软土地基的特性及处理加固方法

李晓波

（衡水市水务局建筑工程处，河北 衡水053000）

软土地基的主要构成是淤泥、类淤泥质土、松软杂填土或冲填土，以及高压部分高缩性的软弱土层。一般通过地质勘探及测量可以发现，利用人工进行开挖探坑时，只要遭遇到软土地层，就开挖困难。经过挖取土样试验观察，表明其天然的含水量较高、孔隙比较大、透水性较差、压缩性较高、抗剪强度极低。

1 软土地基工程特性

1.1 含水量较大、压缩性高

软土一般是由黏土粒组及粉土粒组组合而成，并间含少量的有机质。粘粒所含的矿物蒙脱石、高岭石和伊利石约占万分之二。其晶粒比较细，呈现多为薄片状，负电荷分布在表层，偶极水分子由周围的水和其作用后形成，经过吸附成为水膜包围起来。由于差异的地质结构和环境下多以絮状结构呈现。软土的结构形成决定了其孔隙比。空隙中的水分多，干容重就相对较小，再加上含有的微生物和腐殖质，有的还含有可燃性的气体成分，造成压缩性特别高，而且长期也达不到固结稳定状态。该特性表现为软土当受到来自外部一定压力之后，土粒间的缝隙就会迅即减小，但是结构却无法彻底地稳定固结，因此不具备稳定承载能力。

1.2 抗剪强度低

由于软土结构具有非常大的孔隙，其抗剪能力比正常地基要小得多。软土的具体抗剪强度一般可以在工程现场通过做原位试验予以确定。

1.3 透水性低

软土经过实验检测，软土含水量高，甚至接近饱和。实验发现其渗透系数一般都在1×10-6～1×10-8cm/s范围，受到荷载后固结的速度特别缓慢。当地基中有机质含量较大时，腐质有机物化学反应就能产生气体，以气泡的形式存在缝隙中，渗流的空隙通道被阻塞，造成其渗透性大大降低。尤其垂直的层面方向几乎接近不透水。这样就造成采用降水及排水的方法，以实现固结稳定难度很高。反映在工程上表现为沉降延续时间特别长，而且在受荷开始，经常出现较高的孔隙水压力，会直接影响地基的承载强度。

1.4 触变性

软土结构中经常出现类似絮凝状的结构性沉积物，当原状土没有受到破坏时具有一定的结构强度，但一旦受到扰动，结构随即破坏，强度迅速降低或甚至很快转变成稀释状态。因此，软土地基时常表现为受外部振动荷载以后，产生侧向滑动、沉降及其底面两侧挤出等现象，直接破坏工程基础，无法体现稳定强度。

1.5 流变性

实践表明软土在一定的外力荷载加压下，持续时间越长，变形越大，而且长期的承载强度远远小于瞬时承载强度。这个特点对水利工程建筑物、堤防边坡、水库挡墙、码头基础设施等稳定性具有鲜明的破坏性，不作处理或处理不好极易造成工程整体或局部沉降、倾斜或倒塌等安全事故。

1.6 非均匀性

因软土层地基中混合有杂粉细砂或流沙、腐质土等多种土质结构，在平面方向及垂直方向上没有一致的结构特征，无法测算均匀地质的物理参数进行参考，不处理加固容易产生地基的不均匀沉降。

2 软土地基的处理

2.1 软土地基加固处理的目的

改善软土的力学性质和结构，提高处理后地基的承载能力，增加整体的抗滑稳定性，最大限度地减少压缩变形，达到水利工程所提的设计地基承载力。

2.2 软土地基处理加固的常用主要方法

2.2.1 强夯处理法

强夯处理法是采用动力固结法进行加固，区别于静力固结法。该方法采用专门的强夯机的较重夯锤，提升到一定高度自由下落，对地基土施加巨大冲击（一般在100～400kN），通过产生的冲击波和动应力，强行促使土结构密实，达到提高地基承载强度的目的。强夯处理法一般适用于砂壤土和砂石混合土、低饱和度黏性土、粉质土，以及素土和杂填土等软土地基。这种处理加固方法，设备并不复杂，施工简单易行，方便快捷，经济实用，材料可以因地制宜，是普遍采用且效果明显的处理加固方法之一。

2.2.2 换填法

当软土地基的承载力较小，达不到设计承载能力要求时，而软土层的厚度不太大时，可以采用换填法。即将工程基础以下软弱土层挖除，当下层地质土层地基承载力达到要求的情况下，开挖的基坑内就可以分层换填，材料为强度高的稳定、无侵蚀性的建筑材料，如砂、碎石、石灰土等。分层碾压或夯实至要求的一定密度，一般对淤泥、淤泥类质土、素填土、杂填土等地层较为适合。软土地层厚度小于3m时，通常采用全部挖除换填的方法。当软土地基厚度较大时只采取部分挖除换填。全部挖除软土层能够从根本上去除软弱点，极大提高了地基的承载能力，效果最为明显。

