软基处理的现状及其若干进展.docx

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软基处理的现状及其若干进展

软基处理的现状及其若干进展——以上海地区为例介绍

孙钧

一、前言

1.就全国大范围言，即使对沿海软弱地基，受各地域自然条件和当地施工经验的制约，各类软基的加固、处理方法都有很大不同。

现只从上海地区局部情况作扼要介绍，谨供参考。

2.上海地区属长江下游第四纪软土地带，多年来已有一些较为经济、快速、质量容易保证达到地基加固要求而又施工操作性好的地基处理实践，教训也不少。

还有市区施工对环保的要求等，尽可能以实例说明。

3.各种软基处理方法的本身已为大家所熟悉，且限于时间，这里就不谈了。

只介绍它们的应用情况与今后的发展展望。

二、土性与土力学指标和软基沉降估计

这是对软土作地基加固处理的主要依据

（一）上海市、郊地区的土性和土力学指标

1.上海市区和近郊、沿海（江）滨一带，软土层厚达～40m及以上；其地表以下（25～30）m内的软土，一般不适合作为重大建（构）筑物和工业场栈的持力层。

2.地表下（从地表直至－5～－10）m，为粘砂质或粉（砂）质粘土（亚粘土）；而（－5～－20）m一层，为灰色、软塑∕流塑、高压缩性、孔隙比大、接近饱水，土体强度又低的淤泥质粘土，其

天然含水量w=（40～60）％；

孔隙比e=1.12~1.67;

压缩系数α0.1～0.2＝（0.55～1.65）MPa-1；

压缩模量E0.1～0.2＝（1.32～3.58）MPa；

抗剪强度指标c固快＝（11.5～15.7）kPa；φ固快＝8.5°～16.9°；

无侧限抗压强度qu＝（42～77）kPa；

地基承载力p＝（55～80）kPa（老8吨）。

－30m以下，土的上述各项指标则较好。

3．对上述淤泥质粘土层，多数为欠压密土，其流变时效明显，在恒载下将产生较大差异沉降和工后沉降；如不作处理，工程地基的次固结和流变沉降将持续十数年，乃至几十年，或导致地基失稳与土体结构强度破坏。

（二）上海地区软基沉降变形的特征

按土层沉降特征，则可区分为以下3种类型的地基土：

•正常的饱水淤泥质软粘土（夹粉砂）地基——I区地基土；

•浅层砂分布地基（指：

浅层土含②3层为砂质粉土和粉砂，厚度（6～15）m——Ⅱ区地基土；

这层土有利于地基的附加应力扩散、排水固结条件好、可有效控制基础沉降；但土质分布不均匀、局部地域的土性变异性较大。

•软弱地基——Ⅲ区地基土，按各个分区内其软弱下卧层和压缩层土性的差异，该区地基又分为5个亚区，即

Ⅲ－1（最软弱）～Ⅲ－5（土性接近Ⅰ区）。

从地基土的压缩性方面作比较，则有

Ⅱ区＜Ⅰ区＜Ⅲ区

（三）地基沉降历时曲线与分析

对上述三区不同的地基土类型，在多层住宅楼（8层以下）采用天然地基时，其典型的s—t沉降时程曲线，如后图所示。

从后图可见：

（1）Ⅱ区地基土的天然地基沉降，一般﹤15cm，且在竣工2年后已可达基本稳定；

（2）Ⅰ区地基土的沉降量，一般则可达～（35－50）cm，且需持续4年～5年左右，才达基本稳定；

（3）Ⅲ区地基土的沉降量，将达（60－80）cm以上；即使在7年～10年以后，仍未能达到稳定的收敛值，一般需施作桩基或复合地基。

图不同天然地基类型：

Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ各区的s-t沉降曲线

（四）各类地基土在附加荷载作用下的沉降量

（以竖向压缩变形为主）

1．饱和软粘土地基承受建筑物附加荷载（自重、楼面活荷载）产生的总沉降量S∞，含：

S∞=Sd+Sc+Sa

式中：

Sd——施工期的瞬时沉降（弹/弹塑性变形）——按8个月～1年计算，此时间内占总荷载～80％上的结构静、活载已完成；

Sc——竣工初期（工后1～2年或稍长）的主固结沉降（孔隙水压消散而土体孔隙比减小），结构自重和活载均已施加完成，故（Sd+Sc）/S∞约占（70～80）%;

