基于软土地基处理的设计研究

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二、软土地基的工程性质
(一)、软土及软土地基的界定 奥鹏作业答案
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辅导奥鹏毕业论文。

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(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0.2-0.5m。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。

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(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. 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．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．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. 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. 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,其主要作用是置换部分软土,形成一个类似于钢筋混凝土复合结构,由于此种方法不受地下水位影响,且造价低,又能减少路基沉降,所以建设中越来越受到普遍重视。
    碎石桩的施工质量控制,实质上就是对施工中作用的水、电、料三者的控制。对于粘性土的质量控制,目前尚无严格的规范可循,必须通过现场试验进行综合分析,以便制订出合理的控制数据。
(1)控制好桩位中心轴线及桩底标高。按要求振冲器尖端喷水中心与孔径中心偏差不得大于5cm。尤其是桩底标高,在造孔过程中,一定要测量其桩底标高,确保达到设计高程。
(2)控制好成孔质量,防止塌孔。造孔时应根据要求掌握好水压,水量和灌入速度,每灌入1m左右将振动器提起留振约5s进行扩孔,当接近桩底标高时要降低水压,以免破坏桩底以下土层。在整修造孔过程中孔内应充满水,以防塌孔。
(3)振密工序是确保碎石桩质量的关键,当造孔完毕并清孔后,应立即进行填料振密工作。要严格控制填料的粒径和每批填料量,粒径宜选择2cm- 5cm孔隙率最小的级配为好。粒径大于10cm容易卡住振冲器。一定要按照试验所确定的振密电流和留振时间操作。
(4)制桩完成后应逐桩进行标准贯入试验,连续5击,下沉小于7cm视为合格。连续出现下沉量大于7cm的桩长达0.5m,或间断出现大于7cm的累计桩长1m以上的桩,视为不合格,应采取衬强措施。
(5)该段地基处理完毕后,立即进行填筑作业以使地基有一充足的沉降时间。
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三、选择软土地基处理方法时应考虑的因素
(一)、地基状况
(1)土质、砂性土：仅对那种可能发生液化的砂性土采用挤实砂桩法或振动压实法进行改善。粘性土：除了压实法外，其他方法均适用。但采取的处理方法对土基的扰动必须尽量小。因为粘土一经扰动，强度降低很多。
(2)地基构成。在软土层浅而薄的情况下，常用简单的表层处理法。重要的构造物基础常用开挖换填法。若软土层较厚，应使用其他方法配合表层处理法。夹有砂层且厚度较薄(3-4 m以下)的软土层，一般采用表层处理法，荷载压重法等方法，即使是5 cm的砂层也是有效排水层，在土质调查中不要遗漏。
软土层厚且无砂层的情况，因排水距离长，固结沉降需很长时间，强度也不增长。因此，沉降处理常用垂直排水法，稳定措施常反压护道法，挤实砂桩法和石灰桩法。在浅层部位堆积有4 m以上厚度砂层，以下为软弱粘土层的情况[7]。一般来说，稳定不成问题，只需沉降处理，常用垂直排水，荷载压重等方法。
(二)、地面性质
(1)地面等级愈高，平整度愈重要，愈需要采取有效的沉降处理措施。等级较低时，可先铺简易地面，待沉降结束后，再铺正式地面以节约资金。
(2)地面形状。路堤的设计高度与宽度也是选择处理方法时要考虑的重要因素。如采用换填法时，宽而低的路堤易发生局部破坏；反之窄而高的路堤,下面易被换填。在设计高度大而稳定有危险的情况下，采用压重法将受到限制。还有路堤越宽越高，则地基产生压力球的根部越深而引起深处粘土层沉降。
(3)地面所在地段。一般地段上，剩余沉降即使大到一定程度，只要不均匀沉降不大，路面基本上不会丧失其平整度。但与构造物相连地段，剩余沉降将造成错台,路面形成对行等非常危险的状况。而且若路基稳定性不够,桥台将受到大的土压力作用而引起侧向位移的事故屡见不鲜。因此,构造物邻接地段的处理措施非常重要。
(三)、施工条件及周围环境
不同的施工条件选用的处理方法不同,经济性也不同。主要有工期、材料、机械的作业条件等。周围环境主要体现在以下几个方面：
(1)施工中对周围环境的影响,如噪音、振动地基及地下水的变化和排出的泥水等,在选择施工方法时必须考虑。
(2)在路堤高度较而地基特别软弱的情况下,周围地基经常发生大的隆起或沉降。这样,在路堤坡脚附近有民房和重要构造物时,应考虑以减小总沉降量且控制剪切变形的方法为主要措施。不能采用这类方法时,应考虑事先对可能受影响的构造物加以保护,否则应考虑以高架构造物代替路堤。

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参考文献
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[2]曹爽, 赵春雷. 公路软土地基处理的几点体会[J]. 黑龙江交通科技, 2009,(09):9-12.
[3]石宝金, 李军涛. 浅析工程中软土地基的处理方法[J]. 黑龙江科技信息, 2009,(30): 162-164.
[4]朱明, 范建华. 浅谈软土地基处理方法及施工工艺[J]. 西部探矿工程, 2009,(01):56-58.
[5]张鸽. 浅析软土地基处理方法研究[J]. 广西轻工业, 2009,(11):38-41.
[6]孙振海,莫建兵. 堤防工程软土地基处理的几种措施[J]. 中国科技信息, 2009,(08):219-222.
[7]朱明,范建华. 浅谈软土地基处理方法及施工工艺[J]. 西部探矿工程, 2009,(01) :87-89.
[8]无忧工作室,辅导奥鹏毕业论文奥鹏作业答案，奥鹏无忧网