软土性质及其地基加固技术的探讨

软土性质及其地基加固技术的探讨

发表时间：2018-07-23T18:22:15.970Z 来源：《基层建设》2018年第18期 作者： 肖功杰

[导读] 摘要：通过对软土地基相关文献的分析，首先介绍了我国沿海地区软土的一般性质、软土的强度和变形，在此基础上，更进一步论述了软土地基的高压缩性、低透水性、触变性、流变性，探讨了软土地基的加固技术措施，为日后工程实践提供参考。

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摘要：通过对软土地基相关文献的分析，首先介绍了我国沿海地区软土的一般性质、软土的强度和变形，在此基础上，更进一步论述了软土地基的高压缩性、低透水性、触变性、流变性，探讨了软土地基的加固技术措施，为日后工程实践提供参考。

关键词：软土地基；地质性质；地基加固

引言：随着我国在公路、铁路、港口、城市工民建等工程领域的快速发展，近年来，沿海城市的工程建设更是突飞猛进，由于沿海地区有着特殊的软土地质条件，因此在建造过程中对软土的研究也越来越多，如软土的性质、软土地基的稳定性及地基加固技术的研究是目

前软土地基研究的主要热点，国内科研单位和施工企业对沿海软土的工程性质、软土地质加固的设计和施工方面已积累了非常丰富的工程

经验和大量可供参考的工程数据。基于此，本文将从软土的工程性质、软土地基概念、特点及加固处理措施几个主要方面对其进行分析和

探讨。

一、软土的工程地质性质研究

1.软土的一般性质

在我国沿海一带，由于大部分土层属于现代沉积层，所以沿海软土通常天然含水率高、含水量大，此外，其孔隙率大，压缩性高，强度低，具有蠕变，触变和流变性等特殊的工程地质特征。同时沿海地区的许多建筑物和建筑物往往不得不建在深厚的软土层上，因此，在

软土地质上修筑建筑物和构筑物时，必须对这些软土层进行详细的勘探、试验和分析，并优化软基处理设计方案，并采取切实可行的软基

处理措施，在软基施工时要做好各项安全防范措施，否则容易引发工程事故。通过对近年来我国科研院校和城建部门在沿海软土层上进行

大规模研究和工程建设所获取的软土工程地质性质资料进行分析。实验结果表明，我国沿海地区典型的软土类型主要有如下几类，分别是

淤泥、淤泥质粘土、淤泥质亚粘土和淤泥混砂，不同区域分布的同一软土性质也比较类似。通过对我国沿海地区软土的大量的研究和分

析，得出如下表1所示的软土的工程性质及变化范围。

表 1 我国沿海地区分布的四中典型软土的工程性质

Table 1 Engineering geologicai property of soft soil in coastal region of china

上表中的这些软土中，淤泥混合砂具有其天然特征，它主要分布在我国沿海一带，尤其是珠江口附近。淤泥混合砂特别不均匀，其中混合砂粒常常以团状出现。就外观而言，除颗粒组成外，其物理性质似乎与淤泥质亚粘土的物理性质非常相似，但实际上，它们的力学性

能并不完全相同。由于大量的砂子混合，这种土壤的总含水量并不是很高，但其力学性能主要取决于填充在砂土孔隙之间并围绕砂土和砂

土的分隔的淤泥，所以它的强度通常接近淤泥。有时获取原始土壤样本并不容易，如果按照扰动土壤的样本来鉴别土的类别，则有可能将

这种土定名为砂土，根据这种情况来进行设计则可能引起工程事故。鉴于此，1987年出版的“港口工程岩土工程勘察”中对该类土壤进行了

专门的分类，并强调：“对于这种混合土的承载能力，物理指标不作为评估和计算的基础。应使用力学性能或现场原位测试方法确定”，进

而提醒勘探和设计人员不能掉以轻心，要进行仔细勘察和确设计的安全性。

2.软土的强度和变形

就强度而言，在岩土工程实践中，通常需要解决两个剪切问题：确定土的天然强度，以及确定土在不同荷载条件下土强度变化的规律。天然强度是指在不排水条件下保持天然水分含量不变和剪切破坏的强度。在大量的试验表明，软土的原位不排水强度随主应力的变化

