用，静动力排水固结法的基本原理是通过设置水平排水体系，并设置竖向排水体系，土层在适量的静力、变化的动力荷载及其持续的后效力的超载作用下，形成孔隙水高压力梯度孔隙水不断排出，孔隙体积减小、有效应力增加，土的抗剪强度不断提高，孔隙比也逐渐

减小，工后沉降大大降低，地基土成为超固结土。并且静动力排水固结法在软土

地基加固处理中效果良好，完全达到了工程的要求;该加固地基的方法不仅弥补了传统软土地基加固法的不足，缩短了工期，降低了工程造价，而且在充分利用天然地基材料的同时也降低了社会资源的浪费和环境污染的程度。余成华，李菊凤（2010）认为由于软粘性土透水性很差，其内的孔隙水渗透非常慢，当工程上遇到的软粘土层很厚时，如果仅采用预压法则软粘土固结十分缓慢，地基土强度增长慢，使预压时间延长或者在一定时间内所需的超载过大而难以施工。为提高土体内超静孔隙水压力消散速率，可以在地基内设置袋装砂井作为竖向排水体（见图4），以缩短排水距离，加速土层固结，袋装砂井施工的一般步骤为：施工设备的准备→沉入套管→袋子灌砂压重沉放管内，扎好砂袋下口后，在其下端放入20cm左右高的砂子作为压重，将袋子放入套管中沉入到要求的深度。如不能沉至要求深度，会有一部分拖留在地面，此时须作排泥处理，直至砂袋沉达预定深度→就地填砂入袋成井→用预制砂袋沉放，也可采用预先在袋内装满砂料，扎好上口，成为预制砂袋，运往现场，弯成圆形，成圈堆放，成孔后将砂袋立即放入孔内。林婵华（2010）认为软土地基的排水加固方法中采用何种方法效果如何，淤泥及淤泥质土本身的渗透系数、压缩系数起着决定性的作用。排水固结是由排水系统和加压系统两个主要部分组成，加压系统是动力促使孔隙水排水，使土层固结。目前主要用加压有堆载法、真空预压法、真空预压联合堆载法等。且静压高强度预应力混凝土管桩适宜以粘土层、砂层、强风化岩层或风化残积土层厚的地层作为持力层;施工时应根据工程具体情况合理选择压桩顺序并采取有效措施来消除挤土效应的影响。为了保证地基加固过程地基土体的稳定性以及地基加固的质量，需要设置一些监测项目，喻志发、闫澍旺（2011）对排水固结法加固软土地基的监测进行了研究，并通过工程实例得出在监测数据超过规范安全标准的情况下，应该根据实际工况进行综合分析，严密监测，仍然可以保证施工过程中的地基稳定和地基加固的质量。何振东(2011)根据场地情况，对砂垫层铺设