【原】富水类软弱地基处治工艺简析

悠游2019 2023-10-25 发布于广西

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富水类软弱地基指由滨海相、湖相、三角洲相、沼泽相、河滩相、沟谷相等第四纪沉积物，在水作用环境下由粘土、粉质粘土等物质为主，有时具有不同含量的有机质组成的，性质软弱而不能满足人类工程建设需要而须处治的一类土体。

图1 富水类粉土性软弱地基强度较低

富水类软弱地基在我国分布非常广泛，虽然由于颗粒差异、土体结构、成因环境等因素影响而有所差异，但其一般都具有含水率，孔隙比大、压缩性高和强度低的共性特点，进行人类工程建设时往往会产生填方失稳或沉降过大两方面问题。因此，针对这两方面的工程问题，须依据软弱地基和工程建设特征采取不同的工程措施进行处治。

一、富水类软弱地基设计原则

1、地质选址、选线，对范围广、厚度大、基底横坡较陡的软弱地基宜尽量躲避，从而避免战略上的失误导致后期战术补偿代价太大。如尽量远离宽缓河道、牛轭湖式的古河道，湖塘等地段设置大规模工程。

如某厂区由于选址失误将场地设置于软弱地基面积宽广、厚度达20m以上的古牛轭湖区，造成软弱地基的处治费用达10亿元左右，这无疑对投资方造成了太大的成本压力。

2、软弱地基的处治应在确保永久工程的沉降和稳定基础上，同时兼顾施工期间的工程临时沉降与稳定。这是因为软弱地基的固结的时长往往相对较长，造成土体强度相对增长较慢。这就要求既要保证施工期间的主固结影响因素，也要保证后期的次固结影响因素。

如某高填方下伏厚层软弱地基，技术人员采碎石桩进行处治的工程永久稳定性是满足要求的，但由于高填方对下伏软弱地基的强度要求较高，但工程施工期间软弱地基强度增长跟不上填方速度，也就是灵魂跟不上奔跑的躯体，造成填方体后期发生了大规模滑移。

图2 卸载碎石桩处治软弱地基的高填方滑坡

3、软弱地基取样宜采用连续压入法或重锤少击法。对性质均匀的软弱地基可分别在上、中、下三部分别取样；对于性质存在差异的非均质软弱地基层，深度10m范围内可每1.0~1.5m取一组样品，深度大于10m的范围内可每1.5~2.0m取一组样品，遇到性质差异的地层时应加取样品。这一点非常重要，因为目前很多软弱地基取样仅在地表附近取样，这是非常不合理的。

4、土工试验就对每个代表性地层进行必要的物理力学指标试验。这些指标除了常规的重度、含水率、液塑限外，还应包括压缩系数、固结系数、抗剪强度，以及必要的有机质含量等指标。这一点非常重要，因为，现在有太多的工程土工试验指标太少，甚至不取样、不试验而依据所谓的经验，这实在是非常不好的现象。

5、软弱地基的工程处治，需分别核查软弱地基较厚时是否会从软弱地基内部发生剪切破坏，以及软弱地基较薄时是否会从软弱地基沿下伏基底滑移两种情况。

6、工程措施和软弱地基相对复杂的地段，宜建立必要的监测措施。监测方法可依据工程特征选用水位和水压力监测、土压力监测等。从而验证设计的合理性和控制工程施工质量。

7、应依据软弱地基和工程特征，结合现场实际条件合理选用适宜的工程处治措施，确保工程的安全、经济、工期、可实施等条件。

二、富水类软弱地基处治工艺

富水类软弱地基具有的含水率，孔隙比大、压缩性高和强度低的特点，因此，工程处治措施往往围绕以上软弱地基的特点展开。虽然软弱地基的处治工艺多种多样，但总的来说分为三大类。一是采用较好的填料置换软弱地基，二是采用排水固结提高土体自身强度，三是设置外在补强工程形成复合地基提高土体强度。

