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软弱土地基处理对策研究
刘建军 ( 建筑工程技术 专业 0730610256 湖北 黄石 435003 ) 摘要：为充分利用土地资源，有必要对软弱土地基进行处理。本文探讨了软弱土地基的特性，结合具体的工程实例比较分析了常用处理方法的特点及在工程中的应用。
关键词：软弱土地基；不均匀沉降；处理方法；应用
我国幅员辽阔，海岸线长，河流湖泊遍布，软弱土地基分布广泛。加之我国建筑业迅猛发展，原先的优良地基由于建筑层数的增高，荷载的增大，也变为软弱地基。因此，对软弱地基处理的研究非常必要。本文将在前人的基础之上进一步探讨软弱地基的特点，并结合工程实例总结地基处理的方法以及在工程中的应用。
1 软弱地基的特点
软弱地基主要由淤泥、淤泥质土、冲填土、杂填土或其他高压缩性土构成。其主要缺陷是承载力不足、地基变形过大。基础底面以下，当土层的地基承载力低于持力层的1/3时，则该土层为软弱下卧层。软弱下卧层地基指受力层范围内存在软弱地基土层的地基。
原则上应避免在软弱地区进行工程建设，因为含水量较高，具有高压缩性、流变性、渗透性差和抗剪强度低等特性。
软弱地基处理有提高地基的抗剪切强度、降低地基的压缩性、改善地基的透水特性、改善地基的动力特性和改善特殊土的不透水性等作用。
2 软弱土作为持力层的相关要求
如果必须要利用软弱土作为持力层时，必须满足《地基规范》第7.2.1条规定： （1）淤泥和淤泥质土宜利用其上覆较好土层作为持力层，当上覆土层较薄，应采取避免施工时对淤泥和淤泥质土扰动的措施。
（2）冲填土、建筑垃圾和性能稳定的工业废料，当均匀性和密实度较好时，均可利用作为持力层。
（3）对于有机质含量较多的生活垃圾和对基础有侵蚀性的工业废料杂填土，未经处理不宜作为持力层。（《地基规范》第7.2.7条。）
软弱土地区建筑物裂缝和损坏的主要原因是由于地基的不均匀沉降超过的上部结构所能承受的不均匀变形能力。因此，设计时根据地基的不均匀沉降的分布规律，从建筑布置及结构
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处理两方面采取必要的措施。在建筑布置方面，宜采用单元组合的设计原则，就是对体型复杂或超长的建筑物，设置沉降缝将其分割为若干独立的单元，增强各单元建筑的刚度和强度，使每个单元具有一定的调整不均匀变形的能力。在结构措施方面，应减小结构的单元长度，增加结构的整体刚度，适当增加基础的刚度和强度等方面着手采取恰当的措施，保证软弱地区建筑安全并确保建筑使用功能的实现。
3 软弱土地基处理方法分析
目前常用的地基处理方法包括换填法、排水固结法、强夯法、砂石桩法、水泥土搅拌法、灌浆法和高压喷射法等，每一种方法都有自身特点和适用条件，现分述如下：
3.1 换填法
当软弱地基的承载力和变形满足不了建筑物的要求，而软弱土层的厚度又不很大时可将基础底面以下土层的部分或全部挖去，然后分层换填强度较大的砂（碎石、素土灰土、高炉干渣、粉煤灰）或其他性能稳定，无侵蚀性的材料，并压（夯、振）实至要求的密实度为止，这种方法称为换填法。《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）中规定：换填法适用于浅层软弱地基及不均匀地基的处理。
当地表软弱土层为饱和淤泥或淤泥质土时，一般要求挖除后换填砂（砾）土、碎石、石渣、矿渣、黏土等透水性良好的材料，分层填筑并压实，压实要求同表层压实法，挖除方法主要有挖土机械掘法，人工挖除法等。当软土过于软弱而挖土机推土机无法作业时，可采用水力挖塘机组挖除，即用高压水流对软黏土进行切割并冲成泥浆，然后用泥浆泵送到指定地点沉淀后再处理。
