围堤工程中软基处理的常用方法及其比较

摘要：主要介绍软基处理的常用的四种方法：排水固结法、爆破挤淤法、砂桩挤密加固法和置换及加筋法，并对最常用的两种方法排水固结法和爆破挤淤法从工作原理和特点进行了对比分析。

关键字：软基处理 排水固结法 爆破挤淤法 砂桩挤密加固法 置换及加筋法 工作原理

中图分类号：TU471.8文献标识码： A

我国沿海地区，广泛分布着深厚软粘土，其地基具有含水率较高，孔隙比较大、压缩性较高、抗剪强度很低、渗透性较差、流变性大、灵敏度高等特点。在这样的地基土上建造需要较高地基承载力的围堤，必然产生较大的沉降，导致固结时间很长，容易出现地基失稳。因此需要采取必要的技术手段来加速地基固结，从而使地基尽快达到工程需要的强度。

一、常用的软基处理方法

软土地基加固处理就是将低承载能力和大压缩性的土加固到足以承担地基所需的强度和工后沉降要求，或者为了减少地基的渗透性。目前常用的围堤软基加固处理方法有以下几种：排水固结法、爆破挤淤法、砂桩挤密加固法和置换及加筋法。

排水固结法

在软土地基上填土时，软土地基在荷载的作用下失去了原有的平衡，饱和软粘土随着孔隙水压力的消散，地基就会产生排水固结，同时孔隙比会减小，从而抗剪强度会得到相应的提高。此时由于排水固结和剪切变形，地基会产生很大的沉降，甚至由于强度不足而产生破坏。对于工期不紧的工程，常采用分级加载预压的方法，使地基强度的增长能适应附加荷载的增加。由于土体固结排水所需的时间和渗透路径长度的平方成正比，在地基中设置连通的排水体可以大大缩短预压固结所需的时间，因此通常在预压时先在地基中设置塑料排水板之类的排水体，然后分级加载预压，我们将这种方法称为排水固结法。

排水固结法是由排水系统和加载系统两部分组成的。排水系统：由水平排水垫层和竖向排水体构成。设置排水系统主要在于改变地基原有的排水边界条件，增加孔隙水排出的途径，缩短排水距离。加载系统：即起固结作用的荷载，它使地基土的固结压力增加而产生固结。这两个系统是有机结合体，缺一不可。只有排水系统而无加载系统，孔隙水压力不能自动排出，因而地基就得不到加固；反之，如果只有加载系统而无排水系统，排水距离不能缩短，就不能在预压期尽快地提高地基强度。因此，在排水加压设计中，必须把排水系统和加载系统联起来考虑。

在现今的软基处理过程中，排水固结法主要采用塑料排水板进行排水固结。它是一种竖向排水新型材料，由聚氯烯制成透水芯带，外套无纺滤布制成。这种形式的竖向排水体一经出现，就迅速被推广应用。塑料排水板法使施工工艺大大简化，工效成倍增长，具有以下显著特点：1）塑料排水板由专业厂家批量生产，投资相对比较省，质量均匀且易控制，具有良好的透水和排水性能； 2)塑料排水板材料具有良好的强度及延伸率，适应地基变形的能力强；3)重量轻，搬运方便，施工质量易控制和保证；4)塑料排水板断面尺寸小，插入时对地基土扰动小，连续性好；5)施工机械简单，施工速度快，劳动强度小，施工场地整洁；6)塑料排水板方案的最大处理深度可达-40m，且可大大减少海堤竣工后沉降量，避免由于运行期不均匀沉降导致工程缺陷。因此近年围堤工程中大量采用塑料排水板地基加固技术。

爆破挤淤法

爆破法处理软土地基筑堤技术的原理就是采用爆破的方法在极短的时间内将基础一定深度和范围内的软土挤出，置换成块石，利用块石自身良好的抗剪抗滑物理力学性质来达到满足海堤整体稳定的目的。爆破法处理软土地基技术是软土地基基础处理采用的强制置换法技术中的一种，由于置换深度较深、范围较大，采用一般的方法（如大开挖）施工困难或投资代价过大，而直接抛填又达不到规定的置换深度和断面要求，故需借助爆破的施工手段来实现。

爆破挤淤法处理软土地基技术一般适用于石料近且充足、建设资金充足、施工速度要求快、工后沉降要求小、施工噪声及震动对周边环境影响可控制的工程项目。

砂桩挤密加固法

在软土地基中运用砂桩，最主要的作用是起到置换，形成复合地基作用，通过选定一定比例的置换率，砂桩等间距通过振动沉桩管，将砂桩植入软土地基中，密实的砂桩在软弱土层中取代了同体积的软弱土，使承载力有所提高，地基沉降变小。荷载试验和工程实践表明，砂桩复合地基承受外荷载时，发生压力向砂桩集中的现象，砂桩周围土层承受的压力减小，沉降也相应减小，根据我国在淤泥质粘土和淤泥质亚粘土中形成的砂桩复合地基上荷载试验，在同等荷载下，其沉降可比天然地基减少20%～30%。

砂桩除了置换作用外，在软土地基中，和塑料排水板一样可以起到竖向排水作用，从而加快地基的固结沉降速率，由于砂桩的置换率相对较高，它的固结时间较塑料排水板要短，因此砂桩对促进地基固结沉降有十分显著作用。

