南方河灘地區軟基處理方法

1 引言

我國南方地區大部分屬于亞熱帶季風氣候區， 降水量較大，河流水系發達。 這些河流水系孕育了城鎮和人類文明，許多重要的城市都建在河流附近， 這些河流成為城市發展的重要因素。 河流濱水空間是城市中的重要景觀帶，也是非常稀缺的景觀資源，因此，在該空間會進行較高強度的城鎮建設。 但河流濱水空間通常為河灘區域，該區域的天然地基較為軟弱，需要采取相關的處理措施，提高地基的強度和穩定性，降低其壓縮性及沉降和不均勻沉降[1-3]。

地基處理方法多種多樣[4-5]，其中能夠用于處理淤泥及淤泥質軟弱地基的有換填墊層法、振沖砂石樁[6-7]、水泥攪拌樁[8]、高壓旋噴樁[9-11]、堆載和真空預壓法。以上幾種方法都有其使用范圍和局限性，不可盲目套用，否則無法取得預期的加固目標。

本文通過一條在原河灘地區建設的市政道路工程， 對上述5 種處理方法進行技術經濟對比分析， 為類似工程合理選擇軟基處理方法提供參考。

2 工程概況及巖土結構特征

規劃D 路為城市主干路，設計車速為40 km/h，紅線寬度為40 m，道路長度約620 m，路面結構采用瀝青路面。

根據現場地質測繪和鉆芯資料， 場地勘察深度內地層主要如下。

1）粉質黏土（Q4ml）：道路沿線均有分布。 褐紅、磚紅、黃紅、灰褐，濕-飽和、松散狀態，由黏性土、全風化殘積土等組成，為近10 年回填而成，欠壓實固結。 標準貫入試驗實測錘擊數區間值2~4 擊，修正后平均擊數3 擊。 層頂面埋深0.00 m，層厚1.70~5.30 m。

2）淤泥（Q4l）：主要分布于K0+180~K0+620 段道路，灰黑色，飽和，流塑，味臭、污手，富含有機質，層厚1.10~3.90 m。

3）粉質黏土（Q4al+pl）：道路沿線除局部鉆孔附近缺失外均有分布。灰褐、灰黃、紅褐、褐黃色。硬塑狀態為主，局部略呈可塑狀，含鐵錳質氧化斑點，夾灰黃白色條紋，似網紋狀構造。 搖振無反應，干強度中等，韌性中等，稍光滑。 空間分布較穩定，厚度變化較大，具弱透水性。 標準貫入試驗實測錘擊數區間值11~14 擊，修正后平均擊數11 擊。 層厚0.00~3.50 m。

4）全風化粉砂巖（K2n）：道路沿線均有分布。紫紅、紫色，原巖結構基本被破壞，礦物成分完全變化，風化強烈，見鐵錳質氧化斑點，結構尚可辨認，巖芯風化呈土狀，略具可塑性，巨厚層狀， 空間分布較穩定。 標準貫入試驗實測擊數區間值為12~20 擊，修正后平均擊數13 擊，該層未揭穿。

3 軟弱地基處理方法

3.1 換填墊層法

一般采用砂石、 灰土、 礦渣及粉煤灰等工業廢渣進行換填；換填處理后可有效地擴散地基應力，減少作用在下臥層的壓力，從而提高地基承載力，減少沉降量；采用砂石等粗顆粒透水材料還可以增加排水面， 使墊層下面的孔隙水壓力迅速消散，加速軟基土層的排水固結和防止凍脹。

對于較厚的軟弱地基，要將其全部換填，不僅工程費用很大，工期也可能無法滿足進度要求，如僅換填局部上層軟弱地基，下臥軟弱地基的工后沉降問題沒有解決，因此，換填墊層法僅適用于軟弱地基土層厚較小的情況， 不宜用于深厚的軟基處理。