通常基坑开挖后，利用分层回填压实，虽也可处理较深的软弱土层，但经常由于地下水位高而需采取降水措施，且坑壁放坡占地面积大或需要基坑支护，以及施工土方量大，弃土多，常使处理工程费用增高，工期延长，对环境影响增大等，因此换填法的深度通常控制在3m以内，但也不宜小于0.5m，因为垫层太薄则换土垫层的作用并不明显。
某综合楼占地面积为288.00㎡，拟建场地属于河流侵蚀堆积地貌，地势平坦，原为耕作地。场地区域内的抗震设防烈度为6度，设计地震分组为第一组，设计基本地震加速度为0.05g。等效剪切波速v为180m／s，覆盖层厚度约为20m左右，拟建场地的土类型划分为中软场地土，场地类别Ⅱ类。场区地下水类型主要为潜水，赋存于中粗砂层，透水性强，水量较大，静止水位埋深，地面起算3.20m～3.80m。据勘察结果显示：场地地基土主要以第四纪沼泽沉积的淤泥质
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土为主，部覆盖有少量素填土。第一素填土层，第二素填土层呈松散、流塑、软塑状，地基土均具有压缩性，承载力低，属于地基软弱土，不宜作建筑、构筑物的持力层；而第三层中粗砂层，第四层粉质粘土层及以下的土层呈硬塑状，具低压缩性、承载力高的特点，是勘察场地内建筑、构筑物的良好持力层，换填部分软弱土可以提高地基的承载力从而达到设计要求，故设计采用砂石换填处理的方法进行地基处理。
该工程采用振动碾压法施工工艺，分段摊铺分层碾压，要求每层虚铺厚度不大于300mm。控制砂石混合料含水量在8％～12％之间，否则应洒水或晾干。地基换填完后，为确定碾压换填达到设计要求，建筑质量检测中心对工程实施静载荷试验，任意选取试验点。通过试验，质量检测中心得出结论，地基换填承载力大于150kPa。在基础顶板和两侧边梁上各均布4个沉降观测，砌筑生产上场前观测1次，上场后每过15天观测1次，设备安装完观测1次，投产观测1次，并做好观测记录。经核实所有观测点沉降数据均在规范允许范围之内。
大量工程实践证明，各种换填材料经过压实换填后都可以提高地基承载力、减少沉降量、加速软弱土层的排水固结、防止冻胀、消除膨胀土的胀缩等作用。在换填材料丰富、土层勘察明确的地区，使用各种材料换填软弱地基土的方法具有施工简便、成本低、工期短等特点，是当前地基处理技术中比较经济、可行和常用的方法之一。
3.2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（袋装砂井或塑料排水带）等到竖向排水体，然后利用建筑物本身的重量分级逐渐加载；或在建筑建造前在场地先进行加载预压，使土体中的孔隙水排出，逐渐固结，地基发生沉降，同时强度逐步提高的方法。该法常用于解决软黏土地基的降和稳定问题，使地基的沉降在加载预压期间基本完成或大部分完成，使建筑物在使用期间不致产生过大的沉降和沉降差。同时可增加地基土的抗剪强度，从而提高地基的承载力和稳定性。
广东顺德快速干线线路位于珠江三角洲相冲积平原，地下水位高，河网交叉频繁、耕地和鱼塘范围大。表层软土(淤泥、淤泥质土)发育， 呈流塑、软塑状，扰动易失水离析，具高压缩性、高含水量、欠固结、高灵敏度、低强度和低承载力的特点。地基土层为：+2.0～-0.5为素填土，杂色，主要含碎石、砖块等建筑垃圾和少量植物根系，道路区主要为杂填土，鱼塘区主要为塘梗；-0.5～l3.2为淤泥、淤泥质土，灰黑色，主要由粘粒组成，粘性较强， 干强度高，切口较平滑，底部含较多植物腐殖质，流塑状态：-13.2～-15.9为粉细砂，深灰、灰白色、
