軟土地基加固方法與支護技術的發展方向

李 波

(中鐵十九局集團第三工程有限公司，遼寧 沈陽 110136)

1 引言

建筑物以及作用于其上的載荷通過基礎傳遞到地基，因此，地基對于建筑有著舉足輕重的作用。不規范處理地基會給建筑物造成危害。不均勻沉降導致建筑物傾斜，沉降過大等危害會造成嚴重的經濟損失甚至危及生命。因此，地基的質量決定著一個工程的好壞。

軟土是指天然含水率大，壓縮性高，承載能力低的一種軟塑到流塑狀態的黏性土，如淤泥、淤泥質土、淤泥質粉土、泥炭、泥炭質土等具有高壓縮性的飽和土。主要分布在湛江、寧波、溫州、福州、泉州、香港、澳門、溫州灣、舟山、連云港、天津塘沽、大連灣、長江中下游的上海地區、珠江下游的廣州地區等沿海地區。當工程遇到軟土時需要進行加固。

2 軟土地基加固方法

軟土地基加固的方法分為以下幾種：(1)換填墊層法：挖出淺層性質不好的土，換填性質好的中粗砂，碎石等。(2)擠密壓實法：有表層壓實夯實振動密實法、重錘夯實法、強夯法、沙樁、震沖法幾種。(3)排水固結法：砂堆載預壓法、砂井、真空預壓法、降低水位法、電滲法。(4)攪拌樁法：粉體噴射攪拌法、水泥漿攪拌法、高壓噴射注漿法。(5)灌漿膠結法：硅化法、水泥灌注法。此外還有土工格柵、土工格室加筋法，熱加固法，凍結法等。

某工程項目全長18.3 km，總投資達2.95億元，其中三分之二的路基為軟土路基，可能造成松脹、膨脹、凍脹翻漿、溶蝕及基床危害。針對這一情況，對于軟土處于路基淺部且厚度不大的路段，采取換土墊層法加固。挖除一定厚度的軟土層，用性質較好的中粗砂或者碎石進行分層回填，每層15～25 cm，達到最佳含水率時進行機械碾壓或者振動夯實。黏土的粒度較小，由于電荷的作用，能將水吸附在其表面形成強結合水和弱結合水，其中弱結合水是黏土具有可塑的成因，因此當路基中含有大部分黏土顆粒時，土中水不容易排除，大大影響了路基的承載能力和剛度，需進行處理。中粗砂粒度較大，對水的敏感性小于黏土，而且在飽和情況下，固結時間遠小于黏土，能夠較快地在荷載下完成沉降，比黏土具有更高的穩定性。因此，用中粗砂進行軟土地基處理效果好，而且可以就地取材，方便又經濟。

對于飽和黏土厚度較大的區域，可以采取砂樁擠密，碎石樁擠密，混凝土樁擠密，或者粉噴樁進行加固。樁體對飽和黏土地基起到置換作用，軟黏土地基具有顆粒細，摩擦力小，有黏聚力，透水性差，變形較大的特性，樁體打入土內后，由于其強度遠遠大于周邊土體的強度，根據共同受力的原則，土體承受力小而樁體承受的力大，同時通過擠壓作用，施加于軟土路基的超靜孔隙水壓力，可以通過砂樁和碎石樁增加排水路徑排除，不僅加快了土體的排水固結速度，而且增強了土體的穩定性，其抗剪強度遠遠高于不加樁土體。但砂樁和碎石樁由于強度靠樁和土共同承受，其強度低于混凝土樁。根據本工程的實際情況，選用水泥攪拌樁加固，通過優化漿液配比，降低水泥用量，增加可泵性。添加具有防腐防侵蝕的粉煤灰，既保證了水泥樁的質量也減少了成本。摻量如下：水泥41.6 kg/m，粉煤灰摻量22.4 kg/m，水灰比：0.54，噴漿攪拌下沉速度0.6～1.0 m/min，攪拌提升速度0.8～1.0 m/min ，送漿壓力保證0.4～0.6 MPa，采用單向深層攪拌樁機及其配套設備進行施工，水泥攪拌樁的施工機械按照試樁工藝進行。

另外一些飽和軟黏土較厚的路段，還可以采用排水固結法對軟土地基加固處理，其原理是通過排除土中水來增加土體的密實度，增大土的承載極限。主要方法有真空預壓法，該法通過真空形成的壓力差，促使土中水通過管道排出。還可與堆載法聯合使用，通過堆載給土體施加了超靜孔隙水壓力，加快土體水的排除，還可以通過擠密砂樁或碎石樁結合墊層進行排水，既加固了地基，提高承載力，又能排水，改善地基土的性質。應用新開發的抗液化剛性排水樁在剛性樁的側面沿豎向設置凹槽，在凹槽中設置排水管，形成豎向排水通道。這一方法的優點是改善了碎石樁排水，而且在防止沙土液化方面效果顯著，但其強度低，僅依靠土體的禁錮作用才能產生強度。

