軟土地基

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我國(guó)公路行業(yè)規(guī)范對(duì)軟土地基的定義是指強(qiáng)度低,壓縮量較高的軟弱土層,多數(shù)含有一定的有機(jī)物質(zhì)。由于軟土強(qiáng)度低,沉隱量大,往往給道路工程帶來很大的危害,如處理不當(dāng),會(huì)給公路的施工和使用造成很大影響。
中文名
軟土地基
外文名
soft soil subgrade
意    義
強(qiáng)度低,壓縮量較高的軟弱土層
特    點(diǎn)
多數(shù)含有一定的有機(jī)物質(zhì)
所    指
濱海、湖沼、谷地
學(xué)    科
土木工程

軟土地基定義

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軟土地基概念

日本高等級(jí)公路設(shè)計(jì)規(guī)范將其定義為:主要由粘土和粉土等細(xì)微顆粒含量多的松軟土、孔隙大的有機(jī)質(zhì)土泥炭以及松散砂等土層構(gòu)成。地下水位高,其上的填方及構(gòu)造物穩(wěn)定性差且發(fā)生沉降的地基。
日本規(guī)范還對(duì)軟土地基做了分類,提出了類型概略判斷標(biāo)準(zhǔn)。在給出軟土地基定義時(shí)指出:軟土地基不能簡(jiǎn)單地只按地基條件確定,因填方形狀及施工狀況而異,有必要在充分研究填方及構(gòu)造物的種類、形式、規(guī)模、地基特性的基礎(chǔ)上,判斷是否應(yīng)按軟土地基處理。
軟土路基處理的目的是提高該段公路路基的穩(wěn)定性和承載能力。 [1] 

軟土地基軟土

軟土是指濱海、湖沼、谷地、河灘沉積的天然含水量高、孔隙比大、壓縮性高、抗剪強(qiáng)度低的細(xì)粒土。具有天然含水量高、天然孔隙比大、壓縮性高、抗剪強(qiáng)度低、固結(jié)系數(shù)小、固結(jié)時(shí)間長(zhǎng)、靈敏度高、擾動(dòng)性大、透水性差、土層層狀分布復(fù)雜、各層之間物理力學(xué)性質(zhì)相差較大等特點(diǎn)。 [1] 

軟土地基特性

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軟土地基的物質(zhì)結(jié)構(gòu)、物理力學(xué)性質(zhì)等具有以下的基本特點(diǎn):
一、高壓縮性:軟土由于孔隙比大于1,含水量大,容重較小,且土中含大量微生物、腐植質(zhì)和可燃?xì)怏w,故壓縮性高,且長(zhǎng)期不易達(dá)到穩(wěn)定。在其它相同條件下,軟土的塑限值愈大,壓縮性亦愈高。
二、抗剪強(qiáng)度低:因此軟土的抗剪強(qiáng)度最好在現(xiàn)場(chǎng)作原位試驗(yàn)。
三、透水性低:軟土的透水性能很低,垂直層面幾乎是不透水的,對(duì)排水固結(jié)不利,反映在建筑物沉降延續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。同時(shí),在加荷初期,常出現(xiàn)較高的孔隙水壓力,影響地基的強(qiáng)度。
四、觸變性:軟土是絮凝狀的結(jié)構(gòu)性沉積物,當(dāng)原狀土未受破壞時(shí)常具一定的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度,但一經(jīng)擾動(dòng),結(jié)構(gòu)破壞,強(qiáng)度迅速降低或很快變成稀釋狀態(tài)。軟土的這一性質(zhì)稱觸變性。所以軟土地基受振動(dòng)荷載后,易產(chǎn)生側(cè)向滑動(dòng)、沉降及其底面兩側(cè)擠出等現(xiàn)象。
五、流變性:是指在一定的荷載持續(xù)作用下,土的變形隨時(shí)間而增長(zhǎng)的特性。使其長(zhǎng)期強(qiáng)度遠(yuǎn)小于瞬時(shí)強(qiáng)度。這對(duì)邊坡、堤岸、碼頭等穩(wěn)定性很不利。因此,用一般剪切試驗(yàn)求得抗剪強(qiáng)度值,應(yīng)加適當(dāng)?shù)陌踩禂?shù)。
六、不均勻性:軟土層中因夾粉細(xì)砂透鏡體,在平面及垂直方向上呈明顯差異性,易產(chǎn)生建筑物地基的不均勻沉降。 [1] 

