水利工程中軟土地基處理方法探究

(重慶交通大學(xué)河海學(xué)院 重慶 400041)

一、引言

隨著我國自身經(jīng)濟(jì)發(fā)展和基礎(chǔ)建設(shè)以及“一帶一路”的發(fā)展戰(zhàn)略的需求，國內(nèi)外水利工程項(xiàng)目的建設(shè)實(shí)施亦將會(huì)與日俱增。水利工程施工過程中涉及方方面面的問題，其中尤以地基處理問題是最為關(guān)鍵也是較為基礎(chǔ)的一個(gè)環(huán)節(jié)。但是鑒于我國地域遼闊，地質(zhì)情況復(fù)雜多變，不同地區(qū)地質(zhì)情況有著較大的差異性，再加上軟土地基自身的特點(diǎn)以及一些其他因素影響，所以在很大程度上來說地基處理的好壞對(duì)整體工程是否能夠順利進(jìn)行施工起著決定性作用。

軟土是存在于河流入?？趨^(qū)域的谷底、平原上的、經(jīng)多年沉積形成的細(xì)粒土。其共同特征為：天然含水量高、壓縮性高、天然孔隙比大、固結(jié)系數(shù)小、固結(jié)時(shí)間長、抗剪強(qiáng)度低、透水性差、擾動(dòng)性大、靈敏度高是軟土的主要特性[2]。同時(shí)，軟土或許也具有著觸變性、蠕變性等特殊的工程地質(zhì)性質(zhì)。鑒于軟土地基的以上性質(zhì)加之外界各種因素影響，需要因地制宜采取針對(duì)性的方法對(duì)地基進(jìn)行處理。

二、水利工程中現(xiàn)行的軟土地基處理方法

經(jīng)過幾十年的應(yīng)用和發(fā)展，軟土地基處理方法也不斷得到完善和改進(jìn)，這些方法必須根據(jù)具體情況具體分析，如果在軟土地基處理中稍有不當(dāng)便會(huì)對(duì)地基的穩(wěn)定性造成極其嚴(yán)重的后果[2]。對(duì)軟土地基處理方法各項(xiàng)技術(shù)展開分析和研究，促進(jìn)了地基處理技術(shù)的更新和發(fā)展，甚至應(yīng)用到其它相關(guān)領(lǐng)域，發(fā)揮其更大的效應(yīng)。

(一)換填法

換填法又稱置換法。是指軟土地基在軟土厚度較淺的情況下，通過人工、機(jī)械等方式清除掉基礎(chǔ)以下一定深度內(nèi)的軟弱土層，再用物理性質(zhì)較好、強(qiáng)度較高的材料去換填(砂、碎石、素土、灰土、粉煤灰或干渣等性能穩(wěn)定和無侵、蝕性的材料)并分層壓實(shí)[1]。換填法是一種耗時(shí)耗力的處理技術(shù)，將不符合工程標(biāo)準(zhǔn)要求的土壤置換成高強(qiáng)度的土壤，以期達(dá)到地基相關(guān)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)要求的方法。其設(shè)計(jì)必須按照工程主體體形結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工程荷載特性以及工程地質(zhì)條件并考慮到工程機(jī)械設(shè)備及工程材料來源等一切因素來全面整合分析。

(二)密實(shí)法

1.強(qiáng)夯法。利用起重機(jī)械及相關(guān)設(shè)備將大噸位(一般10～25t)夯錘起吊到一定高度(一般6～20m)后，進(jìn)行自由落體運(yùn)動(dòng)，瞬間施加地基土強(qiáng)大的沖擊力進(jìn)行夯實(shí)，同時(shí)土體在劇烈的沖擊波和沖擊能量作用下，土體孔隙迅速壓縮變小，孔隙水得以從夯點(diǎn)周圍的裂隙中排出，固體土顆粒重新排列并固結(jié)，從而增強(qiáng)地基承載力，降低了土體的壓縮性。強(qiáng)夯法較大范圍用于河流沖刷層、濱海沉積層以及其它各類軟弱地基。

2.拋石擠淤法。拋石擠淤法是指在淤泥質(zhì)的軟土地基上，通過拋一定規(guī)格的石料(片石)，利用爆炸產(chǎn)生的沖擊波或者施加外力的情況下，使土基產(chǎn)生整體剪切滑移破壞而達(dá)到換填軟土的一種軟土地基處理方法[1]。拋石擠淤法具備施工簡單，造價(jià)低廉，施工速度快，操作方便等特點(diǎn)。其現(xiàn)象是一個(gè)地基不斷失穩(wěn)的過程，拋石的速度越快，從而達(dá)到的效果越好。因此，把握好拋石的速度對(duì)地基影響極大。拋石擠淤法一種非常純粹的置換方法，這種方法是最直接也最安全穩(wěn)妥的。

