软土地基换填处理施工技术

软土地基换填处理施工技术目录CONTENTS软土的定义01软土的工程特性02软土的判别方法03软土地基的危害性04软土地基常用处理方法05软土换填规范要求06软土换填施工工艺方法07软土换填质量验收标准08感悟及思考0901软土的定义PARTONE01软土的定义《岩土工程勘察规范》:

软土是天然孔隙比大于或等于1.0，且天然含水量大于液限的细粒土，包括淤泥、淤泥质粘土、淤泥质粉土、泥炭、泥炭质土等。淤泥类土泥炭类土软土淤泥淤泥质土泥炭泥炭质土孔隙比>1.5有机物含量10%~60%孔隙比1.0~1.5有机物含量>60%01软土的定义淤泥、淤泥质土的定义在静水或缓慢的流水环境中沉积，经物理化学和生物化学作用形成的，未固结的软弱细粒或极细粒土。属现代新近沉积物。淤泥按粒度组成可以是粉土质的或粘土质的，细砂质或极细砂质的极少。海滨淤泥的粘土矿物以伊利石和蒙脱石为主，淡水淤泥则是以伊利石和高岭石为主。淤泥含有较多的(2～3％)和多的(10～12％)有机质，其含量随深度而减少。淤泥的主要特性是：天然含水率高于液限，孔隙比多大于1.0；干密度小,只有0.8～0.9g／cm³;压缩性特别高,强度极低，常处于流动状态，视为软弱地基。淤泥按孔隙比可再细分为淤泥（孔隙比大于1.5）和淤泥质土（孔隙比为1～1.5）。淤泥的自然结构变化十分敏感，结构及其强度受力破坏后能自动复原，这就是所谓的触变性。淤泥不宜作天然地基，因为它会产生不均匀沉降，使建筑物产生裂缝、倾斜、影响正常使用。在淤泥上进行建筑时必须采取人工加固措施。如压密、夯实，用垂直砂井排水，加速淤泥固结。有时可采用柱基，或在建筑物上部采用适应于不均匀沉降的刚性圈梁，沉降缝等结构措施，以保证建筑物的稳定安全。01软土的定义泥炭、泥炭质土的定义有机质含量达到或超过30%的松软沉积物，是湿地环境的特定产物。经过地质过程而硬化成岩，便是褐煤。泥炭是沼泽在形成过程中的产物，也是沼泽地形的特征之一。泥炭的主要来源是泥碳苔（PeatMoss）或泥碳藓（Sphagnum），但除此以外其他的有机物质例如死去的沼泽植物乃至于动物与昆虫的尸体，都有可能成为泥炭的形成来源。这些物质在死亡后沉积在沼泽底部，由于潮湿与偏酸性的环境，而无法完全腐败分解，因而形成所谓的泥炭层。泥炭呈块体，含水量一般为80～90%，泥炭的比重一般为1.20～1.60，中国泥炭的发热量，多数为9.50～15.0兆焦/千克。泥炭质地松软，容易燃烧。泥炭在自然状态下，组成物质横跨液相、气相和固相三种状态。其中固相物质的部分，主要包含有机物质和矿物质两部分。而如果以组成物质的角度来看，泥炭主要的成分是有机物质（也是碳元素的主要来源），而其中又以固相的有机物质比例最高。01软土的定义《公路软土地基处治工程技术规范》:

