当代软土地基处理技术
当代软土地基处理技术
摘要： 本文首先介绍了软土的一系列特征，并进一步阐述了地基沉降及变形对地基承载力的影响。为进一步提高软土地基的承载力提出了一些比较有针对性的处理技术，并具体分析了每一种处理技术的原理、施工工艺和适用的地质情况。
关键词： 软基处理；变形控制；处理技术
软土是一种天然空隙比大于1.0，且天然含水量大于液限的细粘土。软土包括淤泥土，淤泥质土，泥炭，泥炭质土等。有时工程界也把河道疏浚、围海造地，人工促泥等冲填而成冲填土，以及人工搬运的杂填土等高压缩性土称为软土。软土主要分布在我国的东南沿海及沿大江、大河三角洲的冲积平原，呈现“北强南弱”的趋势。苏南、上海等地区的软土力学强度较高，浙江、闽南地区的软土力学强度较低，压缩性较大。
软土具有含水量高，孔隙比大，高压压缩性，低强度；渗透性小，水稳定性差的特点。凡由上述软土层构成的地基称为软土地基。
结构物的地基问题有地基承载力，地基变形计算，地基稳定性验算。在工程建设中，天然软土地基一般不能满足结构物的基础对地基的要求，也不能保证结构物的安全和正常使用。 地基承载力应满足变形和强度的要求。地基变形必须不影响建筑物地基的沉降与沉降差。基础倾斜和地面沉降，对于具有大面积荷载的软土地基应做地面附加沉降验算。本文将介绍提高地基的强度和控制沉降量的几种地基处理技术。
软土地区基础设计的主要问题是沉降控制，设计失误的主要原因也与沉降变形的计算有关。然而这一经验理论的得出，经历了较长的时间。
20世纪中叶以来，工程界一直采用平板荷载确定地基容许承载力，一直到上海展览馆事故。当时取“平板荷载试验”确定的地基容许承载力为130kPa，经过不到20年的时间建筑物平均沉降值为1 666mm，最大值为1 747mm。这次事故提醒了工程界，简单地依靠“平板荷载试验 ”将荷载试验结果不加修正就应用到实际工程中去，很可能会出现事故。于是，有些专家又提出一套直接用沉降计算来确定地基土容许承载力的方法，在虚拟地基土容许承载力的场地上用分层总和计算沉降（计算时压缩模量用Es0.1-0.2），当沉降量达到规范规定的最大值时，基底平均压力即为该场地的地基容许承载力。这套方法的计算结果也兼顾了“平板荷载试验”理论。按此方法进行地基基础设计获得了相当不错的效果。但是，随着建筑行业的发展，6层及6层以上的建筑物成为建筑行业的主流。因为建筑物体量的增大，按此方法设计的地基基础，沉降偏大的工程实例比比皆是。有些专家试图借用“硬壳层”较高的承载力设计多层建筑物的天然地基浅基础，无论用何种方式提高软土地基承载力，最终还是过不了沉降量偏大这一关。终于证明了决定软土地基承载力的主要因素是变形控制指标，然而单纯地用沉降计算来确定
地基容许承载力方法的局限性，地基土的强度与沉降量只能分开进行计算。
对于6层及6层以上建筑物的基础设计，天然软土地基很难将建筑物沉降控制在100mm~150mm以内。为了解决天然地基承载力不足与沉降过大的问题，各地根据自己的条件，采用了多种不同的地基处理技术。经过长期的实践，现在工程界积累了不少地基处理方法，并且这些处理技术日渐成熟化和理论化。对软土地基常见的处理方法有换填垫层，预压法（排水固结法），化学加固法。
1 换填法
换填法是将基底以下一定深度范围内的软弱土层挖出，换填成无侵蚀的低压缩性散体材料（中砂、粗砂、碎石、卵石等），分层夯实作为基础持力层。常用轻型建筑物，地坪，堆料物和道路等地基处理，有时也用多层建筑物的换填。
换填土中包括砂和砂垫层，灰土和素土垫层，碎石和矿渣垫层。不同材料的垫层，其主要作用都是用抗剪强度较高、压缩性小的填筑材料代替软弱土，承担基础荷载的压力。由于砂垫层或其他垫层的应力扩散作用，减少了垫层下软弱土层的附加应力所以也减少了软弱土层的沉降量。另外，垫层材料空隙大，透水性强加快排水从而加快软土固结，防止低温冻胀。
对于轻型建筑物，地坪，堆料场或道路，采用换填垫层处理上部软弱土时，由于传递到下卧层顶面的附加应力很小，可取得较好的效果。然而，在工程实践中，对工程结构刚度差，体型复杂，荷载较大建筑物，由于传到下卧层的附加应力较大，如仅换填软弱土层上部，地基仍将产生较大的变形及不均匀变，因此采用换填垫层时必须考虑建筑物分布，结构刚度等因素的影响。
