軟土地基的設(shè)計(jì)及其處理方法

1、軟土地基的設(shè)計(jì)及其處理方法摘要近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)持續(xù)高速發(fā)展，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的需求也在強(qiáng)勁增長。各基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)量日漸增多，而其穿越軟土地基區(qū)域的情況也隨之增多。在此情況下，軟土地基的處理方法成為了許多研究者關(guān)注的熱點(diǎn)問題。本文針對(duì)這一問題，分析了軟土的特征分布及處理目的，總結(jié)了針對(duì)中層軟基和深層軟基分別適用的處理方法，提出了針對(duì)不同的實(shí)際情況，工程技術(shù)員應(yīng)該選擇的軟基處理方法也有所不同。關(guān)鍵詞：軟土地基；方法；選擇目錄第一章緒論11.1 弓I言11.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11.2.1 軟土地基處理技術(shù)的研究現(xiàn)狀11.2.2 國內(nèi)外軟土地基處理的施工方法11.3 主要研究內(nèi)容2第二章軟土的特征分布

2、及處理目的34.1 軟土特征34 軟土地基的鑒別34 軟土的工程性質(zhì)34.2 軟土分布44 沿海地區(qū)軟土地基的工程特性44 三角洲地區(qū)軟土地基工程特性44.3 處理目的51.1.2 淺層軟基處理方法61 常用方法61 方法選用61.2.2 中層軟基處理方法61 水泥攪拌樁61 袋裝砂井法71 塑料排水板71 強(qiáng)夯置換法71 擠密碎石樁81.3.2 深層軟基處理方法91 水泥粉煤灰碎石樁91 預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁101 釘形水泥土雙向攪拌樁101 主要結(jié)論111 討論與展望錯(cuò)誤！未定義書簽。參考文獻(xiàn)12第一章緒論引言伴隨著不斷提高的質(zhì)量要求和日趨增加的交通荷載，對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施的施工質(zhì)量要求越來越高。

3、而對(duì)建筑所在區(qū)域軟土地基進(jìn)行工程處理，往往成為縮短建設(shè)工期、降低工程造價(jià)和確保工程質(zhì)量的關(guān)鍵的因素之一。近年來，國內(nèi)外不少研究者都將目光聚集在了軟土地基的處理工作之上，相關(guān)的研究成果也是非常豐富的。在此背景下，筆者決定對(duì)軟土地基的設(shè)計(jì)及其處理方法做進(jìn)一步探討。國內(nèi)外研究現(xiàn)狀軟土地基處理技術(shù)的研究現(xiàn)狀地基處理技術(shù)最早在歐洲的一些國家得到了發(fā)展，并取得了非常豐富的科研成果以及工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。早在二十世紀(jì)60年代中期，為了實(shí)現(xiàn)土體的抗拉強(qiáng)度的大幅提高，在工程中推廣應(yīng)用了土體結(jié)構(gòu)的“加筋法”；為了探索如何有利于土的排水和加速固結(jié)等技術(shù)，先后開發(fā)生產(chǎn)了土工聚合物、砂井預(yù)壓和塑料排水帶；為了研究深層密實(shí)處理

4、工藝，探索并采用增加擊實(shí)功率的處理技術(shù)，開發(fā)設(shè)計(jì)了振動(dòng)“水沖法”和“強(qiáng)夯法”等技術(shù)。伴隨著工業(yè)技術(shù)的不斷進(jìn)步，不斷制造出載重幾十噸的專用地基加固起重機(jī)械；在“水沖法”的基礎(chǔ)上，引入潛水電機(jī)技術(shù)，不斷完善和發(fā)展振動(dòng)水沖法，同時(shí)利用真空泵技術(shù)，發(fā)明了真空預(yù)壓法；200個(gè)大氣壓以上空氣壓縮機(jī)的發(fā)明，使得“高壓噴射注漿法”、“真空預(yù)壓法”等地基加固技術(shù)成功用于工程實(shí)踐。我國的地基處理技術(shù)發(fā)展大致可以分為兩個(gè)階段：建國時(shí)期至70年代以及70至今。聯(lián)引進(jìn)在第一個(gè)階段，我國為滿足新中國基本設(shè)施建設(shè)和工業(yè)建設(shè)的發(fā)展需求，年代末從前蘇、吸收并發(fā)展了大量的地基處理技術(shù)，在這一時(shí)期，砂樁擠密方法、砂石墊層方法、重錘