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松散，饱和，含贝壳，云母，局部夹中砂。该区软土的透水性较 高，适合使用排水固结法加固软基。以下是砂井布置与施工方法。
路基宽度为58.5m，设计采用的袋砂井直径为7cm，呈正三角形布置，砂井长度由软基深度确定，一般全部穿透软土层，并打入持力层50cm。
1）设置砂垫层
（1）首先清除地面上的草皮及杂物，再用土质相同的土填筑成路拱式横坡，坡度不小于3％，要求碾压密实，形成排水坡，设计密实度为0.90以上。
（2）再在路拱上均匀地铺设透水性好的粗砂层，砂层厚度在30cm以上，表面应平顺，形成与路拱相同的坡度，以利于袋装砂井排出的水能迅速从该砂层中流出。
2）机具定位
（1）袋装砂井布置呈正三角形，各边间距按设计要求。
（2）根据袋装砂井布置范围及间距，采用小木桩或竹板桩准确定出每个砂井的位置，在套管入土时再将其拔掉。
3）打入套管
（1）当套管吊起定位后，即可轻缓打击。入土困难时，再进行大幅振动打击，直至设计深度为止。
（2）套管打入前，在套管上放置注水用的水管，用以向套管内注水。当向套管内放入砂袋时，同时注水，防止回袋。
4）起吊下砂袋
（1）砂袋运输要用专门运送工具，严禁在地上拖拉。
（2）下放砂袋时，应在套管上口设滑槽，将砂袋缓慢顺直地放入套管。 5）拨套管
砂袋到位后即可起拨套管，起拔时要连续缓慢进行，中途不得放松吊绳，防止因套管下落而损坏砂袋。
6）袋头处理
套管拨出后，砂袋应露出井口30cm，由于振动下砂袋过程中砂袋更加密实，上口通常会形成空袋，必须二次补砂密实，用力抖动袋口后，重新扎牢袋口，防止在孔口附近形成缩井或断井， 影响排水效果。
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在经过3个月的超载预压后，该区的沉降速率已经降低到很小，基本达到了卸载要求，由此可见，本区在路基填筑期间已经完成了大部分主固结。此外，路基横向的差异沉降相对较小，说明软土层在本区的横向分布比较均匀。袋装砂井排水固结法进行软基处理，关键在于施工工艺和质量控制．施工过程中要严格控制砂的质量和砂袋的灌砂量，防止砂袋的颈缩和回带；对于软土厚度较大、土含水量较高的土层，为达到预期的加固效果，要选择一个合适的砂垫层标高和厚度，使土体压缩过程中砂垫层处于排水边沟水位之上。广东顺德快速干线公路项目施工期间及沉降观测显示，地基处理效果良好，各项指标满足了设计要求。
排水固结法适用处理各类淤泥、淤泥质土及冲填土等饱和黏性土地基。砂井法特别适用于存在连续薄砂层的地基。但砂井只能加速主固结而不能减少次固结，对有机质土和泥炭等次固结土，不宜只采用砂井法。克服次固结法可利用超载的方法。真空预压法适用于能在加固区形成（包括采取措施后形成）稳定负压边界条件的软土地基。降低地下水位法、真空预压法和电渗法由于不增加剪应力，地基不会产生剪切破坏，可适用于很软弱的黏土地基。
3.3 强夯法
强夯法国际上称为动力固结法（dynamic consolidation Method）或称动力压实法(dynamic compaction Method)。这种方法是反复将很重的锤提到一定高度使其自由落下，给地基以冲击和振动能量，从而提高地基的强度并降低其压缩性，改善地基性能。
目前，使用的夯锤一般为10～40t，提升高度在10～40m。
宜昌兴山县公安局看守所监室、位于兴山县新县城古夫镇北侧古洞口小区，南与电业公司住宅楼毗邻。建筑面积2800平方米，基础全部坐落在高填土上，填土厚度3m-6m。填筑材料为碎石，砂，卵石和少量崩坡积含碎石粉质粘土等。由于该工程位于6度地震区的高填土上，并且下卧可液化土层，必须对地基进行加固处理。