土體的破壞屬于剪切破壞，因此考慮使用土工格柵形成加筋土提高路基的穩定性和提高承載能力。

現代加筋土技術是利用土中摻入的纖維材料來提高強度。

加筋土的破壞有兩種，一種是筋材拉壞而使筋材和土體分離。由于筋材與土體之間的相互作用，加筋土的強度和穩定性較無筋土有極大的提高。而提高的原因有各種不同的理論和假說。筋土之間的作用機理可以分為兩大類，一類是摩擦加筋，二是黏聚力原理，還有均值材料原理、彈塑性板層理論等。

土體在受力狀態下產生向下位移，因為受力不均勻或者土體剛度小，力的擴散性不如木材或者混凝土類大，導致不一致沉降，在荷載作用下的中心位置沉降最多，向兩邊逐漸減少，這樣就會產生一個反拱，會使筋材受到土體的壓力，從而使筋材產生軸向拉力反作用于土體，相當于對土施加了一定的側向約束，增強了土體的剛度和整體性，使得上部傳來荷載的擴散作用明顯增強，軟弱下臥層的豎向附加應力分布更加均勻，使得軟弱下臥層頂面的豎向位移與不加筋土體的比明顯減少，且位移分布比較均勻、平緩，降低了軟弱地基中的剪應力水平，抑制地基塑性區的擴展，從而提高了地基承載力，減小地基沉降量，增強地基及路堤結構穩定性，提高了穩定性和整體的剛度。

對于土質相對較好的路基，僅僅依靠土工格柵和碎石樁等加固方法效果就可能很好。但是，對于地質情況十分復雜的路基，效果會有限。因此可以碎石樁和土工格柵聯合使用形成樁網復合地基，地基既有水平方向加強，也有豎向加強。實踐表明，利用樁網符合地基處理，效果較好。因此，在軟土厚度較大的地方使用樁網復合地基能夠提高承載力，豎向變形減小且均勻，側向變形減小。

軟土地基中摻入水泥、石灰等，用噴射、攪拌等方法使之與土體充分混合和固化?；虬岩恍┠芄袒臐{液(水泥漿、水玻璃、氯化鈣等)注入到地基土中空隙，以改善地基土的物理力學性質，達到加固土體的目的。加入化學試劑使土膠結，其強度和穩定性大大提高，提高了地基的抗剪能力。

3 支護技術的發展方向

雖然支護技術在近些年有了較快的發展，但對位置較深，地應力較大，地質情況復雜的地區的支護仍是施工中的難題，所以我們需要在現有的基礎上研究出行之有效的支護方法。

3.1 理論完善

需進一步完善軟巖的支護理論，雖然現在已經有了一些解析和經驗理論，但這些理論還停留在初步的計算和模擬上，還不能完全精確地描述軟巖支護的效果。所以，有必要在圍巖支護理論進一步完善軟巖的支護理論，分別描述不同的支護形式下的變形，根據不同的地質和現場情況選取合適的支護方法。目前大多基于經驗和工程對比，產生很大支護冗余，造成材料浪費，間接地增加了工程投資和減慢了施工進度。

3.2 設備研發

軟巖支護依靠支護機械的發展。常用支護技術影響施工進度的主要因素有兩方面：一是噴射混凝土的速度及效果；二是錨桿機打眼及安裝速度?；炷羾娚錂C分為粉噴，潮噴，濕噴三類，實際施工中常用濕噴機，相比之前的設備，不僅減少了噴射的反彈，節約了材料，同時避免了污染更多的環境。在以后的設計施工中，應更傾向于設備組裝化，輕型化，多功能化方向發展。

3.3 支護材料研發

由于支護施工是一項長時間的工程，所以要求支護材料的強度必須具有一定的長久性、穩定性，但支護材料長期在巖體中受到空氣、水、水中化學物質的腐蝕時強度會逐漸降低。在施工中采用有抗腐蝕性的材料——玻璃鋼，但是情況不是很理想。抗腐蝕和支護強度是矛盾的兩個方面，采用抗腐蝕性材料的時支護強度減小，支護剛度卻增大了，不能滿足應力較大處的支護要求，因此對支護材料有了更高的要求。

3.4 支護后監測

工程支護是一個長期過程，對于支護體在施工后乃至運營試用期間的必要的受力情況還了解不足，監測很少。提前預測不但可以保障工程的安全，還可類比優化支護施工，既滿足支護要求又滿足經濟要求。以錨桿為例，井下錨桿支護后，要進行綜合監測，來驗證初始設計的合理性和可靠性，并為修正初始設計提供依據。目前錨桿支護的綜合監測內容有：采用十字布點法監測表面位移，采用頂板離層指示儀測試頂板巖層錨固范圍內外位移值，錨桿測力計測量錨桿錨固端部和全長的工作阻力。日常監測的內容有：錨桿錨固力抽檢、頂板離層、錨桿預緊力矩檢測。但在日常生產中，一些必要的監測工作沒有發揮應有作用。因此，應在大力宣傳的基礎上，進行強制約束，進一步加強上述方面的監測工作，以保證安全生產。

4 結論

根據軟土孔隙率高，含水量大，在荷載作用下極易產生破壞的特征，可結合工程的要求、地質情況、周圍環境科學合理選擇軟土地基加固的方法。在本項目施工中，根據工程實際情況，進行了高壓噴射水泥漿處理，并在漿液中加入粉煤灰進行調配，增加了漿液的可泵性，在滿足質量要求后，減少了水泥用量，節約了工程成本。