關于人工地基(軟地基)處理方法的探討

龍正旺

摘要：軟基處理方法多種多樣，其選用一定要有針對性、適用性以及高效性，要做到因地制宜、因時制宜、綜合考慮、科學合理、切實可行，使工程造價經濟合理、技術可靠，才能取得事半功倍的效果。軟弱地基處理是一項復雜、技術性高的工作，在工程建設中具有重要的作用和地位，應不斷探索，推陳出新，研制出既經濟又無污染的新型材料，以強化公路質量，服務社會。本文歸納了軟土地基處理方法的種類及選擇，提出了軟土地基處理的具體措施。

關鍵詞：軟地基；處理

一、目前公路施工中軟弱地基常用的處理方法

1.深層處理

軟基處理的主要方法按其原理共分為四類：排水固結；振密、擠密法；置換拌入法；加筋法。

1.1 排水固結

這是在軟土地基上加壓并配合內部排水，加速軟土地基的排水，從而加快軟土固結的處理方法，適用于處理各類淤泥、淤泥質粘土及沖填等飽和粘性土地基。

軟土地基在附加荷載的作用下，使軟粘土地基土體中的孔隙水排出，土體發生固結，土中孔隙體積減小，土體強度提高，使沉降提前完成或提高沉降速度，減少地基施工后的沉降和提高地基承載力。

主要加固方法有：堆載預壓法、砂井法、袋裝砂井、真空預壓法、電滲排水法、 降低地下水位法、塑料排水板法。

預壓處理：分為超載預壓、等載預壓和欠載預壓等，其施工工期較長，超載預壓的時間一般為6個月，通常與排水處理地基相結合使用。

袋裝砂井：對于軟土厚度大、路堤穩定、填土高的軟土路基，采用袋裝砂井，可增加軟土豎直方向的排水能力，縮短水平方向的排水距離，加速軟土的強度。砂袋灌入砂后，砂井可采用錘擊法或振動法施工。該方法施工工藝復雜，費用相對較高，所用的時間較長，可采用矩形或梅花形布樁。

塑料排水板：排水原理與袋裝砂井相同，由于是工廠制作，其質量穩定、重量輕、運輸保管方便，施工工藝比較簡單，投入勞力少，費用相對較低，并且滲濾吸水性好，具有一定的強度和延伸率，對土的擾動小，缺點是預壓時間較長，對于提高土層的抗剪能力也不如袋裝砂井。

1.2 振密、擠密法

采用爆破、夯擊、擠壓和振動及加入抗剪強度高的材料等方法，通過振動和擠密使地基中深層土土體密實、固結，孔隙比減小，抗剪強度提高。適用于軟土厚度>3m的中厚軟土的加固和分布面積廣的軟基加固處理，其加固深度可達到30m。

主要加固方法有：強夯法、土(或灰土、粉煤灰加石灰)樁法、砂樁法、爆破法、碎石樁法(振沖置換法)、石灰樁法、水泥粉煤灰碎石樁(CFG樁法)、粉噴樁法、旋噴樁法。代表方法有碎石樁法、強夯法、水泥粉煤灰碎石樁法、粉噴樁法。

強夯法：適用于無粘性土地基，土層在巨大的沖擊能作用下，土中產生很大的壓力和沖擊波，致使土體局部壓縮，夯擊點周圍一定深度內產生裂隙良好的排水通道，使土中的孔隙水(氣)順利排出，土體迅速固結。強夯后的地基承載力可提高3倍～4倍，壓縮性可降低200％～1000％ 。

強夯加固法的主要目的在于處理好場道地基下溝、河塘軟土。強夯加固法是技術上比較可靠、經濟上相對合理的淺層處理方法，此方法在實施時要特別注意場區地下水位和地基土粘粒含量較高的問題，可通過采取填筑粗骨料強夯墊層、插塑料排水板和優化強夯工藝等措施加以解決。

采用強夯法加固，預計加固深度可達8m 左右，該層厚度內的土基可形成一個超密實的“硬殼層”。淺層地基的沉降已全部完成，且為超固結狀態，地基淺層承載力可得到較大幅度的提高，淺層粉質土層的地震液化問題也可基本得到解決，但下部軟土的長期沉降問題仍未解決，預計殘余沉降仍可達1cm～30cm，由于有上部“硬殼層”的存在，可大大減少地基的差異沉降。

