软土地基工程地质问题

1、软土地基工程地质问题软土地基软土是指在滨海、湖泊、谷地、河滩上沉积的天然含水量高、孔隙比大、压缩性强和承载力低的软塑到流塑状态的细粒土，如淤泥和淤泥质土，以及其他高压缩性饱和黏性土、粉土等。淤泥和淤泥质土是指在静水或缓慢的流水环境中沉积、经生物化学作用形成的黏性土。这种黏性土含有机质，天然含水量大于液限。当天然孔隙比e01.5时，称为淤泥；1.0e01.5时，称为淤泥质土。习惯上把工程性质接近淤泥土的黏性土统称为软土。软土的成因类型和结构由上可以看出，给软土定名、定义常以其物理力学指标为依据，而建筑地基的土体，是多种性质土的集合体，所以软土的性质尤其是成层土的构造与沉积年代、成因类型有密切关系

2、。例如不同年代和成因的软土，其物理力学性质指标尽管可能相近，但作为地基时的工程性质差别却可能较大。故对软土的认识，不但要掌握其物理力学性质指标，还要全面分析生成环境、年代、结构和构造，尤其是地基中上下两相邻土层的强度差别悬殊或下卧硬层倾斜度较大时，在地基处理设计中必须特别注意。软土是在静水或缓慢水流，多有机质的条件下生成的，往往与粉砂和泥炭交错沉积。绝大部分生成于全新世的中晚期，也有软土层埋藏在密实的硬土层之下，生成期较早。但总的来说，在各种土中，软土应是比较年轻的沉积物，有的还是正在继续沉积的欠固结土。江河湖海都有生成软土的条件，其成因类型可分为海相沉积和陆相沉积。海相沉积又分为滨海相、三角

3、洲相、泻湖相和溺谷相。陆相沉积分为湖泊相、河漫滩相和丘陵谷地相。软土在我国沿海、内陆都有广泛分布，在沿海地区如上海，天津塘沽，浙江温州、宁波，江苏连云港等都分布着厚数米至数十米的滨海相沉积；长江、珠江地区分布着三角洲相沉积；洞庭湖、洪泽湖、太湖及昆明滇池等地区分布着内陆湖泊相沉积；位于各大、中河流中、下游地区分布着河漫滩沉积；内蒙古，东北大、小兴安岭，南方及西南森林地区分布着沼泽沉积；贵州六盘水地区分布着丘陵谷地相沉积等。滨海相沉积分布在沿海岸边，颗粒较不均匀，软土淤泥常与粗中细砂掺杂，较疏松；三角洲相沉积于江河入海口处，软黏土，淤泥与薄砂层交错成不规则透镜体或薄夹层。内陆软土大多属于湖泊沉积

4、或河滩沉积，厚度一般不超过20m。湖泊沉积以粉土为主有明显层理，结构较松软；河滩沉积以软黏土及淤泥为主，夹有砂及泥炭层。软土的矿物组成除少量矿物石英、方解石、长石、云母、角闪石外，含有大量次生黏土矿物。我国黏土所含黏土矿物，以伊利石、高岭石为主，也含有蒙脱石、绿泥石等。黏土矿物呈片状、板状、管状。电子显微镜可直接观察到软土的结构，是由单粒及大小不同的团粒组成，其组织结构单元按一定方式排列而成。各团粒内更小一级的团粒和颗粒也有一定的排列方式，骨架间的大小空隙的总体积很大，即颗粒的比表面积很大，大小空隙中除少数外都被水充满。这正是软土具有大空隙比、高含水量、高压缩性、高灵敏度及低强度的根本原因。软

5、土的工程特性及评价如前述，软土的主要特征是含水量高(w=3580)、孔隙比大(e0>1)、高压缩性、强度低、渗透性差，并含有机质，软土具有下述工程特征：1抗剪强度低如前述，饱和软黏土多属近代水下细颗粒沉积土，孔隙比大，含水量高，因此它的抗剪强度很低。用直剪仪快剪测其强度指标仅几度，c值不超过20kPa。抗剪强度的变化范围为525kPa。地基的承载力常为5080kPa。为使软土地基的强度、稳定性满足要求，常需有针对性的采用加固措施，提高其抗剪强度。软土的抗剪强度试验值与试验方法、排水条件等密切相关，如采用固结快剪上述、c值将有所增大。因此试验方法，条件应密切联系工程的实际及地基的具体条件等

