建筑工程中软土地基的处理方法

建筑工程中软土地基的解决办法及其工艺要点【摘要】结合工程实践，介绍软土及软土地基的定义，通过简述软土地基在建筑工程中的危害，进而对建筑施工中软土地基惯用的解决办法作具体阐明，提出强夯法、换土垫层法、粉体喷射搅拌法、浆灌桩（深层水泥搅拌桩和深层水泥搅拌桩）、砂垫层和砂石垫层换填等解决办法及其工艺要点。【核心词】建筑工程；软土地基；解决办法；工艺要点1软土地基中的有关术语定义1.1软土定义软土是指天然含水量大、压缩性高、承载力低的一种软塑到流塑状态的饱和黏土，多分布在沿海、内陆、平原、山区的湖泊河滩周边等地区，含有天然含水量高，普通液限wl值较高；天然孔隙比e＞1.0。当软土由生物化学作用形成e＞1.5时为淤泥，天然孔隙比1.0＜e＜1.5时为淤泥质土；压缩性高，压缩系数a1-2>0.5m2／mm；强度低，不排水抗剪强度＜0.03mpa，长久强度更低；渗入系数小（k=10-7-10-8cm/s）、固结系数小、敏捷度高、易受扰动、透水性差、土层层状分布复杂、各层之间物理力学性质相差较大等特点。1.2软土地基定义软土地基在学术界还没有统一定论，中国公路行业规范对软土地基定义是指强度低，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：重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，日本在给出软土地基定义时指出：软土地基不能简朴地只按地基条件拟定，因填方形状及施工状况而异，有必要在充足研究填方及构造物的种类、形式、规模、地基特性的基础上，判断与否应按软土地基解决。在上述定义基础上，结合国内外对软土的定义，笔者认为软土地基系指重要由淤泥、淤泥质土、冲填土、杂填土或其它高压缩性土层构成的地基。同时，在建筑地基的局部范畴内有高压缩性土层时应按局部软弱土层考虑，施工中，宜先建重、高部分，后建轻、低部分。1.3软土地基工程的性质重要有：（1）触变性。软土在未破坏时，具固态特性，一经扰动或破坏，即转变为稀释或其它形式的流动状态；（2）高压缩性。压缩系数大，经理论测试，大部分压缩变形垂直压力峰值约为0.1mpa；（3）低透水性。软土的透水性很低，可认为是不透水的，因此软土排水固结需要很长时间；（4）不均匀性。软土由微细的和高分散的颗粒构成，土质不均匀，当建筑荷载不均匀时，将会使建筑物产生较大的差别沉降，造成建筑物裂缝或损坏；（5）流变性。在一定剪应力作用下，含有发生缓慢长久变形的性质，且长久强度不大于瞬时强度。2软土地基在实际工程中的危害软土地基在实际工程中，无论是从勘查设计还是从现场施工角度看，其危害均是巨大的，勘察设计不具体或不精确，造成对应当做软基解决的地段未做解决设计，可能造成工程返工及经济上的损失，严重的，还会造成施工后构建物的下沉、变形，甚至损毁。已知是软土地基，但是未做好软土地基解决，造成基础失稳或危及附近建筑物，或者即使做了软土地基解决，但是方法不力，施工不当造成基础失稳，影响整体构造。另外，由于堆料不当，未按规定分层填筑，填土过快，碾压不当，均会造成基础整体受力不均而失稳。3软土地基的解决的基本规定3.1地基基础工程施工线，必需含有完备的地质勘查资料及项目附近管线、建筑物、构筑物和其它公共设施构造状况，必要时应作施工勘查调查以确保工程质量及邻近建筑的安全。