河道堤防施工中軟土地基處理工藝

萬(wàn)建平

(江西省南昌縣中洲聯(lián)圩河道堤防管理站,江西 南昌 330201)

軟土地基具有高壓縮系數(shù)、低抗變系數(shù)等不良力學(xué)性能表現(xiàn)，所以當(dāng)軟土地基承受重物時(shí)，會(huì)因?yàn)橹匚锸┘拥膲毫Τ霈F(xiàn)沉陷、變形等現(xiàn)象，究其原因得知，軟土地基之所以具備這些不良力學(xué)性能表現(xiàn)，是因?yàn)槠渫馏w類型大多為黏土、粉土等，同時(shí)這些土質(zhì)的結(jié)構(gòu)松散，內(nèi)部存在較大的空隙，所以其力學(xué)性能表現(xiàn)不佳。另外，在不同的環(huán)境條件下，引起軟土地基不良力學(xué)性能表現(xiàn)的原因存在一定差異，例如在臨水環(huán)境當(dāng)中，因?yàn)橥馏w長(zhǎng)時(shí)間受水體侵蝕，導(dǎo)致土體內(nèi)含水量較大，此時(shí)也會(huì)使得地基力學(xué)性能不良[1]。

河道堤防施工具有規(guī)模大、工程量大的特點(diǎn)。同時(shí)，由于不同的地質(zhì)環(huán)境以及工程建造要求，不同的河道堤防工程中存在很多類型的建筑結(jié)構(gòu)，這些建筑結(jié)構(gòu)的應(yīng)力方向、應(yīng)力結(jié)構(gòu)因?yàn)樽陨聿町?，也?huì)有不同的表現(xiàn)。在上述特點(diǎn)條件下，結(jié)合建筑工程質(zhì)量原則，河道堤防施工的穩(wěn)定性以及載荷性能需要滿足國(guó)標(biāo)規(guī)定。

1 軟土地基與河道堤防施工的關(guān)系

結(jié)合相關(guān)理論得知，軟土地基與河道堤防施工之間的關(guān)系，在不同的角度上會(huì)出現(xiàn)不同的類型，其中較為直觀的關(guān)系為：施工關(guān)系、載荷關(guān)系，下文將對(duì)此進(jìn)行相關(guān)分析。

(1)施工關(guān)系。首先，河道堤防施工不可能憑空捏造，必須將其建立在相應(yīng)的地基條件上。地基是實(shí)現(xiàn)河道堤防施工的重要因素，此處已經(jīng)可以證實(shí)兩者之間存在施工關(guān)系。其次，因?yàn)楹拥赖谭朗┕け仨毩⒂诘鼗A(chǔ)上，所以地基的性能表現(xiàn)是決定施工質(zhì)量的重要因素。如果其性能表現(xiàn)不佳，在施工當(dāng)中就必須先對(duì)地基進(jìn)行處理，直至其性能滿足施工要求，如果不滿足則不可動(dòng)工。綜上兩點(diǎn)可見，軟土地基與河道堤防施工之間存在緊密的關(guān)系[2]。

(2)載荷關(guān)系。河道堤防施工多采用混凝土、鋼筋等材料進(jìn)行建造，同時(shí)因?yàn)楹拥赖膶掗熞约八矫娴囊?，其?guī)模、工程量都要求達(dá)到一個(gè)較高的水平。結(jié)合上述施工關(guān)系來看，因?yàn)楹拥赖谭朗┕け仨毩⒂诘鼗A(chǔ)上，所以堤防結(jié)構(gòu)的重量、載荷等都會(huì)通過連接結(jié)構(gòu)被傳導(dǎo)到地基上。如果地基無法承受載荷，工程的穩(wěn)定性或其他質(zhì)量指標(biāo)就會(huì)下降，不但對(duì)工程質(zhì)量造成損傷，同時(shí)還可能帶來相應(yīng)的安全隱患。而軟土地基正是一種載荷能力不強(qiáng)、容易造成上述情況的地基，所以說明軟土地基與河道堤防施工之間必然存在載荷關(guān)系[3]。

