水利工程中軟弱地基的處理措施

□楊　平□謝夏玲□陳秋紅（河南省水利勘測有限公司；河南省水利勘測設(shè)計研究有限公司）

水利工程中軟弱地基的處理措施

□楊平1□謝夏玲2□陳秋紅2
（1河南省水利勘測有限公司；2河南省水利勘測設(shè)計研究有限公司）

地基與基礎(chǔ)是建筑物的根基，建筑物的地基是支撐建筑物整體重量的重要基礎(chǔ)部分，基礎(chǔ)處理的質(zhì)量好壞直接關(guān)系到整個建筑工程的質(zhì)量、安全運行及穩(wěn)定性，由于水利工程建設(shè)的特殊性和復(fù)雜性，在地基施工中經(jīng)常會遇到軟土地基、膨脹土地基和巖溶地基等各種各樣不同的情況，必須對其采用科學(xué)合理，行之有效的處理措施。概述了軟弱地基的工程特性，并針對不同的地基情況，提出一些常用的處理方法，為施工和設(shè)計人員在進行軟基處理時提供參考。

水利工程；軟弱地基；處理方法

0　引言

2016年1月，水利部在京召開了全國水利廳局長會議，部長陳雷指出，“十二五”水利投資規(guī)模最大、建設(shè)進度最快、改革力度最強、綜合效益最好、群眾受益最多的五年；統(tǒng)籌做好2016年水利工作，加快節(jié)水供水等重大項目工程建設(shè)，確保在建重大水利工程投資規(guī)模保持在8000億元以上。隨著水利工程建設(shè)規(guī)模的日益擴大，在工程建設(shè)過程中遇到愈來愈多的軟弱地基或不良地基處理問題已成為工程建設(shè)中的關(guān)鍵問題［1］。

為了滿足建筑物對地基的要求，軟弱地基必須經(jīng)過地基處理形成人工復(fù)合地基。地基處理的是否適當(dāng)，不僅影響上部建筑物的使用和安全，而且對工程進度以及工程造價都有不小影響［2］。

1　軟弱地基的工程特性

在水利工程建設(shè)過程中，由于其所處地理位置和環(huán)境較為復(fù)雜，地質(zhì)條件的差異會使得在地基處理的時候遇到較為惡劣地質(zhì)環(huán)境，軟弱地基處理的優(yōu)劣，關(guān)系到整個水利工程的質(zhì)量，合理科學(xué)的地基處理方法對于上部建筑物的不利影響可以起到減輕或消除的作用。為了確保水利工程質(zhì)量達到相應(yīng)水利規(guī)范標準，必須做好水利工程的地基處理工作。其工程特性主要表現(xiàn)在以下幾個方面：①含水量高，容重小。軟土的含水量一般為40%～80%，天然含水量大于液限。②孔隙比較大，天然孔隙比為1～2。③滲透系數(shù)小。軟土地基的滲透系數(shù)一般在i×10-6mm/s（i=1，2，...，9）左右。沉降速度慢，固結(jié)時間長。④抗剪強度低。天然不排水軟土的抗剪強度約＜20 kPa。其變化范圍一般在10～25 kPa。⑤具有較高壓縮性。天然的軟土地基大多屬于正常固結(jié)狀態(tài)，壓縮系數(shù)α在0.50～1.50MPa-1之間，壓縮性隨著液限的增大而增大。⑥粘粒含量高，塑性指數(shù)大。⑦具有明顯的流變性。在荷載的作用下，軟土在承受剪應(yīng)力作用下，會產(chǎn)生緩慢的剪切變形，并可能導(dǎo)致抗剪強度的衰減［3］。⑧結(jié)構(gòu)靈敏度高。靈敏度一般在2～10之間，土體結(jié)構(gòu)一旦破壞，會產(chǎn)生較大的沉降變形或失穩(wěn)。

2　軟弱地基處理的目的和原則

軟弱地基處理的目的主要是改善地基的工程特性，包括改善軟弱地基土的變形特性以及滲透性，提高其抗滑穩(wěn)定強度等。地基處理有很多種方法，每種方法都有其各自的特點。對于某個具體工程必須要進行多方面的綜合考慮，通過比選可能采用的地基處理方式，選取技術(shù)適用、經(jīng)濟合理、施工可行的最優(yōu)方案。