而变化，并可推导出一般表达式。另外，从大量不排水强度试验数据的统计分析可以发现，在现有的不排水强度测量方法中，盒式直剪仪

的快速剪切试验结果是最无序的。这是因为盒式直剪仪不能严格控制排水条件，使用它进行快剪切试验时，甚至会给出完全不合理的结

果。当然，目前的十字剪切试验仍然是获得饱和软土抗剪强度的最有效方法之一。对于软土的变形情况，结合Biot理论和有限元方法，提出

了各种非线性弹性和弹塑性应力 - 应变模型，并用于软土地基的固结和变形计算中。

总而言之，影响软土变形和强度的因素非常多，也比较复杂。目前还没有数学模型能够完全表征软土的全部复杂性质，计算理论也不能同时考虑软土地质如此多的复杂因素，此外，现有的弹性理论和极限平衡理论，以及目前正在大量开发和研究的弹塑性和粘弹塑性模

型，只是针对软土力学性质的某一具体问题进行研究，而次要的问题则不予考虑，仅以主要因素为对象建立简化的数学模型。

二、软土地基概念及其特点论述

软土地基是指含水量大，压缩性高的软土，并具有一定的粘性，且在沿海，内陆和山区等的河岸周边地区较为常见。分布在这些地区的软土层非常丰富，土壤结构中的空隙较大，强度较低。其中许多由淤泥，软填土或杂土组成的软土地质基，它们具有很大的触变性和蠕

变性，其密度也难以满足工程建设的需要。对于修建在压缩性较高、强度较低的地基上的建筑物和构筑物都会存在地基失稳的安全隐患，

这不仅对工程建设的正常实施造成严重影响，进而导致严重的安全事故发生，所以只有依靠人工建设来提高地基的稳定性，更好的提升地

基的抗压强度，因此了解和掌握好软土地质性质及特点的就变得至关重要，所以从如下四方面来介绍软土地基的工程性质。

2.1 软土地基的高压缩性

由于软土本身的空隙较大，因此土质的含水量自然较多，压缩系数在0.005~0.02cm2/N，压缩性往往随液限的增大的而增大，同时软土含有大量的微生物和腐殖质，这就是导致软土具有高压缩性的主要特点。

2.2 软土地基的低透水性

在对软土地基进行加固处理的时候，软土地基具有较低的透水性，渗透系数大部分为10-8~10-7cm/s之间，通过对软土垂直层面的透水性情况的观察和分析，低透水性对软土地基排水问题有重要影响，所以在荷载作用下软土地基固结较慢，强度也不容易提高。

2.3 软土地基的触变性

在对建筑施工过程中，软土地基以絮凝状结构沉淀为主要特征，由于自身受到极强的压力改变了原状土质，对其软土结构破坏之后软土地基也会很快变成稀释状态。

2.4软土地质的流变性

在剪应力作用下，土体会产生缓慢的剪切变形。变形规律是剪切应力越大，剪切变形越明显，当剪切应力达到一定值时，土质因长期受剪切可能发生剪切破坏，此时的剪切应力通常小于常规实验方法获得的剪切应力，这个值被称为长期抗剪强度。通常为常规试验方法的

抗剪强度的40％到80％，同时土的塑性指数越大，其值越小。由于软土的流变性质，工程中软土固结后，还可能产生一定的次固结沉降。

三、软土地基的加固措施探讨

由于软土地基具有上述特点，软土地基加固处理概括起来主要有如下方法：分别是堆载预压法、真空预压法、反压护道法、水泥土搅拌桩法、换填法、强夯法、化学加固法，每种方法特点各异，接下来对其一一分析和介绍。

3.1堆载预压法

该方法是在施工前使用大于或等于设计荷载的填料荷载来挤压土壤，以提前加固基础，提高地基强度，减少施工后沉降。当强度指标达到设计要求值时，卸去堆载荷载，再开始下一工序施工。堆压预处理后，基础一般不会再产生大的固结沉降。使用填料作为堆载，成本