软土按成因可分为山间沟谷相软土、河湖相软土、滨海相软土、坡地相软土；按母岩成分及工程特性可分为碎屑岩地区软土、碳酸盐岩地区软土、花岗岩地区软土、特殊岩性地区软土。广西壮族自治区公路软土分布图01软土的定义02软土的工程特性PARTTWO02软土的工程特性天然含水量高、孔隙比大一般含水量为35%～80%，孔隙比为1～2。压缩性较高一般正常固结的软土的压缩系数约为0.5～1.5𝑀𝑃𝑎^(−1)，最大可达4.5𝑀𝑃𝑎^(−1)；压缩指数约为0.35～0.75。抗剪强度低天然不排水抗剪强度一般小于20kPa，其变化范围在5～25kPa；有效内摩擦角约为20°～35°；固结不排水剪内摩擦角12°～17°。渗透性很小软土的渗透系数一般约为1×10^(−6)～1×10^(−8)cm/s。02软土的工程特性具有明显的结构性软土一般为絮状结构，这种土一旦受到扰动，土的强度显著降低，甚至呈流动状态。因此，在软土层中进行地基处理和基坑开挖，若不注意避免扰动土的结构，就会加剧土体变形，降低地基土的强度，影响地基处理效果。具有明显的流变性在荷载作用下，软土承受剪应力的作用产生缓慢的剪切变形，并可能导致抗剪强度的衰减，在主固结沉降完毕之后还可能继续产生可观的次固结沉降。灵敏度较高土的灵敏度ST是指原状土强度与扰动土强度之比。软土的灵敏度一般为3～6。具有不均匀性素质因沉积环境变化，常夹有厚薄不等的粘土层，使地层在垂直和水平分布上不均匀。易产生差异沉降。03软土的判别方法PARTTHREE2403软土的判别方法判别项目13颜色较深、多为褐黄、褐灰、灰、灰绿、灰黑色等，手摸易染指颜色地貌多发育于水田、水塘、河道、阶地、滨海滩涂、山间沟谷及地下水丰富的低洼地段等状态高含水量，呈流～软塑状，手捏易变形，有滑腻感，常含腐殖质、铁锰质结核及砂砾等，多有腥臭味结构静水环境趁机的软土多具海绵状、蜂窝状结构，动水环境沉积的软土具有层理构造，软土和薄层的粉砂、泥炭层等相互交替沉积，或呈透镜体相间形成性质复杂的土体软土地基可根据地貌、土的颜色、结构、状态、地质特性，按下列方法进行现场初步判别。

03软土的判别方法软土可按下表进行鉴别。当表中部分指标无法获得时，可以天然孔隙比和天然含水率两项指标为基础，采用综合分析的方法进行鉴别。

特征指标名称天然含水率天然孔隙比快剪内摩擦角十字板抗剪强度（kpa）静力触探锥尖阻力（Mpa）压缩系数（MPa-1）黏质土、有机质土≥35≥液限≥1.0宜小于5宜小于35宜小于0.75宜大于0.5粉质土≥30≥0.9宜小于8宜大于0.303软土的判别方法04软土地基的危害性PARTFOUR04软土地基的危害性主要危害ONE浸水沉陷破坏TWO剪切拉裂破坏软土地基在应用的过程中非常容易出现排水不畅的路段，在这种情况下非常容易导致水对路基的侵入，在行车荷载增大的情况下，路基会在负荷变化的情况下出现衔接处沉降的情况，在路面会出现不均匀沉陷和变形的情况，这样会导致路面在使用过程中出现开裂的情况，导致行车安全隐患。

软土地基在振动荷载或者在自重力度作用下出现破坏的情况，会导致边坡出现土体隆起的情况。地基土体强度出现下降的情况，会导致软土层出现整体滑动的情况，同时也会出现路基不均匀沉降的情况。剪切拉裂破坏也会导致路面出现裂缝，裂缝发展贯通会导致整个公路出现严重的破坏。

04软土地基的危害性表现形式强度和稳定性问题沉降变形问题软土流变性显著。当软土路基在上部荷载及外部荷载作用下产生过大的沉降变形时，会影响道路的正常使用。特别是产生过大的不均匀沉降时，造成路面开裂、沉陷破坏，结构物与路堤衔接处差异沉降，引起桥头跳车，涵身、通道凹陷、沉降缝拉宽而漏水，路面横坡变缓、积水，从而引起路面损坏等，甚至会导致整个路基因失去稳定性而遭到破坏，直接影响到交工后公路的使用。软土路基强度及稳定性差。当软土路基的抗剪强度不足以承受路堤及路面外荷载时，软土路基会产生局部或整体剪切破坏，造成路堤塌方、失稳及桥台破坏04软土地基的危害性05软土地基常用处理方法PARTFIVE05软土地基常用处理方法