軟土地基危害后果

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軟土地基的性質(zhì)因地而異,因?qū)佣悾豢深A(yù)見性大。在設(shè)計(jì)、施工過程中,稍有疏忽就會(huì)出現(xiàn)質(zhì)量事故,常見的事故有:
(1)勘察設(shè)計(jì)不詳細(xì)或不準(zhǔn)確,導(dǎo)致對(duì)應(yīng)該作軟基處理的地段未作處理設(shè)計(jì),此類工例不少,在施工中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象。
(2)已知是軟土地基,但是未做好軟土地基處理,造成路堤失穩(wěn)或危及線外建筑物。工例有:汕頭磊口大橋引道.由于高填土引起線外土地隆起,民房受損.路基難以穩(wěn)定,只好增加橋梁長(zhǎng)度,建成后一段時(shí)間,仍然出現(xiàn)錐坡不均勻下沉,又做了處理,現(xiàn)已改建新橋。中山縣附近的獅窖口橋,原設(shè)計(jì)是拱式橋跨,臺(tái)背填土較高.由于高填土的推力作用和地基嚴(yán)重下沉,使橋臺(tái)被推壞,拱體損傷,新路旁的老公路被擠移,將一條近10m寬的水溝填塞,路外廠房和民房受損,迫不得已改變橋型(原拱橋拆掉重建梁橋),增大橋長(zhǎng),降低路堤。
(3)雖然作了軟土地基處理,但是措施不力,施工不當(dāng)造成路堤失穩(wěn)。珠海南屏橋引道,雖然軟土采用砂并結(jié)合分級(jí)加載預(yù)壓處理,路堤填土高度7m,南岸砂井施工完成后,僅填土到2.5m高(第一級(jí)加載)時(shí)就發(fā)生破壞,北岸在第三級(jí)填土完成時(shí)發(fā)生破壞。填土完成也發(fā)生破壞。經(jīng)開挖分析,原因是地質(zhì)資料不準(zhǔn)確,填土速度過快,后加的反壓護(hù)道又阻塞了砂墊層的排水通道。最后采取了挖深邊溝排水(挖邊溝時(shí),原路堤底有大量的水流出),用袋裝砂井(原先的砂井是無袋砂井)和鋪土工布進(jìn)行修復(fù)。
(4)堆料不當(dāng),未按規(guī)定分層填筑,填土過快,碾壓不當(dāng),造成路堤失穩(wěn)。新會(huì)虎坑、大洞橋的引道,原設(shè)計(jì)對(duì)軟基都作了袋裝砂并結(jié)合砂墊層加固處理,由于投資限制,大部分路段的處理被取消。在施工過程中,有幾處路堤發(fā)生滑塌現(xiàn)象,通車后整個(gè)路段不均勻沉降明顯。主要原因是堆料不當(dāng),未按規(guī)定分層填筑,也未作施工觀測(cè),填土過快,碾壓不當(dāng)。其填料采用開山石渣土,其中合有大塊石,運(yùn)料沒有做到均勻卸土,合理分層,而是堆成厚層用強(qiáng)振碾壓,使強(qiáng)度很低、靈敏度很高的軟土地基受到破壞。末作加固處理但按規(guī)定施工的路段,雖然后來沉降較大,但沒有發(fā)生破壞。
(5)擾動(dòng)“硬殼層”或填筑不當(dāng),使“硬殼層”遭受破壞,導(dǎo)致路堤失穩(wěn)。軟土地基上往往有一層強(qiáng)度比軟土高的土層,被稱為“硬殼層”。“硬殼層”可以起到承重和擴(kuò)散應(yīng)力作用,利用好“硬殼層”對(duì)于減少工程投資是有意義的。有的地區(qū)甚至認(rèn)為,有“硬殼層”存在的軟土地基,寧可不作軟土地基特殊處理,充分利用“硬殼層”的擴(kuò)散應(yīng)力作用,采取預(yù)壓措施,以保持填筑路堤的穩(wěn)定。但若對(duì)“硬殼層”的勘察、利用工作做得不好,則達(dá)不到頂預(yù)想的效果。
(6)由于臺(tái)背填土使地基對(duì)結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生負(fù)摩阻力和縱向推擠作用,引起橋臺(tái)發(fā)生變位以至損壞。在軟土地基上的橋臺(tái),基礎(chǔ)不論是用支承樁或是摩擦樁,由于臺(tái)背填土引起軟土層發(fā)生較大的沉降,對(duì)橋臺(tái)及樁基礎(chǔ)產(chǎn)生縱向推擠向河中方向和負(fù)摩擦力作用,輕則使橋臺(tái)發(fā)生位移或下沉,重則損壞橋臺(tái)危及橋墩,這種現(xiàn)象尤以輕型橋臺(tái)為甚。此類現(xiàn)象出現(xiàn)不少給工程的進(jìn)展和完工后的使用帶來不利影響。主要問題是:臺(tái)背填土引起橋臺(tái)向橋跨方向發(fā)生水平變位;先做橋臺(tái),后做錐坡及臺(tái)背填土;錐坡沒有按設(shè)計(jì)圖紙做足,臺(tái)背填土?xí)r把輕型橋臺(tái)推壞;由于負(fù)摩擦力作用,引起橋臺(tái)下沉。 [1] 

