公路施工软土地基处理工艺

时间：2020-08-31 04:07:51　来源：勤学考试网本文已影响人

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软土地基处理工艺研究

摘要：概述了国内外在软基处理工艺方面的发展过程和最新进展。通过查阅、分析大量国内外资料，总结了不同软基处理方法对淤泥质土、人工填土、黏性土、湿陷性黄土等不同土质的软基础的适用性。

关键词：软土地基；处理工艺；土质；适用性

前言

软土地基加固工程是当前许多工程建设中都会遇到的问题。经过几十年的不断发展，软土地基处理的方法已有多种，并且新方法、新材料、新工艺还在不断涌现。对一个具体工程来说，如何选用合适的地基处理方法就成了大家关注的问题。

1 国内软基处理方法

目前, 国内常见的软土地基处理方法各种各样，包括以下几种：排水固结法、注浆加固法、加筋法、置换法、挤密法以及强夯法等[1]。另外还有一些不常见的方法如热加固法、冻结法、爆破法等。

1.1 排水固结法

在我国沿海地区和内陆谷地分布着大量的软基，其特点为含水量大、压缩型高、透水性差和强度低，而排水固结法则是一种有效的处理方法。

排水固结法是指在地基中打入沙井或塑料排水板，然后在上部采用堆载预压或真空预压，使黏土中的水排出，从而提高土质的固结度及地基承载力。根据排水和加压系统的不同排水固结法具体又可分为：堆载法、砂井法、袋装砂井法、电渗法、超载预压法、真空堆载联合预压法及真空预压法等。

堆载预压法在塑料排水板与其结合共同处理地基后，由于施工简单、工效高、费用省、对土层的扰动小、适应地基变形的性能好等优点在我国发展很快，特别在青岛前湾港的地基处理中得到广泛的应用。该方法根据土质情况分为单级加荷和多极加荷。

真空预压法是将不透气的薄膜铺设在需要加固的软基表面的砂垫层上，借助射流泵和埋设在垫层中的管道，将膜下土体间的空气抽出，形成真空，使土体排水而压密，从而可以在短时间内达到地基强度的设计要求。

排水固结法通常适用于处理厚度较大的饱和软土和冲填土地基，对于厚的泥炭层则要慎重对待。

1.2 注浆加固法

所谓注浆就是用压送设备将具有冲填和胶结性能的浆液材料注入地层中土颗粒的间隙、土层的界面或岩层的裂隙内，使其扩散、胶凝或固化，以增强地层强度、降低地层渗透性、防止地层变形和进行托换技术的地基处理技术。

按灌浆机理的不同，可分为以下几类：

渗入型注浆浆液渗入软土的孔隙或裂缝之中，与软土一起固结为一整体，而地基土层结构基本不受扰动和破坏。该方法适用于存在孔隙或裂缝的地基土层。

劈裂灌浆在较高的灌浆压力作用下，浆液将克服地基中的初始应力和土体抗拉强度，使土体沿垂直于主应力的平面或在土体强度最弱的平面上发生劈裂，进而使渗入型注浆法不可灌入的土体可顺利实施，增大浆液扩散范围，达到软基处理目的。

压密灌浆在地基中灌入较浓的浆液，浆液迫使注浆点附近土体压密而形成浆泡。随着浆泡的增大，灌浆压力也增大，从而产生较大的上抬力。压密灌浆是用浓浆液置换和挤密土体的过程。

电动化学灌浆在地基中插入金属电极并通以直流电，借助电渗作用，将浆液注入土体中。或将浆液注入电渗区，通过电渗使浆液均匀扩散，以提高灌浆效果。

注浆法适用于岩基、砂土、淤泥、淤泥质黏土、粉土和一般人工填土层等地质情况，适用范围广，加固效果显著，但其成本较高。

1.3 加筋法

加筋法是指在地基土体中设置水平向筋体，通过土体与筋体间的摩擦作用，使筋体承受拉力，而筋间土体则承受压力及剪应力，进而使加筋土中筋体和土体都能较好发挥自己的潜能，达到提高地基稳定性、减小沉降目的的一种软基处理方法[2]。

加筋法使用的材料可分为典型不可伸长材料（如金属、塑料条、格栅等）和典型可伸长材料（如天然或合成纤维、土工织物布等二类，从处理方法上来又可分为加筋土、土锚、锚定板，土工合成材料，树根桩等。