3　軟弱地基處理的方法和分類

3.1置換法

置換是將基礎(chǔ)底面一定范圍內(nèi)的部分或天然軟弱地基土或不良土挖去，用物理力學(xué)性質(zhì)較好的巖土材料分層充填，機械碾壓，形成雙層地基或復(fù)合地基，以達到提高地基承載力、減少沉降、加速排水固結(jié)、防止凍脹等目的。置換適用于軟弱土層中地基較淺的軟弱地基處理，主要包括：換土墊層法、擠淤置換法、振沖置換法、EPS超輕質(zhì)料填土法、強夯置換法、石灰樁法等。

3.2排水固結(jié)預(yù)壓法

排水固結(jié)預(yù)壓是在建造建筑物之前，對天然地基土預(yù)先施加一定的荷載作用，減小孔隙比，提高建筑物強度，在卸去荷載后，水工建筑物沉降減小，地基承載力提高。排水固結(jié)預(yù)壓法一般利用建筑物自重進行，是一種常用的地基處理方法。由于排水固結(jié)的工期較長，為了更快的使得地基土固結(jié)，縮短土體的排水時間，一般在地基處理設(shè)計中設(shè)豎向排水孔。主要包括：加載預(yù)壓法、降低地下水位、超載預(yù)壓法、真空預(yù)壓法和真空預(yù)壓與堆載預(yù)壓聯(lián)合作用等［4］。

3.3深層攪拌法

深層攪拌是利用深層攪拌機向地基中加入固化劑（水泥、石灰等）或其他化學(xué)材料，與軟粘土強制拌和形成具有整體性、水穩(wěn)性和足夠強度的地基土，以提高地基承載力，減小沉降。攪拌樁法施工具有工期短優(yōu)點，但工程投資較高，適用于含水量較高、抗剪強度低、壓縮性高滲透性差的淤泥、淤泥質(zhì)土地基。主要包括：深層攪拌法、劈裂灌漿法、高壓噴射注漿法、滲入性灌漿法、電動化學(xué)灌漿法等。

3.4擠密法

擠密通常利用形成樁孔時的側(cè)向擠壓作用擠密樁間土，然后將樁孔用素土或灰土等分層夯實，從而進一步提高地基的承載力，減小地基沉降。主要包括：振沖密實法、擠密砂樁法、擠密碎石樁法、強夯法、爆破擠密法、表層原位壓實法、孔內(nèi)夯擴擠密樁法、土樁和灰土樁以及夯實水泥土樁法等。

3.5加筋法

加筋是在土體中設(shè)置土工復(fù)合材料、金屬板條把纖維土工織物埋在土壤中，通過拉筋、受力桿件作用，從而進一步提高地基承載力，減小沉降和增加地基穩(wěn)定性。主要處理方法：加筋土法、土釘墻法、低強度樁和剛性樁復(fù)合地基法等。

3.6冷熱處理

冷熱處理是通過采用冷凍或加熱土體的方式，改變建筑物地基土的物理力學(xué)性能，從而提高地基承載力，減小沉降和增強地基穩(wěn)定性。主要包括：冷凍法、燒結(jié)法。

4　軟弱地基處理方法的選擇

4.1施工環(huán)境

施工時要考慮對周圍環(huán)境產(chǎn)生的影響。如：施工噪聲如果靠近居民點會擾民，應(yīng)采取一定的防護設(shè)施或改進施工工藝，把噪音污染降低至規(guī)范范圍內(nèi)；要考慮新增加的填土由于擠占了原有的房屋、道路空間，迫使其產(chǎn)生的側(cè)向位移以及附加沉降；填土堆載時會有大量土料進入施工工地，影響交通環(huán)境和衛(wèi)生，需要采取一定的預(yù)防處理措施；施工過程中需要降低水位時，會對周圍的地基產(chǎn)生擾動，出現(xiàn)不均勻沉降，在實施之前應(yīng)先做阻水隔離措施，并考慮完成后注水復(fù)原的問題［5］。

4.2工程地質(zhì)

不同的方法適用于不同的地質(zhì)條件，設(shè)計時需參看相關(guān)規(guī)范［3-4］。

4.3施工設(shè)計

對于工期及施工用料情況在設(shè)計階段需要予以注意：工程用料盡可能做到就地取材，工期安排不宜過緊，地基穩(wěn)定性處理適當(dāng)，管理方法科學(xué)有效。

4.4水工建筑物

地基處理時要考慮水工建筑物的特性，主要考慮建筑物級別、所處環(huán)境、基礎(chǔ)埋置深度、結(jié)構(gòu)形式、尺寸、擬采用的建筑材料以及使用條件等因素對施工所采用的處理方式產(chǎn)生影響，尤其是對地下水工建筑物如涵洞產(chǎn)生的影響應(yīng)特別注意［6］。

