软土地基处理研究

摘要：首先对软土地基的特性及失稳原理进行介绍，从地勘报告入手，通过工程实例介绍软土路基处理的方法。软土地基是指压缩层主要由淤泥、淤泥质土或其他高压缩性土构成的地基。其承载能力很低，一般不超过50KN/m2。软土地基的处理质量是保证其上构筑物建成后安全、高效运营的关键，也直接影响到地基的基础承栽力。

关键词：软土地基 沉降 失稳

中图分类号：TU447 文献标识码：A 文章编号：

一、软土地基的特性

要想知道如何处理软土地基，先得从了解软土的特性开始。软土有如下几种物理特性：

1.高含水量和高孔隙性

软土的天然含水量一般为50%～70%，最大甚至超过200%。液限一般为40%～60%，天然含水量随液限的增大成正比增加。天然孔隙比在1～2之间，最大达3～4。其饱和度一般大于95%，因而天然含水量与其天然孔隙比呈直线变化关系。软土的如此高含水量和高孔隙性特征是决定其压缩性和抗剪强度的重要因素。

2.渗透性弱

软土的渗透系数一般在i×10-4～i×10-8cm/s之间，而大部分滨海相和三角洲相软土地区，由于该土层中夹有数量不等的薄层或极薄层粉、细砂、粉土等，故在水平方向的渗透性较垂直方向要大得多。由于该类土渗透系数小、含水量大且饱和状态，这不但延缓其土体的固结过程，而且在加荷初期，常易出现较高的孔隙水压力，对地基强度有显著影响。

3.压缩性高

软土均属高压缩性土，其压缩系数a0.1～0.2一般为0.7～1.5MPa-1,最大达4.5MPa-1(例如渤海海淤)，它随着土的液限和天然含水量的增大而增高。

二、软土的鉴别

1、建设部标准《软土地区工程地质勘查规范》（JGJ83-91）规定凡符合以下三项特征即为软土：

（1）外观以灰色为主的细粘土；

（2）天然含水量大于或等于液限；

（3）天然孔隙比大于或等于1.0。

2、我国铁路部门建议以下列物理力学指标作为区分软土的界限：

天然含水量ｗ接近或大于液限

孔隙比ｅ＞ｌ

压缩模量ES＜4000kPa

标准贯入击数N63.5＜2

静力触探贯入阻力Ps＜700 kPa

不排水强度Cu＜25kPa。

3、公路软土地基路堤设计与施工技术规范(JTJ 017－96)规定以天然含水量、天然孔隙比、十字版剪切强度来作为鉴别软土的标准：

天然含水量≥35%与液限

天然孔隙比≥1.0

十字版剪切强度（kPa）＜35

注：十字版剪切强度35kPa所对应的静力触探总贯入阻力约为750kPa。

三、地质勘查

在路基设计之前需要对路基进行详细勘察，详勘应根据初步设计确定的线路位置和设计方案和初勘所划定的范围，进行地质钻探、原位测试和取原状试样。其目的是要查明地层结构及其物理力学性质、软土的固结历史、强度和变形特性，并对地基的稳定性及其承载能力作出评价；查明地下水的埋藏条件、地层的渗透性；对取得的软土地基技术数据进行综合分析提供地墓变形稳定计算参数，分段提出地基处理建议；编制软基设计及其路堤施工图设计所需的工程地质勘察资料与报告。

四、软土地基危害

1)勘察设计不详细或不准确，导致对应该做软基处理的地段未做处理设计。

2)已知是软土地基，但是未做好软土地基处理，造成路堤失稳或危及线外建筑物。

3)虽然做了软土地基处理，但是措施不力，施工不当造成路堤失稳。

4)堆料不当，未按规定分层填筑，填土过快，碾压不当，造成路堤失稳。

5)扰动“硬壳层”或填筑不当，使“硬壳层”遭受破坏，导致路堤失稳。

五、工程实例

5.1工程背景

G104改建工程（津霸公路—静霸公路段）主要在天津市经过武清区、北辰区、西青区、静海县，沿线地势平坦。起点：高王路与津同公路交口，终点：静海县新改建104国道与静霸公路交口。道路分公路段和城市共用段，公路段断面宽27米，城市共用段断面宽50米。