3.2 振沖砂石樁

該方法是采用振沖器等在軟弱地基中水沖成孔， 振動密實砂石構成密實樁體， 如圖1 所示。 在素填土等松散土層地基，通過砂石樁的擠密和振動，使樁周土的密實度提高，提高地基承載力，降低沉降量。 對于淤泥及淤泥質土等軟土地基，則通過置換作用形成復合地基， 形成的樁體為軟土的排水固結提供了排水通道，加速了軟土的固結，既提高了地基承載力也降低了工后沉降。

工程實踐表明， 對于不排水抗剪強度小于20 kPa 的黏性土，處理后的工后沉降一般仍然較大，故振沖碎石樁不宜用于對變形控制要求較高的工程。 施工過程中耗水量較大，同時要排放出的大量污泥漿液會污染周邊環境， 在環保要求較高地區不宜使用。

3.3 水泥攪拌樁

水泥攪拌法是利用水泥或石灰等材料作為固化劑， 通過特制的深層攪拌機械， 在地基深處就地將軟土和固化劑強制攪拌，利用固化劑和軟土之間所產生的一系列物理化學反應，從而形成具有整體性、水穩定性和較高強度的水泥土加固體，如圖2 所示。 水泥攪拌樁施工工期短，施工過程無振動、無噪聲、不排污、對鄰近建構筑物無不利影響。

圖2 水泥攪拌法示意圖

在地下水位較高時，固化劑通常選用強度等級32.5 級及以上的普通硅酸鹽水泥，水泥摻量占加固土重的7%~15%，摻量越低，水泥與土的反應越緩慢，水泥土的強度主要是依靠水泥發揮作用，因此，水泥加固土強度增長的過程會比普通混凝土慢。

3.4 高壓旋噴樁

高壓旋噴注漿是利用特制的鉆機將帶有噴嘴的注漿管鉆進至設計的土層深度后， 使用20~40 MPa 的高壓把漿液或水噴射出來，形成噴射流沖擊破壞土層，噴出的漿液將沖下的土置換或混合凝成固體，從而達到改良土體的目的，如圖3 所示。

圖3 高壓旋噴樁示意圖

高壓旋噴樁不僅可以提高處理軟基的承載力， 還能夠作為防滲帷幕起到止水效果。 但該方法不可用土中含有較多的大粒徑塊石、大量植物根莖的情形；采用高壓旋噴樁處理軟基單價較高。

3.5 堆載和真空預壓法

堆載預壓法是在基礎施工前，預先進行加載預壓，增加土體的總應力并隨超靜水壓力消散來增加其有效應力， 使得土體壓縮，提高抗剪強度。 真空預壓法通過抽取覆蓋于地表薄膜內的空氣， 從而使得土體中總應力不變的條件下增加有效應力、減小孔隙水壓力，達到提高軟基強度的目的。

預壓法處理軟基工程費用較低，當加固軟基土層較厚時，為了縮短預壓時間，需要在軟基中設置豎向排水體，但即使如此，整個預壓周期也較長。

4 處理方案選擇

軟基處理方法有很多種，選擇時應做到安全適用、經濟合理、環境友好，同時還應滿足施工工期的要求。 工程實踐中應依據工程地質勘察報告， 搜集本地區的已有常用的軟基處理方法，最終確定滿足工程的地基承載力及沉降的處理方案。

根據場區內各土層的巖土工程特征， 并結合地區及類似工程經驗，依據相關規范中的有關規定，綜合確定5 種可行的處理方法，其優缺點比較詳見表1。

表1 軟基處理方法及優缺點

根據地勘報告，本工程中軟弱地基土層深厚，不宜采用換填墊層法；工程實施地點位于濱河地區，對環境要求較高，振沖碎石樁會產生大量污水污泥，也不可采用。 結合工期和工程費用等要求，最終選擇水泥攪拌樁，該方法在當地類似工程中應用較為廣泛，工藝成熟，施工質量易保證。

5 結論

本文通過一個工程實例， 進行了不同軟基處理方法的比選分析，主要得到以下結論：

1）軟基處理方法多種多樣，但任何一種方法都有其適用范圍和優缺點，應根據具體工程條件和要求進行選用。