2 軟土地基處理工藝實(shí)例

2.1 工程概況

某工程位于臨水環(huán)境，其水流域面積龐大，是當(dāng)?shù)厮Y源供給、防洪排水的重要渠道。該流域總面積為5629 km2，其中有一部分橫穿城市環(huán)境。為了保障城市環(huán)境不被洪水隱患威脅，該城市管理單位決定進(jìn)行河道堤防施工，施工要求為：在該河道下游段設(shè)置總長(zhǎng)15.61 km的堤防，堤防等級(jí)為1級(jí)，防洪標(biāo)準(zhǔn)為100 a一遇，工程抗震等級(jí)為Ⅶ度。

2.2 準(zhǔn)備工作

為了確保工程能夠順利開展，施工單位進(jìn)行了相應(yīng)的準(zhǔn)備工作，具體內(nèi)容包括地質(zhì)勘察、地基載荷力計(jì)算。

(1)地質(zhì)勘察。該工程在確保工作人員安全的條件下，進(jìn)行了地質(zhì)勘察工作，工作當(dāng)中首先確立了勘察項(xiàng)，具體包括：地基不同土層的過渡含水量、天然容重、孔隙比。其次，針對(duì)初步勘察得來的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得到實(shí)地地基環(huán)境的塑性指數(shù)、液性指數(shù)、壓縮模量、飽和快剪、滲透系數(shù)、標(biāo)貫擊數(shù)、不均勻系數(shù)、平均粒徑、摩擦系數(shù)。不同土層的土壤含水量、天然容重、孔隙比

數(shù)據(jù)如表1所示，塑性指數(shù)、液性指數(shù)、壓縮模量、飽和快剪、滲透系數(shù)、標(biāo)貫擊數(shù)、不均勻系數(shù)、平均粒徑、摩擦系數(shù)數(shù)據(jù)如表2所示。

(2)地基載荷力計(jì)算。該工程為了確認(rèn)地基載荷能力，進(jìn)行了相關(guān)計(jì)算，計(jì)算公式如式(1)所示。

Fksp=m×Rp×Fk

(1)

式中：Fksp為地基載荷力，kPa；Rp為施工樁基的載荷要求，kPa；Fk為不同施工樁基之間的標(biāo)準(zhǔn)載荷要求，kPa ；m為基礎(chǔ)埋置深度，m。計(jì)算結(jié)果如表3所示。

表2 不同土層土壤物理性質(zhì)指標(biāo)

表3 不同土層地基載荷力計(jì)算結(jié)果 kPa

經(jīng)上述過程可見，該工程地基環(huán)境當(dāng)中存在多種軟土地基特征土層，初步說明該工程屬于軟土地基，再結(jié)合各類勘察、計(jì)算結(jié)果來看，該工程軟土地基力學(xué)性能不滿足國(guó)家相關(guān)施工要求，因此不能直接進(jìn)行施工，需要先對(duì)地基進(jìn)行處理，確保地基性能達(dá)標(biāo)。

2.3 軟土地基處理工藝選擇

結(jié)合理論地質(zhì)，當(dāng)前軟土地基處理工藝較多，而不同的處理工藝在適用條件、處理效果方面存在差異，不能盲目使用。實(shí)例工程結(jié)合自身實(shí)際情況，在眾多工藝技術(shù)當(dāng)中，篩選出了3種軟土地基處理工藝，即水泥土樁、預(yù)制混凝土樁、灌注樁并進(jìn)一步對(duì)篩選工藝進(jìn)行理論分析與相關(guān)實(shí)驗(yàn)，最終選擇其中表現(xiàn)最優(yōu)的技術(shù)來進(jìn)行處理，下文將分析過程與分析結(jié)果進(jìn)行闡述。

