岩土稳定与加固理论

《岩土稳定与加固理论》课程专题论文

----2013级工程硕士徐景宇

软土地基处理工程实例

摘要：地基是指直接承受建筑物荷载的那一部分地层。对地质条件良好的地基，可直接在其上修筑建

筑物而无需事先对其进行加固处理，这种地基称为天然地基。在工程建设中，有时会不可避免地遇到地质条件不良或软土地基，若在这样的地基上修筑建筑物，则不能满足其设计和正常使用的要求，所以必须进行地基加固。软土地基处理就是指对不能满足承载力和变形要求的软土地基进行人工处理，亦称之为地基加固。

关键词：软土地基 地基处理

一、引言：

在我国土地资源日趋紧张的情况下，许多沿海地区要求在软弱地基上兴建工程。这些地区广泛地分布

着量大、压缩性高、强度低、透水性差、覆盖层厚的软弱粘土层，要在这类地基上兴建工程首先要解决软土地基处理的问题。国内软土地基的工程多采用不同的方法处理，这些方法有各自的机理和适用范围，在选择时需综合考虑地质条件、上部结构类型、使用要求、施工条件以及技术经济指标等因素。本文归纳了几种软土地基处理方法，并结合工程实例进行阐述。

二、几种常用处理方法

1．排水固结法

这是一种使用多年的方法，至今仍被普遍采用，其主要特点是理论成熟，施工设备简单，费用低。排

水固结法的原理是指软弱土地基在荷载作用下，土中孔隙水慢慢排出，孔隙体积不断减少，地基发生固结变形，同时随着超静孔隙水压力的逐渐消散，土的有效应力增大，地基强度逐步增长。排水固结法在铁路、公路、水利、港口等工程领域内应用很广。如砂井排水法，对于盛产砂料的地区是首选方案；塑料排水板，由于其单孔过水断面大、排水畅通、重量轻、耐久性好，工程费用低、对土的扰动小、可用轻型机械在超软土上施工等优点，近年来在工程上也得到了广泛应用。

排水固结法的有效处理深度约12～15m ，超过

此深度，孔隙水压力消散相当困难和缓慢，故设计

时应加以考虑。而塑料排水板虽然应用广泛，但在

实际工程中多采用振动插入法，这对灵敏度高的软

土来说，扰动太大，破坏了软土的结构强度。所以，

无论是砂井或塑料排水板，其间距均不宜太密。此

外，由于排水固结法需要预压荷载，且预压时间长，

对工期紧迫、缺乏压载条件的工程是难以采用的。

此法只能加速固结沉降而不能减少固结沉降量，对

于统一沉降和不均匀沉降要求严格的工程必须慎

重选择。

图为某软土地基插板机施打塑料排水板

2．强夯法

强夯法是一种快速加固软基的方法，将很重的锤

提起从高处自由落下，以冲击荷载夯实软弱土层，使

地基受冲击力和振动，土层被强制压密，从而提高地

基土强度，降低土层的压缩性，以达到地基加固的目

的。强夯法施工设备简单，不需要加固材料，费用低

、周期短。但是强夯法有严格的土质适用范围，而主

要适用于处理素填土、杂填土、砂土、低饱和度粘性

土、分土和黄土地基。软土的饱和度接近1，是不宜使

用强夯法的，但在有些地区，软土中夹多层粉砂，为

夯击时高孔隙水压力的消散提供了条件，成功的实例

也不少见，所以，采用这种方法首先应考虑的地层构

造。 图为某软土地基加速固结

3．水泥土搅拌法

水泥土搅拌法分为喷粉法（或称干法）和喷浆法（或称湿法）两种。天然含水量小于30%的软弱土层，例如杂填土及粉粒含量高的粉土、砂土宜采用喷浆法；若地基土为天然含水量大于30%、塑性指数大于10的软土则宜采用喷粉法。水泥土搅拌法不仅可以较大地提高地基土的承载力，而且在加固深度内可以减少原地基沉降量的三分之一至三分之二，沉降较快趋于稳定，具有明显优势。水泥土搅拌法与其他处理方法相比，一般造价较高，水泥用量大，所以寻求更经济合理的配方以降低工程费用，是急待解决的课题之一。此外，水泥土搅拌法索获得的加固体虽成桩形或柱形，但不能理解为桩基，将其视为复合地基更妥当。这些加固体即时在某些部位有缺陷，却不影响整体加固效果，以下重点结合工程实例，介绍了用粉喷桩加固软土地基的设计。

