软土地基处理常用方法

软土地基处理常用施工方法太原理工大学岩土与地下工程研究所一、主要内容•1、软土地基的危害和后果•2、软土地基介绍•3、地基处理的解决问题•4、地基处理目的•5、地基处理原理和分类表层处理法置换法排水固结法灌入固化物加筋法冷、热处理法托换法纠偏法6、我国地基处理技术现状7、软土路基的施工要求8、软土路基的几个概念区分9、生物处理的简介软土地基的性质因地而异，因层而异，不可预见性大。在设计、施工过程中，稍有疏忽就会出现质量事故，对路基产生极大的危害，造成代价极大的后果:(1)勘察设计不详细或不准确，导致对应该作软基处理的地段未作处理设计，此类工例不少。本身就是软基地段，施工平台没有处理，勘察机械就进不去，造成地质资料不详细或频率不足，造成软基地质触探不明。(2)已知是软土地基，但是未做好软土地基处理，造成路堤失稳或危及线外建筑物。譬如：汕头磊口大桥引道，由于高填土引起线外土地隆起，民房受损，路基难以稳定，只好增加桥梁长度，建成后一段时间，仍然出现锥坡不均匀下沉，又做了处理，现已改建新桥。中山县附近的狮窖口桥，原设计是拱式桥跨，台背填土较高。由于高填土的推力作用和地基严重下沉，使桥台被推坏，拱体损伤，新路旁的老公路被挤移，将一条近10m宽的水沟填塞，路外厂房和民房受损，迫不得已改变桥型(原拱桥拆掉重建梁桥)，增大桥长，降低路堤。福建省沈海高速公路福州连接线段每年由于沉降要处理，现在打桩基，估计也是在增加桥梁。（3）虽然作了软土地基处理，但是措施不力，施工不当造成路堤失稳。珠海南屏桥引道，虽然软土采用砂井结合分级加裁预压处理，路堤填土高度7m，南岸砂井施工完成后，仅填土到2.5m高(第一级加载)时就发生破坏，北岸在第三级填土完成时发生破坏。填土完成也发生破坏。经开挖分析，原因是地质资料不准确，填土速度过快，后加的反压护道又阻塞了砂垫层的排水通道。最后采取了挖深边沟排水(挖边沟时，原路堤底有大量的水流出)，用袋装砂井(原先的砂并是无袋砂井)和铺土工布进行修复。（4）堆料不当，未按规定分层填筑，填土过快，碾压不当，造成路堤失稳。新会虎坑大洞桥的引道，原设计对软基都作了袋装砂井结合砂垫层加固处理，由于投资限制，大部分路段的处理被取消。在施工过程中，有几处路堤发生滑塌现象，通车后整个路段不均匀沉降明显。主要原因是堆料不当，未按规定分层填筑，也未作施工观测，填土过快，碾压不当。其填料采用开山石渣土，其中含有大块石，运料没有做到均匀卸土，合理分层，而是堆成厚层用强振碾压，使强度很低、灵敏度很高的软土地基受到破坏。但未按规定作加固处理施工的路段，虽然后来沉降较大，但没有发生破坏。(5)扰动“硬壳层”或填筑不当，使“硬壳层”遭受破坏，导致路堤失稳。软土地基上往往有一层强度比软土高的土层，被称为“硬壳层”。“硬壳层”可以起到承重和扩散应力作用，利用好“硬壳层”对于减少工程投资是有意义的。有的地区甚至认为，有“硬壳层”存在的软土地基，宁可不作软土地基特殊处理，充分利用“硬壳层”的扩散应力作用，采取预压措施，以保持填筑路堤的稳定。但若对“硬壳层”的勘察、利用工作做得不好，则达不到预想的效果。（6）由于台背填土使地基对结构物产生负摩阻力和纵向推挤作用，引起桥台发生变位以至损坏。在软土地基上的桥台，基础不论是用支承桩或是摩擦桩，由于台背填土引起软土层发生较大的沉降，对桥台及桩基础产生纵向推挤向河中方向和负摩擦力作用，轻则使桥台发生位移或下沉，重则损坏桥台危及桥墩，这种现象尤以轻型桥台为甚。此类现象出现不少给工程的进展和完工后的使用带来不利影响。主要问题是：台背填土引起桥台向桥跨方向发生水平变位；先做桥台，后做锥坡及台背填土；锥坡没有按设计图纸做足，台背填土时把轻型桥台推坏；由于负摩擦力作用，引起桥台下沉。1、软土地基定义由软弱土层构成的地基就是软土地基。软弱土：（1）从性质上理解：滨海、湖沼、谷地、河滩沉积的天然含水量高、孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低的细粒土。