軟土地基處理方法

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在公路工程中處理軟土地基主要采用以下幾種方法:

軟土地基堆載預(yù)壓法

該法是在工程建設(shè)之前用大于或等于設(shè)計(jì)荷載的填土荷載,促使地基提前固結(jié)沉降以提高地基的強(qiáng)度,減少工后沉降。當(dāng)強(qiáng)度指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求數(shù)值后,卸去荷載,修筑道路路面。經(jīng)過堆壓預(yù)處理后,地基一般不會(huì)再產(chǎn)生大的固結(jié)沉降。利用路堤填土作為堆載,成本較低。施工填筑時(shí)宜采用分層分級(jí)施加荷載,以控制加荷速率,避免地基發(fā)生剪切破壞,達(dá)到地基強(qiáng)度慢慢提高的效果。該法原理較成熟,施工簡(jiǎn)單,不需要特殊的施工機(jī)械和材料。由于該地區(qū)軟土固結(jié)系數(shù)小,故軟土的排水固結(jié)時(shí)間較長(zhǎng),因此工期較長(zhǎng)。如施工時(shí)間允許,可單獨(dú)使用;如工期緊,可結(jié)合其它方法一起使用。 [1] 

軟土地基真空預(yù)壓法

真空預(yù)壓法是在需要加固的軟土地基內(nèi)設(shè)置砂井塑料排水板,然后在地面鋪設(shè)砂墊層,其上覆蓋不透氣的密封膜使其與大氣隔絕,通過埋設(shè)于砂墊層中的吸水管道,用真空裝置進(jìn)行抽氣,將膜內(nèi)空氣排出,因而在膜內(nèi)外產(chǎn)生氣壓差,氣壓差即轉(zhuǎn)變成作用于地基上的荷載,地基不會(huì)產(chǎn)生剪切破壞,這對(duì)軟土地基是有利的。該方法不需要堆載,省去了加載和卸荷工序,縮短了預(yù)壓時(shí)間,省去了大量堆載材料,所使用的設(shè)備及施工工藝均比較簡(jiǎn)單,無需大量的大型設(shè)備,便于大面積施工。 [1] 