当天然地基不能满足建筑物的承载力和变形要求, 用桩基又十

分昂贵时, 我们就希望用一种复合地基, 使其既然能满足建筑物

的使用要求, 又能充分发挥土体的作用, 使其有良好的技术效果

和经济效益。用粉喷桩加固软土地基就是复合地基, 在上部荷载

作用下, 原土体与粉喷桩这两种不同刚度, 不同材料相互协调,

共同作用, 充分发挥各自材料的特点以满足建筑物的使用要求。

左图某厂生产的深层喷射搅拌钻桩机

4．振冲碎石桩法

振冲碎石桩法对粘性土地基的加固作用不是使地基挤密而是置换，即以性能良好的碎石来替换不良地基土，形成桩体和原土共同构成的复合地基，以减小压缩性，提高地基承载力，是一种快速加固地基土的有效方法。振冲法加固后的地基土能满足承载力和变形的要求及抗液化的要求，制成的碎石桩是一个良好的排水通道。碎石桩法是在砂井基础上发展起来的，与砂井不同的是，碎石桩不仅具有砂井的排水固结作用，而且具有置换挤密作用，故亦称振冲置换法及振冲挤密法。振冲置换法适用于不排水抗剪强度大于20kPa 的粘性土、粉土、砂土和填土地基和粘粒含量小于10%的松散砂土或粉土地基。对于软土地基，由于软土侧向约束作用微弱，透水性差，高灵敏度的软土被“挤密”破坏了原结构，以致达不到预期的加固目的，所以采用时必须十分慎重，并进行仔细的方案比选。

随着振冲碎石桩加固软土技术的日益成熟, 振冲碎石桩在工业与民用建筑地基处理中的应用越来越多。特别是在低层建筑地基处理中, 因其具有成本低、工期短、处理效果显著等特点, 已被推广使用。以下结合工程实例, 对采用振冲碎石桩处理工业厂房软基的设计方法及施工工艺进行探讨。

三、其他软土地基处理方法及展望

土工合成材料是以人工合成的聚合物, 如纤

维、塑料等为原料制成的新型岩土工程材料, 近

年来在加筋土工程中得到了广泛的应用. 目前

的设计方法主要是在土层中水平布设加筋材料

(土工织物、土工网、土工格栅等) , 通过土与水

平加筋体之间的摩擦力来传递拉应力, 从而不同

程度地改善土体的强度和变形特征. 随着加筋

技术在工程中的广泛运用, 人们对加筋机理的认

识也逐渐深入。目前在日本应用的一种新的结构

形式，即采用加筋材料包裹土体———“土袋”

加固软土地基的方法。

长期以来由于缺乏对土袋工作机理的认识, 而影响了人们对土袋的利用. 作为一种新型的土工合成材 料, 试验和工程应用证明土袋有如下的工程特性:

(1) 当承受外荷载(破坏力) 作用时, 土袋的形状将发生改变从而产生张力, 张力反作用在土袋内部土体中, 使土体产生附加粘聚力, 从而提高了土袋的抗剪强度和抵抗变形的能力, 这是土袋加固地基的力学机理.

(2)土袋产生的附加粘聚力的大小和土袋设置方向有关, 随土袋长轴和大主应力作用面的夹角的增大而减 小. 另外土袋宽长比(B/ H) 越大, 附加粘聚力越大, 因此实际工程中应采用扁平土袋.

(3)用土袋构筑土堤或挡土墙, 其坡面可设计得很徒, 甚至接近垂直, 可节省用地. 对筑堤土体要求很低, 可 以使用现场发生土、施工废料及其它废弃物, 因此土袋提供了废弃物再利用的有效途径, 从而保护环境.

(4) 用土袋加固地基, 在提高承载力的基础上, 同时可减少交通或机器引起的振动和消除冻胀的影响. 土袋作为一种新的地基加固技术, 目前在我国及其他国家还未有应用的文献报道. 因此还应对它的工 程特性作进一步探讨, 使土袋能应用于更加广泛的工程领域.

四、结束语

地基处理工程在整个工程项目建设中所投入的资金和所占用的工期几乎都会占到三分之一主要是由于软土地基复杂性和不可见性的因素决定的。古人云：“万丈高楼平地起”，可见地基与基础工程在工程建设中的重要性。而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。本文仅介绍了工程中少许软土地基处理方法并配应相应的实例，且各个处理方法有其各自的适用条件和优缺点，具体施工还要根据工地的实际情况来选用，有时可将几种方法交替或一起使用，从而最大可能地发挥相应处理方法的优点，克服缺点，满足具体工程的使用要求。

很荣幸地能够在本科阶段成为韩老师的弟子，韩老师身上具备了老一辈高级工程技术人员的很多优良品质，都是非常值得我们用很长的时间用心去学习的。在岩土工程概论这门课的学习过程中，我们了解了很多国内外先进的岩土工程技术，韩老师以其亲身工作经验给了我们最直接的感受。本文只是作为一个专题总结，反映了我在这门课程中的一些所学所悟，在此表示对韩老师的敬仰与感激之情！

参 考 文 献

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