（2）从具体土层上理解：由淤泥、淤泥质土、松软冲填土与杂填土，或其他高压缩性软弱土层。1、软土地基定义我国公路行业规范是指强度低,压缩量较高的软弱土层，多数含有一定的有机物质。日本高等级公路设计规范将其定义为：主要由粘土和粉土等细微颗粒含量多的松软土、孔隙大的有机质土、泥炭以及松散砂等土层构成。地下水位高,其上的填方及构造物稳定性差且发生沉降的地基。1、软土地基定义有的还提出了类型概略判断标准。软土地基不能简单地只按地基条件确定，因填方形状及施工状况而异，有必要在充分研究填方及构造物的种类、形式、规模、地基特性的基础上，判断是否应按软土地基处理。2、软土地基的基本特点（1）、高压缩性：软土由于孔隙比大于1，含水量大，容重较小，且土中含大量微生物、腐植质和可燃气体，故压缩性高，且长期不易达到固结稳定。（2）、抗剪强度低：一般由淤泥、泥炭、有机质组成，因此，抗剪强度低。所以软土的抗剪强度最好在现场作原位试验。（3）、透水性小：软土的透水性能很低，垂直层面几乎是不透水的，对排水固结不利，反映在建筑物沉降延续时间长。同时，在加荷初期，常出现较高的孔隙水压力，影响地基的强度。2、软土地基的基本特点（4）、触变性：软土是絮凝状的结构性沉积物，当原状土未受破坏时常具一定的结构强度，但一经扰动，结构破坏，强度迅速降低或很快变成稀释状态。软土的这一性质称触变性。所以软土地基受振动荷载后，易产生侧向滑动、沉降及其底面两侧挤出等现象。（5）、流变性：是指在一定的荷载持续作用下，土的变形随时间而增长的特性。使其长期强度远小于瞬时强度。这对边坡、堤岸、码头等稳定性很不利。因此，用一般剪切试验求得抗剪强度值，应加适当的安全系数。（6）、不均匀性：软土层中因夹粉细砂透镜体，在平面及垂直方向上呈明显差异性，易产生建筑物地基的不均匀沉降。软土地基能引起的不良的后果，但我们需要解决的主要有三方面问题：（1）强度和稳定性问题。当地基的抗剪强度不足以承受路堤及路面外荷载时，地基可能会产生局部或整体剪切破坏，造成路堤塌方、失稳，桥台破坏。（2）沉降变形问题。当地基产生过大的沉降变形，特别是不均匀变形时，路面会开裂、引起桥头跳车，引起涵洞漏水，路面积水等。（3）在外来（地震、车辆振动）动力荷载作用下，可引起地基土特别是饱和无粘性土的液化、失稳及震陷。软土地基处理的目的是利用换填、夯实、挤密、排水、胶结、加筋和热学等方法对地基土进行加固，改良地基土的工程特性。（1）、提高地基的抗剪强度（2）、降低地基的压缩性（3）、改善地基的透水特性（4）、改善特殊土的不良地质特性最终目的：提高地基的稳定性和承载能力。1、地基处理分类针对软土地基的特点进行相应的处理：浅层承载力不足，可进行置换法处理；针对软土透水性差，采用增加排水途径、缩短排水距离等方法处理，增加承载力；通过加入其他物质，改善土质性能，提高承载力等等。根据不同的原理，地基处理的方法可大致分为：表层处理法、开挖置换法、排水固结法、灌入固化物、加筋法、冷热处理法、托换法、纠偏（倾）法。1、地基处理分类1.1按加固原理分为以下几种类型：（1）表层处理法在原软土层顶面通过铺筑一层能改善剪切特性、压缩特性或透水特性的其他材料或土工材料，来提高地基承载力或稳定性的处理方法。主要有砂垫层法、反压护道法、土工合成材料法。1、地基处理分类（2）开挖置换法利用物理力学性质较好的岩土材料，置换天然地基中部分（或全部）软弱土或不良土，形成双层地基或改良地基，以达到提高地基承载力、减小沉降的目的。置换法包括：换土垫层法、抛石挤淤强夯置换法、振冲置换法（振冲碎石桩法）、沉管碎石桩法、砂桩法、石灰桩法以及超轻质料填土法（轻质混凝土）等。1、地基处理分类（3）排水固结法对天然地基或先在地基中设置砂井（袋装砂井或塑料排水板）等竖向排水体，然后利用路基本身重量分级逐渐加载；或在建筑物建造前在场地上先行加载预压，使土体中的空隙水排出，逐渐固结，地基发生沉降，同时强度逐步提高的方法。