浅析近年软土地基处理工艺现状及发展

2022-11-06

1 软土地基的特征及处理原则

1.1 软土地基

软土地基[1]在工程上的定义即是, 强度低, 压缩性高的软弱土层地基, 主要由淤泥、淤泥质土、冲填土、杂填土或其他压缩性土层构成[2]。软土地基的特性主要表现为天然含水率高、孔隙比大, 含水量在34%~72%之间, 孔隙比在1.0~1.9之间, 饱和度一般大于95%, 液限一般为35%~60%, 塑性指数为13~30。这是一种具有承载力低、沉降量大、具有振动液化性、湿陷性、胀缩性等不良工程性质的软弱地基。

1.2 软土地基一般处理原则

对于新建工程, 原则上首先应考虑利用天然地基, 对于淤泥和淤泥质上利用其上覆较好上层作为地基持力层, 当上覆土层较薄, 应注意避免施工时对淤泥和淤泥质土的扰动:对于冲填、杂填建筑垃圾和性能稳定的工业废料, 当均匀性和密实度较好时, 均可利用作为地基、持力层;对于有机质含量较多的生活垃圾和对基础有腐蚀性的工业废料等杂填土, 未经处理不宜作为地基持力层。若地基软弱不能满足要求, 则需进行处理, 其处理的目的有以下几点。

地基处理的目的足利用置换、夯实、挤密、排水、胶结、加筋和热学等方法对地基土进行加固, 以改善压缩层内一部分或全部地基土的强度、压缩性、渗透性、动力特性和特殊土地基特性[3], 提高地基的强度, 保证地基的稳定, 降低压缩性, 减少基础的沉降或者不均匀沉降, 确保建筑物的安全和正常使用。

2 软土地基常用处理方法

软土地基的处理方法有许多, 大致按照其原理和工艺手法分为四类 (1) 置换及拌人法。 (2) 振密、挤密法。 (3) 排水同结法。 (4) 加筋法。目前较为常用的方法有以下几种。

2.1 换土垫层法

换土垫层法是用砂、碎石、矿渣或其他无侵蚀性的低压缩散体材料置换地基中的软弱或不良土层, 分层碾压或夯实后作为地基持力层, 从而达到处理目的。常用于基坑面积宽大和开挖土方量较大的回填土方工程, 一般适用于处理软弱地基, 也可用于处理湿陷黄土地基和膨胀土地基。从经济合理考虑、换土垫层法一般用于处理浅层地基 (深度通常不超过3m) 。

2.2 挤密振密法

挤密振密法是借助于机械、夯锤或爆破产生的夯压或振冲使使一定范围内的地基强度提高, 孔隙比减小, 以消除湿陷性土, 或在地基内打砂桩、碎石桩、土桩或灰土桩, 使桩和挤密后土体共同形成复合土层作为持力层, 从而提高地基承载力和减小地基的沉降变形而达到处理目的。其中主要有重锤夯实法、强夯法、振冲法以及砂石桩、土桩或灰土桩挤密法等, 但振冲挤密法的适用范围一般只限于砂土和粘粒含量低的粘性土。

2.3 灌浆法

靠压力传送或利用电渗原理, 将加固土的浆液通过注浆管, 使其渗入土的孔隙或充填土岩中的裂缝和洞穴内, 藉浆液的胶结或凝固, 或者把很稠的浆体压入事先打好的钻孔中, 借助于浆体传递的压力挤密土体并使其上抬, 达到加固处理目的增强松散土粒间或土体间的联结, 从而提高地基的强度, 减少沉降, 同时也用于防渗或加固结构物等。其适用性与灌浆方法和浆液性能有关, 一般可用于处理砂土、砂砾石、湿陷性黄土及饱和粘性土等地基。

2.4 加筋法

加筋土是将抗拉能力很强土工合成材料埋置于土层中, 利用土颗粒位移与拉筋产生摩擦力, 使土与加筋材料形成整体, 减少整体变形和增强整体稳定。一般采用强度较高、变形较小、老化慢的土工合成材料, 如土工积物、塑料格栅等, 其受力时伸长率大于4%~5%, 抗腐蚀耐久性好, 埋设在土层中。加筋法常用于公路路堤的加固, 在地基处理中, 加筋法可用于处理软弱地基。

3 软土地基处理发展

3.1 地基处理机械进步带来的处理工艺发展

3.1.1 深层搅拌法

深层搅拌法是利用水泥、石灰等材料作为固化剂, 通过特制的深层搅拌机在地基深部将固化剂与地基土就地强制地搅拌形成水泥土桩或水泥土块体的加固地基, 从而达到提高地基承载力, 减少压缩量的目的。深层搅拌法用于处理的土类为淤泥、淤泥质土、粉土和含水量较高、地基承载力标准值不大于120kPa的软黏土。

3.1.2 高压旋喷法

高压旋喷法是将带有特殊喷嘴的注浆管喷射钻进预定深度, 然后利用高压泥浆泵以高速喷射冲切土体, 使浆液与土混合, 经过凝结硬化形成比较均匀且具有高强度的加固体。此法能够克服一般静压灌浆的缺点, 适用于标准贯入击数小于10的砂性土、小于5的黏性土以及不含瓦砾的回填土。用旋喷法加固的地基按复合地基进行设计与计算。

3.1.3 塑料板排水法

塑料板排水法其原理是用插板机将带状塑料板插入软土中, 然后在地基表面加载预压, 使土中的水沿塑料板通道向砂垫层排出, 土体固结, 从而使地基加固, 强度增大, 承载力提高[4]。塑料板排水塑料板排水法具有施工简便快速、造价低、地基加固效果明显, 排水效果好的优点, 而且能有效地缩短工期, 减少打桩对周围建筑的危害。

3.2 地基处理材料的进步

3.2.1 土工合成材料

针剌型土工织物、无纺土工织物, 气泡混合轻质土PVC、EP、EVA等各种新型材料的土工膜, 粘土衬垫 (GCL) 以及塑料排水板的广泛使用带来了良好的经济效益和社会效应。概括而言其作用有以下几个方面: (1) 排水作用:织物埋在土体汇集水分, 并将水排出土体, 既可垂直排水, 又可水平排水; (2) 反滤作用:为防止土中细颗粒被渗流潜蚀 (管涌现象) , 用织物作反滤层; (3) 分隔作用:为防止不同粒料层之间相互混杂, 可在不同的粒料间铺设织物, 起分隔作用; (4) 加筋作用:织物以适当的方式埋在土中, 作为加筋材料, 可控制土的变形, 增加土体的稳定性[5]。