5、夯實(shí)方法、化學(xué)灌漿方法、石灰樁方法、堆載預(yù)壓方法、灰土樁方法和擠密土樁方法、預(yù)浸水方法以及井點(diǎn)降水方法等地基處理技術(shù)，在國內(nèi)得到了良好的發(fā)展。從70年代末開始，地基處理技術(shù)進(jìn)入第二個(gè)發(fā)展階段，同時(shí)也是我國地基處理技術(shù)不斷發(fā)展和完善的一個(gè)主要階段。自1978年起，由于我國改革開放的順利實(shí)施，國內(nèi)大批工程建設(shè)項(xiàng)目不斷修建，尤其是一批大型的現(xiàn)代化建筑結(jié)構(gòu)的修建和超高層建筑結(jié)構(gòu)的發(fā)展，我國先后引進(jìn)了大量國外先進(jìn)的地基處理技術(shù)，在一定層面上促進(jìn)了我國地基處理技術(shù)的不斷發(fā)展。國內(nèi)外軟土地基處理的施工方法國外公路處理軟基的方法中，除常規(guī)的排水固結(jié)外，更多的是采用深層復(fù)合地基技術(shù)，提高軟弱地基土體的強(qiáng)度與穩(wěn)定

6、性。許多歐洲國家，如瑞典、芬蘭等，在橋頭引道前的相當(dāng)長路段內(nèi)采用樁承法進(jìn)行軟基處理，使橋梁與道路之間實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)過渡，有的采用輕質(zhì)（如粉煤灰、爐磴、陶料，質(zhì)材料有膨脹性聚苯乙稀等）填筑路堤，以減少地基的附加應(yīng)力。而口本學(xué)者認(rèn)為，處理軟土地基最經(jīng)濟(jì)且最有效的方法，是提前在軟土地表上部逐級(jí)填筑路堤結(jié)構(gòu)，通過這種提前預(yù)壓的方法使軟土路基不斷沉降直至穩(wěn)定，多條高速公路的路基采用提前幾年開始預(yù)壓的處理方法。近年來，我國不僅不斷引進(jìn)國外先進(jìn)的軟土地基處理技術(shù)，同時(shí)也逐步發(fā)展并完善了符合國內(nèi)具體工程地質(zhì)條件的軟土地基處理技術(shù)。例如，我國先后引進(jìn)并發(fā)展了振沖方法、高壓噴射注漿方法、深層攪拌方法、強(qiáng)夯法、強(qiáng)夯置換方

7、法、土工合成材料、EPS超輕質(zhì)填料方法等多種軟土地基的處理方法和技術(shù)。此前己在我國得到成功應(yīng)用的多項(xiàng)軟土地基處理技術(shù)，如排水固結(jié)方法、砂樁方法、土樁方法和灰土樁方法等技術(shù)也在不斷發(fā)展和完善。主要研究內(nèi)容本文研究工作如下：.本文首先研究了軟土的工程性質(zhì)以及可能給工程項(xiàng)目造成的不利影響。.通過對(duì)現(xiàn)有軟土地基處理方法的研究，主要從技術(shù)因素和經(jīng)濟(jì)因素兩方面研究了軟基處理方法的比選。第二章軟土的特征分布及處理目的軟土特征軟土地基的鑒別軟土普遍定義為從軟塑狀態(tài)到流塑狀態(tài)的一種飽和的土層。其中具體土質(zhì)類型大體分為淤泥、淤泥質(zhì)土、泥炭、泥炭質(zhì)土、粘土、粉質(zhì)粘土、粉土等。各軟土的鑒別指標(biāo),詳見表2-1。表2-1

