软基处理

一、软土地基的特征 软弱土包括淤泥、淤泥质土、杂填土及饱和松散粉细砂与粉土。堤防工程中主要是指天然孔隙比大于或等于1.5的亚粘土、粘土组成的淤泥和天然孔隙比大于1.0小于1.5的粘土组成的淤泥质粘土。其主要特征如下：

1.孔隙比和天然含水量大我国软土的天然孔隙比e一般在1～2之间，淤泥和淤泥质土的天然含水量W＝50～70%，高的可达200%，普遍大于液限。

2.压缩性高我国淤泥和淤泥质土的压缩系数一般a1～2都大于0.5MPa-1，建造在这种软土上的建筑物将发生较大的沉降，尤其是沉降的不均匀性，会造成建筑物的开裂和损坏。

3.透水性弱软弱土尽管其含水量大，透水性却很小，渗透系数K≤1（mm/d）。因此，土体受到荷载作用后，呈现很高的孔隙水压，影响地基的压密固结。

4.抗剪强度低 软土通常呈软塑～流塑状态，在外部荷载作用下，抗剪性能极差，我国软土无侧限抗剪强度一般小于30KN/m2（相当于0.3KN/m2）。不排水剪时，其内摩擦角几乎为零，抗剪强度仅取决于凝聚力C，一般C＜30KN/m2；固结快剪时，内摩擦角＝5°～15°。

5.灵敏度高软粘土上尤其是海相沉积的软粘土，在结构未被破坏时具有一定的抗剪强度，但一经扰动，抗剪强度将显著降低。其灵敏度（含水量不变时原状土与重塑土无侧限抗压强度之比）一般在3～4之间，有的甚至更高

1.强夯法加固地基原理 强夯法又称为动力固结法（Dynamic Consocidation Method）或动力压实法（Dynamic Compaction Method）。它通过反复将一个重锤（一般为8t~40t，最重可达200t）以一定的落距自由落下（落距一般为6m~40m），对地基施加很大的击能和振动能，在地基土中所产生的冲击波和动应力，对提高地基土的强度、降低土的压缩性及改善砂土的液化性能、消除湿馅性黄土的湿馅性有良好的效果。冲击波以压缩波（纵波、P波）、剪切波（横波、S波）和瑞利波（表面波、P波）的波体系联合在地基内传播，在软弱土地中产生一个波场，通过各种波的共同作用，达到软弱土地基密实、提高强度及承载力的目的。 2.强夯法加固地基适用范围 强夯法适用于处理碎石土、砂土、低饱和度的粉土与粘性土、素填土和杂填土等地基。同时，由于强夯法的深层加固对机械设备和器具性能要求较高，而且强夯施工的震动和噪音较大。因此，在加固深度超过l0m和临近城市及周边有建筑物、构筑物的软弱土地基处理时，均应谨慎采用。 笔者结合南宁市五象新区堤园路（一期）工程1标段实际工程情况及其加固效果，对强夯法设计和施工进行简要阐述。

