《软土地基处理方法概述》

软土地基处理方法概述主讲：王伟民江苏华创建设工程有限公司高级工程师国家注册一级市政公路、水利水电工程建造师•软土路基在路桥建设领域非常多见，软基处理已成为公路建设的一个技术难关，是工程造价的重要组成部分，结合施工实践，介绍公路软基施工的几种常用加固及处理方法。•路基是公路的重要组成部分，是按照路线位置和一定技术要求修筑的带状构筑物，承受由地面传来的荷载，应有足够的强度、稳定性和耐久性。•在公路工程中经常会遇到软土路基，所谓软土，一般是指处于软塑或者流塑状态下的粘性土，其特点是天然含水量大，孔隙比大，压缩系数高，透水性差，抗剪强度低并具有蠕变性和触变性等特殊的物理、力学性质，工程地质条件较差。•当路基经稳定性验算或沉降计算不能满足设计要求时，必须对软土地基进行加固，加固的方法很多，现就公路中常用的方法予以介绍：一、表层处理法•1）表层排水法•这种方法是在路基填筑前，在地面开挖水沟，以排除地表水，同时降低地基表层的含水量，确保施工机械的作业条件，为了使开挖水沟在施工中发挥盲沟作用，常用透水性良好的砂砾回填。•2）砂垫层法•排水砂垫层是在路堤底部地面上铺设一层砂层，作用是在软土顶面增加一个排水面，在填土的过程中，荷载逐渐增加，促使软土地基排水固结，渗出的水就可以从砂垫层中排走.•砂垫层法主要适用于以下两种情况：•1、路堤高度小于2倍极限高度•2、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，施工工期不甚紧迫的工程。•3）稳固剂表层处治法•这种方法是用生石灰、熟石灰、水泥及土壤离子稳固剂等稳定材料，掺入软弱的表层地基土中，改善地基的压缩性和强度特性，保证机械作业条件，提高路堤填土的稳定和压实效果。二、换土法•1）开挖换填•在一定范围内把软土挖除，用无侵蚀作用的低压缩性散体材料换置，分层夯实，有全面开挖和局部开挖两种，开挖换填的深度一般在3m以内，边坡一般为1:1左右，为防止边坡塌落，应随时开挖随时填料。开挖换填所用填料一般有灰土、砂卵石、碎石及工业废渣。•2）抛石挤淤•即在路基底部抛投一定数量的片石，将淤泥挤出基底范围，以提高地基的强度。主要适用于常年积水的洼地，排水困难，呈流动状态，厚度较薄，表层无硬壳，片石能沉达底部的泥沼或厚度为3—4m的软土。•三、反压护道及侧向约束法•1）反压护道•在路堤两侧填筑一定宽度的护道，使路堤下的淤泥向两侧隆起的趋势得到平衡，以提高路堤在施工中的滑动破坏安全系数，达到路堤稳定的目的。•2）侧向约束•这种方法是在路堤两侧坡脚附近打入钢筋混凝土桩（也有用木桩）或者设置片石齿墙等，可限制基底软土的挤动，从而保持基底的稳定。此方法适用于软土层较薄，底部有坚硬土层和施工期紧迫的情况，下卧层面具横向坡度时尤其适用。•四、排水固结法•排水固结法是在天然软土地基表层设置砂垫层等水平向排水体，在地基中设置砂井等竖向排水体，然后加载预压，使土体的孔隙水排出，逐渐固结，地基发生沉降，同时强度逐步提高的方法。•1）水平向排水垫层施工。•以中粗砂为好，厚度一般为30—50cm，•a、当地基表面有一定厚度的硬壳层，其承载力较好，能行驶一般运输机械时，一般采用机械分堆摊铺。•b、当硬壳承载力不足时，一般采用顺序推进摊铺。•c、当软土地基表面很软时，首先要改善地基表面的持力条件，使其能供施工人员和轻型运输工具行走。•2）竖向排水体的施工。•竖向排水体在工程上的应用有以下几种：30-50cm直径的砂井，7-12cm直径的袋装砂井；塑料排水板。•a、砂井•利用各种打桩机具击入钢管，或用高压射水、爆破等方法在地基中获得按一定规律排列的孔眼并灌入中、粗砂形成砂桩。砂井在平面上可布置成三角（梅花）形或正方形，以三角形排列较为紧凑、有效。•由于这种砂井在饱和的软土中起排水通道的作用，又称排水砂井，砂井顶面应铺设砂垫层，以构成完整的地基排水系统。砂井适用于软土层厚度大于5米时，最大有效处理深度18米。