摘　要: 軟土在我國沿海、沿江以及黃河流域、淮河流域均有較大面積的分布，在山澗谷地特別是多雨潮濕地區(qū)有較集中或零星的分布，給我們建筑工程師在工作上帶來極大的煩惱。介紹了軟土的總體工程特性和工程鑒別要求,從理論的角度,探討了軟土地基的處治方法,介紹了施工方面采取的墊層處理法和淺層處治法,提出了建設(shè)、設(shè)計、施工單位在軟土地基處治中的注意事項。

　　關(guān)鍵詞:軟土地基, 穩(wěn)定性,墊層,沉降, 處治方法

　　Abstract: The large area distribution of soft soil is in the coastal areas, river areas and the basins of Yellow River and Huaihe River, and the sporadic or centralized distribution in mountain valleies especially the rainy and humid areas, which bring great trouble to architectural engineers in work. This paer introduces the overall project characteristics of soft soil and engineering identify requirements, and from the point of theory, discusses the processing methods of soft soil foundation, introduces the cushion processing and shallow processing method taken in construction, and proposes the attention matters in soft soil processing to the departments of construction, design, operation.

　　Key words: soft soil foundation; stability; cushion; settlement; the processing measures

　　中圖分類號：TU447 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-2104(2012)

　　1 軟土的分布及成因

　　軟土在我國沿海、沿江以及黃河流域、淮河流域均有較大面積的分布，在山澗谷地特別是多雨潮濕地區(qū)有較集中或零星的分布。

　　軟土的基本成因離不開地質(zhì)變遷沉積以及水的作用，研究與勘探表明軟土的成因大多與第四紀(jì)地層沉積有關(guān)。我省土的性質(zhì)在地質(zhì)分類上大多屬于粘土或粉砂質(zhì)粘土，原因是地質(zhì)變遷時代地殼運動造成的海相、湖相、河相在沉積過程中使大量的地下水隨著地殼運動產(chǎn)生的裂隙滲入土壤深處，并被繼續(xù)運動的地殼封閉在相應(yīng)的地層深處，使該地層被水長期浸泡而軟化，再加之我省地區(qū)數(shù)百年來雨量充沛、水網(wǎng)發(fā)達(dá)、農(nóng)作物又以喜水性作物為主，地表水通過各種途徑不斷地補充著地下水源，長久以往使該地區(qū)深層或較深層土壤發(fā)生了質(zhì)的變化，同時喜水植物的遺體在缺氧條件下被緩慢分解，而植物遺體及有機物質(zhì)在相對封閉和高壓的環(huán)境中與土壤中的鐵、磷、鈣等微量元素發(fā)生了化學(xué)、物理的離子交換反應(yīng)，于是土粒原有力學(xué)結(jié)構(gòu)被破壞，粘土或粉砂性土原有較緊密的分子結(jié)構(gòu)變得松散，土粒被解小成細(xì)粒，土體原有的抗剪能力、抗壓能力基本或徹底消失，土體變得松散、稀軟，乃至散發(fā)出腐臭，繼而形成了工程俗語中統(tǒng)稱的軟土地基。

　　2 軟土的工程特性和工程鑒別

　　軟土地基一般由軟土、泥炭、腐殖土、有機質(zhì)土組成。由于它們的具體成因不同，其工程特性也有一定的差別。

　　軟土屬濱海、湖沼、谷地、河灘沉積，其基本物理特性為含水量高、孔隙比大、壓縮性高，抗剪強度低等，地質(zhì)表觀屬細(xì)粒土。其中，泥炭是由喜水性植物的遺體在高壓缺氧的條件下經(jīng)緩慢分解而成的泥沼覆蓋層，多為內(nèi)陸湖沼沉積，其工程特性為有機質(zhì)，含量大于50%，且大多數(shù)完全分解，表觀顯纖維狀，孔隙比一般大于5;腐殖土一般來說有機質(zhì)含量大于50%，大部分有機質(zhì)未分解，嗅之有臭味，表觀為呈黑泥狀的細(xì)粒土;有機質(zhì)土是在靜水或緩慢的流水環(huán)境中沉積的含有機質(zhì)的細(xì)粒土，其中淤泥土的有機質(zhì)含量在5%~50% 之間，是孔隙比大于1.5 的細(xì)粒土。