6、确定，需要时，除室内试验外，应补充现场原位测试，以取得较正确的结果。2压缩性高因为孔隙比大，故软土具有高压缩性。压缩系数1-2在0.52.0MPa-1之间，最大可达到4.5 MPa-1，部分软土更高；压缩模量Es<4MPa，在其他物理性质指标相同的条件下，软土的液限指数越大，压缩性越高，这是因为土颗粒矿物成分对其压缩性具有明显的影响。3透水性低软土的透水性很低，渗透系数一般约为1×10-61×10-8cms，在自重或荷载作用下固结速率很慢，要达到较大的固结度，需要相当长的时间(甚至数年)，使得许多压密加固方法都不能在短期内奏效。4触变性尤其是滨海相软土一旦受到扰动(振

7、动、搅拌，挤压或揉搓等)，原有结构即遭破坏，土的强度明显降低或很快变成稀释状态。触变性的大小常用灵敏度St来表示，一般St在34之间，个别可达89。故软土地基在振动荷载作用下，易产生侧向滑动，沉降及基底向两侧挤出等现象。随静置时间的增长，其强度能有所恢复，但极缓慢且一般不能恢复到原有结构的强度。土样的钻取、切削、搬运、封装和制备使土样受到不同程度的扰动，而使实验所得的强度指标偏低，未完全反映土的实际强度。所以宜尽量采用原位试验方法测试强度，如十字板剪切试验、标准贯入试验等。或将原位测试与室内试验结果相互分析补充。5流变性软土有流变特性，土体在长期荷载作用下，虽荷载保持不变，因土骨架黏滞蠕变而发

8、生随时间而变化的变形，土内黏土颗粒含量越多，这种特性越明显。蠕变的速率一般都很小，它也随土中剪应力值而变化，由试验表明当应力低于不排水剪切强度50时，属减速蠕变最后趋于稳定；应力高于不排水剪切强度70时，速率保持不变甚至渐增直至破坏。因此，软土地基中除应创造充分排水固结条件外，考虑蠕变影响，剪应力应适当控制在长期受荷强度内。流变性对地基沉降有较大影响，对斜坡、码头、堤岸和建筑物地基的稳定性不利。6不均匀性由于沉降环境的变化，黏性土层中常局部夹有薄厚不等的粉土使水平和垂直分布上存在差异，使建筑物基础容易产生差异沉降。在软土较厚处，表层软土长期受气候影响，含水量降低，发生收缩固结。形成较下面软土强

9、度高、压缩性低的非饱和土层，称为“硬壳”，厚度一般不大于3m，可以考虑作为小型建筑物的地基持力层。软土地基的岩土工程分析和评价应根据其工程特性，结合不同工程特点要求进行，通常包括以下内容：(1)判定地基产生失稳和不均匀变形的可能性。当建筑物位于池塘、边坡、河岸附近时，应检算其稳定性。(2)选择适宜的持力层和基础形式，当有地表硬壳层时，基础宜浅埋。(3)当相邻建筑物建筑高度不同，结构物荷载相差很大时，应分别计算各自的沉降，并分析其相互影响。当地面有较大面积堆载时，应分析对相邻建筑物的不利影响。(4)软土地基承载力应根据地区建筑经验，并结合下列因素综合确定：软土成层条件，应力历史、结构性、灵敏度等

