软土地基处理技术研究方法

软土地基处理技术研究方法

摘要软土地基的改良一直是各类建筑工程不可避免的问题，地基的优劣直接影响到建设项目的质量及成本，对于软土的处理技术是一项有着长期研究意义的课题。本文就当下较新颖的几种处理措施进行了讨论和对比，并对该学科未来发展方向做了简要分析。

关键词软土地基；水泥浆深层搅拌法；水泥粉煤灰碎石桩法；排水粉喷桩加固法

我国国民经济目前持续的高速发展，带动了基础建设的日益增多，直接导致了建筑用地资源的紧张。在城镇化不断扩张的过程中，对于各种地质条件的妥善处理成为了当下最值得研究的课题之一。为了充分、科学、有效、合理地利用土地资源，使天然的软弱地基得到加固补强，提高地基强度，进而保证地基的稳定性、降低地基的压缩性、减少地基沉降和不均匀的沉陷，有效消除地基土振动液化的趋势并且消除湿陷性土的湿陷性、膨胀性土的膨胀性等各种不良的土质特性，最终达到改善地基土条件，满足建筑物对场地强度、地基变形及其稳定性要求。为此，本文将就现今受到广泛关注的几种地基处理方式进行论述及对比。

1 水泥浆深层搅拌法

水泥浆深层搅拌法是目前是利用水泥浆作为固化剂，通过特制的深层搅拌机械，在地基深部就地将软土和固化剂（浆体或粉末）强制拌合，利用固化剂和软土发生一系列物理、化学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳定性并具有足够高强度的水泥土。该水泥土的强度提升原理主要由以下两方面组成：

1）水泥骨架作用。水泥和饱和粘土搅拌后，首先发生水泥的水化和水解反应，该反应生成水泥水化物，进而形成凝胶体氢氧化钙，可将土颗粒或者土团凝结在一起，最终形成一种稳定的整体结构；

2）离子的交换作用。在水泥水化的过程中，生成的钙离子与颗粒土表面的钠离子或者钾离子进行了离子交换，发生硬凝反应或碳酸化作用，使土颗粒结团并固结，颗粒之间形成坚固的连接，进而有效提高土体的强度。

深层搅拌法具有以下特点：1）在地基加固的过程中没有振动、无噪音、无污染；对土壤没有侧向挤压，对相邻建筑物影响极小；

2）可以根据建筑物的要求设计成如柱状、壁状、格状或块状等加固形态；3）可以有效地提高地基强度（当水泥的掺量为8%～10%时，加固体强度分别为0.24MPa和0.65MPa，但天然的软土地基强度仅为0.006MPa）；4）深层搅拌法具有施工期较短，造价较低廉，加固效果显著的特点。

深层搅拌法的施工是在地基处理中应用的化学手段，具有设备简易、操作便

捷、成本较低及无环境污染等优点，但当地温低于-10℃时，该办法中水泥与水泥土的反应将受到抑制，需等温度恢复到一定-10℃以上后才能逐渐恢复到标准值。

深层搅拌法适用于以下范围：1）加固一定厚度的与你，淤泥质土、粉土和含水量高且地基的承载力不大于120kPa的粘性地基土，对越软的土加固效果就越显著，并可用于墙下条形基础、大面积堆料厂房地基；2）该加固方法适用于挡土墙，深基坑在开挖过程中防止坑壁或边坡失稳；3）可用于坑底加固，防止坑底起拱；4）作地下防渗墙和隔水帷幕。但此方法不适用于北方，在饱和得软粘土、沼泽地带的碳土及沉积粉圭等土层加固中可得到广泛的应用，能够将土的承载力由90kPa提高至248kPa。

2 水泥粉煤灰碎石桩法

水泥粉煤灰碎石桩法简称CFG桩，是由石屑、碎石、粉煤灰掺入适量水泥并加一定量的水拌合后，使用振动沉管或其它成桩机制作的一种具有高度粘结强度的桩，该CFG桩和桩间土、褥垫层一起形成复合地基。CFG桩可以达到不仅全部桩长共同发挥桩的侧阻，当桩端落在较好土层时，也能发挥较高的端阻作用，从而具备较强的刚性，使复合地基的承载力得到较大程度的提高。

水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩）不同于碎石桩。CFG桩位复合地基的刚性桩，该桩桩身具有一定粘结性，能充分发挥周摩阻力和桩端承受力。而碎石桩为散体材料桩，桩身没有粘结强度，依靠周围土体的约束力来承担上部荷载。另外，CFG桩的桩土应力一般可达10kPa～40kPa，而碎石桩该项数值仅有1.5kPa～4.0kPa，增加桩长对提高复合地基承载力的意义并不大，只有提高置换率，而提高置换率必然给施工造成很大的技术障碍。