该工程先后决定用沉管灌注桩基础、挖孔桩和强夯法。经比较最终决定采用强夯法，以15t履带式起重机作为提升机具。夯锤重120kn，以20mm厚的钢板为底，底面积1.8×1.8㎡，外包高0.96m。厚10mm钢板，内设多层锚固钢筋并满浇C28混凝土，锤底到锤面埋有5根ф100mm的通气管，以降低夯击的气垫作用，锤顶采用刚性吊环，使用吊钩得以迅速而方便的挂上。自动脱钩装置由船用脱钩装置改变而来，开钩拉绳一端系在脱钩装置的把柄上，另一端穿过焊在吊车大钩侧板上的转向滑轮，然后固定在吊车起重臂底部的轴上，当夯锤起吊到预定高度时，开钩拉绳即张紧而拉开脱钩装置的锁卡，使夯锤脱钩下落。
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据观测，强夯后地基平均下沉0.55m，夯击点周围没有隆起现象，在夯击截面2 m范围内，标高都有下降。通过现场测试，地基承载力提高1-2倍，有效影响深度达7 m左右，改善了地基的抗液化性能。经比较，采用强夯法比桩基节省投资15余万元，比人工挖孔桩节约投资18余万元，基础施工速度明显加快。质量效果甚佳，深受建设单位好评。
强夯法由于在实践中具有效果显著，适用土类广，设备简单、施工方便面、节省劳力、施工期短、节约材料，施工文明和施工费用低等优点，在世界各地应用很广泛。
强夯法适用于处理碎石土、砂土、低饱和度的粉土和黏性土、湿陷性黄土、素填土和杂填土等地基，均能取得较好的效果。对于饱和度较高的黏性土，一般来说，强夯法效果不明显，尤其对于淤泥和淤泥质土地基，处理效果更差，应用时要慎重。
3.4 砂石桩
碎石桩、砂桩砂石桩总称为砂石桩是指应用采用振动、冲击或水冲等到方法在软弱地基中成孔后，再将砂或碎石挤压入已成的孔，形成大直径的砂石所构成的密实桩体。砂砂石桩法早期主要用于挤密砂石地基，随着研究和实践的深化，其应用范围不断扩大。
砂石桩与桩间土形成复合地基，提高地基的承载力，可防止砂土的振动液化，也可增强软弱黏性土、素填土及杂填土地基。在饱和黏土地基上对变形控制要求不严的工程也可采用砂石桩进处理；但对于沉降要求较为严格的建筑结构，最好是通过现场试验后再确定是否采用。
砂石桩具有施工简单加固效果好，节省材料、工程造价低、无污染等特点，广泛应用于公路路堤（含构筑物）、码头、仓库、油罐、厂房和住宅等工业与民用建（构）筑物的地加固工程中。
砂石桩（含碎石桩、砂桩）复合地基与刚性地基的区别在于砂石桩属散体材料桩，无胶结强度，其刚度介于土和柔性桩之间，能承受和传递压力，不能承受拉力，并且在围限条件下方能成桩；砂石桩是地基整体的一个组成部分，仅起加固地基的作用；而刚性桩则需与建筑物的基础作刚性连接，并且某些桩可以预制。
3.5水泥土搅拌法
水泥土搅拌法是适用于加固饱和黏性土和粉土等地基的一种方法，它是利用水泥（或石灰等材料）作为固化剂（浆体或分体）强制搅拌，使软土硬结成具有整体性，水稳性和一定强度的水泥加固土，从而提高地基的强度和增大变形模量。
水泥土搅拌法一般适用于处理正常固结的淤泥，淤泥质土、黏性土、粉土、素填土（包括
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冲填土）、饱和黄土、塑性指数大于25的黏土、地下水具有腐蚀性时以及无工程经验地区，必须通过现场试验确定其适用性。
水泥土搅拌法加固软土地基具有其独特的优点： （1）最大限度地利用了原土；
（2）搅拌时无振动无噪音和无污染，可在密集的建筑群中施工，对周围原有建筑物和地下沟管影响很小；