2 排水固结法（排水预压法）
排水预压法根据加压方式的不同可分为堆载预压（含超载预压）法，真空预压法，降水预压法以及联合加压法。
2.1 堆载预压法
堆载预压法是在地基中设置砂井，塑料排水带（板）等竖向排水体，然后利用建（构）筑物本身重量分级逐渐加载，或者是在建筑物建造以前，在场地先加载预压，使土体中的空隙排出，土层逐渐固结，地基发生沉降，同时强度逐渐提高的方法。但是应当注意的是在软弱地基堆载预压，必然在地基中产生剪力，当这种剪力大于软土地基的抗剪强度时，地基剪切破坏。因此，堆载预压需要进行分级加载，等到前期荷载作用下地基强度增加到足以满足下一级荷载时，方可施加下一级荷载，直到加到设计的荷载值。另外，对于地基沉降要求严格的建筑物，应采取部分超载预压处理地基，其超载值视残余沉降量和固结值而定。
2.2 真空预压法
真空预压法是在需要加固的软件土地基内设置竖向排水体，然后在地面铺设砂层，并将不透气的密封膜覆盖于砂层之上，使膜下土体抽成真空，产生负压荷载作用于地基土，从而达到排水固结的目的。值得注意的是真空预压的边缘应大于建筑物基础，每边增加量不得小于3.0m，每块预压面积宜应尽可能大且方形。另外，真空预压的效果与膜内真空大小关系很大，真空度越大，预压效果越好。随着真空预压技术的成熟，20世纪90年代末期部分专家又提出了低真空预压等新工艺。低真空预压法是由水平排水系统设在泥封层之下而得名。它利用江河，湖泊的疏浚清淤泥浆，就近吹填于低陆地面或公路路基填高，既治理了河道、湖泊，又减少了土方费用及运输费用，使得工程造价降低。还可以利用淤泥造土，在施工过程中不需要外加剂，环境效果好。
2.3 降水预压
降水预压是借助井点抽水降低地下水位，增大土体有效应力而使土体得到加固的一种地基处理技术，与堆载预压法相比，降水预压使土中孔隙水压力降低，所以不会使土体发生破坏，不需要控制加荷速率，可一次性降水至预定深度。降水预压法一般适用于在软土层上存在砂或砂质土的情况。降低地下水位可以改善土的性能，提高地基的稳定性，这是工程实践证明的事实。只要环境允许，地质条件合适，降水预压处理是一种最简单的工程措施。降水法加固软土地基的主要原理：一方面使土变干燥，从而提高强度和稳定性；另一方面孔隙水压力减小，使有效应力增大，产生固结并且提前完成沉降，强度增大；另外降水预压法改变地下水流线方向使渗透压力变化，侧压力减小。
3 化学固结法
化学固结法分为灌浆法、高压喷射注浆法、深层搅拌法。
深层搅拌法是用于加固饱和软黏土地基的一种方法，它利用水泥、石灰等材料作为固化剂的主剂，通过特制的深层搅拌机械，在地基深处就将软土和固化剂（浆液或粉体）强制搅拌，利用固化剂和软土之间所产生的一系列物理化学反应，使软土硬化结成具有整体性，水稳定性和一定强度的优质地基。深层搅拌法可用于增加软土地地基的承载能力，减少沉降量，提高边坡的稳定性。
软土与水泥采用机械搅拌加固的基本原理是基于水泥加固法的物理-化学反应过程。它与混凝土的硬化机理有所不同，混凝土的硬化主要是水泥在粗填充料（即比表面不大，活性弱的介质）中进行水解和水化作用，所以凝结速度较快。
东南沿海及大江、大河三角洲的冲积平原是我国软土分布的主要地区，也是我国经济建设最早的开发区。特别是近半个世纪，随着大规模经济建设的发展，对我国软土地基的处理提出了更高的要求。但因为各种各样的结构物对软土地基要求不同，各地区天然软土地质的成份也千差万别，这就决定了软土地基处理的复杂性、灵活性，也要求我们对软土地基的处理除了借鉴历年的施工经验之外，更重要的是根据当地的软土地质测试数据综合分析，灵活选择各种处理方法。同时在软土地基上施工要不断测量、分析可能存在的隐患问题。使软土地基能够很
好地承担基础压力，控制变形沉降。
参考文献
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