5　軟弱地基處理技術(shù)的創(chuàng)新

5.1添摻外加劑

以前的地基處理大多從施工機械角度選取施工方法，而從建筑材料入手提高地基承載力的處理方法較少。如：高性能土壤固化劑通過一系列的物理化學(xué)反應(yīng)，可與富含有機質(zhì)的淤泥形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而提高固化土壤的強度，減小地基變形沉降，此項技術(shù)在國外應(yīng)用已相當(dāng)普遍，在國內(nèi)的應(yīng)用相對較少［7］。

5.2綜合應(yīng)用

綜合采取多種行之有效的地基處理方法，可為工程節(jié)省投資并能取得較好的經(jīng)濟效益。如：強夯法處理飽和軟粘土地基時會產(chǎn)生“橡皮土”現(xiàn)象，難以達到預(yù)期效果，通過將強夯法與排水固結(jié)法相結(jié)合，開創(chuàng)“動力排水固結(jié)法”這項新技術(shù)即可解決這一工程難題。真空預(yù)壓法與高壓噴射注漿法結(jié)合使用，真空預(yù)壓可以把漿液水平滲透進較厚土層，通過把高壓噴射注漿與灌漿結(jié)合使用，將糾偏加固技術(shù)提高到一個新的水平［8］。

5.3可持續(xù)發(fā)展

綠色施工技術(shù)是可持續(xù)發(fā)展觀念在建筑領(lǐng)域的又一創(chuàng)新思路。近年，地基處理施工技術(shù)的改進更加關(guān)注環(huán)保與綠色科技，如：鐵屑或碳顆粒的活性截水墻PRB通過將地下水中有害物變性、吸收或降解，使地下水得到凈化。渣土樁是一種新型的地基處理方法，又稱“孔內(nèi)深層夯擴擠密樁”，它充分利用建筑垃圾，使施工現(xiàn)場減少環(huán)境污染。地基處理技術(shù)還被用于防止有害物污染地下水并防止其他已被污染區(qū)域的地下水再次擴散［9］。

6　結(jié)語

隨著中國近年來水利投資的不斷加大，水利基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)及國家172個大型水利工程的建設(shè)，水利工程的建設(shè)經(jīng)常會面臨地質(zhì)條件復(fù)雜、環(huán)境惡劣等諸多因素，在工程的建設(shè)過程中要采取一定的技術(shù)措施解決這些存在的問題，來保證水利工程的安全運行。地基處理就是要讓建筑工程坐落的基礎(chǔ)足夠堅實，因此對軟弱地基的處理是保證工程順利實施的基礎(chǔ)條件，采取上述方法可使地基的承載力和穩(wěn)定性達到相應(yīng)標準。通過對我國近年來地基土體處理技術(shù)發(fā)展的回顧，以下幾個方面有待進一步研究：①促進地基處理理論進一步發(fā)展。②發(fā)展現(xiàn)場監(jiān)測技術(shù)、測試技術(shù)、質(zhì)量檢驗手段。③積極探索地基處理的新理念新技術(shù)，提高地基處理水平。④正確評價各種地基處理方法的適用性，因地制宜地選用合理有效的地基處理方法。⑤研制新機械新材料，提高建筑施工工藝，實現(xiàn)施工信息化交互。

［1］鄭剛，龔曉南，謝永利，李廣信.地基處理技術(shù)發(fā)展綜述［J］. 2012，45（2）.

［2］《地基處理手冊》（第三版）編寫委員會.地基處理手冊（第三版）［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008.

［3］徐艷云.淺談水利施工中軟土地基處理的方法［J］.中國水運（下半月），2013（10）.

［4］吳友.水利施工中軟土地基的處理技術(shù)的應(yīng)用［J］.黑龍江水利科技，2014（4）.

［5］王竹萍.不良地基對水利水電工程的影響［J］.人民黃河，2008（6）.

［6］陶忠平.水利水電工程建設(shè)中不良地基基礎(chǔ)處理方法研究［J］.水利水電技術(shù)，2007，12.

［7］田獻文，孟磊，施觀宇.淺談水利水電基礎(chǔ)工程施工中有關(guān)不良地基處理的新技術(shù)［J］.中國水運，2012，12（7）.

（責(zé)任編輯：劉長垠韋詩佳）

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