软土地基处理是利用换填、夯实、挤密、排水、胶结、加筋和热学等方法对地基土进行加固、改良地基土的工程特性。软土地基处理通过：（1）提高地基的抗剪强度；（2）降低地基的压缩性（3）改善地基的透水特性；（4）改善特殊土的不良地质特性最终达到提高地基的稳定性和承载能力的目的。地基处理方法适用范围加固效果有效处理深度（m）换填垫层法适用于浅层有淤泥、淤泥质土、松散填土、冲填土等软弱土的换土处理与低洼区域的填筑提高强度和减少变形2~3预压法适用于大面积淤泥、淤泥质土、松散填土、冲填土及饱和粘性土等工程地预压处理提高强度和减少变形8～10强夯法适用于大面积处理松散砂土、粉土、松散填土、冲填土以及夹在薄层砂的饱和粘性土提高强度、减少变形以及消除地基液化6～10水泥土搅拌桩法适用于淤泥淤泥质土、冲填土等地基处理提高强度、减咸少变形以及防渗处理8～12桩土复合地基法适用于处理於泥、淤泥质土、饱和粘性土等地基处理。减少变形15～2505软土地基常用处理方法目前各工程工期紧、任务重，往往合同工期未考虑临设建设时间，临设建设几乎同施工生产同步进行，因此要跑步进场给业主留下好印象。而临设的标准应根据工程的位置和要达到的社会效益而定。换填垫层法

方法概述：当软弱土层厚度不很大时，可将路基以下处理范围内的软弱土层部分或全部挖除，然后换填强度较大的土或其他稳定性能好、无侵蚀性的材料（通常是渗水性好的砾料），称为换填垫层法。

换填材料：砂砾、碎石、石渣、煤灰、矿渣等。

适用条件：处理的经济适用高度一般为0.3~3m，特别对于软基较浅（1~2m）的泥沼地特别有效。如果软弱土层厚度过大，则采用换填法会增加弃方与取土方量而增加工程成本。

作用机理：（1）提高地基承载力。换填强度较大的回填料代替可能产生剪切破坏的软弱土，以避免地基的剪切破坏。（2）减少沉降量。以密实的回填料代替压缩性高的浅层软弱土，可以减少大部分沉降量。（3）加速软弱土层的排水固结。使用透水性好的回填料可增加基底下软弱土通过换填层的排水固结，避免地下水直接侵入路堤导致路堤土强度降低而产生破坏。

开挖方式：基底开挖深度在1m以内可用推土机、挖掘机或人工直接清除至基槽范围以外堆放或运至取土坑换填；深度超过1m时，要由端部向中央分层挖除，并宜修筑临时运输便道（包括换填区基槽内），由汽车运载出坑。06软土换填规范要求PARTSIX06软土换填规范要求主要规范、标准JTG83-2011《软土地区岩土工程勘察规范》JTG/TD31-02-2013《公路软基地基路堤设计与施工技术细则》JTGF80-1-2017《公路工程质量检验评定标准》第一册土建工程【广西】DB45/T1972-2019《公路软土地基处治工程技术规范》JTGD30-2015《公路路基设计规范》JTG/T3610-2019《公路路基施工技术规范》《广西路网标准化指南》1234567中建八局基础设施施工技术标准化系列图集-公路工程分册-第二篇路基工程806软土换填规范要求1、JTGD30-2015《公路路基设计规范》对浅层厚度小的软土地基，可采用砂、砂砾、碎石等粒状材料进行换填处理。中硬石料压实质量控制标准分区路床顶面以下深度(m)摊铺厚度(mm)最大粒径(mm)压实干密度(kg/m³）孔隙率(%)上路堤0.80～1.50≤400小于层厚2/3由试验确定≤22下路堤>1.50≤500小于层厚2/3由试验确定≤2406软土换填规范要求2、JTG/T3610-2019《公路路基施工技术规范》填石路堤填料应符合下列规定∶1、路基的浸水部位，应采用稳定性好、不易膨胀崩解的石料填筑。2、路堤填料粒径应不大于500mm，并宜不超过层厚的2/3。路床底面以下400mm范围内，填料最大粒径不得大于150mm，其中小于5mm的细料含量应不小于30%。填筑应符合下列规定∶1、填石路堤应分层填筑压实。2、岩性相差大的填料应分层或分段填筑，软质石料与硬质石料不得混合使用。3、压实机械宜选用自重不小于18t的振动压路机。4、填石路堤采用强夯、冲击压路机进行补压时，应避免对附近构造物造成影响。06软土换填规范要求3、JTG/T3610-2019《公路路基施工技术规范》填石路堤压实质量标准分区路床顶面以下深度(m)硬质石料孔隙率(%)中硬石料孔隙率(%)软质石料孔隙率(%)上路堤0.80～1.50≤23≤22≤20下路堤>1.50≤25≤24≤22

