試析水利堤防工程軟土地基處理技術(shù)

鐘萬隆

(贛州乾坤工程建設(shè)有限公司，江西 贛州 341000)

1 水利工程軟土地基的特性

1.1 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%。

1.2 壓縮性高

我國淤泥和淤泥質(zhì)土的壓縮系的一般都大于0.5MPa－1，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。

1.3 透水性弱

軟土含水量大，可是，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)。

1.4 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，我國軟土無側(cè)限抗剪強(qiáng)度一般小于30kN/m2(相當(dāng)于0.3kg/cm2)。不排水剪時，其內(nèi)磨擦角幾乎等于零，抗剪強(qiáng)度僅取決于凝聚力C，C＜30kN/m2，固結(jié)快剪時，Φ一般為5～150。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盡量采用“輕型薄壁”，減輕建筑荷重。

1.5 靈敏度高

軟粘土中尤其是海相沉積的軟粘土，在結(jié)構(gòu)未被破壞時具有一定的抗剪強(qiáng)度，但一經(jīng)擾動，抗剪強(qiáng)度將顯著強(qiáng)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應(yīng)盡量避免對地基土的擾動。

沖填土是水力沖填形成的產(chǎn)物。含砂量較高的沖填土，其固結(jié)情況和力學(xué)性質(zhì)較好;含粘粒較多的沖填土往往強(qiáng)度較低，壓縮性較高，具有欠固結(jié)性。

雜填土大多由建筑垃圾、生活垃圾和工業(yè)廢料堆填而成，因此在結(jié)構(gòu)上具有無規(guī)律性。以生活垃圾為主的填土，腐殖質(zhì)含量較高，強(qiáng)度較低，壓縮性較大。以工業(yè)殘渣為主的填土，可能含有水化物，遇水后容易發(fā)生膨脹和崩解，使填土強(qiáng)度降低。

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:①由于剪應(yīng)力的增加，例如大堤施工中上部填土荷重的增加;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。②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，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)，即:T1Fn=F

式中:Fn——堤防穩(wěn)定安全系數(shù);

T1——滑動面處土體的平均抗剪強(qiáng)度;

T—作用于滑動面上的平均剪應(yīng)力。

Fn＞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1.05～1.30之間)，通常有兩種方法:①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;②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堤防工程，常用的軟土地基處理方法

3.1 堤身自重擠淤法

堤身自重擠淤法就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)點可節(jié)約投資;缺點是施工期長。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。

3.2 拋石擠淤法

拋石擠淤法就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30cm)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目地基中部漸次向兩側(cè)擴(kuò)展;橫坡陡于1:10時，自高側(cè)向低側(cè)拋填。最后往上面鋪設(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。

3.3 墊層法

墊層法就是把靠近堤防基底的不能滿足設(shè)計要求的軟土挖除，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、易壓實的材料作為持力層?？梢跃偷厝〔模瑑r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。

3.4 預(yù)壓砂井法

預(yù)壓法是在排水系統(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。當(dāng)堆載預(yù)壓和真空預(yù)壓聯(lián)合使用時又稱真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法。基本做法如下:

先將等加固范圍內(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80kPa以上。該方法往往加固時間過長，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，不直采用此法。

3.5 振動水沖法

振沖法是利角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，并分層振實或夯實，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)度一股要求大于20kPa)，對太軟的淤泥或淤泥質(zhì)上不宜采用。

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(常稱為二犯，并分層擊實而成樁。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與水發(fā)生酸化反應(yīng)使被加固地基強(qiáng)度提高。

3.6 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)足深度后提升，噴嘴同時以一定速度旋轉(zhuǎn)，高壓噴射水泥固化漿液與土體混合并凝固硬化而成樁。所成樁與被加固土體相比，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。

3.7 強(qiáng)夯法

強(qiáng)力夯實是將80kN即相當(dāng)于8tf以上的夯錘，起吊到很高的地方(一般6～30m)，讓錘自由落下，對土進(jìn)行夯實。經(jīng)夯實后的土體孔隙壓縮，同時，夯點周圍產(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。

3.8 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)行地基加大，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，土工合成材料將起到阻止破壞面形成或減少破壞發(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。

4 結(jié)束語

以上處理方法是針對堤防工程軟土地基處理時需要掌握的方法，若不加強(qiáng)注意，將影響工程的質(zhì)量。在實際施工中，應(yīng)根據(jù)不同的地基土質(zhì)采用相應(yīng)的方法進(jìn)行處理，以確保地基的穩(wěn)定，保證工程的質(zhì)量。