3.2施工过程中，应紧密观察软土地基变化状况，如遇异常，应停止施工，由有关单位组织勘查、设计、施工等有关单位共同分析状况，解决问题，消除质量隐患，并形成书面资料。4惯用软土地基解决办法局部软弱土层以及暗塘、暗沟等，可采用基础梁、换土、桩基或其它办法解决。当承载力或变形不能满足设计规定时，可选用下述办法，但解决后的地基承载力应通过实验拟定。4.1强夯法强夯法是指将数吨至数十吨的重锤从高处自由落下，对软土地基进行强力扎实，以提高其强度。加固后的土基，承载力会明显提高，沉降量也会减少。其原理：在强夯过程中，土体中微小气泡的体积压缩，土的孔隙减小，土体局部液化，土的构造破坏并且强度下降到最低位。随之在夯击点周边出现径向裂隙，形成树枝状的排水网络，使土体渗入性大大增加，孔隙水得以顺利溢出，加速了土体固结，继而使土基的强度得到恢复和增强。工艺要点：先通过试夯获得必要的施工参数，然后根据试夯数据布置夯击点(普通按方形布点)、拟定夯打遍数和每遍夯打次数，以及前后两遍夯打的间隔时间。施工机可用50t～100t的吊机或三角架。锤重普通为10～20t，底面积3～6m2，自由落高10m～20m，加固深度可达10m～20m。在两遍夯打之间，应注意间隔的时间以及夯击坑的回填工作。夯打完毕后，应整平地基，用较小的能量对整个场地进行一夯搭一夯的夯打。目的是扎实表面震松层及夯坑内松散回填土。若整个施工场地的地基为非匀质土并与原计划不符时，应及时采用补夯方法，务使整个场地得到同等的夯击效果。4.2换土垫层法其基本原理是挖除浅层软弱土或不良土，分层碾压或扎实土，按回填的材料可分为砂(或砂石)垫层、碎石垫层、粉煤灰垫层、干渣垫层、土(灰土、二灰)垫层等。换土垫层法可提高持力层的承载力，减少沉降量；惯用机械碾压、平板振动和重锤扎实进行施工。该法惯用于基坑面积宽敞和开挖土方量较大的回填土方工程，普通合用于解决浅层软弱土层(淤泥质土、松散素填土、杂填土、浜填土以及已完毕自重固结的冲填土等)与低洼区域的填筑，普通解决深度为2m～3m，合用于解决浅层非饱和软弱土层、素填土和杂填土等。4.3粉体喷射搅拌法本办法是向软土地基内喷射生石灰粉、水泥粉或粉煤灰等加固材料，原位搅拌混合，通过化学反映达成改善软土力学性能的目的。粉体搅拌桩含有较高的刚度，抗侧向变形能力；能够有效地减少软基的压缩量，调节横断面差别沉降，并且能够承受较快的加荷速度；在路基填土过程中，不适宜使用冲击力过大的压路机，可适宜增加碾压遍数，尽量使解决后的基底桩问土相对固结稳定，以增加抗剪能力。粉体搅拌桩不能改善地基排水条件，但通过吸水固结可提高桩间土的构造性，同时桩顶铺垫砂层可便于地基排水，从而可适宜加速桩土的固结，减少施工后沉降量。4.4浆灌桩法运用压力将化学溶液或胶结剂通过注浆管均匀地注入士层中，固化剂和软土之间将会产生的一系列物理化学反映，使软土硬结成含有整体性、水稳定性和一定强度的水泥加固土，并将预制的浆液灌入事先钻制的基础柱体中，从而提高地基强度和增大变形模量，减小地基沉降，使其成为优质地基，浆灌桩法重要有：深层水泥搅拌桩和深层石灰搅拌桩。4.4.1深层水泥搅拌桩深层水泥搅拌桩合用于解决淤泥、淤泥质土、泥炭土和粉土，是进行软基解决的一种有效办法。