8、軟土鑒別指標(biāo)征指標(biāo)天然啻水率W時(shí)天然孔隙比直接快時(shí)內(nèi)摩擦角中g(shù)壓縮系數(shù)S.2(MFaL)十字板抗四強(qiáng)度r(kPa)的力觸探鍵尖阻力會(huì)(MPi)林掂貫人擊敕N有機(jī)質(zhì)含哦粘性粘土粉質(zhì)粘土35卬鼻或.宜0.5宜35宜e1,0.L淤泥包1占粉十二30妒0一9宜03宜V宜今有機(jī)前5VM企1Q泥炭質(zhì)土100.005MPa-1,甚至到”2=0.02MPa-1;(8)強(qiáng)度指標(biāo)小，具有較高的固結(jié)快剪強(qiáng)度指標(biāo)，抗剪強(qiáng)度低C0.02MPa；(9)具備高的靈敏度，其大小范圍為210,有些情況下超過10,其流動(dòng)變形特性顯著。軟土分布沿海地區(qū)軟土地基的工程特性我國沿海地區(qū)軟土的成因基本上相似，大體可分為淤泥、淤泥質(zhì)土、淤

9、泥質(zhì)亞粘土和淤泥混砂四類，具工程特性，見表2-2o大體情況下，除了淤泥以及淤泥質(zhì)土外，大部分軟土都可以作為天然的地基。表2-2我國沿海地區(qū)軟土典型類型及工程特性征指標(biāo)大朋離水率V(%)氏然孔隙比e直接快的內(nèi)摩擦稗玨縮系效(MPa)十字板抗典強(qiáng)度r(kPi)靜力觸探聚尖阻力gc(MPs)標(biāo)睢員入擊敢扭有機(jī)腦者量附胸)粘性I-.粘土物質(zhì)粘土35WWl或e1,0激泥粉宜03宜2宜爐有機(jī)質(zhì)土5C帆三1。泥炭質(zhì)土泥炭三角洲地區(qū)軟土地基工程特性三角洲地區(qū)為典型的平原地貌，其地勢平坦開闊，水網(wǎng)密布，河水受潮水頂托明顯。該區(qū)軟土層中一般含有較薄的粉細(xì)砂層。絕大部分的地方只含有一層軟土，個(gè)別地方含有兩層軟土。軟

10、土深度平均值為46m,一些地區(qū)深度可達(dá)15m,地基底部為軟巖質(zhì)，屬于第三系紅色巖系。具工程特性如下：含水量較高。淤泥和淤泥質(zhì)土的平均天然含水量分別為76%和48%,還有可以達(dá)到100%以上。土體一般為流塑狀。孔隙比大。淤泥質(zhì)土的天然孔隙比為1.25,淤泥天然孔隙比為1.80,少數(shù)大于2.0。壓縮性高。淤泥的壓縮系數(shù)為1.34MPa-1,淤泥質(zhì)土的壓縮系數(shù)為0.73MPa-1,均屬于高壓縮性土。凝聚力小。淤泥的快剪凝聚力平均值為9.1kPa,淤泥質(zhì)土的快剪凝聚力平均值為12.4kPa,因此土體剪切變形能力差，容易造成路堤失穩(wěn)。固結(jié)系數(shù)小。固結(jié)系數(shù)一般在4x10-3cm2/s左右，所需固結(jié)時(shí)間長，

11、影響施工工期。2.3處理目的軟土地基處理需要滿足要求是沉降和穩(wěn)定。首先是處理地基發(fā)生沉降的問題，當(dāng)建筑物設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)的工后沉降不符合要求時(shí)，要對(duì)路基沉降進(jìn)行必要的處理。其次是處理地基穩(wěn)定性問題，穩(wěn)定性要求一般表現(xiàn)在：一是能夠控制剪切變形，防止地基因?yàn)槁返毯奢d的作用而發(fā)生隆起或流動(dòng)；二是能夠促進(jìn)地基強(qiáng)度增長；三是通過置換部分地基或調(diào)整路堤形狀（如設(shè)置反壓護(hù)道），來增加地基土的抗滑能力。第三章工程軟土地基處理方法淺層軟基處理方法常用方法淺層軟基處理方法適用于地基承載力不足的淺層軟土路段，以及低填、淺挖路段，為滿足路面結(jié)構(gòu)及路基對(duì)地基的強(qiáng)度要求，而對(duì)淺層軟土加以處理。常用的處置方法有換填法、淺層加

