软土地基基础设计与施工技术研究

【摘 要】在软土地基上建造建筑物或构筑物，基础设计与施工技术显得尤为关键。本文结合实践经验，首先分析了软土地基基础设计中应满足的技术要求和设计原则，而后概述了当前主要的几种软土地基处理施工技术，并指明了各自的适用范围，可为工程技术人员参考借鉴。

【关键词】软土；地基处理；设计；施工

近十几年来，我国建设规模不断扩大，从速度上前所未有，因而在诸如建筑、水利、国防、交通和铁道等土木工程的建设中，愈来愈多地遇到大量而复杂的软土地基及地基处理问题，地基处理日益得到人们重视。地基基础设计与施工是否恰当也关系到整个工程质量、进度和投资，合理地选择地基设计方法，做好基础施工中的质量控制是降低造价的重要途径之一。

1、软土地基基础设计基本技术要求和设计原则

1.1 基本技术要求

软土地基基础工程设计应以最少的投资，最短的工期，达到预期的安全运行，并满足所有的预定功能要求，即包括三个方面：(1)预定功能要求；(2)安全性和耐久件要求；(3)投资和工期的经济性要求。

1.2 注意场地条件，防治灾害

应充分搜集场地的地形、地质、水文等资料，并以此作为设计的依据。场地可能的自然灾害，如暴雨、洪水、地震、滑坡、泥石流等；由于工程建设引起的灾害，如采空塌陷、抽水塌陷、边坡失稳、管涌等；均应在勘察、预测和评价的基础上，采取有效防治措施。

1.3 合理选用岩土参数

选用岩土参数时，应注意其非均质性与参数测定方法、测定条件与工程原型之间的差异、参数随时间和环境的改变，以及出于工程建设而可能产生的变化等。由于土体参数是随机变量与模糊量，故在划分工程地质单元的基础上，应进行统计分析，算出各项参数的平均值、标准差、变异系数；确定其特征值和设计值。在选定测试方法时，应注意其适用性。

1.4 定性分析与定量分析结合

定性分析是岩土工程分析的首要步骤和定量分析的基础。对于下列问题一般只作定性分析：(1)工程选址和场地适宜件评价；(2)场地地质背景和地质稳定性评价；(3)土体性质的直观鉴定。定量分析可采用解析法、图解法或数值法。考虑安全储备时，可用定值法或概率法。这些方法都应有足够的安全储备以保证工程的可靠定性分析和定量分析，都是在详细资料的基础上，运用较为成熟的理论和类似工程的经验，进行论证，并宜提出多个方案进行比较。

2、地基处理施工技术及适用范围

2.1 强夯法和强夯置换法

强夯法处理地基首先由法国Menard 技术公司于20 世纪60 年代末创用。我国于1978 年引进、交通部第一航务工程局科研所及协作单位在天津首先开展试验研究。由于该法设备简单、效果显著、经济性好、施工快，很快得到推广。除强夯挤密外，近年来，强夯置换也得到不少应用。强夯置换和强夯挤密在地基加固机理上是不同的，应用范围也不相同。强夯挤密法常用来加固碎石土、砂土、低饱和度的新性土、素填土、杂填土、湿陷性黄土等各类地基。对于饱和度较高的粘性土等地基,如有工程经验或试验证明采用强夯法有加固效果的也可采用。通常认为强夯挤密法只适用于塑性指数小于10的土。对于设置有竖向排水系统的软粘土地基,是否适用强夯法处理目前尚有不同看法。强夯置换法在施工前,应在施工现场有代表性的场地上选取一个或几个试验区,进行试夯或试验性施工。试验区数量应根据建筑场地复杂程度、建筑规模及建筑类型确定。对于厚度小于6m 的软粘土层采用强夯置换法处理,边夯边填碎石等粗粒料形成深度为3～6m,直径为2m 左右的碎石桩体与周围土体形成复合地基,也已取得较好的加固效果。

