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1、基于软土地基处理的设计研究基于软土地基处理的设计研究摘 要软土地基处理的目的是利用夯实、置换、排水固结、加筋等方法对地基土进行加固，以改善地基土的剪切性、压缩性、振动性和特殊地基的特征，使之满足上部拟建工程的要求。选择合理的软基处理方案及方法快速实施，从而取得预期的经济和社会效益，具有重大的实际意义。本文首先分析了软土地基的工程性质，其次探讨了选择软土地基处理方法时应考虑的因素，并进一步详细研究了软土地基处理工程的过程设计，涉及到分区及施工顺序的设计、场区道路软土地基处理的具体设计以及软基工程的监测。关键词：地基处理；软土；技术研究；工程监测目 录一、引言.1二、软土地基的工程性质.2(一)、
2、软土及软土地基的界定2(二)、软土对地基的影响2(三)、软土地基常用的处理方法3三、选择软土地基处理方法时应考虑的因素.7(一)、地基状况7(二)、地面性质7(三)、施工条件及周围环境7四、软土地基处理工程的过程设计.9(一)、工程概况9(二)、设计原则与思路9(三)、分区及施工顺序的设计9(四)、场区道路软土地基处理的具体设计10(五)、软基工程的监测12五、总结.13参考文献.14一、引言软土是自然历史的产物，是随着古地理、气候、沉积环境的变化而形成的。一般是指在滨海、湖泊、谷地、河滩沉积的天然含水量高、孔隙比大、压缩性高、抗剪强度和承载力低的软塑到流塑状态细粒土，如淤泥和淤泥质土，以及其
3、他高压缩性饱和粘性土、粉土。淤泥和淤泥质土是指在静水或缓慢的流水环境中沉积经生物化学作用形成的粘性土，含有机质，天然含水量大于液限1。我国地域辽阔各地软土形成环境、年代等条件千差万别，其分布、厚度、性质各不相同，水方向有差异性、垂直方向也具不均匀性，所表现出的抗剪强度、压缩性、透水性等特性也不一样。各种软土地基处理技术不断地运用在土木工程的各个方面，带来了巨大的经济效益和社会效益。我国地基处理水平不断得到提高，总体上正在接近世界先进水平。近几十年来，我国在引进了国外比较先进的软土地基处理方法的同时，逐步发展了符合我国国内具体工程地质条件的软土地基处理方法。从国外引进和发展了高压喷射注浆法、振冲
4、法、强夯法、深层搅拌法、土工合成材料、强夯置换法、EPS 超轻质填料法等许多地基处理技术。许多已经在我国得到应用的地基处理技术，如排水固结法、土桩和灰土桩法、砂桩法等也得到不断发展提高；在工程实践中还发展了许多新的地基处理技术，如真空预压法、锚杆静压桩法、孔内夯扩碎石桩法、低强度桩复合地基法、刚性桩复合地基法等2。此外，国内外对软土没有统一的分类判别标准，国内各部门之间的标准也不尽相同。为了有个统一简便的判别标准，交通部最近颁布软土地基路堤设计与施工技术规范 ，在总结经验的基础上，软土的划分标准采用天然含水量=5%(或液限)、天然孔隙比=1.0、十字板剪切强度35 kpa 等 3 项指标。凡符
5、合以上 3 项指标的粘性土均为软土。通常情况下，软土地基指地基承载力达不到上面建筑物(构筑物)的要求，或虽在建筑物(构筑物)施工时能达到要求，但在后期使用过程中由于地基本身的原因或其他原因使地基失稳，造成建筑物(构筑物)沉降过大或不均匀沉降，以致彻底破坏建筑物的不良地基。对于达不到设计要求的软土地基需对其进行加固处理。软土地基加固处理的目的是利用夯实、置换、排水固结、加筋等方法对地基土进行加固，以改善地基土的剪切性、压缩性、振动性和特殊地基的特征，使之满足上部拟建工程的要求。本文以软土地基作为研究对象，对软土的性质及处理技术进行系统的分析研究，具有一定的理论和现实意义。二、软土地基的工程性质(
