水利堤防工程軟土地基處理方案比選

曾岑 中山市水利水電勘測設(shè)計(jì)咨詢有限公司

為了保障經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，許多地方更加注重水利工程建設(shè)。在水利堤防工程中，軟土地基的處理是施工的重點(diǎn)，也是施工作業(yè)中最為核心的內(nèi)容。處理效果關(guān)系工程的質(zhì)量以及后期的安全使用年限。從水利工程項(xiàng)目的實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，堤防工程針對軟土地基的處理存在著多方面的難點(diǎn)，因此處理方案的選擇非常關(guān)鍵。

1.水利堤防工程軟土地基的特點(diǎn)及影響

水利提防工程施工會(huì)受到地理環(huán)境因素的影響，從施工現(xiàn)場來看，一些工程所在地多為松軟且濕度大的黏性土質(zhì)，最為常見的土質(zhì)是淤泥質(zhì)地，此類質(zhì)地多為軟黏土。淤泥質(zhì)地由于土質(zhì)孔隙比多大于1.5，質(zhì)地條件較差。黏性土質(zhì)給工程地基的處理帶來了多方面的不利條件。此類土質(zhì)由于孔隙較大，壓縮性也比較高，如果地基處理不好會(huì)導(dǎo)致建筑物發(fā)生較大幅度的沉降，在發(fā)生沉降時(shí)還會(huì)分層，存在不均勻沉降現(xiàn)象，這會(huì)導(dǎo)致建筑物發(fā)生大面積的開裂，所以它的可靠性難以得到保證。此外，軟土基本身的含水量就比較多，透水性較弱，抗剪強(qiáng)度比較低，地基的穩(wěn)固性會(huì)受到影響，由此抗剪強(qiáng)度的減弱也會(huì)影響到工程的質(zhì)量。此類軟土基還具有較高的靈敏度，在水利工程施工時(shí)，如果地基軟黏土還沒有發(fā)生破壞時(shí)，它自身還具有較強(qiáng)的抗剪強(qiáng)度，但是如果發(fā)生破壞，強(qiáng)度會(huì)同時(shí)下降，因此在施工中要考慮到軟土基存在的不利影響。

2.水利堤防工程軟土地基處理方案分析

2.1 表層處理法

2.1.1 砂墊層

針對軟土層，可以在頂面鋪砂墊層，這種方法可以保證淺層的排水效果，保證軟土中的水分在路堤自重的作用下加速發(fā)生沉降，這種方法可以縮短固結(jié)時(shí)間。但是對于基底應(yīng)力分布以及沉降量的大小變化不造成影響。此法更加適用于路堤高度小于2倍的條件下，還可以應(yīng)用于極限高度的施工區(qū)域（地基存在天然軟土，基底不適合采用特殊加固處理而需要采用快速施工來修筑路堤，可以保證填筑施工的最大高度）。此方法也可以應(yīng)用于軟土層及硬殼較薄的區(qū)域，或軟土表面低滲透性的硬殼區(qū)域。也可以適用于軟土層稍厚并且具備排水條件的區(qū)域。砂墊層施工操作簡便，不需要使用特殊機(jī)具，且設(shè)備占地面積較少。但需填筑速度會(huì)受到一定的影響，需要對加荷速率加以控制，以保證地基有充分時(shí)間排水固結(jié)?？傊朔椒ㄟm用于施工期限不緊張，砂料充足、運(yùn)輸距離不遠(yuǎn)的施工區(qū)域。

2.1.2 反壓護(hù)道

針對路堤可以在兩側(cè)填筑特定寬度與高度的護(hù)道，用于提升路堤的荷載，這種方式可以增加抗滑力，可以使路堤下軟基沿兩側(cè)發(fā)生隆起從而實(shí)現(xiàn)受力平衡，以利于提高路堤的穩(wěn)定性。此方法更加適合于路堤高度小于1.5—2倍極限高度區(qū)域，因此廣泛應(yīng)用于非耕種區(qū)以及易于取土的地區(qū)。此方法借助反壓護(hù)道來對地基加固，不需采用特殊的機(jī)具設(shè)備，施工簡單易行，并且占地面積不多，但是土用量大，后期會(huì)發(fā)生大的沉降，增加了養(yǎng)護(hù)工作量。

2.1.3 土工聚合物處治

針對路堤底部的施工，可以采用土工布鋪設(shè)，借助路基的自重作用會(huì)有抗滑力矩產(chǎn)生，有利于增強(qiáng)路基的穩(wěn)定性。在軟土地基加固施工中，土工布中還具有多種作用，如排水、分散應(yīng)力、隔離、加筋補(bǔ)強(qiáng)。連接土工布可以采用搭接法，也可以采用縫接法。當(dāng)前縫接法常用方法包括一般縫法、丁縫法、蝶形法。土工格柵對于堤防的加固機(jī)理要實(shí)現(xiàn)格柵與土的共同作用。通?？梢岳斫鉃樵鰪?qiáng)了格柵表面與土之間的摩擦力。格柵孔眼對于土層的穩(wěn)定與格柵肋的固定具有抗阻作用。產(chǎn)生的作用可以對土壤顆粒產(chǎn)生約束作用，防止顆粒發(fā)生側(cè)向位移，從而有利于提升土體的穩(wěn)定性，這對于土層的加固效果要高于其他類型的土工織物。應(yīng)用此方法可以提升地基的承載力，保證施工進(jìn)度；延緩軟基地段發(fā)展沉降量的進(jìn)展，還可以縮短工期，保證公路可以及早完工。