排水固结法包括：加载预压法、超载预压法、砂井法（普通砂井、袋装砂井和塑料排水带法）、真空预压与堆载预压联合作用降低地下水位法。1、地基处理分类（3）排水固结法普通砂井袋装砂井塑料排水带竖向排水体（垂直排水体）水平排水体砂垫层排水系统加压系统堆载法真空法降低地下水位法法电渗法联合法排水固结法排水系统：主要在于改变地基原有的排水边界条件，增加孔隙水排出的途径，缩短排水距离。加压系统：通过对地基施加预压荷载，使地基土的固结压力增加而产生固结。1、地基处理分类（4）灌入固化物向土体中灌入或拌入水泥、石灰或其他化学固化浆材（水玻璃+氯化钙浆液、纸浆液如重铬酸盐类），在地基中形成增强体，以达到地基处理的目的。灌入固化物法包括：深层搅拌法、高压喷射注浆法、渗入性灌浆法、劈裂灌浆法、电动化学注浆法。1、地基处理分类（5）加筋法在地基土中设置强度高、模量大的筋材（钢筋混凝土、土工格栅、土工织物等），以达到提高地基承载力，减少工后沉降的目的。本法包括：加筋土法、土钉墙法、锚固法、树根桩法、低强度混凝土桩复合地基法、钢筋混凝土桩复合地基法等。（6）冷、热处理法冷热处理是指通过冻结土体，或焙烧、加热地基土以改变土体物理力学性质以达到地基处理的目的。它主要包括冻结法和烧结法两种。1、地基处理分类（7）托换托换是指对原有建筑物地基和基础所进行的处理和加固。它主要包括：基础加宽法、墩式托换法、桩式托换法、地基加固法、综合加固法。（8）纠偏（倾）法纠偏是指对由于沉降不均匀造成倾斜的建筑物进行矫正的手段。主要包括：加载纠偏法、掏土纠偏法、顶升纠偏法和综合纠偏法等。1、地基处理分类1.2按化学作用可分为以下三种：（1）物理处理（2）化学处理（3）生物处理1.3按处理位置可分为以下三种类型：（1）浅层处理（2）深层处理（3）斜坡面土层处理1.4按有效期可分为以下二种类型：（1）临时性处理（冻结法）（2）永久性处理1、强夯法强夯发是法国Menard技术公司于1969年首创的一种地基加固方法。它一般通过8t~30t的重锤（最重可200t）和8m~20m的落距（最高可达40m），对地基土施加很大的冲击能，一般能量为500~8000KNm。利用地基图土中出现的冲击波和动应力，提高地基土的强度、降低土的压缩性、提高土层的均匀程度，减少可能出现的差异沉降。（1）强夯法施工范围当前，应用强夯法处理的工程范围极为广泛，有工业与民用建筑、仓库、油罐、储仓、公路和铁路路基、飞机场跑道及码头等。根据工程经验，对于含水量大于60%、空隙比大于1.5、粒径大于0.005mm的粘粒占30%以上的饱和软粘土不宜采用强夯法。1、强夯法（2）强夯法施工特点工程实践表明，强夯法具有施工简单、加固效果好、使用经济等优点，因而被世界各国工程界所重视。对各类土强夯处理都取得了十分良好的技术经济效果。但对饱和软土的加固效果，必须给予排水的出路。为此，强夯法加袋装砂井（或塑料排水带）是一个在软粘土地基上进行综合处理的加固途径。1、强夯法（3）强夯法加固机理强夯加固地基有三种不同的加固机理：动力密实、动力固结和动力置换。采用强夯加固多孔隙、粗颗粒、非饱和土石基于动力密实的机理，即用冲击型动荷载，使土体中的空隙减小，土体变得密实，从而提高地基土强度。用强夯法处理细颗粒饱和土时，借助于动力固结的理论，即巨大的冲击能量在土中产生很大的应力波，使土体产生许多裂隙，增加排水通道，使空隙水顺利逸出，土体固结。动力置换分为整式置换和桩式置换，整式置换是采用强夯将碎石整体挤入淤泥中，作用机理类似换土垫层，桩式置换是通过强夯将碎石填筑于土体中，部分碎石桩间隔地夯入软土中，形成桩式的碎石墩，作用机理类似于振冲法形成的碎石桩。2、表层处理法（1）砂垫层在软土层顶面铺砂垫层，主要起浅层水平排水作用。适用条件：用于路堤高度小于2倍极限高度（在天然软土地基上，基底不作特殊加固处理而用快速施工方法修筑路堤的填筑最大高度）软土层及其硬壳较薄，或软土表面渗透性低的硬壳等情况。亦可用于软土层稍厚但具有双面排水条件的地基。有排水砂垫层、换土砂垫层、砂垫层和土工布