土钉的加固机理 土钉由较小间距的加筋来加强土体，形成一个原位复合的重力式结构，用以提高整个原位土体的强度并限制其位移，这种技术实质上是“新奥法”的延伸。它结合了钢丝网喷射混凝土和岩石锚杆的特点，对边坡提供柔性支挡。 由于土体的抗剪强度较低，抗拉强度更小，因而自然边坡只能以较小的临界高度保持直立。而当土坡直立高度超过临界高度，或坡面有较大超载及环境因素等的改变，都会引起土坡的失稳。为此，过去常采用支挡结构承受侧压力并限制其变形发展，这属于常规的被动制约机制的支挡结构。土钉则是在土体内增设一定长度和分布密度的锚固体，与土体牢固结合而共同工作，以弥补土体自身强度的不足，增强土坡坡体自身的稳定性，属于主动制约机制的支挡体系。国内学者通过模拟试验表明，土钉在其加固的复合土体中起着箍束骨架作用，提高了土坡的整体刚度与稳定性，土钉墙在超载作用下不会发生如天然匀质土边坡那样的突发性塌滑。它不仅延迟了塑性变形的发展阶段，而且具有明显的渐进性变形和开裂破坏。即使在土体内已出现局部剪切或张拉裂缝，并随着超载集度的增加而扩展，但仍可持续很长时间不发生整体塌滑，表明其仍具有一定的强度。 土钉的这些性状是通过土钉与土体的相互作用实现的，它一方面体现了土钉与土界面摩阻力的发挥程度；另一方面，由于土钉与土体的刚度相差很大，所以在土钉墙进入塑性变形阶段后，土钉自身作用逐渐增强，从而改善了复合土体塑性变形和破坏性状。 原位试验和工程实践表明，土钉在复合土体中的作用表现在以下几个方面。 （1）土钉在其加固的复合土体中起着箍束骨架作用，取决于土钉本身的刚度和强度以及它在土体内分布的空间组合方式，具有制约土体变形的作用，并使复合土体构成一个整体。 （2）土钉与土体共同承担外荷载和土体自重应力，在土体进入塑性状态后，应力逐渐向土钉转移。当土体开裂时，土钉分担作用更为突出，此时土钉出现了弯剪、拉剪等复合应力，从而导致土钉体中浆体碎裂和钢筋屈服。所以复合土体塑性变形的延迟、渐进性开裂变形的出现，与土钉分担作用密切相关。 （3）土钉起着应力传递与扩散作用，使得土体部分的应变水平与荷载相同条件下的天然土边坡的应变水平降低了很多，从而推迟了开裂域的形成和发展。 （4）与土钉相连的钢筋网喷射混凝土面板也是发挥土钉有效作用的重要组成部分，坡面膨胀变形是开挖卸荷、土体侧向位移、塑性变形和开裂发展的必然结果。限制坡面膨胀能起到削弱内部塑性变形，加强边界约束的作用，这在开裂变形阶段尤为重要。面板提供的约束取决于土钉表面与土的摩阻力，当复合土体开裂域扩大并连成片时，摩阻力仅由开裂域后的稳定复合土体提供。 （5）在地层中常有裂隙发育，当向土钉孔中进行压力注浆时，会使浆液顺着裂隙扩渗，形成网状胶结。当采用一次压力注浆工艺时，对宽度为1～2mm的裂隙，注浆可扩成5mm的浆脉，必然增强土钉与周围土体的粘结和整体作用。 类似加筋土挡墙内拉筋与土的相互作用，土钉与土间摩阻力的发挥主要是由于土钉与土间的相对位移而产生的。在土钉加筋的边坡内，同样存在着主动区和被动区（见图16-19）。主动区和被动区内土体与土钉间摩阻力发展方向正好相反，而被动区内土钉可起到锚固作用。 常用的地基处理方法有：换填垫层法、强夯法、砂石桩法、振冲法、水泥土搅拌法、高压喷射注浆法、预压法、夯实水泥土桩法、水泥粉煤灰碎石桩法、石灰桩法、灰土挤密桩法和土挤密桩法、柱锤冲扩桩法、单液硅化法和碱液法等。 1、换填垫层法适用于浅层软弱地基及不均匀地基的处理。其主要作用是提高地基承载力，减少沉降量，加速软弱土层的排水固结，防止冻胀和消除膨胀土的胀缩。 2、强夯法适用于处理碎石土、砂土、低饱和度的粉土与粘性土、湿陷性黄土、杂填土和素填土等地基。强夯置换法适用于高饱和度的粉土，软-流塑的粘性土等地基上对变形控制不严的工程，在设计前必须通过现场试验确定其适用性和处理效果。强夯法和强夯置换法主要用来提高土的强度，减少压缩性，改善土体抵抗振动液化能力和消除土的湿陷性。对饱和粘性土宜结合堆载预压法和垂直排水法使用。 3、砂石桩法适用于挤密松散砂土、粉土、粘性土、素填土、杂填土等地基，提高地基的承载力和降低压缩性，也可用于处理可液化地基。对饱和粘土地基上变形控制不严的工程也可采用砂石桩置换处理，使砂石桩与软粘土构成复合地基，加速软土的排水固结，提高地基承载力。 4 、振冲法分加填料和不加填料两种。加填料的通常称为振冲碎石桩法。振冲法适用于处理砂土、粉土、粉质粘土、素填土和杂填土等地基。对于处理不排水抗剪强度不小于20kPa的粘性土和饱和黄土地基，应在施工前通过现场试验确定其适用性。不加填料振冲加密适用于处理粘粒含量不大于10%的中、粗砂地基。振冲碎石桩主要用来提高地基承载力，减少地基沉降量，还可用来提高土坡的抗滑稳定性或提高土体的抗剪强度。 5 、水泥土搅拌法分为浆液深层搅拌法（简称湿法）和粉体喷搅法（简称干法）。水泥土搅拌法适用于处理正常固结的淤泥与淤泥质土、粘性土、粉土、饱和黄土、素填土以及无流动地下水的饱和松散砂土等地基。不宜用于处理泥炭土、塑性指数大于25的粘土、地下水具有腐蚀性以及有机质含量较高的地基。若需采用时必须通过试验确定其适用性。当地基的天然含水量小于30%（黄土含水量小于25%）、大于70%或地下水的pH值小于4时不宜采用于法。连续搭接的水泥搅拌桩可作为基坑的止水帷幕，受其搅拌能力的限制，该法在地基承载力大于140kPa的粘性土和粉土地基中的应用有一定难度。 6 、高压喷射注浆法适用于处理淤泥、淤泥质土、粘性土、粉土、砂土、人工填土和碎石土地基。当地基中含有较多的大粒径块石、大量植物根茎或较高的有机质时，应根据现场试验结果确定其适用性。对地下水流速度过大、喷射浆液无法在注浆套管周围凝固等情况不宜采用。高压旋喷桩的处理深度较大，除地基加固外，也可作为深基坑或大坝的止水帷幕，目前最大处理深度已超过30m. 7、 预压法适用于处理淤泥、淤泥质土、冲填土等饱和粘性土地基。按预压方法分为堆载预压法及真空预压法。堆载预压分塑料排水带或砂井地基堆载预压和天然地基堆载预压。当软土层厚度小于4m时，可采用天然地基堆载预压法处理，当软土层厚度超过4m时，应采用塑料排水带、砂井等竖向排水预压法处理。对真空预压工程，必须在地基内设置排水竖井。预压法主要用来解决地基的沉降及稳定问题。 8 、夯实水泥土桩法适用于处理地下水位以上的粉土、素填土、杂填土、粘性土等地基。该法施工周期短、造价低、施工文明、造价容易控制，目前在北京、河北等地的旧城区危改小区工程中得到不少成功的应用。 9、 水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩）法适用于处理粘性土、粉土、砂土和已自重固结的素填土等地基。对淤泥质土应根据地区经验或现场试验确定其适用性。基础和桩顶之间需设置一定厚度的褥垫层，保证桩、土共同承担荷载形成复合地基。该法适用于条基、独立基础、