Sa——长期使用期间仍有持续发展的土体次固结沉降（土体颗粒骨架随时间而增长发展的粘弹/粘弹塑性流变）。

2．对上述3个区不同的地基土，Sd/S∞的比例各不相同，据统计有：

对Ⅰ区地基土：

～（20－40）％；

对Ⅱ区地基土：

～（40－70）％；大部分沉降已在施工期间完成；

而对Ⅲ区地基土：

～（15－30）％，后续的大部分沉降，都要在竣工后的长期使用期间内再发生。

3．竣工后期的使用阶段，荷载已不再增长，沉降速率一般将逐步减小，因土体次固结的流变沉降量呈渐趋稳定，约需（3～10）年或更长时间。

4．采用实测沉降资料作回归延伸分析，可得总沉降量S∞对3种不同区地基土的统计数据，如下表所示：

表地基类型与总沉降量统计

地基土

类型

总沉降量S∞（mm）

层数，长高比

Ⅰ类区

300－450（500）

6层、7层

Ⅱ类区

100－150（250）

6层、7层

Ⅲ类区

400

多数6层

个别7层

L/h≤2

400－600

L/h＝2-3

600－950

L/h＞3,平面形状复杂，偏心率＞15‰

（五）各层土的沉降分配比

•

上海地区的③、④、⑤1三层土，属饱水淤泥质软塑性粘土层，但也是浅基的持力层或软弱下卧层。

其特征是：

含水量大，抗剪/抗压强度低，压缩性高，孔隙比大，又具施工扰动引起的土体触变性，这些特征是建筑物天然地基产生沉降量过大的主要原因。

•经众多住宅楼天然地基的沉降统计，可得各层土的分层沉降量的分配比例关系：

（1）②—表层硬壳层土，其分配沉降量仅占总沉降的（6～9）％；

（2）Ⅲ区的③、④、⑤1三层土，属淤泥质粘土，上项分配比达（85～90）％；

（3）Ⅰ区的③、④两层土，分配比占（80～85）％；

（4）Ⅱ区的第④层土，分配比则占（35－45）％。

（5）⑤2和⑥层土，其分配沉降量极小，仅占（1～3）％；故对沉降变形无特殊要求的建筑物，一般都取第⑥层土（暗褐色或灰绿色亚粘土、质硬）的层面上界面作为检算上复压缩层的下限。

以上数据，是确定地基处理深度要求的主要参考依据。

三、地基处理技术的现状及其若干进展

（一）过去实践的回忆：

1．解放前老的较高层的建筑物、水塔、码头、船坞、堆场等多采用木桩基础，φ（20~50）cm；L＝（9～35）m。

（1）当满足老8吨地基承载力要求的可只作天然地基：

采用砂垫层改善地基浅部应力分布，并有利于附加应力扩散和排水固结，但对地基土性并无改善。

2．上世纪60年代，用矽（硅）化土加固堆场，使作为挡土和承重地基，对淤泥质粘土层的加固效果不理想，且费用较高，后未推广；

轻型井点降水，使孔隙水压消散而土体固结，土体有效应力提高，为大面积地基处理时常用；但因开敝式施工易跑气，现已不再多用。

3．上世纪70～80年代，开始出现“强夯法”（法国引进）、振动挤密砂桩法、大面积堆载预压法等。

下面再作简单介绍。

•以强夯法在粘土地基采用为例：

地基承载力提高2～3倍，可达（150～200）kPa以上；

施工期内可完成最终沉降量的（70～80）％，工后沉降和差异沉降均大为减少；

加固作业工期仅合堆载预压法的1/3。

目前，仅上海市已有数十处较大工程，约130万m2以上软基采用强夯加固处理，取得成功，它对港口和矿石堆场、机场跑道和场坪等大面积地域最为适用。

•再以振动挤密砂（柱）桩（VCP桩，vibro-compactionpile）为例：

1974～75年间，宝钢矿山堆场，采用此法加固后的地基承载力＞（300～350）kPa,标贯击数N63.5＞15，从日本引进20多台设备，后经几次大型堆载试验，取得成功。