2.2 排水固结法

排水固结法适用于淤泥质土、淤泥、冲填土等饱和粘性土地基。饱和软粘土在荷载作用下，孔隙中水慢慢被排出，土的孔隙比减小，随着超静孔隙水压力消散，有效应力提高，土的强度增加。通过排水固结法处理地基可以使地基沉降在加载预压期间大部分或基本完成，减少建筑物在使用期间的沉降和沉降差，也可提高地基承载力。排水固结法是由排水系统和加压系统两部分共同组合而成的， 排水系统通常有普通砂并、袋装砂井和塑料排水带等；加压系统通常有堆载预压法、真空预压法、降低地下水位法、电渗法和联合法。近几年来，排水系统采用塑料排水带和袋装砂井较多，加压系统采用堆载预压和真空预压法较多，也有采用真空加堆载联合顶压法，以及利用建筑自重加载法。

2.3 振冲法

振冲法早期用来振密松砂地基，后来也应用于粘性土地基，振冲法演变成两类：振冲密实法和振冲置换法。振冲密实法的加固原理是一方面依靠振冲器的强力振动使饱和砂层发生液化，砂颗粒重新排列，孔隙减少，另一方面依靠振冲器的水平振动力，在添加回填料情况下还通过填料使砂层挤压加密。振冲置换法的加固原理是利用振冲器在高压水流下边振边冲，在软弱粘性土地基中成孔，再在孔内分批填入碎石等坚硬材料，制成一根根桩体，碎石桩体和原地基构成碎石桩复合地基，以提高地基承载力，减小地基沉降。未加填料的振冲密实法适用于颗粒含量小于10％的松砂地基；振冲置换法适用于不排水抗剪强度大于20kP 的粘性土、粉土和人工填土等地基，有时还可用来处理粉煤灰地基。

2.4 石灰桩、土桩和灰土桩法

石灰桩法工艺简单，不需复杂的施工机具，曾经应用较广泛。其加固机理包括：打桩时挤密、石灰吸水、膨胀、升温、离子交换、胶凝、碳化和置换等，但基本加固作用则可归纳为打桩挤密、桩周土脱水挤密和桩身的置换作用。从提高承载能力看，在正常情况下置换作用占的份额最大。经验与实践证明，只要填充时从达到必要的密实度则不会出现软心现象。另外，采用粉煤灰等适宜的掺合料也有助于避免发生软心现象。桩土应力比是衡量置换作用的主要指标，要满足一般工程要求，不需追求过高的应力比。当需要提高应力比时除了要保证桩身具有较高强度外，桩还必须打穿软土层以免桩尖刺入降低应力比。

2.5 深层搅拌桩法

深层搅拌法是通过特制机械沿深度将固化剂与地基土强制搅拌就地成桩加固地基的方法。深层搅拌适用于处理淤泥、淤泥质土和含水量较高的地基及承载力特征值不大于120kPa 的粘性土、粉土等软土地基。当处理泥炭土或地下水具有侵蚀性时宜通过试验确定其适用性，冬期施工应注意负温对处理效果的影响。

水泥土搅拌法施工步骤由于湿法和干法的施工设备不同而略有差异，其主要步骤为：

(1)搅拌机械就位、调平；

(2)预搅下沉至设计加固深度；

(3)边喷浆(粉)、边搅拌提升直至预定的停浆面；

(4)重复搅拌下沉至设计加固深度；

(5)根据设计要求，喷浆(粉)或仅搅拌提升直至预定的停浆(灰)面；

(6)关闭搅拌机械。在预(复)搅下沉时，也可采用喷桨(粉)的施工工艺，保全桩长上下至少再重复搅拌一次。

3. 结束语

毫无疑问，任何一个建筑物都需要好的地基基础，尤其是建在软弱地基上的建筑物。设计是优质地基基础的主线，而施工则是其设计目标能否实现的关键阶段，只有做好统筹规划与施工管理，才能做到事半功倍，确保建设质量和效果。

参考文献

[1]叶书麟.地基处理手册[M].北京:中国建筑工业出版社,1995.

[2]龚晓南.复合地基理论及工程应用[M].北京:中国建筑工业出版社,2002.

[3]胡志东.水泥搅拌桩在建筑工程软基处理中的应用[J].山西建筑，2007,33（13）:123-124