（3）可根据上部结构的需要，灵活地采用柱状、壁状、格栅状等加固形式； （4）与钢筋混凝土桩相比，可节约材料并降低造价。
基于上述优点，水泥土搅拌法在铁路、公路、市政工程、工业和民用建筑等软土地基加固方面应用非常广泛。
3.6 灌浆法
灌浆法是指利用液压、气压或电化学原理，通过注浆管把浆液均匀地注入地层中，浆液以填充、渗透、和挤密等方式，赶走土颗粒间或岩石裂隙中的水分和空气后占据新的位置，经人工控制一定时间后，浆液将原来松散的土粒或裂隙胶结成一个整体，形成一个结构新、强度大、防水性能好和化学性质稳定性良好的“结石体”。
灌浆法可以从下列几个方面对地基进行处理：
（1）降低了地基土的透水性，防止流砂、钢板桩渗水，坝基漏水和隧道开挖时涌水，并改善了地下工程开挖条件；
（2）可整治塌方滑坡；
（3）提高了地基承载力，减少地基的沉降和不均匀沉降； （4）可进行托换技术加固古建筑地基。
3.7高压喷射注浆法
高压喷射注浆法（high preure jet grouting）简称为高喷法或旋喷法。具有加固体强度高。加固质量均匀、加固体形状可控的特点，已成为国内工程界普遍接受的、多用途、高效的地基处理方法。
高压喷射注浆，先利用钻机把带有喷嘴的注浆管，钻入土层的预定位置，然后将浆或水以高压流的形式从喷嘴里射出，冲击破坏土体，高压流切割、搅碎的土层，呈颗粒状分散，一部分被浆液和水带出钻孔，另一部分则与水搅拌混合，随着浆液的凝固，组成具有一定强度和抗
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渗能力的固结体。
高压喷射注浆法适用于处理淤泥、淤泥质土、黏土、黏性土、粉土、黄土、砂土、人工填土和碎石土等地基，当土中含有较多的大颗粒块石、坚硬黏性土、大量植物根茎或有过多的有机质应根据现场试验结果确定其适用程度。
高压喷射法注浆法可用于既有建筑物和新建筑的地基处理，也可用于截水土保持、防渗、抗液化和土锚固定等。高压喷射法的加固体可用作挡土结构、基坑底部加固，护坡结构、隧道棚拱，抗渗帷幕、桩基础、地下水库结构、竖井斜井等地下围护和基础。
除以上各种方法外，近年来还有土工合成材料、和复合地基等方法处理软弱地基。
4 软土地基处理方法的综合运用
以上各种方法各有优缺点，应根据各自适用条件合理选择，解决相应的问题。需要注意的是，由于各地软土地基条件千变万化，有时单独任一种处理方法都不能解决或不能完全解决问题，这时可同时运用两种甚至几种方法，综合各种方法长短合理运用。如饱和软黏土为软弱土层，其作地基的主要障碍是含水量大(呈饱和状态)，因此沉降量大、承载力低、强度和稳定性差。要使其固结并具有足够的承载力，一般情况下难以办到，若单一采用堆载预压来提高承载力，则短期内难见成效；若采用复合的方法，综合发挥几种方法的各自优势，问题就不难解决。
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致 谢
在论文写作期间，得到了缑勇老师的悉心指导。缑老师治学严谨，学识渊博，思想深邃，视野开阔，为我营造了一种良好的精神氛围。授人以鱼不如授人以渔，置身其间，耳濡目染，使我不仅巩固了所学知识，而且接受了全新的思想观念，领会了基本的思考方式，掌握了通用的学习方法。为我即将到来的工作奠定了专业基础技能。缑老师以其平易近人、朴实无华和认真负责的作风感染着我。再次向缑老师表达崇高的敬意和衷心的感谢！
此致
敬礼！
刘建军
2010年4月25日
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参考文献
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