在CFG桩中，骨干材料为碎石，属于粗骨料；当桩体强度不大于5MPa时，掺入石屑可使桩体达到更好的级配，对确保桩体强度可产生重要作用。试验表明：水泥和碎石掺量相同的条件下，掺入石屑的CFG桩的强度高于不掺入石屑的桩达到50%左右。但应严格把控粉煤灰的掺入量：粉煤灰具备改善混合料可泵性和可泵性的特质，可有效增加混合料的后期强度。随着粉煤灰掺入量的增多，水灰比就越来越大，进而导致混合料的抗压强度相应减小。所以，应根据桩体强度要求适当选择粉煤灰的添加量，在改善混合料的和易性的同时，又需满足桩体强度要求，提高桩体后期强度。

水泥粉煤灰碎石桩（即CFG桩）由于自身的性状特点及加固原理，主要适用加固的土类为饱和或非饱和粘性土、加固填土、粉土、松散的砂土和已自重固结的素填土等地基，但对塑性较高的饱和软粘土的加固应谨慎处理。该加固方法具有承载力提高幅度大、地基变形小等优点，可适用于条形基础、独立基础、箱型基础等多种基础形式。

3 排水粉喷桩加固法

粉喷桩深层搅拌加固法简称粉喷搅拌法，是通过空气的压缩，把生石灰、水泥等材料，通过深层搅拌机的喷灰口喷出，在地基深处已被螺旋翼强制搅拌、切割的具备一定湿度的天然地基土上，使固化材料与土层发生一系列化学、物理反应，最终形成具有水稳性、高整体性及具备较高强度的地基。

在粉喷桩施工的过程中，因侧方向喷粉压力的作用，导致桩周土体不具备足够的抗拉强度，因此喷粉压力可能会对桩周的土体产生劈裂作用。而排水粉喷桩则在桩周围设置了塑料排水板，可促成粉喷桩施工的过程中产生的喷粉气流更为顺畅地在土体中流动。所以在施工过程中，排水粉喷桩对桩周土体具有更为明显的劈裂作用。劈裂可以大大增加桩周土体的渗透系数，最终使地基土在缩短载荷作用时间下，同样能够达到所需的固结度。在气压的劈裂作用过程中，裂缝会在桩周土体中产生，产生的裂缝会延伸至塑料排水板，可迅速排放粉喷桩施工过程中产生的气体压力。通过以上施工过程，水泥粉从喷嘴中喷出的流动性得到大大提升，进而在搅拌过程中使粉喷桩的水泥土变得更加均匀，最终达到提高桩身质量的目的。

排水粉喷桩的加固效果虽然显著，但该加固办法有一定的适用范围。一般来说，当遇到粘性土和粉土的地基承载力大于120 kPa时，该办法不适用。如遇到有机质含量较高的软土地基时，将同样会影响到土体与水泥的水化反应，进而降低水泥土的强度。所以排水粉喷桩的主要适用范围主要为一下几种地基土类型：较高含水量且地基承载力小于120kPa的黏土、泥质土、粉土及粉质黏土等软土，且应具备大于35%的含水量。

4 其它加固方法及展望

1）土工合成材料地基。该处理方法是应用高分子土工合成材料来进行地基的处理：将上述合成材料埋入软弱地基土中，令其形成高弹性复合体材料，该方法可提高承载力3倍～4倍，达到减少沉降和增强地基稳定性的最终目的；

2）空心桩处理法。该处理方法是将人工挖孔桩设计成空心桩，在满足强度要求的同时，可以达到减少废土外运、节省混凝土、工艺安全、施工便捷、结构合理的效果；

3）水泥支柱喷射法。该方法是往井中投入旋转钻杆，该钻杆头部装载有喷射器及研磨器，开始施工后水柱由钻杆中喷出，软化、切割土层，并用研磨器将土磨碎。该钻杆通过摩擦及钻入到达目的深度之后，停止垂直喷射器，同时启动两个水平喷射器，进而在400个大气压力下，注入水泥浆。在撤出钻杆后，地下将形成直径达80cm的水泥柱，最终达到加固地基的目的。

5 结论

我国目前在地基处理技术方面已取得了突破性的成就，但尚有许多方向值得进一步研究创新。在不久的将来，我国地基处理必将在计算方法、设计理论、设备创新及施工工艺等一系列理论与技术的研究上有新的突破，向更高的目标迈