堤防工程軟土地基幾種處理措施

朱一寒 劉利文 陳宇波

（長沙縣水利水電勘察設(shè)計(jì)室 長沙縣 410100）

1 軟土地基的特性

軟土地基是指壓縮層主要由淤泥、淤泥質(zhì)土或其他高壓縮性土構(gòu)成的地基。承載能力很低，一般不超過50 kN/m2。堤防工程軟土地基中最常見的要數(shù)淤泥或淤泥質(zhì)土。通常工程上把天然孔隙比大于或等于1.5的亞粘土、粘土稱為淤泥，而把孔隙比大于1.0小于1.5的粘土稱為淤泥質(zhì)粘土。

軟土地基其主要特性有：

（1）孔隙比和天然含水量大。

我國軟土的天然孔隙比一般e=1~2之間，淤泥和淤泥質(zhì)土的天然含水量w=50%~70%，一般大于液限，高的可達(dá)200%。

（2）高壓縮性。

淤泥和淤泥質(zhì)土的壓縮系數(shù)一般都大于0.5 MPa，建造在這種軟土上的建筑物將發(fā)生較大的沉降。尤其是沉降的不均性，會造成建筑物的開裂和損壞。

（3）透水性弱。

軟土含水量大，透水性卻很小，滲透系數(shù)k≤1 mm/d。由于透水性如此微小，土體受荷載作用后，往往呈現(xiàn)很高的孔隙水壓力，影響地基的壓密固結(jié)。

（4）抗剪強(qiáng)度低。

軟土通常呈軟塑—流塑狀態(tài)，在外部荷載作用下，抗剪性能極差，根據(jù)部分資料統(tǒng)計(jì)，我國軟土無側(cè)限抗剪強(qiáng)度一般小于30 kN/m2。不排水剪時(shí)，其內(nèi)磨擦角φ幾乎等于零，抗剪強(qiáng)度僅取決于凝聚力 C（C＜30 kN/m2）,固結(jié)快剪時(shí)，φ一般為5°~15°。因此，提高軟土地基強(qiáng)度的關(guān)鍵是排水。如果土層有排水出路，它將隨著有效壓力的增加而逐步固結(jié)。反之，若沒有良好的排水出路，隨著荷載的增大，它的強(qiáng)度可能衰減。在這類軟土上的建筑物應(yīng)盡量采用“輕型薄壁”，減輕建筑荷重。

（5）靈敏度高。

軟粘土上尤其是海相沉積的軟粘土，在結(jié)構(gòu)未被破壞時(shí)具有一定的抗剪強(qiáng)度，但一經(jīng)擾動，抗剪強(qiáng)度將顯著降低。軟粘土受到擾動后強(qiáng)度降低的特性可用靈敏度（在含水量不變的條件下，原狀土與重塑土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度之比）來表示，軟粘土的靈敏度一般在3~4之間，也有更高的情況。因此，在高靈敏度的軟土地基上筑堤時(shí)應(yīng)盡量避免對地基土的擾動。

2 軟土地基上堤防失穩(wěn)的破壞機(jī)理

引起軟土地基上堤防滑動破壞的根本原因，在于軟弱地基中某個(gè)面上的剪應(yīng)力超過了它的抗剪強(qiáng)度，穩(wěn)定平衡遭到破壞。主要有兩方面因素：一是由于剪應(yīng)力的增加，例如大堤施工中上部填土自重的增加，降雨使土體容重增加；水位降落產(chǎn)生滲流力；地震、打樁等引起的動荷載等。二是由于軟土地基本身抗剪強(qiáng)度的減小。例如孔隙水應(yīng)力的升高，氣候變化產(chǎn)生的干裂、凍融，粘土夾層因浸水而軟化以及粘性土的蠕變等。