2.2.3 砂石挤淤法

对于软土地基淤泥层结构，采用砂、碎石等抛投其中，将淤泥挤出，并振动压实，达到加固的目的。而地下水位较高、水库湖区等不能抽排干净、软土液性指数特别大、厚度不深、块石能沉至下层的地基，可以采用抛石挤淤，同时配以水泥砂浆等灌缝处理，可以有效地解决该地基问题。

2.2.4 挤密法

挤密法是用振动或者冲击的方法机械成孔，然后在成孔内送入砂、碎石、三合土、石灰或其他建筑材料，并进行捣密使之成为合成桩体。也可用松木等材料压入软基，使土挤压密实，地基土的强度得到增强。挤密桩主要用于处理松软砂类土、素填土、杂填土等地质软基，通过将土挤密达到提高承载力的目的，加固效果也很明显。

2.2.5 缝隙灌浆法

缝隙灌浆法是用高压泵产生的压力或利用电化学原理通过注浆管道将按一定比例调和配置的加固液注入缝隙地层中，用浆液挤压土粒间或岩石裂缝中的水分和气体，经一定时间后，浆液将松散的土体或缝隙胶结成整体，完成后可以形成强度较大、防渗能力较强的加固后的地基。该方法一般用于河道堤防和水库防渗加固较多，是深层软基或缝隙地基不可或缺的处理加固方法。

3 软土地基加固工程实例分析

3.1 滏阳河衡水市区段防洪排涝综合整治工程

该工程是衡水市区段重要的大型水利工程项目，总投资10亿元。在东滏阳橡胶坝施工中，坝室左侧出现了局部淤泥流沙软基。经检测其地基承载力严重不足。经过现场地质勘测发现，仅3m以上为淤泥流沙层，下部为砂壤土稳定地层。针对这种情况采取了地基换填处理法，即根据现场软基分布情况，用挖掘机挖了长16m宽12m的基坑，将流沙层淤泥清除，开挖深度3m。下部2m深度采用了抛石挤淤法，分层抛石挤淤。将无风化的块石料（尺寸不小于30cm）抛填于被处理堤基中，抛填方向为纵向，采用挖掘机分层按压至稳定，缝隙灌注M10水泥砂浆；然后上部采用铺设30cm碎石层进行振动夯实，基础稳定后，上部采用了黏土换填，分层碾压，回填达到设计密实度。该处理方案完成后，经观测地基稳定，地基验收完全符合设计要求，然后才投入橡胶坝底板的施工。该工程完工验收投入运行至今，运行良好。

在东滏阳桥梁工程软基处理时，发现该处地基存在低饱和度粉土与杂填土，因此采用了强夯法，强力夯实是将80kN即相当于8tf以上的夯锤，起吊到8m，让锤自由落下，对该软土进行了夯实。经夯实后的土体孔隙大大压缩，同时夯点周围产生的裂隙将孔隙水出逸，有效达到了软土固结，从而提高了地基的承载能力，经检测达到了设计要求。该处理方案夯实效果良好。

3.2 衡水湖人工岛工程

采用松木挤密法施工。因为人工岛坐落湖水之中，要求岛的边坡采用生态护坡形式，而必须保证护坡稳定不被冲刷，防止冬季冰盖的撞击破坏。为此施工时采用了软基坡面打入长6m直径25cm的松木，间距80cm，梅花布置。松木间铺设沙袋，沙袋上面铺盖格栅。同时在松木桩间种植了耐水的乔木及灌木植被。该方法有效处理了岸坡软基不稳定及湖水冲刷问题，解决了湖区岸坡稳定与生态要求的矛盾，岸坡加固处理完成后，大大降低了人工岛的水土流失，经受住冬季湖水冰层的冲击力破坏。该处理加固方案得到了相关单位的好评。

3.3 饶阳县滹沱河北大堤除险加固工程

采用压力灌浆法施工。该大堤为国家二级堤防，经勘测分析发现，大堤地基多处存在孔隙直径大于0.2mm的裂隙，严重威胁着京津的防汛安全。为此在该项地基处理加固中采用了高压水泥浆进行灌注。灌浆后检测表明，裂隙灌浆饱满，有效消除了裂隙造成的安全隐患和风险，极大地提高了工程地基的稳定性。

4 结语

在水利工程建设中，要科学地认识软土地基并掌握其特性，综合考虑采用适合的处理方法，也可同时运用多种处理加固方法和手段。只有认真做好软土地基处理加固工作，才能够确保水利工程的地基质量和安全。

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