(1)水泥土樁。理論上，水泥土樁可以分為兩個(gè)種類：高壓旋噴樁、深層攪拌樁，這兩類樁基雖然在工藝上存在差異，但在施工方法與效果上基本相似，因此沒有必要分開分析。結(jié)合實(shí)例分析結(jié)果了解到，水泥土樁主要利用水泥凝固力來實(shí)現(xiàn)地基加固，只需要將其與地基軟土相互混合即可，可以有效提高地基強(qiáng)度與抗變能力，因此在理論上，水泥土樁具有良好的應(yīng)用效果[4]。之后實(shí)例施工單位結(jié)合自身實(shí)際條件，對(duì)水泥土樁的實(shí)用表現(xiàn)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示水泥土樁的應(yīng)用確實(shí)取得了一定的效果，但與預(yù)期目標(biāo)依舊存在差距，究其原因得知，水泥土樁因?yàn)榕c軟土混合，所以其強(qiáng)度會(huì)因?yàn)橥翆有再|(zhì)、含水量等因素而變得難以控制，并且其強(qiáng)度變化往往是朝著不利方向發(fā)展的，而實(shí)例堤防工程正處于臨水環(huán)境，其土層含水量較大，所以不利于水泥土樁的應(yīng)用。實(shí)例水泥土樁實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

表4 實(shí)例水泥土樁實(shí)驗(yàn)結(jié)果

(2)預(yù)制混凝土樁。理論上，預(yù)制混凝土樁是一種預(yù)先制作完成的混凝土樁基，可以直接投入到實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，具有施工簡(jiǎn)便的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)介于預(yù)先制作的質(zhì)量控制優(yōu)勢(shì)，可以確保樁基的強(qiáng)度，但同時(shí)結(jié)合相關(guān)案例得知，預(yù)制混凝土樁的應(yīng)用容易出現(xiàn)與實(shí)際條件不符的現(xiàn)象，同時(shí)施工時(shí)會(huì)造成較大的噪聲，這會(huì)對(duì)實(shí)例工程周邊的城市環(huán)境造成噪聲污染，由此說明預(yù)制混凝土樁在理論上不滿足施工環(huán)境要求。

(3)灌注樁。理論分析來看，灌注樁的性能與預(yù)制混凝土樁基本相同，兩者均為剛性樁基，灌注樁不但性能表現(xiàn)良好，同時(shí)還具備成本低廉、施工簡(jiǎn)便、適用范圍廣的特點(diǎn)，所以灌注樁滿足實(shí)例工程的應(yīng)用要求。同樣為了確認(rèn)灌注樁的應(yīng)用效果，實(shí)例工程采取水泥土樁的實(shí)驗(yàn)方法對(duì)灌注樁進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表5所示。結(jié)果顯示灌注樁滿足施工要求，因此實(shí)例工程最終選擇了灌注樁作為軟基處理工藝。

表5 實(shí)例灌注樁實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.4 軟基處理

實(shí)例工程應(yīng)用灌注樁當(dāng)中的沉管灌注樁對(duì)軟基地質(zhì)進(jìn)行處理，具體來說，實(shí)例工程結(jié)合工程需求、實(shí)地條件，先對(duì)沉管灌注樁進(jìn)行了設(shè)計(jì)工作，從其設(shè)計(jì)結(jié)果得知，沉管灌注樁樁身強(qiáng)度等級(jí)為C20；樁徑0.5 m；樁長(zhǎng)14.5～17.5 m；樁基間距1.6～2.0 m，應(yīng)用時(shí)首先在軟基表面墊鋪卵石層，并用細(xì)中砂填充卵石層孔隙，其次制造0.35 m直徑、受力8～18 MPa、長(zhǎng)度8.5～12.0 m的鋼筋籠，最終將鋼筋籠置于卵石層當(dāng)中即可。之后該工程對(duì)沉管灌注樁的載荷力進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示沉管灌注樁的水平承載力為55～75 kN；豎向承載力為400～700 kN滿足施工要求，說明通過沉管灌注樁可有效改善實(shí)例軟土地基，給之后的河道堤防工程施工提供了良好的施工基礎(chǔ)。

3 結(jié) 語(yǔ)

本文首先分析了軟土地基與河道堤防施工之間的影響關(guān)系，得知：地基與河道堤防工程之間存在緊密聯(lián)系，說明地基的載荷表現(xiàn)是決定工程質(zhì)量的重要因素，而軟土地基不滿足河道堤防工程施工要求，所以有必要進(jìn)行處理。針對(duì)軟土地基，實(shí)例工程通過分析與實(shí)驗(yàn)，選擇了合適的處理工藝，最終對(duì)實(shí)例工程當(dāng)中的軟基處理結(jié)果進(jìn)行了闡述，證實(shí)實(shí)例軟土地基處理方法有效，具有一定的借鑒價(jià)值。