加筋土是由多层水平加筋构件与填土交替铺设而成的复合体，构件主要承受土体产生的侧压力，填土则借助于加筋构件的约束而保持稳定。

加筋法由于要求土粒能够提供较高的剪切阻力，故一般宜选用摩擦角35°，且粒径大于0.08mm 的土粒不少于总量85%的土体作为加筋土。而黏性土由于其抗剪强度低（尤其是不排水抗剪强度）且不易排水，且其湿化对强度的损失极为敏感并会产生明显的蠕变效应以及土中的次生矿物易腐蚀金属等，故不宜选用。

1.4 置换法

由于地域不同、历史成因不同、地质年代不同和上部荷载历史不同等情况而造成浅埋土层呈现极其复杂的特性，如局部性、不均匀性等，因此置换法是行之有效的一种方法。

置换法又称换填法或换填土层法，是以优质土置换软弱土或不良土，分层碾压或夯实。该方法具体包括机械碾压、重锤夯实、平板震动、强夯挤淤以及爆破等不同原理。通常在港口工程中常用的方法有换填砂垫层、土工织物垫层法、爆破排淤填石法、抛石挤淤等。

机械碾压法、重锤夯实法、平板震动法常用于浅层不大于3m 的软基处理，对湿陷性黄土地基大于5m 则不宜；强夯挤淤法适用于厚度较小的淤泥和淤泥质地基;爆破法则适用于饱和净砂、非饱和但经灌水饱和的砂、粉土和湿陷性黄土地基。

从目前看来，仅通过置换软弱土来解决地基问题是不可能的，通常是结合其他方法如强夯法等使用[3]。

1.5 挤密法

挤密法是通过振密、挤密进行土质改良，使土体密实，从而达到提高抗剪强度和减小压缩性目的的一种方法。挤密法又可分为两种情况:一种是不加填料;另一种是加填料如碎石桩挤密法等。从严格意义上说，碎石桩挤密法的作用原理是置换不良的地基土来达到处理的效果的，而不是通过碎石桩使地基挤密的。所以通常挤密法也是结合其他方法一起使用的。

挤密法加固软弱地基有其独特的优点如: 加固深度大且直接作用于软弱土的部位，对不均匀天然地基适应性强，施工机具简单，不需水泥和钢材等。该方法适用于可压缩性土地基，如砂土、低饱和粉土和黏性土、湿陷性黄土、杂填土、素填土地基等。

1.6 强夯法

强夯法又称动力固结法，是通过反复利用落锤产生的巨大夯击能（一般为600kN·m～10000kN·m），在地基中产生冲击波和动应力，对地基土进行挤密，以达到减小土的压缩性、提高土的强度、消除湿陷性黄土的湿陷性，从而提高砂土地基抗液化的能力的一种方法。主要适用于碎石土、砂土、粉土、黏性土、杂填土和素填土等地基，也可用来处理可液化砂

土地基和湿陷性黄土地基。

为了将强夯加固地基应用于饱和黏性土地基，发展了强夯置换法。其加固机理与强夯法不同，利用重锤高落差产生的高冲击能将碎石、矿渣等物理力学性能较好的材料强力挤入地基，形成一个一个碎石墩。利用了地基中的碎石墩与墩间土形成碎石墩复合地基，提高地基承载力和减小沉降。

由于强夯法在工程实践中具有加固效果显著、适用土类广、设备简单、施工方便、节省劳力、施工期短、节约材料、施工费用低等优点，它在我国得到广泛的应用。

以上只是软土地基的几种常用的加固方法。现在新的加固方法层出不穷，如热力学法、爆破法等，但任何一种方法都有它的特定适用范围，决不可能应对所有的情况。但是，若能联合使用二种或二种以上的方法，那么很多比较棘手的地基问题就能迎刃而解了。如1984 年为研究解决天津新港钢铁码头堆场地基加固问题[4~7]，曾在现场做了袋装砂并真空排水预压和碎石桩两种方法的联合加固试验。试验是成功的。试验地点广布近期吹填的海底淤泥，容许承载力不到40kPa，而设计要求至少100kPa。先用袋装砂并真空排水预压法将地基的承载力提到100kPa，再用碎石桩法使承载力翻一翻，最后达到200kPa，从而满足了设计要求。