　　(1)軟土的總體工程特性可以歸納為：天然含水量高，一般為30%～70% ;

　　(2)孔隙比大，一般為1.0～1.9;

　　(3)透水性差，大部分軟土的滲透系數(shù)為10 - 8～10 - 7cm/s;

　　(4)壓縮性高，壓縮系數(shù)為0.005～0.02;

　　(5)抗剪強度低，快剪黏聚力在10Kpa左右，快剪內(nèi)摩擦為0°～5°;

　　(6)具有明顯的觸變性，流變性顯著。

　　據(jù)參考文獻及資料顯示，我國沿海及平原地區(qū)的軟土不排水抗剪強度為5Kpa～29Kpa(按qu/2或Cu計)。但云南的一種軟土有機質(zhì)含量為46.1%，天然含水量高達(dá)300.0%，孔隙比5.51，而快剪Cu 值可高達(dá)35.3Kpa，這可以說是軟土中的特殊案例。

　　其工程中的鑒別應(yīng)符合表1要求。表2中十字板剪切強度(Su)35Kpa所對應(yīng)的靜力觸探總貫入阻力(Ps)約為750Kpa。

　　表1 　軟土的鑒別要求

　　3 軟土地基的處治措施探討

　　軟土地基在公路工程施工中最大的困擾是：在施工中由于地基在荷載作用下固結(jié)而帶來沉降問題造成路基穩(wěn)定性不足;由于沉降而帶來的邊坡滑動造成路基邊坡穩(wěn)定性不足;其它一些較為特殊的問題

　　通過多年的公路工程施工和理論研究知道，要使公路工程施工的最終質(zhì)量達(dá)到預(yù)期的良好效果，必須首先解決公路施工過程及投入營運之前的路基沉降和穩(wěn)定性問題，使公路的工后沉降應(yīng)符合表3。

　　那么如何在施工中對軟土地基進行有效的防治和施工呢?

　　表2 　公路的工后沉降應(yīng)符合的要求

　　4 理論處治方法探討

　　軟土地基的處治方法總體來說應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)、水文、施工機具、材料及環(huán)境等條件進行經(jīng)濟、技術(shù)比較，依據(jù)“先簡后繁，就地取材”的原則決定。軟土地基的處治主要是要解決過量沉降和路基失穩(wěn)問題。對于地基處治方案，應(yīng)注意各時間段的緩和過渡，以減小段間的差異沉降。對于軟土地基的沉降需考慮兩部分：一部分是由于地基固結(jié)所產(chǎn)生的沉降，另一部分是地基側(cè)向變形而產(chǎn)生的彈性剪切變形沉降。軟土地基在排水固結(jié)過程中，由于體積壓縮而產(chǎn)生沉降，按(JTGB01-2003)《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》的要求，通常采用分層總和法計算。其式為：

　　式中：e0i——第i層中點的土自重應(yīng)力所對應(yīng)的容隙比

　　e1i——第i層中點的土自重應(yīng)力和附加應(yīng)力之和相對應(yīng)的容隙比

　　Δhi——第i層厚重

　　e0i和e1i由室內(nèi)固結(jié)試驗所得ec曲線上查得。

　　軟土在外加應(yīng)力下瞬時沉降，當(dāng)軟土地基厚度很大，作用于其上的圓形或矩形面積上的壓力為均布時瞬時沉降量Sd。可按下式計算：

　　式中 p——均布荷載

　　b——荷載面積的直徑或?qū)挾?/p>

　　Cd——考慮荷載面積形狀和沉降計算點位置系數(shù)