12、固法、拋石擠淤法，其中換填法和拋石擠淤法合稱置換法。方法選用(1)當(dāng)?shù)鼗鶞\層軟土深度小于3.0m的路段，其軟基處理方法可優(yōu)先采用排水墊層結(jié)合換填法或淺層加固法；排水墊層厚度取值范圍為3080cm,一般情況下其設(shè)計(jì)者為50cm,材料應(yīng)該選用透水性能良好的沙礫或碎石；排水墊層鋪設(shè)的范圍可以延伸到路堤坡腳以外50cm100cm；(2)當(dāng)路基填土高度小于2.0m及淺挖路段的軟土地基，可采用排水墊層結(jié)合淺層加固法；排水墊層厚度取值范圍為3080cm,一般取值50cm,宜選用透水性能良好的沙礫或碎石，鋪設(shè)范圍為路堤坡腳外延伸50cm100cm；(3)當(dāng)路基填土高度較高，淺層軟土深度小于等于3.0m的軟土路

13、段可采用全部換填的淺層處理；(4)對(duì)于湖塘、灘地及常年積水的洼地，表層無硬殼層，軟土呈流塑狀、層厚較薄時(shí)，可采用拋石擠淤法。拋石宜采用中微風(fēng)化硬質(zhì)巖，小于30cm粒徑含量不宜大于20%。3.2中層軟基處理方法中層軟基處理是相對(duì)于淺層軟基處理而言的，其處置深度范圍一般為315m。中層軟基處理方法適用于軟土地基相對(duì)較厚的路段，在較深的軟土地基中，處置效果具備一定的優(yōu)勢。目前由于科技的迅猛發(fā)展，適用于中層軟基處理的方法有很多，下面選取五種較為常用的方法進(jìn)行簡要介紹，這五種中層軟基處理方法分別為水泥攪拌樁、袋裝砂井法、塑料排水板、強(qiáng)夯置換法、擠密碎石樁。水泥攪拌樁(1)該方法適用處置的軟土地基，通過十

14、字板剪切試驗(yàn)后，其抗剪強(qiáng)度宜不小于10kPa,且路基填土高度不大于7m的路段。(2)該方法處理的軟基深度一般不大于15m。當(dāng)處理的軟基路段靠近有較高環(huán)保要求的路段時(shí)，如城區(qū)或村鎮(zhèn)，使用之前必須采用相配套的環(huán)保手段。(3)該方法按照水泥固化劑的固液態(tài)可分為粉噴法和濕噴法。對(duì)于含水率在30%50%之間的軟土地基處理一般采用濕噴法，而當(dāng)含水率大于50%時(shí)，大多采用粉噴法；一般情況下，濕噴法采用的是單向攪拌施工工藝，為了提高攪拌效果，有條件時(shí)應(yīng)采用雙向攪拌施工工藝。袋裝砂井法(1)由于縮短砂井間距更容易使土體固結(jié)，且效果會(huì)比通過增加井徑的方法更好，因此，一般貫徹“細(xì)而密”的原則，即袋裝砂井平面布置時(shí)采

15、用小間距小直徑，一般直徑取值范圍為712cm,間距取值范圍為1.02.0m；(2)砂袋由聚丙烯材料制成，砂袋裝砂后的滲透系數(shù)應(yīng)大于等于砂的滲透系數(shù)；(3)砂一般選用滲水率較高的中、粗砂，滲透系數(shù)不應(yīng)小于5X10-3cm/s,其中粒徑大于0.5mm的砂宜占砂總重的50%以上，且砂的含泥量不應(yīng)大于3%。袋裝砂井法的工藝流程：排除地表水一整平原地面一鋪設(shè)下砂墊層一測試放樣一機(jī)具定位一打入套管一沉入砂袋一拔出套管一機(jī)具移位一埋砂袋頭一鋪設(shè)上層砂墊層塑料排水板(1)一般用于處理深度大于5m的軟土地基，但其靈敏度不應(yīng)大于5,其處置深度一般不宜超過30m；(2)當(dāng)采用真空預(yù)壓處理時(shí)，直選用15cm寬的大通水