施工过程质量控制应符合下列规定∶

施工过程中每一压实层，应采用试验路段确定的工艺流程、工艺参数控制，压实质量可采用沉降差指标进行检测。

浅层置换施工应符合下列规定∶

1、厚度小于3.0m的软土宜采用浅层置换。

2、置换宜选用强度高的砂砾、碎石土等水稳性和透水性好的材料;施工时，应分层填筑、压实。06软土换填规范要求4、JTG/TD31-02-2013《公路软基地基路堤设计与施工技术细则》

碎石、砂砾、石屑、矿渣垫层施工应符合下列规定∶

1、垫层宜采用机械碾压施工，碾压工艺和分层摊铺厚度应根据现场试验确定。压实遍数不宜少于4遍。

2、铺设垫层前，应先对现场的古井、古墓、洞穴、暗浜、旧基础进行清理、填实，经检验符合要求后，方可铺填垫层施工。

3、严禁扰动垫层下卧软土层，防止下卧层受践踏、冰冻、浸泡或暴晒过久。

4、垫层应水平铺筑，当地面有起伏坡度时应开挖台阶，台阶宽度宜为0.5～1.0m。

试验工程应达到以下目的∶

1、确定设计路段软土地基的强度和变形特性，提供符合实际的设计参数。

2、检验设计方案和设计理论方法的合理性和可靠性及其实施的效果，为修正和完善设计提供依据。

3、完善施工工艺，落实针对本项目的工程质量控制的方法和标准，确保工程质量和安全施工。

4、试验工程路段宜选择在方便施工组织、纵坡较小的直线或大半径平曲线段上。试验区段的长度宜大于50m，且大于路堤基底宽度的两倍。试验段路堤的断面形式、尺寸、填料等应与实际工程情况一致。06软土换填规范要求5、【广西】DB45/T1972-2019《公路软土地基处治工程技术规范》换填法可选用全换填法和浅层换填法，其适用范围应符合下列规定∶

1、换填法适用于换填材料充足、弃土场容易解决的路段;

2、对于路线地表为深厚残积细粒土，挖方区很少揭示基岩，且软土基坑地下水丰富路段时，施工常水位以下宜考虑采用片石、碎石、砂砾等材料进行换填;

3、软土基坑开挖不影响上边坡稳定，不严重影响周围环境及附近设施的安全运行的路段。

换填基坑底宽不应小于路堤底宽及坡脚排水边沟的范围，最小距离为排水边沟以外1.0m;软土基坑临时开挖坡率应满足稳定性要求，参考坡率为1∶0.5～1∶1;基坑附近有重要设施时，可考虑做临时基坑防护。

对地下水丰富地段，可考虑采用片石+碎石+挖方合格土料的复合式结构进行换填，复合式换填应符合以下要求∶

1、施工常水位以下应采用硬质挖方石碴或片石、碎石、砂砾等材料换填;施工常水位以上可根据经济条件选择合格挖方土石料换填或砂石料;

2、在软基换填期间，施工常水位应低于施工碾压作业面以下不小于30cm;3、不应采用炭质岩、膨胀性岩土、高液限土等水稳性差的材料进行换填。06软土换填规范要求5、【广西】DB45/T1972-2019《公路软土地基处治工程技术规范》06软土换填规范要求5、【广西】DB45/T1972-2019《公路软土地基处治工程技术规范》

换填法施工应符合以下技术要求∶

1、正式换填施工前，应先进行清表和开沟排水，利用轻型触探查明地基承载力和确定开挖深度，并宜通过开挖试验确定换填基坑合理边坡值;

2、基坑内应设置临时集水井和排水沟，及时抽排坑内积水，将地下水降低至施工常水位;