6、一)、软土及软土地基的界定软土一般是指在静力或缓慢流水环境中以细颗粒为主的近代沉积物，其直径小于 0.1 mm 的颗粒一般占土样重量的 50%以上。这类土的物理特性大部分是饱和的，含有机质，天然含水量大于液限，孔隙比大于 1。当天然孔隙比大于 1.5 时，称为淤泥，天然孔隙比大于 1 而小于 1.5 时，则称为淤泥质土。工程上将淤泥、淤泥质土、泥炭、泥炭质土、冲填土、杂填土和饱和含水黏性土统称为软土。软土地层还包括软土与砂土、碎石土、角砾土及块土等形成的互层3。因此，软土地层还可包括除岩石以处的所有含有软弱土层的地层。软土是在静水或缓慢水流、缺氧、多有机质的条件下生成的，往往与泥炭和粉砂交错沉
7、积。绝大部分生成于全新世的中晚期，也有软土层埋藏在密实的硬土层之下，生成期较早。但总的说来，在各种土中，软土应该说是比较年轻的沉积物，甚至还存在正在继续沉积的欠固结软土。软土地基指以软土为主，与粉砂、泥炭等一些其它土层相间组成的地基，当然也存在厚度几十米、上百米而土质较均匀的软土地基4。软土地基主要指自然界力生成的地基，有时也包括弃土、吹填土及滨海围涂造地或山间填土地区的地基。(二)、软土对地基的影响软土地基在我国公布很广（软土类型及分布表如图 2-1） ，大都成型于天然，如第四纪沉积物等。在我国南方地区，江河湖泊、稻田、沼泽等处，往往成为工程的软地基。表 2-1 我国软土分布表类型分布情况滨
8、海沉积主要分布在东海、黄海、渤海等沿海地区湖泊沉积洞庭湖、太湖、鄱阳湖、洪泽湖周边河滩沉积长江中下游、奥江下游河口、淮河平原、松辽平原谷地沉积西南、南方山区或丘陵区长期受水浸蚀浸泡北方地区根据上述软土的特点，以软土作为建筑物的地基是十分不利的，它可造成构造物不同程度的破坏，严重者不但影响使用，甚至造成建筑物的彻底报废5。由于软土的强度很低，承载力不足，不能承受较大的建筑物荷载，否则就可能出现地基的局部破坏乃至整体滑动，开挖较深的基坑时，就可能出现基坑的隆起和坑壁的失稳现象。由于软土的压缩性较高，建筑物增加的沉降和不均匀沉降是比较大的，对于一般四层至七层的砌体承重结构房屋，最终沉降约为 0.2-
9、0.5m。著名的意大利比萨斜塔，建筑已数百年，塔身完好无损，但严重倾斜，其原因即是地基不均匀沉降所致，且至今无好的解决方法。地基是一条带状的、承受动静两种荷载的对象，由于它分布较广、使用要求较高，因而对有较高的要求。同时地基不可避免地要经过大量的软土地质地区，对软基处理不当，将会使路基沉降过大，导致路堤失稳；桥台与路基的沉降不同而产生桥头错台；地基的中心沉降过大引起涵管弯曲和路基路面横坡变小等问题，严重者甚至彻底破坏。因此，从高标准、高质量的使用要求出发，合理、可行地处理好软土地基，已成为地基建设必不可少的一个环节。(三)、软土地基常用的处理方法软土由于具有含水量高、压缩性大、透水性差、强度低
10、和变形稳定所需时间长等工程特性，一般不能直接作为天然地基使用，需经过加固处理以减小道路路基在荷载作用下引起的沉降或不均匀沉降。路基沉降是导致路基变形、破坏的主要原因，因此对软土地基处理恰当与否，不仅影响工程的投资，而且将直接影响道路的使用性能和工程质量。对软土地基的处理对策很多，但不管采用何种方法，处理后的地基必须满足强度、变形、动力稳定性和透水性要求，从而达到减小道路路基在荷载作用下引起的沉降或不均匀沉降的目的6。软土路基处理方法较多，分类也各有不同，常用的处理方法主要如下描述：1.1. 砂垫层法砂垫层法砂垫层法是在软土地基顶面铺设厚度为 0.6-1.0m 的砂垫层（具体厚度视路堤高度、软土
11、层厚度及压缩性而定，太厚施工困难，太薄效果差）作为软土层固结所需要的上部排水层，以加速沉降的发展，缩短固结过程的方法。砂垫层可作为路堤内的地下排水层，以降低堤内水位，改善施工时重型机械的作业条件。砂垫层法具有施工简单，不需要特殊机具设备等特点。主要适用于以下情况：路堤高度小于 2 倍极限高度；软土表面无透水性低的硬壳；软土层不很厚、或具有双面排水条件的情况；当地有砂，且运距不太远，施工期限不甚紧迫的工程。采用砂垫层，砂宜采用中砂及粗砂，要求级配良好。颗粒的不均匀系数不大于 5，且含量不宜超过 3%-5%。砂垫层一般用自卸汽车及推土机配合摊铺，摊铺应均匀，注意不要有很大的集中载荷作用。当路堤为粉