从技术角度来说，砂桩挤密加固方法对加固深厚软土地基是比较合理的选择，但为了达到地基加固效果，它的置换率相对相高，一般采用15%～25%的置换率，因此经济性较差，在国内现有用于海上作业的大型砂桩船不多，作业效率也相对较低。

置换及加筋法

置换法是指以砂、碎石等材料置换软弱地基中部分软弱土体，形成复合地基，或在软弱地基中部分土体内掺入水泥、水泥砂浆以及石灰等材料形成加固体，与未加固部分形成复合地基，达到提高地基承载力，减少压缩量的目的。

加筋法指通过在土层中埋设强度较大的土工聚合物、拉筋、受力杆件等达到提高地基承载力，减小沉降或维持建筑物稳定的地基处理方法称为加筋法。主要包括下述地基处理方法：土工织物加筋法、加筋土法、土钉墙法、树根桩法、低强度桩复合地基法、刚性桩复合地基法。

二、排水固结法和爆破挤淤法对比与分析

现在围堤工程中软基处理的常用方法中最常用的两个方法是排水固结法和爆破挤淤法。在设计中，往往需要根据具体情况，对两者进行适用性对比与分析，因地制宜，选用技术先进、保质保量、安全可靠、经济合理的处理方法。

工作原理的对比与分析

1）排水固结法

排水固结法是解决深厚软弱地基十分有效的方法，这种方法通过向地基内打设一定间距的塑料排水板，作为竖向排水体，为地基提供竖向排水通道，从而有效缩短地基排水距离，大幅提高地基排水固结速度，使堤身堆筑产生的地基附加应力在较短的时间内转化为有效应力，既提高了地基强度和稳定性，又加快了施工速度，缩短了施工周期。

2）爆破挤淤法

“爆破挤淤法”选用爆破的施工手段，利用炸药爆破产生的巨大能量将地基基础中的软土排除，同时借助堆石体的自重及炸药爆破产生的附加应力将堆石体“压”入软土基础中。该法是地基基础处理设计时采用的强制置换法技术中的一种，具有施工工序简单、施工速度快、后期沉降量小、工程质量容易控制、建筑物安全可靠性强、对堤坝抛填石料要求较低但用量较大、对地基基础扰动亦较大等特点。

2、两种方法特点的比较与分析

排水固结法可以充分利用和发挥岩土体材料本身的性能与作用，无环境污染。在一定条件下比其他地基处理方法(如各类桩基、静力超载预压)工程造价更为低廉，且具有施工工期短、工后沉降及不均匀沉降小、施工方便等优点。排水固结法改变了软粘土的渗透性，加速了孔隙水的消散，弥补了传统单纯强夯法不适合加固饱和软粘土地基的不足，又克服了其不能有效排除软土中高孔隙水压力的缺点；同时又简化了排水固结法中繁杂的加压系统，并在施工时间内完成大部分主固结沉降，大大减小了次固结沉降，缩短了工期，有效提高了地基承载力，节省了工程投资。该方法处理后的地基可大大提高地基承载力，有效防止地基工后沉降及不均匀沉降造成的各种危害并充分发挥地基土自身的作用。

爆破法处理软土地基技术即采用爆破的方法在极短的时间内将基础一定深度和范围内软土置换成块石体，利用块石料自身良好的抗剪抗滑的物理力学性质来达到满足堤坝整体的稳定目的。该技术具有以下的特点：

(1) 施工工序简单，爆理作业技术含量高；

(2) 不必控制加载速度，施工速度快；

(3) 石方用量大，石质要求高；

(4) 建筑物安全可靠，工后沉降变形量小；

(5) 施工噪声及震动大但时间短；

(6) 对堤坝基础扰动较大。

三、结语

上述常用的围堤软基处理的四种方法各有优缺点，虽然每一种都有一定的适用条件，但有时联合使用这些方法会产生事半功倍的效果。其中最主要、最常用的两种方法还是排水固结法和爆破挤淤法。

排水固结问题不仅是一个应用基础问题，而且也是一个土动力学的前沿性理论问题。对这一问题的深入了解不仅具有工程市场需求，而且也是土力学纵深发展的需要。

与其他地基处理技术相比，爆破法处理软土地基技术具有施工简便、施工速度快、建筑物安全可靠性强、工后沉降量小、适应性强、经济性好、投资少、环境污染小等特点，特别是在减轻闭气土用量及施工难度、围堤龙口施工和保护简单易行两方面的优势对促进发展具有十分重大的意义。但要使该技术能进一步全面的得到应用，还要从理论上作更深入的研究，特别是泥石置换深度与淤泥深度性质及药包埋深等方面的研究。此外，爆破挤淤受多方面的影响，在炸药用量，炸药用量、药包埋深方面已有经验公式围参考但其理论尚有待进一步的完善。在关于抛填石料质量控制，潮水、潮位的动力影响等方面还有待深入研究，还有爆后筑堤的稳定性评价有一些争议问题有待进一步探讨。

主要参考文献

[1] 《地基处理手册》(第二版)，中国建筑工业出版社，2000年8月

[2] 钱家欢，《土力学》，河海大学出版社，1988年4月

[3] 黄育民，爆破挤淤法处理软基的技术简介，水运工程 2007（7）

[4]地基处理经验集萃编写组，《地基处理经验集萃》，中国电力出版社，1996