對堤防工程進(jìn)行穩(wěn)定分析時(shí)，通常是將假想滑動面以上土體看作剛體，并以它為脫離體，分析在極限平衡條件下其上各種作用力，并以整個(gè)滑動面上的平均抗剪強(qiáng)度與平均剪應(yīng)力之比來定義它的安全系數(shù)，F(xiàn)n＞1土體處于穩(wěn)定狀態(tài)；Fn＜1土體處于滑動狀態(tài)或有滑動的趨勢；Fn=1，土體處于臨界狀態(tài)。因此，要使處于滑動狀態(tài)或有滑動趨勢的土體達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，必須Fn＞1（堤防工程等級不同，F(xiàn)n取值也不同，通常在1.05~1.30之間），通常有兩種方法：一是提高土體的抗剪強(qiáng)度，使孔隙水應(yīng)力充分消散，如對地基進(jìn)行加固等；二是減小作用在土體上的剪應(yīng)力，如減小堤防的橫斷面積，盡量避免對堤防的擾動等。第一種方法在工程中被廣泛采用。

3 軟土地基上筑堤常用的地基處理方法及適用條件

（1）堤身自重?cái)D淤法。

堤身自重?cái)D淤法是通過逐步加高的堤身自重將處于流塑態(tài)的淤泥或淤泥質(zhì)土外擠，并在堤身自重作用下使淤泥或淤泥質(zhì)土中的孔隙水應(yīng)力充分消散和有效應(yīng)力增加，從而提高地基抗剪強(qiáng)度的方法。在擠淤過程中為了不致產(chǎn)生不均勻沉陷，應(yīng)放緩堤坡、減慢堤身填筑速度，分期加高。其優(yōu)點(diǎn)可節(jié)約投資，缺點(diǎn)是施工期長。此法適合于地基呈流塑態(tài)的淤泥或淤泥質(zhì)土，且工期不太緊的情況下采用。

（2）拋石擠淤法。

拋石擠淤法是把一定量和粒徑的塊石拋在需進(jìn)行處理的淤泥或淤泥質(zhì)土地基中，將原基礎(chǔ)處的淤泥或淤泥質(zhì)土擠走，從而達(dá)到加固地基的目的。一般按以下要求進(jìn)行：將不易風(fēng)化的石料（尺寸一般不宜小于30 cm）拋填于被處理堤基中，拋填方向根據(jù)軟土下臥地層橫坡而定。橫坡平坦時(shí)自地基中部漸次向兩側(cè)擴(kuò)展；橫坡陡于1∶10時(shí)，自高側(cè)向低側(cè)拋填。最后在上面鋪設(shè)反濾層。這種方法施工技術(shù)簡單，投資較省，常用于處理流塑態(tài)的淤泥或淤泥質(zhì)土地基。

（3）墊層法。

墊層法是把靠近堤防基底的不能滿足設(shè)計(jì)要求的軟土挖除，代以人工回填的砂、碎石、石渣等強(qiáng)度高、壓縮性低、透水性好、易壓實(shí)的材料作為持力層?？梢跃偷厝〔?，價(jià)格便宜，施工工藝較為簡單，該法在軟土埋深較淺、開挖方量不太大的場地較常采用。