2.2 換填法

2.2.1 開挖換填法

此方法需先全部挖除或部分挖除軟弱地基層，回填選擇透水性好的材料（如砂石、鋼渣等）。此方法的優(yōu)勢簡單易行，技術(shù)也易于掌握；特別適用于軟基較淺的泥沼地。在處理深層軟基時(shí)，如果沉降較多的路基、橋涵、引道等，要考慮采用其它的施工方法。

2.2.2 拋石擠淤法

此方法是向路基底部拋投不同規(guī)格的片石，將基底的淤泥擠出，以增加地基的強(qiáng)度。此方法的優(yōu)勢是施工簡單、快捷、易于實(shí)現(xiàn)。此方法特別適用于積水發(fā)生的洼地，由于難以排水，泥炭為流動(dòng)狀態(tài)，積層較薄，表層沒有硬殼，故片石可以沉于底部泥沼地，或厚度較淺的軟土。此方法還可以應(yīng)用于地面軟弱，機(jī)械無法進(jìn)入的區(qū)域，或表面有積水難以排除的區(qū)域，也適用于石料豐富、運(yùn)輸距離較短的施工。

2.2.3 爆破排淤法

此方法是將炸藥放置于軟土或泥沼中，借助爆炸產(chǎn)生的張力作用將淤泥或泥沼分離，再回填較高強(qiáng)度并混入一定比例如砂礫、碎石的滲水性土壤。爆破排淤作為一種換土施工方法，通常適用于換填深度大、需要施工效率高的區(qū)域，另外軟土、泥沼均可以應(yīng)用。如果淤泥（泥炭）層的稠度大、厚度大，路堤位置較高、工期要求緊迫時(shí)，路段內(nèi)沒有構(gòu)造物，路基可以承載力均衡，即使發(fā)生整體沉降對道路不會(huì)破壞時(shí)，可以考慮采用換填的方式。但針對橋涵構(gòu)造物以及引道的施工，可以考慮選擇其他方法。爆破排淤法可以分為兩類，一類是先在原地基礎(chǔ)上填筑低于最大高度的料層，在基底下實(shí)施爆破，這種方法多用于稠度大的軟土層。另一類采用先爆后填的方式，適用于回淤較慢、稠度小的軟土。

2.3 重壓法

2.3.1 堆載預(yù)壓法

此方法適用于修筑路堤發(fā)生在軟基上，借助填土堆載預(yù)壓的方式，地基土實(shí)現(xiàn)壓密、沉降，以提高地基強(qiáng)度，預(yù)防路堤施工后發(fā)生沉降。堆載預(yù)壓法對于不同種類的軟弱地基都具有效果。此方法的施工材料與機(jī)具簡單，操作方便。但是堆載、預(yù)壓要有充足的時(shí)間，適合工期不緊的施工。深厚飽和軟土，由于排水固結(jié)需要較長的時(shí)間，需要許多堆載材料，實(shí)施會(huì)受到一定的限制。

2.3.2 其他重壓法

真空預(yù)壓法:此方法是借助大氣壓強(qiáng)實(shí)施等效堆載，通過預(yù)壓法對于軟基實(shí)施加固。即借助真空抽氣設(shè)備的應(yīng)用產(chǎn)生密封作用，軟弱地基受到真空負(fù)壓力的作用，土壤顆粒間存在的自由水、空氣可以順著縱向排水通道發(fā)生流動(dòng)，到達(dá)軟基的砂層中，通過砂墊層發(fā)生過濾然后排入到軟基密封膜的外部，實(shí)現(xiàn)土體的固結(jié)。此方法可以適用于土壤含水量高、土壤顆粒間隙較大、土層強(qiáng)度低、滲透系數(shù)小、固結(jié)系數(shù)不高的黏土。

真空預(yù)壓結(jié)合堆載預(yù)壓法:將堆載預(yù)壓與真空預(yù)壓加以結(jié)合，其應(yīng)用原理近似于真空預(yù)壓，但是加載的壓力更大，可以縮短一半以上的預(yù)壓時(shí)間。

2.4 垂直排水固結(jié)法

此方法是針對砂井，借助振動(dòng)打樁機(jī)（沖擊式或振動(dòng)式）及下部的樁管形成砂井。施工時(shí)要保證避免發(fā)生"縮頸"，還要降低對土層的擾動(dòng)。

（1）套管法:使用帶有活瓣管尖或配有端靴的套管下沉到設(shè)定的深度，在管內(nèi)灌入砂石后，將套管拔出，以形成砂井。沉管可以分為不同的工藝，如靜壓沉管、振動(dòng)沉管等。

（2）水沖成孔法:借助專用噴頭，利用水壓力作用實(shí)現(xiàn)沖孔，成孔后再加以清理，向孔內(nèi)灌砂。此方法適用于土層質(zhì)地較好的砂性土。

（3）螺旋鉆成孔法:采用動(dòng)力螺旋鉆完成鉆孔，然后進(jìn)行灌砂形成砂柱。此方法適用于陸上施工，可以避免發(fā)生“縮頸”、塌孔現(xiàn)象，它特別適用于軟弱地基。此方法的優(yōu)勢是設(shè)備簡單，成孔可以保證規(guī)則。缺陷是難以掌握灌砂質(zhì)量，要結(jié)合地基條件。

3.結(jié)束語

在水利堤防工程中，針對軟土地基的處理是關(guān)鍵。處理方法的選擇要結(jié)合工程的特點(diǎn)制出相應(yīng)的解決方案，以保障施工的質(zhì)量，確保后期的穩(wěn)定使用。