2 国外软基处理

这里，只介绍日本和美国的软基处理方法。

日本国土约70%是山区丘陵，平原仅占30%，大城市大多在平原上，而城市周围河流多，软土地基处理多。由于日本建设速度快，建设规模大，在建设中碰到各种不同的地基处理问题，因此其地基处理方法的研究、开发、鉴定、制定标准也发展很快。

2.1 日本地基处理

日本为一岛国，其陆地资源十分有限，而日本的填海造陆工程也为其地基处理的发展提供了广阔的空间。日本的常见地基处理方法有深层搅拌法、化学灌浆法、加筋土法、地基锚杆法、轻型填土法等。

2.1.1 深层搅拌法

深层搅拌法是利用水泥、石灰等材料作为固化剂的主剂，通过特制的深层搅拌机械，在地基深处就地将软土和固化剂强制搅拌，利用固化剂和软土间产生的一系列物理一化学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的处理方法。具体可分为机械搅拌式（包括稀浆系列和粉体系列）和高压喷射式（包括灌浆喷射系列、气泡灌浆喷射系列和水气泡灌浆喷射系列）两类。

2.1.2 化学灌浆法

化学灌浆法是用气压、液压或电化学原理，把某些能固化的浆液注入土颗粒中，以减小地基的透水性，提高地基强度的处理方法。根据使用地质情况的不同施工方法可分为二重管滤网法（单一型）、二重管滤网法（复合型）、二重管双填塞器法三种。

2.1.3 加筋土法

加筋土法其原理及工艺与我国基本相同，具体参照前文所述。

2.1.4 地基锚杆法

地基锚杆法的分类：

1）根据支承机构可分为摩擦型锚杆、支压型锚杆和复合型锚杆。

2）根据构成锚杆的材料可分为水泥地层锚杆、机械锚杆（板、土等）。

3）根据施工方式可分为地层加压型锚杆、无压型锚杆、管式加压型锚杆、扩孔型锚杆与打入型锚杆。

4）根据使用时间可分为永久型锚杆、临时型锚杆和去掉型锚杆。

5）根据固定方式可分为USL 工法、高强螺栓法、SEEE 工法、迪维达克工法与弗莱西奈工法。

2.1.5 轻型填土法

自使用泡沫聚苯乙烯超轻质填土材料以来，轻型填土工法在日本研究开发很快，使用轻型填土工法，能减轻软土地基的荷载，从而改善地基条件。其具有的优点：

1）使用轻型填土材料，填土荷载对地基影响小。

2）根据轻型材料、发生材料与胶凝材料的混合，可配置适合现场的密度、强度与控制条件要求的填土材料。

3）具有自承性与自硬性，从而减轻了墙壁的土压力。

4）流动化处理土与轻型材料，混合成具有流动性的材料，对地基影响小，在压实填土材料时，可加入回填材料。

适用范围：①用来防止软土地基填土而引起的下沉；②用于构筑物下的空洞充填；③在滑坡区采用此方法防止滑坡；④用于档土结构中，减轻土对墙面的水平压力；⑤用来减轻埋入式结构物的垂直压力与防止不均匀沉陷；⑥用来防止构筑物连接部分的高低差；⑦发生崩塌等灾害时，紧急使用此填土方法。目前，在日本使用较多的有泡沫聚苯乙烯填土法（简称EPS 法）。

2.1.6 日本地基处理开拓发展的主要方向

1）深水位下的地基处理；

2）开发大型纸板排水法；

3）承压带水层上的黏土处理方法；

4）防止液化的方法；

5）废物埋入土中的地基处理方法；

6）地基处理方法的电脑化、自动化与无公害化。

2.2 美国地基处理

美国地基处理的方法很多，地基处理方法可分为：土稳定性处理法、浅基础处理法、深基础处理法、灌浆法、土工织物法、粒状土的现场加密法、黏性土的现场加密法以及废料处理的回填与护面方法等。