　　E、u——土的彈性模量和泊松比根據(jù)上兩公式可計算出軟土地基上的路堤最終沉降量(S)。

　　式中字母含意同前兩式。

　　根據(jù)計算可以先期在設(shè)計中控制填筑速率，以減小和控制沉降。路基失穩(wěn)現(xiàn)象的處治從理論上可按滑動破壞(穩(wěn)定性)進行計算與處治。

　　施工中對穩(wěn)定性處治的有效方法大致有：墊層處理法(表層排水、砂墊層、土工聚合物、加固土均屬該類處治方法);反壓護道法，慢速加載法(控制填筑路堤時的速率)等。

　　施工中對沉降處治的有效方法大致有：路堤加載法(等載或超載)、垂直排水法(砂井、袋裝砂井、塑料排水板)及聯(lián)合預(yù)壓法(塑料排水板加真空預(yù)壓等)。

　　對穩(wěn)定和沉降處治兩方面都有效的方法有：擠密砂樁法、振動置換法(碎石樁、鋼渣樁)和加固土樁(水泥粉噴樁等)。

　　5 施工處理措施探討

　　軟土地基的穩(wěn)定最有效、最常用，且最經(jīng)濟的處治方法之一為墊層處理法和淺層處治法。

　　墊層通常指換土墊層處治，就是把地基底下一定淺層范圍內(nèi)的松軟過濕的軟弱土基全部或部分挖除，用砂(礫)、碎石等強度高，性能好的粒狀材料回填，這實際上是淺層處治措施。這里把墊層和淺層處治分開：墊層是指在地面上設(shè)置的砂(礫)墊層、碎石墊層、灰土或素土墊層、礦渣墊層及其它穩(wěn)定、無侵蝕性的材料。雖然材料不同的墊層其應(yīng)力分布有所差異，但從使用經(jīng)驗分析，其作用機理和特征都可以近似按砂墊層進行計算。

　　墊層的厚度以保證不至因沉降發(fā)生斷裂為宜，一般為30～50cm，墊層的寬度應(yīng)大于路基2 × 0.5～2 × 1.0m 為宜，以防止在施工過程中由于施工機械的破壞而影響墊層的有效作用。

　　對于砂(礫)或碎石等墊層下設(shè)置土路拱的問題，各地看法不盡一致。有一種看法認(rèn)為：對砂墊層的排水作用由于受盆形沉降的影響，而認(rèn)為在地基上做土路拱沒有必要，因為孔隙水是在地基中的孔隙水壓力消散過程中排出的，是有壓水，只要排水通道不斷開，孔隙水就能排出地基。另一種看法認(rèn)為：設(shè)計土路拱對砂墊層的排水肯定是有利的。 2002年筆者參加甬金高速寧波段第一合同土建施工時，曾做過各1km 的土基設(shè)土路拱及不設(shè)土路拱的對比試驗，在同樣的設(shè)計條件下即：塑料排水板深18m，間距1.3m，砂礫墊層30cm+20cm，寬出路基2× 1.0m;填土高度兩段各平均為3.2m。在路基填高為0.8m、1.0m、1.2m 時,分別觀察路基兩側(cè)外露超寬處砂礫墊層的排水情況.設(shè)置土路基路拱段(K2+000～K3+000)的路基兩側(cè)砂礫墊層在晴天依舊極其潮濕;而未設(shè)置土路基路拱段(K4+100～K5+017)兩側(cè)砂礫墊層明顯干燥，兩處砂礫墊層層厚中間部位取樣10個點測定含水量(酒精燃燒法)，其平均差值達(dá)7.45個百分點。隨著填高的增加，設(shè)路拱段與不設(shè)路拱段的砂礫墊層含水量開始接近，至2.0m時基本達(dá)到一致。從而可以證明，在有聯(lián)合處治(特別是塑板深層處治)時，原地表宜設(shè)置土路拱,會更有利于孔隙水的早期排出(未產(chǎn)生較大盆形沉降前)，且土路拱的設(shè)置在路基填高1.2m以內(nèi)時，可有效地抵抗因土體荷載而造成盆形沉降排出，從而加快路基的沉降固結(jié)。