擠密砂樁、碎石樁加固法：屬于復合地基的一種，適合在地基土屬于非飽和粘性土或砂土，且軟土層較厚，換填困難時使用，先往土中打入樁管成孔，然后在孔內填入礫石、砂、石灰、灰土等搗實而成，可以使地基土密實，容重增加，孔隙比減少，防止砂土在地震或受震動時液化，提高地基土的抗剪強度和水平抵抗力，減少固結沉降，使地基變均勻，起到置換、擠密、排水作用，防止地基產生滑動破壞，以提前完成沉降，減少沉降差。

1.3 置換拌入法

加入高抗剪強度的材料，置換軟土中部分成分的加固機理，并與原有的土體發生化學反應共同組成復合地基，以提高地基的承載力，達到加固地基的目的。

主要方法有：振沖置換法、灌漿法、旋噴樁(粉噴樁、高壓噴射注漿)、深層攪拌法、褥墊法等多種方法；采用砂、碎石等材料置換軟弱：上地基中部分軟弱土體或在部分軟弱土地基中摻入水泥、石灰或砂漿等形成加固體，與未被加固部分的土體一起形成復合地基，從而達到提高地基承載力和減少沉降量的目的。

旋噴樁及深層攪拌法：對于強度低、壓縮性高、排水性能較差的軟土，利用水泥或石灰等材料作為固化劑與地基軟土之間反應組成復合地基，使軟土固結成具有整體性、水穩定性和一定強度的地基，從而提高地基承載力，減少工后沉降。利用粉噴樁施工造價較高，處理效果可靠，適用土層范圍廣。

灌漿法：灌漿漿液是利用水泥漿、水泥砂漿、粘土水泥漿、粘土漿及各種化學漿材如聚氨酯類、木質素類、硅酸鹽類等注入到淤泥軟土地基中，同時擠出土中的自由水。水泥漿凝固后，與土體膠結成整體，提高地基承載力。此方法基本不會改變原狀土的結構和體積，所用灌漿壓力較小，適用：于卵石、中、粗砂和有裂隙的巖石。

1.4 加筋法

在路基中埋設強度高、韌性大的土工聚合物(土工布和土工格柵)、拉筋、受力桿件等，達到提高地基承載力和地基整體性的目的，減少地基不均勻的沉降，對防止滑移也有好處，且有利于維持建筑物的穩定，適用于軟弱巖體、土體中的路堤與路塹。

主要加固方法有：加筋土路基、土工聚合物、土釘墻、土層錨桿、土釘、樹根樁法、柴(木)梢排法。

加筋路基法(土工布或土工格柵法)：對于沉降量不大的路堤，高路堤填土適當采用土工布墊隔，限制了軟基和路基的側向位移，增加了側向約束，從而降低了應力水平，加強了路基剛度與穩定性，提高了路基的水平橫向排水，使荷載均布。采用土工布覆蓋攤鋪，既提高了路基剛度，也使邊坡受到維護，有利于排水，從而增加地基穩定性。

2.淺層處理

淺層軟基處理的方法主要是換填墊層法。當軟弱土層厚度不很大時，可將路基面以下處理范圍內的軟弱土層部分或全部挖除，然后換填強度較大的土或其他穩定性能好、無侵蝕性的材料(通常是滲水性好的中粗砂)。此方法處理的經濟實用高度為2m～3m，如果軟弱土層厚度過大，則采用換填法以增加棄方與取土方量從而增大工程成本。通過換填具有較高抗剪強度的地基土，從而達到增強地基承載力的目的，滿足構筑物對地基的要求。

主要加固方法有：換填、拋石擠淤、墊層、強夯擠淤等。墊層法根據材料的不同可分為砂(礫石)墊層、碎石墊層、粉煤灰墊層、干渣墊層、土(灰土、二灰)墊層。代表方法有砂墊層法及換填法。

砂礫墊層：將基底下一定范圍內的軟弱土挖去，在填土與基底之間換填砂、碎石和素土等散體料，并分層夯實成低壓縮性的地基持力層，從而使地基在受到填土荷載后，迅速地將地基土中的孔隙水排出，加快固結速度，提高地基的承載力，減少沉降，防止地基局部剪切變形。要注意控制填土速度，所用的材料應為含泥量不大于5％ 的潔凈中粗砂， 或最大粒徑小于5cm 的天然級配砂礫。