（4）預(yù)壓砂井法。

預(yù)壓砂井法是在排水系統(tǒng)和加壓系統(tǒng)的相互配合作用下，使地基土中的孔隙水排出。常用的排水系統(tǒng)有水平排水墊層、排水砂溝或其它水平排水體和豎直方向的排水砂井或塑料排水板；加壓系統(tǒng)有堆載預(yù)壓、真空預(yù)壓或降低地下水位等。堆載預(yù)壓法是在施工前，在地基表面分級堆土或其他荷載，使地基土壓實(shí)、沉降、固結(jié)，從而提供地基強(qiáng)度和減少建筑物建成后沉降量，達(dá)到預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)后再卸載。真空預(yù)壓法是在需要加固的軟土地基表面先鋪設(shè)砂墊層，然后埋設(shè)垂直排水管道，再用不透氣的封閉膜使其與大氣隔絕，薄膜四周埋入土中，通過砂墊層內(nèi)埋設(shè)的吸水管道，用真空裝置進(jìn)行抽氣，使其形成真空，增加地基的有效應(yīng)力。當(dāng)堆載預(yù)壓和真空預(yù)壓聯(lián)合使用時(shí)又稱真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法?；咀龇ㄈ缦拢合葘⒌燃庸谭秶鷥?nèi)的植被和表土清除，上鋪砂墊層；然后垂直下插塑料排水板，砂墊層中橫向布置排水管，用以改善加固地基的排水條件；再在砂墊層上鋪設(shè)密封膜，用真空泵將密土膜以內(nèi)的地基氣壓抽至80 kPa以上。該方法往往加固時(shí)間過長，抽真空處理范圍有限，適用于工期要求較寬的淤泥或淤泥質(zhì)土地基處理。流變特性很強(qiáng)的軟粘土、泥炭土，不宜采用此法。

（5）振動水沖法。

振沖水沖法是利用一根類似插入式混凝土振搗器的機(jī)具，稱為振沖器，有上、下兩個(gè)噴水口，在振動和沖擊荷載的作用下，先在地基中成孔，再在孔內(nèi)分別填入砂、碎石等材料，并分層振實(shí)或夯實(shí)，使地基得以加固。用砂樁、碎石樁加固初始強(qiáng)度不能太低 （初始不排水抗剪強(qiáng)度一般要求大于20 kPa），對太軟的淤泥或淤泥質(zhì)土不宜采用。

石灰樁、二灰樁是在樁孔中灌入新鮮生石灰，或在生石灰中摻入適量粉煤灰、火山灰（常稱為二灰），并分層擊實(shí)而成樁。它通過生石灰的高吸水性、膨脹后對樁周土的擠密作用，離子交換作用和空氣中的CO2。

（6）旋噴法。

旋噴法是利用旋噴機(jī)具造成旋噴樁以提高地基的承載能力，也可以作聯(lián)鎖樁施工或定向噴射成連續(xù)墻用于地基防滲。旋噴樁是將帶有特殊噴嘴的注漿管置于土層預(yù)定深度后提升，噴嘴同時(shí)以一定速度旋轉(zhuǎn)，高壓噴射水泥固化漿液與土體混合并凝固硬化而成樁。所成樁與被加固上體相比，強(qiáng)度大，壓縮性小。適用于沖填土、軟粘土和粉細(xì)砂地基的加固。對有機(jī)質(zhì)成分較高的地基土加固效果較差，宜慎重對待。而對于塘泥土、泥炭土等有機(jī)質(zhì)成分極高的土層應(yīng)禁用。

（7）強(qiáng)夯法。

強(qiáng)力夯實(shí)是將80 kN以上的夯錘，起吊到很高的地方（一般6 m~30 m），讓錘自由落下，對土進(jìn)行夯實(shí)。經(jīng)夯實(shí)后的土體孔隙壓縮；同時(shí)，夯點(diǎn)周圍產(chǎn)生的裂隙為孔隙水的出逸提供了方便的通道，有利于土的固結(jié)，從而提高了土的承載能力。而且夯后地基由建筑荷載所引起的壓縮變形也將大為減小。強(qiáng)夯法適用于河流沖積層，濱海沉積層黃土、粉土、泥炭、雜填土等各種地基。

（8）土工合成材料加筋加固法。

將土工合成材料平鋪于堤防地基表面進(jìn)行地基加固，能使堤防荷載均勻分散到地基中。當(dāng)?shù)鼗赡艹霈F(xiàn)塑性剪切破壞時(shí)，土工合成材料將起到阻止破壞面形成或減小破壞發(fā)展范圍的作用，從而達(dá)到提高地基承載力的目的。此外，土工合成材料與地基土之間的相互磨擦將限制地基土的側(cè)向變形，從而增加地基的穩(wěn)定性。