较低，施工填筑时最好采用分层分级施加荷载来控制荷载速率，避免地基的剪切破坏，达到缓慢提高地基强度的效果。这种方法的原理比

较成熟，施工方便，不需特殊的工程机械和材料。由于软土的固结系数较小，软土的排水固结时间较长，因此施工周期较长。如果施工时

间允许，可以单独使用，如果施工时间非常紧张，则可和其他方法配合使用。

3.2真空预压法

真空预压的方法是在需要加固的软土中设置砂井或塑料排水板，然后在地面上铺设砂垫层，并用气密膜密封，将其与大气隔绝，通过埋设在沙垫中的细水管道，并利用真空装置进行抽气，排出薄膜中的空气，由此在薄膜的内侧和外侧之间产生压力差，气压差被转换成作

用在地基上的载荷，基础不会产生剪切破坏，这对软土地基是有利的。该方法不需要加载，消除了加载和卸载步骤，极大地缩短了预压时

间，不需大量的堆载材料来增加荷载，所使用的设备和所采用的施工工艺都较为简单，同时也不需要大量的大型设备，对促进大面积施工

非常适用。

3.3反压护道法

这种方法是指在道路主路堤两侧填筑一定宽度和高度的护道，以达到路堤稳定的一种方法。利用护道的填土重量来增加稳定力矩，以此来平衡主路堤的滑动力矩，其高度一般为路堤填充高度的1/3~1/2。这种处理软土地基的方法对于解决路基稳定性是切实可行的，此种方

法可以使反压护道与主路堤同时填筑，只要反压护道填筑速度不慢于主路堤即可，因此可以机械化快速完成路基填筑，提高施工效率。但

是这种方法需要大量的用地和丰富的填料来源，在用地和填料有困难的情况下往往显得特别不经济。

3.4水泥土搅拌桩法

水泥土搅拌桩是一种处理软土的胶结方法，它使用水泥或石灰作为固化剂的主要成分，通过一台特殊的钻孔搅拌机，在地质深处将软土和固化剂强制搅拌，利用固化剂与软土之间发生的一系列物理化学反应，使软土固结成具有整体性、水稳定性和一定强度的地基基础，

从而使得地质承载力得到提高和减少基础沉降的目的。处理后的地质基础应视为结合成板体的复合地基，桩和土应共同承受荷载。它具有

施工速度快，施工设备重量轻，设备移动方便，易于操作和处理深度大等众多优点，因此在软土地基施工中应用非常广泛。

3.5换填法

换填法就是用好土全部或者部分替换软土的一种方法，以达到保证地质稳定性和降低沉降量的目的。换填土可以采用开挖和强制挤出两种施工方法，当软土层厚度不是很大时，可以采用全部开挖换填和部分开挖换填，当考虑对周围环境的影响无不利后果时，可采用强制

换填法，强制换填法是利用填土重力将软土从两侧或者前方挤出，或者用炸药装入软土内，通过爆破将软土挤出，然后选用排水性能好、

强度较高、稳定性好、承载力好砂、砂砾、无侵蚀的土作为换填材料。该方法经济实用的高度一般为2〜3m。如果需要处理的软土层厚度

过大的话，采用换填法不仅会增加弃土和借土的工程量，而且还会增加工程的造价。

3.6强夯法

对于含水量在一定范围内的软弱粘性土和孔隙率较大的地基，可采用夯实或者重锤强夯来处理。其基本原理是：在巨大的夯力作用下，土层产生巨大夯击压力和冲击波，使土壤孔隙压缩，在夯击点周围一定深度内形成良好的排水通道，使土壤中的孔隙水（气）能够顺

利排出，土体迅速固结。夯实后的地基承载能力可以提高到一定水平，压缩性可以降低200％至1000％。

3.7化学加固法

所谓化学加固法就是通过在软土中添加水泥或其他化学材料对软土地基进行加固处理的方法。适用于砂土，淤泥，粉土，粉质粘土，粘土和一般人工填充物的处理。它也可以用于处理裂隙岩体和加固现有构筑物的地基。水泥或其他化学物质注入土壤后，与土壤发生化学

反应，土壤中的水分和空气被吸收并挤出形成高承载力的复合地基。主要加固方法：硅化法，粉喷桩，旋喷桩，灌浆法。硅化方法：使用