1、置换处治

1.1、软弱地基厚度小于3~4m时，采用水稳性良好的砂砾石等粗颗粒材料对软弱地基进行全部或部分换填处治，或采用较硬岩或硬岩材料进行抛石挤淤置换处治，或采用合格填料，如矿渣、灰土等材料设置垫层，必要时设置土工格栅进行换填处治。

图3 浅层软弱地基换填

1.2、软弱地基厚度较大时，采用粉煤灰、EPS、泡沫轻质土等轻质材料，通过挖除适当的软弱地基，利用附加应力等量置换或适当减小的原理进行处治。该类处治工艺往往可与软弱地基厚度较大时采用桩基复合地基的处治方案进行比选，且具有施工速度快、施工简单便捷和工程质量易于控制的特点。

图4 EPS处治软弱地基

图5 泡沫轻质土软弱地基段处治

此外，强夯置换在深层软弱地基中也有较为广泛的应用，但需考虑到对周边环境的影响。

2、排水固结处治

2.1、该工艺主要是通过降低土体含水率，有效提高土体的有效应力减小土体孔隙率，弱化土体的高压缩性，达到提高土体强度的目的。主要的应用工艺有塑料排水板、袋状砂井、真空预压或相互组合的工艺。且依据加载预压的条件，可分为欠载、等载、超载预压三类工艺。一般情况下，前期预压规模越大，对软弱地基形成的附加应力就越大，那么土体的排水固结速度就越快，工程的后期沉降量就越小，稳定性就越高。尤其是软弱地基中存在沙层时，由于排水通道的增加，会大幅度提高软弱地基排水固结的速率。因此，软弱地基中存在透水层应尽量利用，从而打消有些人对排水固结法工期永远都进行诟病的不合理现象。

图6 塑料排水板处治软弱地基

2.2、有些人认为预压措施取消后软弱地基存在周边地下水会继续渗入，从而导致工程处治失败的论调，这实在是不应该的。也有的人认为有机质含量较高的软弱地基，会造成颗粒堵塞塑料排水板或袋装砂井的通道而不能采用排水固结法，这也是不应该的。

但需要说明的是泥炭类软弱地基压缩性高而透水性较好，主固结沉降往往可在较短时间内完成，但其后期的次固结沉降占比也往往较大，这是在工程处治方案确定时需重点考虑的。因此，有条件时宜尽量采用超载预压工艺和适当加大预压时间。

3、复合地基处治

复合地基主要是利用碎石桩等散体桩，水泥搅拌桩、高压旋喷桩等半刚性桩，素混凝土桩、管桩等刚性桩，在桩顶设置一定厚度的碎砾石类褥垫层的基础上，形成的由桩和桩间软弱地基共同承担上部荷载的处治工艺。

由于软弱地基的复合地基处治费用往往较高，因此，只有在置换处治工艺、排水固结工艺不能满足工程应用时最后才考虑的工艺。就复合地基而言，在其他条件相同和工艺均可应用的条件下，这几类复合地基的工程造价一般呈现搅拌桩、高压旋喷桩、碎石桩、素混凝土桩、管桩工程造价逐渐升高的趋势。因此，有条件时宜尽量采用造价相对较低的工程措施进行软弱地基处治。毕竟工程的经济性指标是非常关键的。

如某高速公路深层软弱地基处治，设计广泛采用碎石桩、素混凝土桩处治，工程造价达3亿元以上。后来笔者依据区内软弱地基厚度普遍小于10m，建设工期三年以上等条件，采用塑料排水板、水泥搅拌桩等进行替换。优化工程费用达2亿元以上，高速公路建成通车6年来工程效果良好。

图7 水泥搅拌桩处治软弱地基

再如某高速公路软弱地基有机质含量普遍较高，厚度多为8~15m，基底横坡较陡。施工时依据设计文件的管桩处治时发生大规模的路堤滑坡。通过现场分析发现，由于基底强度较高而横坡较大，导致管桩上浮于基底，造成填方加载时复合地基依附于土岩界面发生滑移。考虑到搅拌桩由于有机质含量较高而使用受好，后来改用素混凝土桩进行处治后效果良好，且工程造价也大幅优化。