（二）近年来上海地区最常用的几种软基处理方法的使用情况及近年来的若干进展

1．强夯法

属快速、经济类加固手段

采用前支架方法，可只用小吊机来改吊大锤，对锤型的改造形式也已有十多种，以适应不同的地基土。

对不同土基，选用不同的夯击工艺，例：

由张华浜码头集装箱堆场的大型生产型试验和观测数据，得出：

•在深厚粘土地基上采用2次夯击工艺，其有效加固深度达（12～15m）以上，比仅作1次夯击提高约40％；而2次夯比1次夯的土体压缩量可提高约30％。

•在上港十区仓库地基加固中，在条形地基上采用“方形插档”工序，试验得出的地基承载力＞170kPa；用此法代替了桩基加固，节约了资金投入～65％，又在外高桥4期集装箱码头地基采用“低能量排夯法”也收效明显。

•在远洋公司和上港14区集装箱堆场，采用打设塑料排水板或用袋装砂井与强夯法相结合，可使加固深度提高1倍。

此成果已编入“上海地基基础设计规范”和“上海软土地基处理技术规范”（1994）。

•强夯法对粘性地层的有效加固深度，一直是一个深化探究的难点。

它除取决于锤重、落距、锤底面积、夯点布置与间距、夯击遍数、和间隙时间以外，在夯击力反复冲击作用下，各类土的冲击动力特性及其影响因素均需作深化综合性探讨。

*对以减小地基沉降为目的的强夯言，宜按地基规范关于压缩层厚度的规定，取“每米厚土层的压缩量”占“强夯时地面总的平均沉降量”为2.5％的这一土层深度为压缩层厚度；

*对粉细砂地基以抗地震液化为目的的强夯言，其“有效加固深度”标准，则可取经强夯后不再发生液化的土层最大深度为基准。

*要加速发展可供信息化施工采用的强夯效果检测方法，使施工参数可得到及时、有效的修正和调整。

2．真空预压法

•上海用此法加固地基始于1985年，在上港14区码头堆场软基，当时打入L＝25m，φ7cm的袋装砂井，并堆土加载约30kPa；通过60天的抽水预压，地基固结度达80％以上，承载力和变形亦均满足要求。

•上海首次在大楼地基中采用真空预压法加固则在1991年，替代原设计的桩基。

为提高加固深度，打入L＝17m@1.5m间距的塑料排水板，通过真空预压，大大降低（原设计采用桩基）了工程造价，地基承载力和变形均满足设计要求。

92年在上海石洞口电厂粉煤灰地基上也进行了真空预压加固的大范围试验，成果亦很满意。

•要研究排水固结（如塑料排水板）预压法与真空预压相结合的地基处理方法，以进一步提高加固后的地基承载力并减少工后沉降。

对油罐地基，由于底面积大、而地基荷载高（＞200kPa），利用上海软粘土内夹有粉细砂薄层而具有水平向渗透固结的特性，采用罐内分级充水作预压的方法，仅用50天时间，使原先的地基土承载力由60kPa提高到210kPa以上。

实施中，以“实测的孔压增量”小于“加荷增量”的60％，作为“控制加荷预压”的标准，这样，即可保证地基的稳定性，除计算沉降变形外，一般都再作稳定分析，验算其稳定安全系数。

最近，上海老港垃圾堆场也有类此问题。

（早在20世纪30年代，Terzaghi就提出过油罐地基可以不打桩，而采用砂垫层和钢筋混凝土环墙——现在可用水泥搅拌桩作罐周地基围护），上述的“控制充水预压”法（另有一些加用碎石桩或水泥土搅拌桩以加固深层软土）对地基土加固的成功实践，证明了这一点。

3．深层搅拌桩法与复合地基

•它是一种复合地基。

1991年在太阳广场基坑围护中，首次采用双轴搅拌桩形成重力式坑壁围护结构，当时开挖深度为6.7m，搅拌桩长15m，重力挡墙式围护壁宽达6.2m，除作挡土外，又作基坑外防渗之用，现在的采用搅拌桩围护的坑挖深度已可达（10～12m）以上。

•在与灌注桩或土钉联合使用，可形成复合式的坑壁，对深大基坑可收到防渗、挡土双重效果。

浦东正大商业广场，坑深达19m，搅拌桩与灌注桩复合形成深坑围护。

锚喷支护和土钉墙在上海用得不多，但与搅拌桩复合也曾用于挖深6m（徐家汇花苑），效果不错。

•附带一提SMW（SoilMixingWall）工法——在一排相互连续搭接的现地灌筑的水泥土板桩式挡墙内，插打可以拔出、回收的H型钢（或其他加强芯材）它是另一种地下墙法，这些年已多有采用。

在外高桥造船基地等处用于代替钻孔灌注排桩和地下连续墙，防渗