軟土地基反壓護(hù)道法

該法是指在道路主路堤兩側(cè),填筑一定寬度和高度的護(hù)道,以期達(dá)到路堤穩(wěn)定的一種方法,它主要是起抗滑的平衡作用,使得抗滑力矩能克服滑動(dòng)力矩。其高度一般為路堤填土高度的1/3~1/2。這種方法處理軟土地基,對(duì)解決路基穩(wěn)定是有效的。該法不需控制填土速率,可以機(jī)械化快速完成路基填筑,但利用該法處理地基,土方量大、占用土地多。 [1] 

軟土地基攪拌樁法

水泥土攪拌樁是膠結(jié)法處理軟土地基的一種,它利用水泥或石灰等材料作為固化劑的主劑,通過特制的深層攪拌機(jī)械,在地基深處將軟土和固化劑(漿液或粉體)強(qiáng)制攪拌,利用固化劑與軟土之間所產(chǎn)生的一系列物理、化學(xué)反應(yīng),使軟土固結(jié)成具有整體性、水穩(wěn)定性和一定強(qiáng)度的地基,以達(dá)到提高地基承載力、減少地基沉降量的目的。其地基應(yīng)視為復(fù)合地基,樁土共同承擔(dān)荷載。它具有施工速度快,設(shè)備輕便,便于移動(dòng),方法容易掌握,處理深度較大等優(yōu)點(diǎn)。 [1] 

軟土地基換填墊層法

當(dāng)軟弱土層厚度不很大時(shí),可將路基面以下處理范圍內(nèi)的軟弱土層部分或全部挖除,然后換填強(qiáng)度較大的土或其它穩(wěn)定性能好、無侵蝕性的材料(通常是滲水性好的礫料)稱為換填或墊層法。此法處理的經(jīng)濟(jì)實(shí)用高度一般為2~3m,如果軟弱土層厚度過大,則采用換填法會(huì)增加棄方與取土方量而增大工程成本 [1] 

軟土地基強(qiáng)夯法

對(duì)于孔隙較大的地基及含水量在一定范圍內(nèi)的軟弱粘性土地基,可采用重錘夯實(shí)或強(qiáng)夯。它的基本原理是:土層在巨大的沖擊能作用下,土中產(chǎn)生很大的壓力和沖擊波,致使土體孔隙壓縮,夯擊點(diǎn)周圍一定深度內(nèi)產(chǎn)生裂隙良好的排水通道,使土中的孔隙水(氣)順利排出,土體迅速固結(jié)。強(qiáng)夯后地基承載力可得到一定的提高,壓縮性可降低200%~1000%。 [1] 

軟土地基加筋路基法

對(duì)于沉降量不大的路堤,高路堤填土適當(dāng)采用土工布?jí)|隔,限制了軟基和路基的側(cè)向位移,增加了側(cè)向約束,從而降低應(yīng)力水平,加強(qiáng)了路基剛度與穩(wěn)定性,提高了路基的水平橫向排水,使荷載均布。采用土工布覆蓋攤鋪,既提高路基剛度,也使邊坡受到維護(hù),有利于排水,增加地基穩(wěn)定性
此外,在確定地基處理方法時(shí),還要注意節(jié)約能源。注意環(huán)境保護(hù),避免因?yàn)榈鼗幚韺?duì)地面水和地下水產(chǎn)生污染,避免振動(dòng)噪音對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生不良影響等。 [1] 

