水利堤防工程软土地基的处理

黄文安

（广西恒广建筑工程有限公司，广西 南宁 532200）

1 水利工程软土地基的特性

软粘土中最常见的、工程地质性质最差的要数淤泥或淤泥质土，通常工程上把天然孔隙比大于或等于1.5的亚粘土、粘土称为淤泥，而把孔隙比大于1.0小于1.5的粘土称为淤泥质粘土，其主要特性有：

1.1孔隙比和天然含水量大。我国软土的天然孔隙比一般e=l～2之间，淤泥和淤泥质土的天然含水量w=50～70%，一般大于液限，高的可达200%。

1.2压缩性高。我国淤泥和淤泥质土的压缩系的一般都大于0.5MPa-1，建造在这种软土上的建筑物将发生较大的沉降，尤其是沉降的不均性，会造成建筑物的开裂和损坏。

1.3透水性弱。软土含水量大，可是，透水性却很小，渗透系数k≤1（mm/d）。由于透水性如此微小，土体受荷载作用后，往往呈现很高的孔隙水压力，影响地基的压密固结。

1.4抗剪强度低。软土通常呈软塑-流塑状态，在外部荷载作用下，抗剪性能极差，根据部分资料统计，我国软土无侧限抗剪强度一般小于30kN/m2（相当于0.3kg/cm2）。不排水剪时，其内磨擦角几乎等于零，抗剪强度仅取决于凝聚力 C，C＜30kN/m2，固结快剪时，Φ-般为5～150。因此，提高软土地基强度的关键是排水。如果土层有排水出路，它将随着有效压力的增加而逐步固结。反之，若没有良好的排水出路，随着荷载的增大，它的强度可能衰减。在这类软土上的建筑物尽量采用“轻型薄壁”，减轻建筑荷重。

1.5灵敏度高。在水利工程的地基中的软粘土的抗剪能力比较强，特别是在没有受到破坏的时候，但是一旦受到破坏，特别是对软土层的扰动情况，其抗剪能力降低的特别快，这种情况我们通常用灵敏度来表示，一般情况下的软土层的灵敏度在三到四之间，也会有更高的情况。所以我们在进行修筑堤坝的时候一定要注意最好不要对地基的软土层进行扰动。

2 软土地基上堤防失稳的破坏机理

水利堤防工程的地基经常出现滑动破坏，这会造成建筑物的下沉。而引起滑动破坏的原因是在地基中的某个面的剪应力受到外来的压力，超出了所能承受抗剪能力的范围，使地基的平稳性发生了破坏，就出现了地基滑动破坏的现象。造成剪应力增加的原因主要分为地基自身原因和外部原因，建筑物地基自身的抗剪能力就小，所能承受的外界压力就小；外部原因主要有常年水位的升降产生的压力；地震对地基产生的突然性的巨大压力；降雨使土体的重量增加，对地基的压力也就增加等。

对堤防工程进行稳定分析时，通常是将假想滑动面以上土体看作刚体，并以它为脱离体，分析在极限平衡条件下其上各种作用力，并以整个滑动面上的平均抗剪强度与平均剪应力之比来定义它的安全系数，即：

式中：Fn-堤防稳定安全系数；T1-滑动面处土体的平均抗剪强度；T-作用于滑动面上的平均剪应力。

Fn＞1土体处于稳定状态；Fn＜1土体处于滑动状态或有滑动的趋势；Fn=1，土体处于临界状态。因此，要使处于滑动状态或有滑动趋势的土体达到稳定状态，必须Fn＞1堤防：工程等级不同，Fn取值也不同，通常1.05～1.30之间），通常有两种方法：①提高土体的抗剪强度，使孔隙水应力充分消散，如对地基进行加固等；②减小作用在土体上的剪应力，如减小堤防的横断面积，尽量避免对堤防的扰动等。第一种方法在工程中被广泛采用。

3 软土地基上筑堤常用的地基处理方法及适用条件

3.1 堤身自重挤淤法

此种方法顾名思义就是通过逐渐加重堤坝自身的重量把处于地基中的淤泥挤到外面去，而且也可以使地基中淤泥的水分减少，可以有效的增加地基的应力，也就可以加强堤坝地基的抗剪能力，进而达到地基加固的目的。堤身自重挤淤法的优点是用很少的投资达到地基加固的效果，但是它的缺点是施工使用的时间比较长，所以适用于工期不太紧张的时候，建筑物的地基是属于淤泥的土质。

3.2 抛石挤淤法

此种方法操作起来比较简单便捷，不需要太多的技术含量，所需要的资金也比较少，也同样适用于属于淤泥土质的地基。这种方法的原理主要就是通过把体积比较大的石块放进需要进行加固的地基中，把地基总的淤泥挤走，使地基加固，具体步骤是把坚硬的不容易风化的直径≥30厘米的石块抛进水利堤坝地基当中，石块抛的方向应该与地基的下卧地层的横坡的方向一致并且向两边进行扩展；当地基的横坡非常陡的时候，我们可以把石块自高处向低处直接抛。

3.3 垫层法

此种方法也可以称为替换法，就是把需要加固的地基中的软土挖出，然后在把已经选定好的沙石等透水性比较好、强度比较大的材料作为回填土，用人工或机械的方式填到地基当中。这种方法适用于水利堤坝的地基埋的比较浅，挖的范围不大的工程，它的优点在于投入资金少、施工技术简单。

3.4 预压砂井法

此种方法的主要就是通过一定的系统方式把地基土体中的水分压出去，已达到加固地基的作用。我们通常采用加压系统和排水系统，通过加压可以减低地下水的水位，而排水系统可以用排水沙沟对地基软土中的水进行排除，这样就可以加大地基的承载能力。

3.5 旋喷法

此种方法主要通过旋喷机来产生旋喷柱以达到加固地基的目的。把旋喷机的喷嘴放置于要加固的地基层面上，在向上提拉的同时使喷嘴高速旋转，使旋喷机中的水泥混凝土喷射出来于要加固的地基混合在一起并凝固成为旋喷桩。主要使用在软粘土和细沙的地基加固中。

3.6 强夯法

此种方法就是通过压缩地基土体的缝隙，达到加固地基的作用。我们可以把8tf的夯锤从高处抛下，砸实地基土体。对于土体的夯实只是一定范围内的，周围土体中的缝隙可以有助于土体中的水分流出，使土体固结，从而可以提高地基的加固作用及土体的承载能力，也能够有效的减少建筑物荷载对地基的压力作用，这种方法适用于河流的冲击河床建筑物。

3.7 土工合成材料加筋加固法

此种方法主要是通过增大地基的受力面积的方法，减少地基所承受的负荷。在地基上平铺土工合成材料，这样就会使地基的受力变的均匀，减少对于地基的破坏，从而达到增大地基的承载能力。同时，地基和合成材料之间的摩擦也可以减少地基的侧面变形，从而加大了地基的稳固性。

结语

地基对于水利堤坝工程建设具有非常重要的作用，我们通过这些方法基本可以有效的处理软土地基塌陷的现象，这些方法并不是万能的，我们需要根据具体的工程情况，并且积极的总结经验，才能更好的保证工程的质量。

[1]张伯谦.软土地基的生物处理方法[J].厦门鑫海陆软土地基科技有限公司，2011-02-09.

[2]刘红军，陶夏新.季冻区湿地软土地基固结变形特性研究[M].岩土工程学报，2009-09-15.