10、力学特性及排水条件；上部结构的类型、刚度、荷载性质、大小和分布，对不均匀沉降的敏感性；基础的类型、尺寸、埋深和刚度等；施工方法和程序；采用预压排水处理的地基，应考虑软土固结排水后强度的增长。(5)基础的沉降量可采用分层总和法计算，并乘以经验系数；也可以采用土的应力历史的沉降计算办法。必要时应考虑土的次固结效应。(6)在软土开挖、打桩，降水时，应参照岩土工程勘察规范有关规定执行。软土地基承载力综合评定，不能单靠理沦计算，要以地区经验为主。软土地基承载力的评定，变形控制原则比按强度控制原则更为重要。软土地基主要受力层中的倾斜基岩或其他倾斜坚硬地层，是软土地基的一大隐患。其可能导致不均匀沉降，以及蠕

11、变滑移而产生剪切破坏，因此对这类地基不但要考虑变形，而且耍考虑稳定性。若主要受力层中存在砂层，砂层将起排水通道作用，有利于地基承载力的提高。水文地质条件对软土地基影响较大，如抽降地下水形成降水漏斗将导致附近建筑物产生沉降或不均匀沉降；基坑迅速抽水会使基坑周围水力坡度增大而产生较大的附加应力，致使坑壁坍塌；承压水头改变将引起地面的明显沉降等。这些在岩土工程评价中应引起重视。此外，沼气逸出对地基稳定和变形也有影响，通常应查明沼气带的埋藏深度、含气量和压力的大小，以此评价对地基的影响程度。建筑施工的加荷速率的适当控制，或改善土的排水固结条件可提高软土地基的承载力及稳定性。即随着荷载的施加地基土强度逐

12、渐增大，承载力得以提高；反之，若荷载过大，加荷速率过快，将出现局部塑性变形，甚至产生整体剪切破坏。软土地基工程应注童事项在软土地区修建桥梁或其他建筑物，首先应对地质、水文状况进行详尽的勘察，查明欲建场地软土的地质及工程特性，掌握全面的、翔实的第一手资料，这是正确设置桥跨或其他结构物，选择适当结构类型的首要条件，也是设计和施工能紧密结合实际情况，采取有针对性工程措施的关键环节。软土地基的强度、变形和稳定是工程中必须全面充分注意的问题，是造成桥梁或其他建筑物产生过大或差异沉降、位移、倾斜、开裂和失稳等严重损坏事故的主要原因。国内外从实践中对软土地基上的基础工程设计技术、施工方法、地基加固等方面已积

13、累了不少成功经验和科研成果，只要对这些成果借鉴和使用得当，则软土地基上的桥梁或其他建筑物的安全是能得到保证的。以下着重介绍有关软土地区桥梁基础工程应注意的事项，其他建筑物也可参考。1合理布设桥涵在软土地区，桥梁位置既要与线路走向协调，又要特别注意桥梁建筑物对工程地质的要求，如果地基土层深，厚软黏土，特别是流动性的淤泥、泥炭和高灵敏度的软土，不仅设计技术条件复杂，而且将给施工、养护、运营带来许多困难，应力求避免。另选择软土较薄、均匀、灵敏度较低的地段应更为有利。对于小桥涵，可优先考虑地表硬壳层较厚，下卧层为一般均匀软土处，以争取采用明挖刚性扩大基础，降低造价，方便施工。在确定桥梁总长、桥台位置时

14、，除应考虑泄洪、通航要求外，究竟应将桥台覆于何处，不能拘泥于在一般地质状况下的习惯做法，应考虑合理的利用地形，地质条件，适当的延长桥长，使桥台置于地基土质较好或软土较薄处，用桥梁代替高路堤，减少桥台和填土高度，会有利于桥台、路堤的稳定，在造价、占地、运营条件和养护费用等通盘考虑后，往往在技术上、经济上都是合理的。软土地基上桥梁宜采用轻型结构，尽量减轻上部结构及墩台自重。由于地基易产生较大不均匀不变，一般以采用静定结构或整体性较好的结构为宜，如桥跨结构可采用钢筋混凝土箱形梁，桥台采用十字形、U形桥台，桥墩采用空心薄壳结构等。桥洞宜用钢筋混凝土管涵、整体基础钢筋混凝土盖板涵、箱涵以保障桥身刚度和整