　　淺層處治一般指從地表以下30～150cm 之間原狀土的處治，可采用淺層拌和，換填拋石等方法進行處治。如日本的溝槽型石灰土拌和機，施工中能進行淺層拌和，深度為地表以下1.3m，而其另一款葉輪回轉(zhuǎn)型則可達(dá)1.8m。

　　6 軟土地基處治方案的選擇原則及注意事項

　　工程實踐中軟土地基處治方案有很多，各種方案都有它的適用范圍。具體工程的地質(zhì)條件千變?nèi)f化，對地基處理的要求不盡一致，同時施工中采用的機具、當(dāng)?shù)氐牟牧隙紩�不同，因此必須進行具體分析，從地基條件、處理范圍、工程進度、材料機具等方面進行綜合考慮，以確定合適的處治方法。

　　軟土地基處治的工程費用極其昂貴，如果處治方案選擇錯誤，不但費時費力，而且得不到好的處治效果。在開發(fā)、引用新的軟土地基處治方法，或?qū)Σ煌�的處治方法進行比較時，宜在大規(guī)模施工前進行小型現(xiàn)場試驗來檢驗可靠性，并據(jù)以獲得必要的施工控制指標(biāo)和施工經(jīng)濟指標(biāo)來指導(dǎo)以后的施工。

　　軟基處治包括以下四個環(huán)節(jié)：

　　(1)詳細(xì)檢查：包括地質(zhì)資料的核對，土工試驗及處理方案，以往使用經(jīng)驗的分析，借用;

　　(2)科學(xué)分析：通過施工現(xiàn)場試驗，對有懷疑的地段進行補充勘探，取得第一手資料，為編寫軟基處治方案提供可靠的數(shù)字依據(jù);

　　(3)現(xiàn)場監(jiān)測：施工中時刻注意處治方案的徹底執(zhí)行，對已完成或即將完成的處治段落加強沉降量、位移量的觀察，以驗證方案中提出的填筑速率是否恰當(dāng)，必要時可建立以時間為橫軸的沉降、速率關(guān)系圖進行監(jiān)測控制;

　　(4)反分析法：采用已獲得的施工參數(shù)數(shù)據(jù)，用以驗證設(shè)計并分析方案的可靠性，推測工程完成后達(dá)到允許工后沉降值所需時間，進而補充或修改施工手段。

　　7 結(jié)束語

　　由于各種軟土地基條件不同，因而軟基處治的方案千變?nèi)f化，但均離不開解決路基沉降和穩(wěn)定性這個宗旨。在處治中必須注意以下三方面的問題：

　　(1)建設(shè)單位要在資金預(yù)算上加大對地基勘探的投入，使勘探設(shè)計單位除按規(guī)范要求進行勘探設(shè)計外，另外對有懷疑的地區(qū)、地質(zhì)均應(yīng)加密、補充勘探，盡可能為設(shè)計處治方案提供必要的科學(xué)數(shù)據(jù)和參數(shù);

　　(2)設(shè)計單位應(yīng)針對不同的軟基類型提出多套可行的設(shè)計方案，進行工期、成本、技術(shù)可行性論證，選擇出最能滿足路基穩(wěn)定性和工后沉降量需要的方案;

　　(3)施工單位要認(rèn)真理解設(shè)計意圖，嚴(yán)格按圖施工，及時上報施工中出現(xiàn)的新情況、新問題。

　　軟基處治的方法極多，很多方法在短期內(nèi)產(chǎn)生的效果相近相似，而長遠(yuǎn)效果又有明顯的差異。這就要求建設(shè)、勘探、設(shè)計、施工等單位對各種處治方案的立足點及短期、長期的效果要有明確的認(rèn)識，走出誤區(qū)，提高知識能力，不斷探索新工藝、新方法，盡力做到軟基處治的投資最省、效果最佳。