軟土地基化學(xué)加固法

通過在軟土地基中加入水泥或其它化學(xué)材料,進(jìn)行軟土地基處理的方法稱為化學(xué)加固法。適用于處理砂土、粉土、淤泥質(zhì)粘土、粉質(zhì)粘土、粘土和一般人工填土,也可以在處理裂隙巖體及已有構(gòu)筑物地基加強(qiáng)中。
水泥或其它化學(xué)材料注入土體后,與土體發(fā)生化學(xué)反應(yīng),吸收和擠出土中部分水與空氣形成具有較高承載力的復(fù)合地基。
主要加固方法:硅化法、粉噴樁、旋噴樁、注漿、水泥土攪拌法。
硅化法:用水玻璃為主的混合溶液對(duì)軟土進(jìn)行化學(xué)加固的方法稱為硅化法,借助于電的作用進(jìn)行加固稱為電硅化法。它的特點(diǎn)是加固作用快,工期短,但造價(jià)較高,不適用于滲透系數(shù)太小的土。
旋噴樁:旋噴樁可分為粉體噴射樁、高壓噴射注漿法等。對(duì)于強(qiáng)度低、壓縮性高、排水性能較差的軟土,采用灰土樁(水泥土樁、石灰土樁、二灰土樁等)與地基組成復(fù)合地基,大部分荷載由樁體承受,從而提高地基承載力,減少工后沉降。它的施工工藝比較復(fù)雜,需要配置專門的旋噴設(shè)備。利用粉噴樁施工造價(jià)較高,處理效果可靠,適用土層范圍廣。 [1] 

軟土地基注意事項(xiàng)