工程范围沿线均属于海陆交互沉积的滨海平原地貌，场地地形平坦，沿线约3公里与现状水渠共线，施工需要开挖河道。

5.2、水文地质情况

5.2.1 地基土的构成及特征

经过现场调查和参考本项目的岩土工程勘察资料，综合预估场地土层分层，将勘探深度范围内的地基土划分为5个工程地质单元层，各地基土特征如下：

-2层 素填土（Qm1）：以粉质粘土为主，黄褐色。含少量碎砖块、植物根系，工程性质不均匀。层厚0.80~2.40m，层底标高-0.23~8.86m。

④-1层 粉质粘土（Q43al）：黄褐色，含螺壳、腐殖质。切面光滑，局部有粘土夹层，可塑。层厚1.70~10.80m，层底标高-5.22~4.86m。

④-2层 粉土（Q43al）：灰褐色，无层里，含氧化铁，很湿，中密。层厚1.00m，层底标高1.47m。

⑥-1层 粉质粘土（Q42m）：灰色，含贝壳碎片，有腥臭味，局部混粉砂夹层，一般可塑。层厚2.00~5.00m，层底标高-6.93~-2.52m。

⑥-2层 淤泥质粘土（Q42m）：深灰色。含贝壳碎片、腐殖质。有腥臭味。混粉砂，软塑~可塑。层厚1.00~2.50m，层底标高-7.22m~-7.02m。为本场地的软弱土层，高含水量，高压缩性，软塑状态，承载力低，工程性能差，在上部荷载的作用下易产生较大的沉降量，会对工程产生不利影响；其相关物理力学指标已满足软土指标。

表1 淤泥层与软土鉴别指标比较

5.2.2 水文地质条件

5.2.2.1 地表水

沿线场地的地表水主要为鱼塘养殖水，水深约0.7-3.0m，常年有水，受季节降水影响较大。

5.2.2.2 地下水

野外勘察期间，地下水稳定水位埋藏在地表下0.80～2.00m之间，相当于标高0.59～8.06m。属潜水类型，主要补给源为大气降水。地下水位的变化主要受大气降水的控制，雨季水位有所上升，旱季水位将有所下降，变化幅度1.0m左右。

5.3、软土地基计算

综上所述，建设范围内普遍分布的⑥-2淤泥质粘土层，其属于软土层，具有含水量高、孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低、灵敏度高、低渗透性、触变性和流变性等特点，长期受水侵泡，性质极差，稍受外力作用就会发生扰动、变形，且强度显著下降，容易发生软土的过量沉降及不均匀沉降问题。

为了给软土地基处理方法提供参考，项目组对软土工程进行了沉降计算及稳定验算，各项参数均取特征值。经计算，当⑥-2淤泥质粘土层上覆硬壳层厚度较薄时（小于1m），软土地基在道路营运期荷载(包括路堤自重、路面增重及行车荷载)作用下，稳定安全系数小于规范规定最小值，路堤失稳。

另外，当⑥-2淤泥质粘土层上覆硬壳层厚度较厚时（不小于1m），软土地基在施工期荷载或道路运营期荷载作用下计算得出的稳定安全系数均大于规范规定值，影响软土地基处置措施的主要为工后沉降值，规范规定的容许工后沉降为：一般路段≤0.30m，涵洞、通道处≤0.20m，桥台与路基相邻处≤0.10m。

在不采取任何软基处理方法的前提下，地基沉降主要为固结沉降，固结沉降是在上覆土压力作用下，地基中的孔隙水逐渐排出，体积发生变化引起的。因此地基沉降与固结的时效息息相关。

另外，涵洞、通道处及桥台与路堤相邻处路段的工后沉降量要求较高，软土地基采取自然固结沉降的方式，其工后沉降量难以满足规范要求。

5.4、软土地基处理方法

根据各区段地基土层分布、厚度及特性分析，本项目需要进行软土地基处理的路段约为3000m。软土地基主要采用如下几种处理方法：

1．垫层法（清淤换填）

本方法用于硬壳层较薄、且淤泥层较薄（小于4m）的浅层较软弱地基。其基本原理是挖除浅层软土或不良土，换填碎石，并分层碾压夯实。该方法可以提高持力层的承载力，减少沉降量。

2、塑料排水板

本方法用于淤泥层厚介于4m-8m，且填土高度小于2m的一般路段。其基本原理是在软基表面施加大于或等于设计使用荷载，经施工期预压后，使被加固土体中的孔隙水排出，达到减少路基工后沉降、孔隙水排出同时，有效应力增加，土中孔隙体积减小，密实度加大，土体强度提高，地基承载力也得到提高。

3．粉喷桩

本方法用于淤泥层厚介于8m-15m的一般路段。其基本原理是通过施工设备将水泥与原状土的地基土充分搅拌而形成水泥土，通过水泥的水化反应及土颗粒与水泥水化物的凝硬作用、离子交换作用改变软土的性质，与桩间土形成复合地基，可以大大提高承载力，减少沉降。

4．薄壁管桩

本方法用于淤泥层大于15m的一般路段，以及桥头、涵洞等承载力及工后沉降要求较高的路段。管桩的最大特点是单桩承载力高，工后沉降小。

六、结语

总之软土地基有极大的危害性，如果不处理或处理不当，就会造成地基失稳，使构造物沉降过大或不均匀沉降，对构造物造成不同程度的危害。通过工程总结，做此类软土地基的设计时，首先根据地勘报告进行地基沉降、稳定验算；根据验算结果以及沉降容许值，对路堤失稳及沉降超限区段的采取相应的软基处理措施及设计计算。