16、量塑料排水板，且為了保證施工質(zhì)量，應(yīng)選用可測深式塑料排水板；(3)該方法所采用的施工機(jī)械主要是插板機(jī)，塑料排水板施工中使用的插板機(jī)種類較多，且使用性能各不相同。其可分為挖掘機(jī)改裝的插板機(jī)、履帶式插板機(jī)、門式軌道插板機(jī)等。應(yīng)視軟基處理項(xiàng)目實(shí)地情況，結(jié)合機(jī)械自身各方面特點(diǎn)，來考慮選用施工機(jī)械，可以多種形式并用。塑料排水板法施工工藝流程如圖3-2所示：圖3-2塑料排水板法施工工藝流程圖強(qiáng)夯置換法一般認(rèn)為對(duì)于含水量大于60%、孔隙比大于1.5、粒徑小于0.005mm粘粒占30%以上的飽和軟粘土不宜采用強(qiáng)夯法；(2)若采用強(qiáng)夯法直接處置飽和粘性土地基，特別針對(duì)是淤泥和淤泥質(zhì)土，其處理效果不顯著。但可以利

17、用夯錘的強(qiáng)大夯擊能沖開軟土，形成坑洞，在坑洞中填入級(jí)配好的塊石、碎石等粗骨料而形成置換樁墩，與置換墩間軟土形成承載力高的復(fù)合地基，該方法即為強(qiáng)夯置換法。該方法可以克服利用強(qiáng)夯法直接進(jìn)行軟土地基處置的不足；(3)強(qiáng)夯置換法的有效加固深度應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場試夯試驗(yàn)確定，夯擊能和土層性質(zhì)是決定有效加固深度的兩個(gè)關(guān)鍵因素，一般能夠處理的軟基深度范圍為510m0強(qiáng)夯置換法的施工工藝流程如圖3-3所示:圖3-3強(qiáng)夯置換法施工工藝流程圖3.2.5擠密碎石樁(1)擠密碎石樁主要發(fā)揮其擠密作用，適合使用于砂土、粉土、素填土等軟土地基，對(duì)飽和粘性土地基主要是置換和排水固結(jié)作用；(2)碎石樁樁體中應(yīng)填充反濾性好的粗顆粒料(

18、碎石、礫石、卵石)，以確保形成滲透性好的豎向排水降壓通道，加快土體固結(jié)沉降；(3)在大面積施工擠密碎石樁前，要先進(jìn)行擠密成樁試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)量一般為7-9根，以保證施工質(zhì)量能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。擠密碎石樁的施工方法有2種，分別為振動(dòng)成樁法、錘擊成樁法。其中錘擊成樁法又可以分為單管法和雙管法。振動(dòng)成樁法、單管法和雙管法的施工工藝流程分別如圖3-4、圖3-5、圖3-6所示。圖3-4振動(dòng)成樁法施工工藝流程圖圖3-5單管法施工工藝流程圖錘擊套背和內(nèi)管，使提升內(nèi)管.利用科斗放入內(nèi)管至套提升套管至與錘擊內(nèi)管和套提升內(nèi)管.向告重復(fù)上述作業(yè)t直至碎垂直*其沉入至向套管內(nèi)-管內(nèi)的內(nèi)管地界.將碎管內(nèi)填石填充至就位設(shè)計(jì)深.度