15、体性。设计时所用到的软土的有关物理力学性质参数，应尽可能通过现场原位试验取得。并应注意，我国沿海、内陆等地的软土由于沉积年代，环境的差异，成因的不同，他们的成层条件，粒度组成，矿物成分有所不同。有时其物理力学性质指标虽相近，但工程性质并不相近，故不应相互借用。2软土地基桥梁基础设计应注意事项为保证地基稳定并控制沉降在容许范围内，作为设计者应从减轻荷载和提高地基承载力两方面着手。对于上部结构设计来说，控制建筑物的长高比，采用轻型材料，充分利用硬壳土层作持力层，加强基础的刚度和强度等都是有利地基稳定，减少沉降和不均匀沉降的有益措施。对于基础设计来说，首先要确定天然地基的承载能力和由于施加荷栽可能产

16、生的最大沉降量、沉降差，并据以确定地基是否需要加固。如软土地基上的路堤就有“填筑临界高度”的规定，即指天然地基上用快速施工方法修筑一般断面路堤所能填筑的最大高度。并非凡是软土地基，就一定加固处理。软土地区的桥梁基础，常用的是刚性扩大基础和桩基础，也有用沉井基础的，在软土地基上设置上述类型基础时，应注意以下几个问题：(1)刚性扩大浅基础。在较稳定、均匀、有一定强度的软土上修建结构简单、对地基沉降要求不严的短跨径桥梁，常争取采用天然地基(或配合砂砾垫层)上的刚性扩大浅基础。但常产生诸如：因软土的局部塑性变形而使墩台发生不均匀沉降，由于台后填土的影响使桥台前后端沉降不均而发生后仰，有时还同时使桥台向

17、前滑移等工程事故，因此，在设计时应注意对基础受力不同的边缘(如桥台的前趾、后踵)沉降的检算及其抗倾覆、滑动检算。防治措施：可采用人工地基，如有针对性的布设砂砾垫层，对地基进行加载预压以减少地基的沉降和调整沉降差，或采用深层搅拌法，以水泥土搅拌桩或粉体喷射搅拌桩加固软土地基，按复合地基理论检算地基各控制点的承载力和沉降量(加固范围应包括桥头路堤地基的一部分)；采取结构措施如改用轻型桥台，埋置式桥台，必要时改用桩基础等。(2)桩基础和沉井基础。在深厚的软土层中，桥梁墩台常采用桩基础，在桩基施工技术日渐成熟的今天，能获得较好的技术效果。铁路桥梁因荷载数值大，采用的桩基础一般口径都较大，多采用钻孔灌注

18、桩或打入桩。要求桩基穿过软土层伸入硬土(岩层)以保证承载力和沉降均满足要求。软土层很厚采用摩擦桩时，应注意桩底软土强度和沉降的检算，必要时应对桩周软土进行压浆处理或做成扩底桩。打入桩的桩距应较一般土质的适当加大，并合理安排打桩顺序，避免巳打好的邻桩被挤移或上抬，影响质量。钻孔灌注桩通常先做试桩取得施工经验，避免成孔时缩孔、坍塌。软土地基桩基础设计时，应充分注意两个问题：地基软土侧向移动对桩基的影响。位于软土中的桩基础，其上若为桥台、挡墙等结构时，由于台后、墙后填土重力的挤压，地基软土将产生侧向移动，使桩土间产生附加水平压力，引起桩身桡曲，导致桥台后仰向河槽倾移，甚至基桩折损等事故。为了避免桩基础和桥台后仰前倾，可采取措施加强桩顶约束和平衡土压力。如采用低桩承台、埋置式桥台或在台前加筑反压护道和挡墙，也可采用刚度较大的基桩和多排桩基础(打入桩可采用部分斜桩)，或对软土地基进行加载预压等。地基软土下沉对桩基的影响。软土下沉使基桩承受负摩阻力，将产生较大的沉降或桩身拉裂。铁路桥涵地基基础设计规范规定：建于软土上且台后填土h5m的桥台，在计算地基应力和沉降时，应考虑台后路基及锥体对桥台基底前后边缘产生的附加竖向压应力。参照图8.1，并按下式计算：图8.1台后