(三)排水固結(jié)法

排水固結(jié)法是通過布設(shè)人工排水管道，在外荷載的作用下使土體中的孔隙水排出，從而使孔隙比減小密實(shí)度增大，土體強(qiáng)度得以加強(qiáng)，地基的承載力得以提高、地基沉降減輕[3]。當(dāng)工程實(shí)際軟土層較厚或者土體滲透系數(shù)較小，土體本身滲透性較差時(shí)，排水固結(jié)法所需花費(fèi)的時(shí)間較長，可能無法滿足工程使用要求。其過程是在不滿足強(qiáng)度要求的地基上鋪設(shè)水平方向的排水砂墊層，然后在其上按一定間距設(shè)置排水系統(tǒng)，再在基礎(chǔ)上進(jìn)行預(yù)壓(堆載或者真空皆可)。

(四)復(fù)合地基法

復(fù)合地基法基本原理是在土體中構(gòu)造具備一定強(qiáng)度和承載力的構(gòu)造物，構(gòu)造物和土體共同形成復(fù)合型地基來承受荷載，從而達(dá)到提高地基承載力目的的方法[4]。其形式一般是由振搗法或拌入施工形成樁和樁間土共同受力的樁(CFG樁、碎石樁)。經(jīng)過這種處理方式以后，樁土形成整體共同承擔(dān)荷載，其承受荷載比例由不同的施工工藝來決定。施工期間不必預(yù)壓，工期較短，工后承載力較高、后期沉降小，適用于結(jié)構(gòu)物過渡段或者結(jié)構(gòu)物的基礎(chǔ)以及重大工程地基處理問題。

三、四種軟土地基處理方式的比較分析

本文研究的這四種軟土地基處理方式從原理上來說：換填法簡單直接，它直接清除不滿足地基強(qiáng)度要求的土體換填為合格的土體，但耗時(shí)耗力；密實(shí)法操作簡單迅速，是通過重錘從一定高度自由落體來錘擊壓實(shí)軟土地基，從而實(shí)現(xiàn)地基加固的整個(gè)過程；排水固結(jié)法一般是借助外力排出土體孔隙中的水，其排水過程必將緩慢費(fèi)時(shí)，所以使用排水固結(jié)法宜事先考慮到工期的要求；復(fù)合地基法是通過在土體中構(gòu)造具備一定承載力的構(gòu)造物，從而使樁土共同承擔(dān)荷載，但是鑒于其高耗材高成本，故需慎而擇之。

造價(jià)比較結(jié)果：以上各種軟土地基處理方式如果采用常用的處理深度范圍加以大致的定量分析，換填法、強(qiáng)夯法造價(jià)較低；排水固結(jié)法適中；但復(fù)合地基由于在土中預(yù)加了具有承載力的構(gòu)造物，材耗大，因此造價(jià)相對(duì)較高。并且不同結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)物造價(jià)也千差萬別，結(jié)構(gòu)物設(shè)計(jì)的承載力愈高，樁的數(shù)量布置的愈密集，工程造價(jià)也會(huì)愈高。

工期比較結(jié)果：換填法、強(qiáng)夯法施工簡單方便，工程施工整個(gè)流程非常迅速，工前無需預(yù)留準(zhǔn)備時(shí)間。施工后便能馬上展開后續(xù)工作，因此所消耗的時(shí)間是較短的，倘若從工期考慮而言無疑是最佳的選擇。復(fù)合地基法提前預(yù)設(shè)有承載能力的結(jié)構(gòu)物，需要消耗一定時(shí)間，但是鑒于復(fù)合地基不必預(yù)壓或者預(yù)壓期超短，因此它較排水固結(jié)法預(yù)壓期時(shí)間有相當(dāng)大的優(yōu)勢(shì)，總體工期比排水固結(jié)法要短。排水固結(jié)法是通過外力將地基中的水從裂隙中排出，需要較長時(shí)間才能完成。

四、總結(jié)

本文介紹了軟土地基的天然高含水量和大空隙比、高壓縮性、透水性低、觸變性、低強(qiáng)度等特點(diǎn)，對(duì)置換法地基處理方法、密室法地基處理方法、排水固結(jié)地基處理方法、復(fù)合地基處理方法等技術(shù)方法進(jìn)行了系統(tǒng)研究[5]。分析比較其原理、造價(jià)、工期等的差異性，給出了合理性的建議。這些地基處理方法各有特色、各有優(yōu)勢(shì)和使用條件，實(shí)際應(yīng)用過程中應(yīng)該充分考慮到各個(gè)因素的影響。