▫b、袋装砂井▫（一）施工步骤•1、施工准备。•2、沉入套管。将带有可开闭底盖的套管或带有预制桩尖的套管•3、沉放砂袋。扎好砂袋（袋长比井深约长2m）下口后，在其下端放入20cm左右高的砂子作为压重，将袋子放入套管中沉入到要求的深度。•4、就地填砂入袋成井。将袋口固定在装砂用的漏斗上，通过振动将砂填满袋中，卸下砂袋•5、用预制砂袋沉放。也可预先在袋内装满砂料，扎好上口，成为预制砂袋.•（二）成孔方法及主要机具•袋装砂井的成孔方法：锤击沉入法、射水法、压入法、钻孔法以及振动贯入法等。•（三）施工要点•在袋装砂井施工中，还应注意以下几个问题：•1、定位要准确，砂井垂直度要好•2、砂料含泥量要小。•3、袋中砂宜用风干砂，不宜采用潮湿砂。•4、聚丙烯纺织袋在施工时应避免太阳光长时间直接照射。•5、砂袋入口处的导管口应装设滚轮，避免刮破砂袋而漏砂。•6、施工中要经常检查桩尖与导管口的密封情况，避免导管内进泥太多•7、确定袋装砂井施工长度时，避免砂井全部沉入孔内，造成与砂垫层不连接。•（四）井径对固结时间的影响没有井距那样敏感，现在广泛采用网状织物袋装砂井，其直径仅7-12cm左右，比一般砂井省料得多，造价也比一般砂井低廉。且不会因施工操作的误差或地基发生水平和垂直变形而丧失其连续性，最大处理有效深度18米。•c、塑料排水板•塑料排水板（宽度100mm，厚度3.5—6.0mm）是带有孔道的板状物体，具有单孔过水断面大、排水通畅、质量轻、强度高、耐久性好等特点，是一种较理想的竖向排水体，目前在国内得到广泛应用。荷载作用于软基，地下水由于受挤压和毛细作用沿塑料排水板上升至砂垫层内（砂垫层厚度50—80cm），由砂垫层向两侧排出，从而提高基底承载力。•塑料板排水法是将塑料排水板打入（用插板机插入）土中，作为竖直排水通道。其优点是：滤水性好，可确保排水效果；塑料排水板具有一定的强度和延伸率，适应地基变形的能力强；板截面尺寸不大，插入时地基扰动小，施工方便。•（一）塑料排水板的性能及规格•塑料排水板主要有以下几种。•方形塑料板；梯形槽塑料板；三角形槽塑料板；硬透水膜塑料板；无纺布螺旋孔排水板；无纺布柔性排水板。•（二）塑料板排水法的施工工艺•1、塑料板排水法的施工机械为插板机•2、塑料排水板导管靴与桩尖。塑料排水板通过导管，从导管靴穿出并与桩尖相连，导管连同塑料板顶住桩尖压入土中。•3、塑料排水板的插入。排水板间距一般为1.2～1.8m，采用正三角形布设。•4、塑料排水板打设顺序•整平原地面→摊铺下层砂垫层→机具就位→塑料排水板穿靴→插入套管→插入塑料排水板→拔出套管→割断塑料排水板→机具移位→摊铺水平横向排水层。•（三）施工要点：•施工过程中还应注意以下几点：•1、施工前应先平整场地，清除地表耕植土，并开挖纵、横向排水沟，再填筑25-50cm的天然砂砾石垫层,最后进行插板处理，砂砾石垫层所用天然砂砾料最大粒径不大于50mm，含泥量不得大于5%。塑料板插入过程中防止淤泥进入板芯，堵塞输水通道，影响排水效果。•2、插设塑料排水板时，其间距尺寸误差应小于10cm，其露出于砂砾石垫层上的长度按20cm控制。拔出套管时应缓慢进行，防止塑料插板被回带，打设时回带长度不得超过500mm，且回带的根数不应超过打设总根数的5%•3、桩尖与导管配合要适当，避免错缝•4、严格控制间距和深度，凡塑料板被带上2m的应作废，补打。•5、塑料板需接长时，应采用滤膜内水平方法，搭接长度不小于20cm。•6、一个区段塑料排水板验收合格后，并将塑料排水板及时弯贴埋设在砂砾垫层中，使之与砂砾排水层连城一体，保证排水良好。•7、路基应均匀填筑，填筑时间为6个月，路堤填筑完成后，必须预压至少6个月。•8、质量标准应符合：•《塑料排水板施工规程》（JTJ/T256—96）•《塑料排水板质量检验标准》（JTJ/T257—96）•（四）预压•a、自重预压法：如果工期不紧，可以先填筑一部分或全部，通过填料自重压力使低级经过一段时间固结沉降，然后再填足和铺筑路面。