深层水泥搅拌桩是运用水泥作为固化剂的主剂，通过特制的深层搅拌机械在地基深部就地将软土和固化剂强制拌和，使软土硬结，提高地基强度。试桩。试桩是为谋求最佳搅拌次数、拟定水泥浆的水灰比、泵送时间、泵送压力、搅拌机提高速度、下钻速度以及复搅深度等参数，以指导下一步水泥搅拌桩的大规模施工。每个标段的试桩≮5根，且必须待试桩成功后方可进行水泥搅拌桩的正式施工。试桩检查可采用7d后直接开挖取出，或最少14d后取芯，以检查水泥搅拌桩的搅拌均匀程度和水泥土强度。施工准备。深层搅拌桩施工场地应事先整平，去除桩位处地上、地下障碍物。场地低洼时应回填黏土，不得回填杂土。水泥搅拌桩应采用合格的32.5级普通硅酸盐袋装水泥方便于计量。水泥搅拌桩施工机械必须含有良好及稳定的性能，钻机开钻之前应由监理工程师和项目经理部组织检查验收。工艺要点。水泥搅拌桩开钻之前，应用水清洗整个管道并检查管道中有无堵塞现象，待水排尽后方可下钻，为确保水泥搅拌桩桩体垂直度满足规范规定，在主机上悬挂一吊锤，通过控制吊锤与钻杆上、下、左、右距离相等来进行控制。对每根成型的搅拌桩，质量检查重点是水泥用量、水泥浆拌制的罐数、压浆过程中与否有断浆现象、喷浆搅拌提高时间以及复搅次数。水泥搅拌配合比：水灰比0.45~0.5、水泥掺量12％、每米掺灰量46~25kg、高效减水剂0.5％。水泥搅拌桩施工采用二喷四搅工艺。第一次下钻时为避免堵管可带浆下钻，喷浆量应不大于总量的1/2，严禁带水下钻。第一次下钻和提钻时一律采用低档操作，复搅时可提高一种档位，每根桩的正常成桩时间应≮40min，喷浆压力0.4mpa。4.4.2深层石灰搅拌桩深层石灰搅拌桩合用于解决塑性指标较高的软黏土地基，在相似条件下，石灰作为固化剂解决的临时加固效果比水泥好。深层石灰搅拌桩是在软土地基中将石灰和地基土进行强制搅拌混合，地基土和石灰发生化学反映，在稳定地基土的同时，提高强度的办法。这种办法含有技术简朴可行且经济合理的特点，能有效地加固软弱地基，减少软土层沉降和整体工程工后沉降，提高软土层的承载力。材料特性。石灰应当是细磨的，在搅拌过程中，为避免桩体中石灰聚集，石灰最大粒径应＜2mm。石灰应尽量选用纯净无杂质的，石灰中氧化钙和氧化镁含量最少应为8.5%，其中氧化钙含量最佳≮80%。石灰的储存期不适宜超出三个月，石灰的液性指数≮70%。工艺要点。工作场地表层硬壳很薄时，需先铺填砂、砾石垫层，方便机械在场内顺利移动和施钻；配备钻机、粉体发送器、空气压缩机、搅拌钻头等；通过原位测试及室内实验获得地基土、灰土的物理力学及化学指标，选用最佳含灰量作为设计掺灰量；拟定设立搅拌范畴，选择桩长、截面及根数。搅拌桩的排列普通呈等边三角形，也可四方形布置，桩径为0.5m~1.5m，桩距约1m。空压机的压力不需要很高，风量不适宜过大，钻机及桅杆安装在载体上，在地面上进行操作，要满足耐压力规定。在施工现场要设立石灰池，石灰粉要遮盖，一是避免飞粉污染，二是避免遇雨水产生化学反映，溅伤皮肤及眼睛，施工人员要配戴防护眼镜。钻头提高距地面30cm~50cm应停止喷粉，以防溢出地面。4.5砂垫层和砂石垫层换填法砂垫层和砂石垫层是使用夯（压）实的砂或石垫层替代基础下部一定厚度的软土层，以提高基础下地基强度、承载力，减少沉降量，加速软土层的排水固结，现在使用较为广泛。