換填法：在軟土厚度不大于2m時，利用滲水性材料(砂礫或碎石)進行置換填土，可以降低壓縮性，提高承載力和抗剪強度，減少沉降量，改善動力特性，加速土層的排水固結。其特點是施工工藝簡單，但費用較高。拋石擠淤：當軟土或沼澤土位于水下， 更換土施工困難， 且厚度小于3m，表層無硬殼、基底含水量超過液限、路堤自重可以擠出的軟土之上，排水比較困難時，采用拋片石(直徑一般不小于30cm )擠淤的方法，從中部開始拋石，逐漸向兩邊延伸，擠出淤泥，提高路基強度。

3.其他方法

反壓護道法：當軟土和沼澤較厚，路堤高度不超過極限高度的2倍時，路堤兩側填筑適當厚度和寬度的護道，在護道附加荷載的作用下，保持地基的平衡，增加抗滑力矩，防止路堤的滑動破壞。施工時，護道盡量與路堤同時填筑，且壓實度要達到90％ 以上。其施工工藝簡單、費用較低，但施工用地增大。

二、實際施工中軟弱地基處理方法的選擇

在地基處理中，應該遵循的原則是：技術先進、經濟合理、安全適用、確保質量。具體可根據以下條件進行選擇。

1.地質條件

不同的方法適用于不同的地質條件，選擇軟基處理方式時要先了解當地的地質條件。

2.設計施工條件

設計時已經考慮了工期及用料情況，工期不宜安排得太緊，應保證時間充足。施工時地基穩定性要好，遺留問題要少。工程用料按就地取材的原則，施工時應采用科學的、先進的管理方法。

3.場地環境條件

考慮施工時對周圍環境的影響，新填土會擠壓原有道路、房屋，產生側向位移或附加沉降；用砂樁、砂井時，施工有噪聲，靠近居民點會擾民；采用降低水位法時，考慮到引起周圍地基的下沉和對周邊居民用水的影響，應預先調查或做隔水墻，并考慮施工后注水復原的問題；采用填土堆載時要有大量的土料運進運出工地，會影響交通和環境衛生；打石灰樁、灌注樁或采用電滲排水時，會污染周邊地下水，可視情況對待。

4.結構物條件

要考慮相連結構物的等級、結構體系、斷面形狀、位置、埋深、使用要求和建筑材料等因素對所選擇加固方法的影響，如有地下結構物(地下室、涵洞、地鐵等)，或者結構物高低不同、沉降不均時，應當特別注意。

三、高新軟基處理技術的應用

1.添摻外加劑

以前的地基處理方法大多從機械設備著手，從而建立某種工法，而從材料入手提高地基處理質量和效果的較少。高性能土壤固化劑與土壤混合后，特別是與高含水量和富含有機質的淤泥發生一系列物理化學反應后，會形成相互連接的網狀結構，從而提高固化土的強度，減少地基變形。通過室內實驗和現場試驗證明，用高性能土壤固化劑進行地基處理，特別是進行軟弱地基的處理很有效，比普通水泥加固效果好得多，但此項技術目前尚在探索中。

2. 綜合應用

由于地基土單一的處理方法，可能會受工期、資金等多方面的限制，短期內往往難見成效，若采用復合的方法，綜合發揮幾種方法各自的優勢，問題就不難解決。

排水板與堆載預壓結合法可縮短工期，減少排水距離。垂直排水法就是以縮短固結時間為目的的，塑料排水板具有施工速度快，造價低等優勢，在軟土中埋設塑料排水板、袋裝砂井或普通砂井都會形成固結排水通道，可配合堆載預壓或真空預壓。

預壓法與高壓噴射注漿法結合可使真空預壓應用于水平滲透性較大的土層，而高壓噴射注漿法與灌漿相結合可使糾偏加固技術提高到一個新的水平。

單用強夯法處理飽和軟粘土地基時極易產生“橡皮土”現象，難以達到預期效果。為此，巖土工程界將強夯法和排水固結法結合起來， 開創了“動力排水固結法”。

所有新技術的出現都將會縮短工期，提高工程質量，增加社會經濟效益。