•b、超载预压法：预先把土填得比设计高度高一些，有的采用堆水超载预压，与自重预压相似，预压期一般较长，需半年至一年。•c、真空预压法：流程为水平向及竖向排水→观测设备埋设→埋设真空分布管→铺设密封膜→真空泵安装管路连接→抽真空→观测→效果检验•五、挤密法•在土基中钻孔，成孔后在孔中灌以砂、石、土、灰土或石灰等材料，捣实而成直径较大的桩体，利用横向挤紧作用使地基土粒彼此靠紧，孔隙减少，而且孔被填满和压紧。群桩的面积约占加固面积的20%，常用的有砂（碎石）桩、生石灰桩和预制管桩。•a）振冲碎石桩：•振冲法是使用振冲器作振动贯入，以高压水流动振边冲，在软土中成孔，在孔内分批填入碎石加以振密制桩，与周围粘性土形成复合地基。•1、制桩顺序•碎石桩的施工一般采用“由里向外”顺序•2、施工流程•碎石桩法施工主要分为成孔、加料和振密、成桩等几个过程。•“成孔”是利用振冲器的水平振动和高压水冲力，在地基上中挤振出孔，孔道形成以后填料，逐步用振冲器进行振密形成。•碎石桩的一般施工流程如下：•1）吊车就位。•2）成孔。振冲器以1-2m/min的速度贯入地层。记录振冲器下沉深度与时间的关系和成孔电流，此电流可以定性反映出该孔的土质情况。•3）清孔。清孔时将振冲器在孔底适应留振，将泥浆冲出孔口，再将振冲器提起，上、下往返一、二次，使孔道畅通。•4）固壁。振冲器提出孔口后，加入少量填料。振冲器徐徐下降，利用它的水平振动挤压力把填料逐段挤入孔壁，起到固壁作用。•5）填料制桩。自下而上逐段填料制成碎石桩。•6）关机、关水和移位。•7）加固区地基碎石桩全部施工完毕后，再进行表面清理。•3、施工要点•1）在强度较低的软粘土中施工时，应采取“先护壁，后制桩”的方法，即在开孔时，不要一下到达加固深度，可以先到达第一层软弱层，然后加些料，进行初步挤振，让这些填料挤到此层的周围，把此段的孔壁保护住，接着再往下开孔到达加固深度，这样制桩前整个孔道的孔壁就保护住了。•2）在粘性土中制桩，当孔中的泥浆太稠时，所以要在成孔后留有一定的时间清孔，让回水把稠泥浆带出地面。•3）施工中遇到地基中有硬层时，成孔时就要适当进行扩孔，即在此硬层中，把振冲器多次往复的上下几次，通过振冲器的挤振，把孔道扩大。•4）加料时宜“少吃多餐”，每次倒入的填料数量在孔内堆积约高，然后用振冲器振密，再继续加料。•5）填料的方式有三种：•(1)、振冲器提出孔口后再往孔内加料，然后放下振冲器进行振密；•(2)、振冲器不提出孔口，上提一些，使振冲器离开原来振密过的地方，再倒料振密；•(3)、连续加料，即振冲器只管振密，而填料是不断往孔内添加。•4、质量检验•1）加固施工完成后，应对地基进行加固效果检验。施工质量检验包括：填料量、密实电流、留振时间。填料量。填料量可以反映出每根桩体用料的情况。•2）密实电流。密实电流反映桩体和地基加固的密实情况。•3）留振时间。留振时间是指振冲器在桩体或加固地基内某一深度上工作的时间，即振动历时。一般在20s左右。•填料量、密实电流和留振时间三者是相互联系和相互制约的。•只有在一定的填料量情况下，才可能保证达到一定的密实电流，而这时也必须要有一定的留振时间，才能使填料挤紧振密。•在软土地基中施工，由于土层夹有软弱层，在填料量达到的情况下，密实电流还不一定能够达到规定值，因此不能单纯用填料来检验施工质量，而应更多注意密实电流是否达到规定值。允许偏差符合规范要求。•b）用生石灰碎块置于桩孔中形成桩体，称为生石灰桩，生石灰桩孔径多用20-30cm，桩长多在10m内。•c）预制管桩施工：适用于公路、铁路路基持力层深度为25～48m的深厚软土地基的处理。•1、工艺原理：在预应力管桩进入持力层后，通过桩顶浇筑的桩帽及桩帽上铺设一定厚度的褥垫层形成“桩—网”结构的复合地基，使上部荷载均匀传递到下卧土层，以满足地基承载力要求，有效控制工后沉降。“桩—网”结构中的“网”为砂、碎石及双向土工格栅组成一定厚度的褥垫层，“桩”为预应力管桩。•2、施工工艺流程及操作要点：•1）工