2.2.1 土稳定性处理法

土稳定性处理法具体包括无支撑开挖、有支撑开挖、永久性建筑墙、锚杆、加筋土、基础托换等几个方面。具体内容与我国地基处理类似。

2.2.2 灌浆法

1）悬液型灌浆

悬液型灌浆是将固体颗粒（土、水泥、石灰、乳化沥青等）溶于水中形成悬液，将悬液注入地基的土颗粒中。以充满土颗粒的空隙。

2）溶液型灌浆

溶液型灌浆溶液包括：水溶液：包括硅酸盐衍生物、其它矿物凝胶、木质亚硫酸盐衍生物、其它植物衍生物、聚丙烯酞胺、酚醛塑料、聚酞胺塑料和上述化合物的混合物。胶质溶液包括有机溶液和矿物溶液。非水性溶液包括合成树脂、硫化油、沥青和其它

加热材料、溶剂类。浮浊液：包括沥青类和其它类等。与地基起反应的制品：包括与地基或地下水起反应的盐和与地下水起反应的制品。

2.2.3 土工织物法

土工织物是由合成材料制成的多孔织物，合成材料有聚丙烯、聚脂、聚乙烯、尼龙、聚氯乙烯、玻璃和其混合物。土工织物的厚度为10μm～300μm，最宽为9m,最长达到610m，从粗砾到细石都可用土工织物作反滤材料。

根据加工制造方法的不同，土工织物包括纺成型织物、非织型织物、格栅型织物和复合土工织物。土工织物主要有6 方面用途:隔离作用、加固作用、反滤作用、排水作用、防止雨水冲蚀作用以及作柔性模板。

3 软基处理方法优化选择

在对方法了解后，在软基处理方法的选择上，应考虑预期处理效果、材料来源和消耗、施工机具和进度、对周围环境影响和造价等因素。

由于软基处理方案的评价和选择通常是个定性的过程，在可能选择的方案中，选择一种安全、技术可行、经济合理的方案付诸实施，而且在操作的过程中，更多是强调某些或某个因素（如经济效益），而没有全面考察各种可能的因素。但是，软基处理方案是否选择得当，将会对工程的造价、工期和使用带来很大的影响。这种影响可能是长久的，甚至无法补救。由于软基处理要考虑的因素很多，如土质组成、地质往往带有模糊性、随机性和未知性的特点，如何才能更客观地反映处理方案中尽可能多的因素属性，更加合理地选择和评价处理方案，就给我们提出了一各个领域，也运用到软土地基处理的方法优化选择上来。

目前，我国有些单位采用模糊分析方法和其他一些方法如层次分析法，通过建立评价模型然后经过专家调查及工程类比给出了各考查因素的影响程度及评价结果，然后利用模糊数学的方法对各方案进行系统、全面的客观评价，把难以辨别的复杂系统中的不确定因素转变为统一的数学关系，进而方便地确定出使系统达到综合最优的地基处理方案[8，9]。

目前确定的评价模型往往只是对几种单纯方法的对比选择，还没有将一些组合方法的使用加入模型之中，但在这种解决施工方法的优化选择组合上，也为我们提供了理论依据[10]。

4 结语

软土地基处理在实际工程运用中应针对具体地质条件选用合适的处理方法，且合理的组合使用软基处理方法往往会起到事半功倍的效果。

在查阅大量国内外资料后，得到适用于淤泥质土的方法有排水固结法、注浆加固法、加筋法置换法、挤密法等; 适用于人工填土的方法有注浆加固法、置换法、挤密法以及强夯法等;适用于黏性土的方法有注浆加固法、加筋法、置换法、挤密法以及强夯法等;适用于湿陷性黄土的方法有注浆加固法、置换法、强夯法等。

参考文献

【1】俞三溥.软基处理中沉降经验公式的应用[J].大坝观测与土工测试,1997(1).

【2】邵晓峰.沿江枢纽拓宽段软基处理的设计与施工[J].中国市政工程,2005(2).

【3】黄洪海,周广义.浅谈桥涵软土地基的施工[J].哈尔滨铁道科技,2005(1).

【4】宋海波,祖振基.路基施工中软基处理的几种方法[J].黑龙江交通科技,2002(3).

【5】李卫东.CFG 桩+ 粉喷桩与桩间土复合地基在软土地基加固工程中的应用[J].资源环境与工程,2007(1).

【6】李史华,肖广成.京珠高速公路广珠段软基处理工程的质量控制措施[J].公路,1999(1).

【7】陈少锋.道路软基处理常用方法简介及评价[J].云南交通科技,1998(4).