材料特性。砂垫层和砂石垫层所用材料，宜采用级配良好、质地坚硬的中砂、粗砂、砾砂、碎（卵）石、石屑或其它工业废粒料。在缺少中、粗砂和砾砂地区，也可采用细砂，但亦同时掺入一定数量的碎石或卵石，其掺量按设计规定（含石量≯50%）。所用砂石材料，不得含有草根、垃圾等有机杂质。用作排水固结地基的材料，含泥量宜≯30％，碎石和卵石最大粒径宜≯50mm。工艺要点。施工前应验槽，先将浮土去除，基槽（坑）的边坡必须稳定，草地和两侧如有孔洞、沟、井等应加以填实。在地下水位高于基槽（坑）地面施工时，应采用排水或减少地下水的方法，使基槽（坑）处无积水状态。人工级配的砂、石材料，应按级配拌合均匀，再行铺填捣实。砂垫层和砂石垫层的底面宜铺设在同一标高上，如深度不同时，施工应按先深后浅的程序进行。土面应挖成台阶或斜坡搭接，搭接处应注意捣实。分段施工时，接头处应作成斜坡，每层错开0.5m~1m，并应充足捣实。采用碎石垫层时，为避免基坑底面的表层软土发生局部破坏，应在基坑底部及四侧先铺一层砂，然后再铺碎石垫层。垫层应分层铺垫，分层夯（压）实。扎实法合用木夯或机械夯，一夯压半夯，全方面扎实，每层铺设厚度为150mm~200mm，施工时最优含水量为8％~12％。此法较合用于砂石垫层。5新型软土地基解决办法除以上传统软土地基解决办法，结合当代工程工艺，现简述以下两种新办法：5.1现浇薄壁筒桩现浇薄壁筒桩是近年来新发明的一种新型桩型，它是运用一种压入式成孔器，通过成孔、灌注、振动、拔管一次成桩。它含有经济高效、承载力高、稳定性好、抵抗软基础不均匀沉降强、不污染环境、缩短工期等特点。筒桩采用薄壳混凝土构造，承载力高，属刚性桩。它重要作用是将路基的荷载大部分由筒桩传递到深处。随即，再通过土工格栅将上部路基荷载均匀传递给桩土复合地基。当桩问土通过土工格栅与桩身发生紧密作用时，外荷载开始由桩身承当，此时的桩问土沉降就基本逐步达成稳定，从而提高了地基强度，减少路基的沉降。另一项重要作用是群桩的侧向水平总体效应，它能明显制止路基软土的水平方向位移，从而大大增加路基的稳定性。5.2“y”形桩“y”形灌注桩,又称异型桩，是建立在圆柱形沉管灌注桩技术之上的新型桩基施工技术，它继承了沉管灌注桩的特点，发挥了变截面桩的优势，从而能够充足运用材料特性，减少工程成本。由于异型桩的桩身带有突起的三条侧棱及桩帽的特殊构造，使其含有比普通圆管桩更大的侧表面积，因此，它不仅秉承了普通沉管桩的优点和特点，并且在消耗等量混凝土的状况下，异型桩承载力比普通沉管桩可提高20％～25％，同等条件下，还可节省成本，在施工中，“y”型沉管灌注桩也无需专用打桩设施，只需将模具更换成“y”形钢模即可。其施工规范和验收原则均可借鉴原有的沉管灌注桩，即垂直打人软土地基，达成设计深度后，灌注混凝土并小幅度间隙振动，拔出桩模后，在地下就会留下一种“y”形的砼桩。6结语在施工中碰到软弱地基时，应进行必要的补充勘探工作，提高沉降计算的精度和设计的合理性。只要设计和施工方法得当，就能够保基础工程的稳定和使用效果。软土地基的设计与施工方案，应结合地质条件、材料供应、投资环境、工期规定和环保等因素，因地制宜、就地取材、分期修建、综合处治的原则进行充足论证，使设计和施工方案达成技术上先进、经济上合理。软土地基的解决办法诸多，总