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軟土地基靜壓注漿施工質(zhì)量保證措施
(1) 采用靜壓注漿法進(jìn)行加固,加固對(duì)象為松散填土層,粉質(zhì)粘土不必再注漿加固。勘察報(bào)告中ZK6號(hào)孔對(duì)應(yīng)的局部淤泥質(zhì)土由于范圍不大,施工中對(duì)以其為中心、直徑3m范圍內(nèi)的注漿孔的底部2m(即淤泥部分)進(jìn)行高壓劈裂注漿處理。加固后的地基承載力要求達(dá)到140kPa。
(2) 注漿區(qū)已開挖到基底,注漿孔的深度要求鉆穿填土層,深度介于1~ 4m,各孔采用分段注漿法,段長(zhǎng)500,各孔每米水泥平均用量\U+2460區(qū)和\U+2461區(qū)介于75~ 150kg、\U+2462區(qū)和\U+2463區(qū)介于100~ 200kg,終止注漿的標(biāo)準(zhǔn)一是孔口返漿,且已達(dá)到設(shè)計(jì)要求的最少注漿量;二是孔口未返漿,但是注漿量已達(dá)到每米水泥用量的上限,三是雖然沒有達(dá)到設(shè)計(jì)要求的最小注漿量,但孔口已返漿,且經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證確知所在地層較密實(shí),可灌性確實(shí)最差。
(3) 灌注純水泥漿,水灰比1:1(容重1.49)~ 0.75 :1(容重為1.62),摻占水泥重量比例2%的早強(qiáng)劑CaCl。
(4) 由于填土層中存在較多的石塊,成孔較困難,為了提高工效,靜壓注漿時(shí)采用機(jī)鉆預(yù)成孔分段注漿法與擊入式鋼花管分段灌漿法相結(jié)合。鉆孔灌漿法采用1∶1水泥漿循環(huán)護(hù)壁,自上而下每鉆進(jìn)1m預(yù)灌1次,終孔后再自下而上換用0.75∶1的水泥漿每50cm灌漿一次,花管灌漿法采用自下而上分段灌漿法,每50cm灌漿一次。
(5) 為了保證足夠的上覆壓力,在注漿前,要求先用0.5∶1水灰比的水泥漿(容重1.86)澆注基底表面,使表層約50cm范圍得以固化(水泥用量約為50kg/m2)。
(6) 施工質(zhì)量檢驗(yàn):1開挖檢查表觀質(zhì)量:注漿孔1m直徑范圍內(nèi)70%以上的空隙已充填漿液固結(jié)體,土質(zhì)呈可塑以上狀態(tài)。2重型動(dòng)力觸探試驗(yàn);3承載力試驗(yàn):施工2周后進(jìn)行2×2m大板載荷試驗(yàn),共3點(diǎn)或按規(guī)范規(guī)定。 [2] 
軟土地基靜壓注漿施工安全技術(shù)
(1) 現(xiàn)場(chǎng)成立安全領(lǐng)導(dǎo)小組,由項(xiàng)目經(jīng)理、質(zhì)安員、施工員實(shí)行崗位責(zé)任制。項(xiàng)目經(jīng)理為安全生產(chǎn)第一責(zé)任人,質(zhì)安員為安全生產(chǎn)技術(shù)負(fù)責(zé)人,負(fù)責(zé)本工程安全生產(chǎn)日常的監(jiān)督管理工作,施工員為所管轄的職責(zé)范圍安全生產(chǎn)直接責(zé)任人,堅(jiān)持貫徹“安全第一,預(yù)防為主”的方針,定期研究和解決安全生產(chǎn)中存在的問題。
(2) 實(shí)行安全技術(shù)交底制度。工程開工前,隨同施工組織設(shè)計(jì),向參加施工的人員認(rèn)真進(jìn)行安全技術(shù)措施的交底;每個(gè)單項(xiàng)工程開始前,質(zhì)安員重復(fù)交待單項(xiàng)工程的安全技術(shù)措施;實(shí)行逐級(jí)安全技術(shù)交底制。
(3) 實(shí)行安全生產(chǎn)檢查制度
1) 各生產(chǎn)班組建立班前安全會(huì)活動(dòng)制度,檢查本班組當(dāng)天的工作范圍 ,若發(fā)現(xiàn)存在隱患要及進(jìn)整改,如有本班組除不了的隱患,應(yīng)立即通知領(lǐng)導(dǎo)派人處理,嚴(yán)禁違章冒險(xiǎn)作業(yè)。
2) 工地專職質(zhì)安員,每天必須在工地巡視檢查質(zhì)量、安全,如發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)向班組工人提出整改,并復(fù)查整改情況。
3) 堅(jiān)持定期和不定期相結(jié)合的安全檢查制度。建立登記、整改制度,在查出的隱患沒有排除前必須有可靠的防護(hù)措施,如有危及人身安全的情況,應(yīng)立即下令停止作業(yè),待整改完成并經(jīng)驗(yàn)收合格后方能恢復(fù)施工。
4) 實(shí)行特殊作業(yè)人員持證上崗制度。電工、電焊工必須持證上崗,其他施工機(jī)械操作人員也要依照有關(guān)規(guī)定持證上崗,禁止無證人員操作。
5) 施工現(xiàn)場(chǎng)一切機(jī)械設(shè)備,必須經(jīng)常檢查、維護(hù)、保養(yǎng)。夜間施工,現(xiàn)場(chǎng)要有足夠的照明。消防設(shè)施應(yīng)完全滿足消防要求。
(6)安全用電
1.按照國(guó)家頒布的《施工現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)用電安全技術(shù)規(guī)范》(JGJ46-88)結(jié)合工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況,開工前編制臨時(shí)用電組織設(shè)計(jì);
2.施工臨時(shí)線路整齊有序、架空高度2m以上;
3.總電源處裝總的漏電保護(hù)器,各用電設(shè)備配電箱均裝分漏電保護(hù)器,堅(jiān)持一機(jī)一閘一漏電,電器設(shè)備配以金屬外殼,有保護(hù)接地或接零裝置。
(7) 嚴(yán)禁酒后作業(yè)。嚴(yán)防食物中毒。
(8) 嚴(yán)格執(zhí)行施工安全措施,杜絕安全事故,以免拖延工期。
(9) 對(duì)開挖的深基坑邊坡進(jìn)行安全支護(hù),針對(duì)A施工期較短,且處于冬季無水季節(jié),B邊坡已有一定坡度,且邊坡地質(zhì)為夾雜塊石的雜填土,水泥漿對(duì)此有一定的固結(jié)強(qiáng)度,決定噴灌水泥漿加固。效果表明其不失為一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的加固方式。 [2] 
參考資料
  • 1.    馬小鋒. 淺談軟土地基處理方法[J]. 山西建筑,2008,(01):121-122.
  • 2.    邱建明. 公路橋梁施工中軟土地基施工技術(shù)[J]. 江西建材,2015,(09):217-218.