12、土类土，透水性不好时，路堤坡脚附近砂垫层被路堤覆盖，可能会阻碍侧向排水，必须注意做好砂垫层端部的处理。在路堤的填筑过程中，填筑的速度要合理安排，使加载的速率与地基承载力增加的速率相适应，以保证地基在路堤填筑过程中不发生破坏。通常可利用埋设在路堤中线的地面沉降板以及布置在路堤坡脚的位移边桩进行施工观测，随时掌握地基在路堤填筑过程中的变形情况和发展趋势，借以判断地基是否稳定，控制填土的速度。2 2强夯法强夯法强夯法处理软土地基是利用重锤自山落下产生的冲击波使地基密实，这种冲击引起的振动在土中是以波的形式向地下传播的。对于饱和无粘性土，夯击过程中，土体可能会产生液化，其致密过程与爆破和振动压密过程相
13、似；对于饱和细粒粘土的效果尚不明确，成功和失败的例子均有报道，对于这类饱和的细颗粒土，要求破坏土的结构、产生超孔隙水压力、山裂隙形成排水通道。如果将地基视为弹性板空间体，则夯锤自由下落过程也就是势能转换为动能的过程，即随着夯锤下落势能越来越小，动能越来越大，在落到地面以前的瞬间，势能的极大部分都转换为动能，夯锤夯击地面时，这部分动能除一部分以声波形式向四周传播，一部分由于夯锤和土体摩擦而变成热能外，其余的大部分冲击能则使土体产生自由振动，并以压缩波(也称为纵波)、剪切波(也称为横波)和瑞利波(也称为表面波)的波体系联合在地基内传播，在地基中产生一个波场。此外，压缩波大部分通过液相运动，使孔隙水
14、压力增大，同时使土颗粒错位，土体骨架解体。而随后到的剪切波使土颗粒处于更密实的状态。占总能量 67%的瑞利波，其竖向分量起到松动土的作用，但其水平分量可使土得到密实。3 3换填法换填法换填法就是将基础地面以下不太深的一定范围内的软弱土层挖去，然后以质地坚硬、强度较高、性能稳定、具有抗侵蚀性的砂、碎石、卵石、素土、灰土、煤渣、矿渣等材料分层充填，并同时以人工或机械方法分层压、夯、振动，使之达到要求的密实度，成为良好的人工地基。当地基软弱土层较薄，而且上部荷载不大时，也可直接以人工或机械方法(填料或石填料)进行表层压、夯、振动等密实处理，同样可取得换填加固地基的效果。换填法适用于浅层地基处理，包括
15、淤泥、淤泥质土、松散素填土、杂填土、已完成自重固结的回填土等地基处理以及暗塘、暗洪、暗沟等浅层处理和低洼区域的填筑。换填法还适用于一些地域性特殊土的处理：用于膨胀土地基可消除地基上的胀缩作用，用于湿陷性黄土地基可消除黄土的湿陷性，用于山区地基可用于处理岩面倾斜、破碎、高低差，软硬不匀以及岩溶与土洞等，用于季节性冻土地基可消除冻胀力和防止冻胀损坏等。4.4. 静力排水固结法静力排水固结法静力排水固结法地对天然地基，或先在地基中设置砂井等竖向排水体，然后利用建筑物本身重量分级逐渐加载，或是在建筑物建造以前，在场地先行加载预压，使土整体的孔隙水排出，逐渐固结，地基发生沉降，同时强度逐步提高的方法。静
16、力排水固结法可以解决以下两个问题：(1)沉降问题：使地基沉降在加载预压期间，即修筑路面之前沉降大部分或基本完成，路面在使用期间不致产生不利的沉降和沉降差。(2)稳定问题：排水固结法加速地基土的抗剪强度的增长，从而提高地基的承载力和稳定性，公路是条带状荷载，在横断方向受力面积较小，稳定问题尤为重要。排水固结法是由排水系统和加压系统两部分共同组合而成的。排水系统有竖向排水体（包括普通砂井、袋装砂井和塑料排水板）和水平排水体（砂垫层） ；加压系统包括堆载法、真空法、降低地下水位法、电渗法和联合法。设置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。加压系统即是起固结作用的荷载，要使地基土的固结压力增加而产生固结。5.5. 碎石桩法碎石桩法利用一个产生水平向振动的管状设备在高压水流作用下边振边冲,在软弱粘土中成孔后,再往孔内分批填入碎石等坚硬材料制成一根根桩体,由碎石桩体和桩间土组成复合地基,从而提高原有地基承载力,减少沉降量,这种加固地基技术叫作振冲置换或碎石桩法。此种方法由挤密砂体的振冲技术演变发展而来,其主