3、开挖到预定开挖深度后，应采用轻型触探核实坑底地基承载力是否满足要求;

4、基坑底为斜坡处，应开挖台阶;

5、基坑开挖与回填宜分段进行，开挖后应及时组织验收和回填，不应暴露过久或浸水；

6、硬质开山石碴、片石、碎石、砂砾等材料可用于水下回填，挖方土石混合料、砂性土等材料应用于施工常水位以上换填;

7、回填分层厚度应符合路堤填筑要求，不能分层时，应增加碾压遍数、振冲或强夯等措施。

换填部分应分层检测压实度，片石和碎石的压实程度应按沉降差小于2mm控制，其余砂土料压实度应达到93%以上，局部困难地段的压实度可适当放宽至90%以上，检测方法应符合JTGF80/1的相关规定。07软土换填施工工艺方法PARTSEVEN07软土换填施工工艺方法11、对于一般路基，在清淤后宜全部换填石渣，填料的最大粒径应小于150mm，其中小于5mm的细粒径不应小于30%。2、如材料有困难，则可回填水稳性好的材料至地下水位，以上可以回填砂性土。3、对于浸水路基，清除淤泥后换填片石+石渣，特别是有地下水时，片石作为底层，以上为石渣。材料要求21、运输设备：自卸车，软土挖除弃运和回填料运输进场，装载机配合挖机挖运至槽内2、开挖机械：挖掘机，挖除淤泥软土并装土3、摊铺机械：推土机分层摊铺、整平，人工配合整形和填隙4、压实设备：自重不少于18t的振动压路机机械设备07软土换填施工工艺方法3标准化施工工艺流程07软土换填施工工艺方法41）测量放样（1）一般要求（广西规范）：换填基坑底宽不应小于路堤底宽及坡脚排水边沟的范围，最小距离为排水沟以外1米。（2）设计要求：清除淤泥应清除至排水沟以下（3）软土基坑临时开挖坡率应满足稳定性要求，参考坡率为1:0.5～1:1。2）开沟排水（1）规范要求：正式换填施工前，应进行清表和开沟排水，基坑内应设置临时集水井和排水沟，及时抽排坑内积水，将地下水降至施工常水位。（2）公司标准化要求：a.在清淤前应在两侧先挖排水沟，沟底至少低于换填层底面0.2m，排水沟纵向流水坡比不得缓于2%，能将水及时排出换填范围外，特别是在雨期施工或雨水丰富时排水沟坡度要适当做大。b.换填施工时要注意基槽排水，不得在浸水条件下施工，必要时应采用降低地下水位的措施（排水沟、集水井）。软基换填期间，施工常水位应低于施工碾压作业面以下不小于30cm。施工技术要求要点

原地面收方

集水坑设置07软土换填施工工艺方法43）土工和承载力试验、确定换填范围（1）开挖前利用轻型触探查明地基承载力和确定开挖深度；（2）开挖到预定开挖深度后（可预留30cm或挖至换填深度），应采用轻型触探核实坑底地基承载力是否满足要求。施工技术要求要点07软土换填施工工艺方法44)挖除淤泥软土

（1）规范要求：基坑开挖与回填宜分段进行，开挖后应及时组织验收和回填，不应暴露过久或浸水。基坑底为斜坡处，应开挖台阶，台阶宽度宜为0.5～1.0m。

（2）公司标准化要求：换填处理采用10～20m路基作为一个单元，进行分段开挖回填。采用挖掘机挖除淤泥软土，挖除的淤泥临时堆码在路基外侧，基槽形成后，请监理现场验槽后（基底高程和承载力），方可进行下一道工序。施工技术要求要点07软土换填施工工艺方法45)分层换填压实