19、填充砰石碎石面面齊平右壓實(shí)充砰石設(shè)計(jì)標(biāo)高圖3-6雙管法施工工藝流程圖3.3深層軟基處理方法深層軟土地基處理是相對(duì)于淺層、中層軟土地基處理而言的，其處置深度一般大于15m。深層軟土地基處理方法適合使用于軟土地基厚度大的路段，在深軟土地基中，處置效果具備一定的優(yōu)勢。隨著科技手段的不斷豐富，不斷有新的軟土地基處理方法被應(yīng)用于深層軟土地基處理中，下面選取三種較為常用的方法進(jìn)行簡述，這三種深層軟土地基處理方法分別為CFG樁、PHC管樁、釘形水泥土雙向攪拌樁。水泥粉煤灰碎石樁(1)對(duì)于主骨料碎石粒徑，其取值范圍一般為525mm；水泥一般采用普通硅酸鹽水泥，強(qiáng)度等級(jí)為32.5;粉煤灰一般采用R級(jí)或田級(jí)袋裝粉

20、煤灰，當(dāng)粉煤灰來源困難時(shí)，可以選用砂代替；石屑粒徑取值范圍宜為2.510mm,混合料中石屑率宜控制在0.25-0.33;(2)當(dāng)采用長螺旋鉆孔泵壓混合料施工時(shí)，混合料坍落度一般為160200mm；(3)當(dāng)樁徑為0.5m時(shí)，混合料宜參照C15混凝土配比；當(dāng)樁徑為0.4m時(shí)，混合料宜參照C20混凝土配比。CFG樁常用的施工工藝，主要有振動(dòng)沉管灌注成樁法和長螺旋鉆孔泵壓混合料成樁法兩種。具施工工藝流程分別如圖3-7和圖3-8所示。圖3-7振動(dòng)沉管灌注成樁法施工工藝流程圖3-8長螺旋鉆孔泵壓混合料成樁法施工工藝流程預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁一般PHC管樁的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)斷長度為10m,直徑大小范圍為3001000m

21、m,要求混凝土強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)小于C80;(2)適用于抗震設(shè)防烈度不大于9度的地區(qū)；(3)當(dāng)軟基中存在孤石、地下障礙物多、有堅(jiān)硬的夾層但不能作為持力層等情況時(shí)，該方法不適用；(4)選擇該方法進(jìn)行軟基處理施工時(shí)，靜壓法適合于市區(qū)施工中使用，錘擊法適合于對(duì)噪音污染要求較小的地區(qū)中使用。進(jìn)行PHC管樁沉樁施工，主要方法有靜壓法、錘擊法、引孔法、鉆孔植樁法等，目前我國主要采用靜壓法和錘擊法。其施工工藝流程分別如圖3-9和3-10所示。圖3-9錘擊法沉樁施工工藝流程圖3-10靜壓法沉樁施工工藝流程3.3.3釘形水泥土雙向攪拌樁(1)該方法適用于處理粉土、淤泥、淤泥質(zhì)土、軟粘土以及無流動(dòng)地下水的松散砂土等地基

22、；(2)該方法適用于處置泥炭土、有機(jī)質(zhì)土以及塑性指數(shù)Ip25的粘性土，當(dāng)含有腐蝕性地下水時(shí)，必須在現(xiàn)場進(jìn)行試驗(yàn)，確定其是否可以使用；(3)樁長應(yīng)根據(jù)具體變形要求確定，樁體應(yīng)穿透軟土層到達(dá)設(shè)計(jì)持力層。處理深度不宜超過25m。釘形水泥土雙向攪拌樁施工工藝流程如圖3-11所示。圖3-11釘形水泥土雙向攪拌樁施工工藝流程第四章結(jié)論與展望主要結(jié)論由于建筑物軟基處理方法的多樣性，要求工程技術(shù)人員在選擇處理方案應(yīng)具備較好的專業(yè)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，對(duì)各種軟基處理方法要有一定的知識(shí)積累；建筑物軟土地基處理方案選擇同時(shí)也是一個(gè)系統(tǒng)決策的過程，它涉及到的影響因素很多，每個(gè)影響因素都有其自身的重要性，全憑工程人員的經(jīng)驗(yàn)判斷，往往很難滿足方案擇優(yōu)的要求。本研究通過對(duì)常用的、成熟的軟基處理方法進(jìn)行歸納，主要得到以下結(jié)論：(1)按照能夠處置的軟基深度來劃分各