（1）石料的摊铺整平a.石料的堆放和摊铺应该同步进行，施工时应分层填筑、压实，填筑厚度需与施工工艺相结合，并考虑石料的最大粒径，通过现场试验路段确定。（试验段摊铺厚度为50cm）b.用自卸车运输合格的填料到现场，装车时需注意取料的均匀性和一致性，避免石料粒径相差过大和不同风化程度石料混装。可选择直接倒至划好网格的基槽，或先运到现场备料，用装载机配合挖机挖运（装车或直接挖运）到槽内并摊铺整平。由专人指挥卸料，卸料时应水平分层，先低后高，先两侧后中间。c.石料按照路基横断面全宽分层填筑，采用功率足够的推土机进行“渐进式”石料摊铺，从路段一端倒料，并控制好摊铺厚度要求，使得石料在推土机推送下翻滚均匀摊铺。d.石料的摊铺应避免粗细石料分离及细料沉淀下沉现象，对于粗大块料重叠架空形成不稳定结构，需施工人员特殊处理。

e.应采用推土机和人工配合整平，达到较大石块居于底部，较小碎块居于上部的效果。对于表面细料缺少部位应补填石渣至平整。施工技术要求要点07软土换填施工工艺方法4f.摊铺好的换填层表面出现粗石料集中现象时应进行挖开重填或填隙处治，局部凸起的大石块需进行整平或破碎，若坚硬不宜破碎则应予以清除，集中进行二次破碎。g.填隙采用碎石或石渣，严禁使用细粒土进行填隙。填隙过程可用撒布机等设备将填隙料均匀撒铺，可人工或机械扫均匀，并保证大粒径石料缝隙被填料填满。

（2）回填石料的压实a.压实机械宜选用自重不小于18t的振动压路机。b.换填时应分层填筑、逐层压实，松铺厚度、碾压速度、压实遍数等通过试验确定。c.回填分层厚度应符合路堤填筑要求，不能分层时，应增加碾压遍数、振冲或强夯等措施。d.碾压时应遵循先两边后中间、先低后高、曲线段由内向外等原则。压实路线应纵向平行，且轮迹重叠40cm～50cm，前后相邻重叠100cm～150cm。

e.碾压机械行驶速度先慢后快，控制在3km/h～6km/h范围。

f.碾压遍数应通过试验段，结合机械功率，石料强度、铺筑厚度等因素综合确定。压实遍数不宜少于4遍。施工技术要求要点07软土换填施工工艺方法46)质量控制和验收标准

（1）国家行业规范要求：a.施工过程中每一压实层，应采用试验路段确定的工艺流程、工艺参数控制，压实质量可采用沉降差指标进行检测。b.为定量检验填石路堤的压实质量，根据施工规范要求提出压实检测应通过试验路确定沉降差标准，在施工过程中严格控制。结合工程实践，亦可采用20t以上压路机振压两遍沉降差不大于2mm控制，并注意加强观测，及时总结修正。

（2）填石路堤压实质量标准应符合下表的要求设计对于压实质量标准要求宜用孔隙率控制标准，孔隙率应小于等于24%。

（3）【广西】规范要求：换填部分应分层检测压实度，片石和碎石的压实程度应按沉降差小于2mm控制，其余砂土料压实度应达到93%以上，局部困难地段的压实度可放宽至90%以上。施工技术要求要点分区路床顶面以下深度(m)硬质石料孔隙率(%)中硬石料孔隙率(%)软质石料孔隙率(%)上路堤0.80～1.50≤23≤22≤20下路堤>1.50≤25≤24≤2207软土换填施工工艺方法4

（4）规范验收标准：填石路基应通过试验路确定沉降差控制标准（孔隙率满足设计要求时）。

（5）公司标准化要求：a.换填宽度应宽出路基边脚0.5～1.0m，换填厚度及其上铺设的反滤层应满足设计要求。b.换填地基的压实度应按照《公路工程质量检验评定标准第一册土建工程》（JTGF80/1-2017）第4章第2节规定进行检验。

（6）孔隙率采用灌水法（水袋法）进行检测，沉降差采用埋置钢球法进行量测。施工技术要求要点08软土换填质量验收标准PARTEIGHT08软土换填质量验收标准项次检验项目允许偏差检验频率和方法一级公路1压实孔隙率符合设计要求

密度法：每200m每压实层测1处2沉降差≤试验段确定的沉降差精密水准仪：每50m测一个断面，每个断面测5点3弯沉（0.01mm）不大于设计值按（JTGF80/1-2017）附录J检查4纵断高程(mm)＋10，－20水准仪：中线位置每200m测2点5中线偏位