堤防工程软弱地基类型及处理方法分析

2014-08-15袁晓峰周英雄江西省河道湖泊管理局江西南昌330009

江西建材 2014年24期

■袁晓峰，周英雄 ■江西省河道湖泊管理局，江西南昌 330009

软弱地基是指压缩层主要由淤泥、淤泥质土或其它高压缩性土构成的地基。其承载能力很低，一般不超过50KN/m2。在软土地基修筑堤防工程，必须解决好四个方面的问题:(1)地基的强度和稳定性问题;(2)地基的变形问题;(3)地基的渗漏和溶蚀问题;(4)地基的振动液化与振沉问题。因此，软弱地基类型及处理方法分析具有重要工程意义。

1 软弱地基类型

对堤防软弱地基的类型很多，成因复杂，因而造成它们在物理力学性能上的复杂性。它们的共同特点是承载力低、压缩性高，主要可分为以下几大类。

(1)淤泥及淤泥质土

淤泥及淤泥质土属于海相、泻潮相、河谷相、湖沼相等粘性沉积物或河流冲积物。其广泛分布在我国东南沿海、天然含水量高、承载力(抗剪强度)低、软塑到流塑状态的饱和粘性土。其工程特性主要是具有触变性、高压缩性、低透水性、不均匀性以及流变性等。堤段如果淤泥质土层较厚，土体极易产生不均匀沉陷，造成堤坍、开裂、危及堤防安全。从文献［1］对洞庭湖区历年堤垸溃决成因统计分析发现，此类地段出险的机率最多，主要为软土沉陷引引起的堤身开裂、滑坡、垮塌等严重险情。鄱阳湖区重点圩堤主要坐落有第四系全新统冲积、湖积层组成的河流阶地、湖滩上，上部以粉质粘土、壤土、沙壤土、淤泥质粘土为主、下部为淤泥质粉砂、粉细沙、细砂、中砂、粗砂、砾砂及圆砾层，具明显二元结构，部分堤段淤泥质土层较厚，历年来不同程度发生过险情。

(2)冲填土

冲填土是由水力冲填泥沙沉积形成的填土，常见于沿海地带和江河两岸。冲填土的特性与其颗粒组成有关，此类土含水量较大，压缩性较高，强度低，具有软土性质。它的工程性质随土的颗粒组成、均匀性和排水固结条件不同而异，当含砂量较多时，其性质基本上与粉细砂相同或类似;当粘土颗粒含量较多时，往往欠固结，其强度和压缩性指标都比天然沉积土差，则应进行地基处理。

(3)杂填土

杂填土是含有大量建筑垃圾、工业废料及生活垃圾等杂物的填土。常见于一些较古老城市，附城圩1+700～2+400段就勘探发现为杂填土。它分布极不均匀，厚度变化大，有机质含量较多，性质也不相同。主要特性是土质结构比较松散，均匀性差，变形大，承载力低，压缩性高，有浸水湿陷性，一般需要经处理才能进行建筑物或者构筑物地基施工。

(4)其他高压缩性土

饱和的松散粉细沙(含部分粉质粘土)，亦属于软弱地基的范畴。当受到机械振动和地震荷载重复作用时，将产生液化现象。其他特殊土如湿陷性黄土、膨胀土、盐渍土、红粘土以及季节性冻土等特殊土的不良地基现象，亦属于需要地基处理的软弱地基范畴。

2 软弱地基处理方法

在堤防工程的建设中，软基处理已成为一个比较重要的问题。由于软基处理工作会对堤防工程的质量带来很大的影响，如果处理不好还可能影响到工程本身安全和防洪安全，甚至造成保护区内人身和经济损失。

软土地基处理方法按处理目的可分为沉降处理和稳定处理两大类。沉降处理主要是加速固结沉降(加速地基沉降，减小有害的剩余沉降量)、减小总沉降量(减小地基的沉降)。稳定处理主要是控制剪切变形(制止周围地基因荷载作用发生隆起或流动)、阻止强度降低、促进强度增长(加速地基强度增长)、增加抗滑阻力。软土地基处理按方法可分为表层处理、置换、固结排水、夯实、挤密、胶结、加筋、热学等方法。

2．1 置换法

这是一种最为简单、原始的地基处理方法。其基本原理就是挖除不良的地基，诸如十分软弱的淤泥等，用其他材料回填密实。用于置换的材料因地而异，因事而异。用好土置换是最普通的，但必须严格控制回填土的含水量和压密程度。当不良地层埋藏较深，不易挖除时，则常用其他方式加以置换，如块石、砂砾换填等。

2．2 加筋法

其原理是在土体中埋置土工合成材料(土工织物、土工格栅等)、金属板条形成加筋土垫层，增大压力扩散角，提高承载力、减少沉降，也可用于形成筋土挡土墙，适用于堤坝软土软基处理。使用的主要材料包括各种筋材，如土工格栅、土工织物等。在格栅加固岩土工程结构中，通过将土工格栅埋入填土中，依靠格栅与土体的相互摩擦作用以及格栅网眼所具有的特殊的嵌锁、咬合作用，限制其上下土体的侧向变形，增加土体的稳定性，以弥补土体的抗拉弱性之缺陷。由于其具有限制土体侧向变形及一定的竖向变形能力，因此在公路软基处理中大量使用。在堤防软基处理中也有一定的应用［2、3］。

2．3 堤身自重挤淤法

堤身自重挤淤法是通过逐步加高的堤身自重将处于流塑态的淤泥或淤泥质土外挤，并在堤身自重作用下使淤泥或淤泥质土中的孔隙水应力充分消散和有效应力增加，从而提高地基抗剪强度的方法。在挤淤过程中为了不致产生不均匀沉陷，应放缓堤坡、减慢堤身填筑速度，分期加高。其优点可节约投资，缺点是施工期长。此法适合于地基呈流塑态的淤泥或淤泥质土，且工期不太紧的情况下采用。

2．4 预压法

预压法或谓为预固结法，即在构筑物建造之前就用比设计荷载为大或相当的荷载施加于需处理的地基之上，促使地基产生固结，从而提高其强度，减少今后的沉降值。预压法又可分为加载预压和真空预压两大类。预压法适用于粘性土的地基如冲积层及吹填层等;当用于路基等高填土时，主要是完成沉降。

2．5 强夯法

用强夯法处理地基的基本原理和用传统的夯实法是相同的，都是利用夯锤落下的动能所转化而成的夯击能压实、固结影响所及的土层。强夯法一般适用于碎石土、砂土、低饱和度的粉土和粘性土。对于饱和度较高的粘性土，一般加固效果不显著，但可往夯锤形成的坑穴中回填砂、石料在表层起动力置换的作用。

2．6 深层搅拌法

深层搅拌法是用水泥、石灰等固化材料用旋转的搅拌翼以机械方式和地基土强制搅拌、混合后形成水泥土或石灰土的复合地基达到加固软弱地基之目的。

深层搅拌法通常可分为水泥浆湿法和水泥或生石灰粉干法两种。为提高其抗弯、抗剪强度，可用H钢等型钢埋入墙中。这些埋入搅拌桩桩身中的型钢，一般在工程完成后可以回收，但事先宜在型钢表面作降低表面摩阻力的特殊处理。深层搅拌法适用于各种软土地基，在砂性地层中的强度较粘性地层中高。根据不同的搅拌机械，处理的深度在国外可达66m，目前在国内已有达26．5m的报导。

2．7 注浆法

将水泥浆、粘土浆或化学浆液注入待处理地基的孔隙之中，以提高其强度和止水性能的方法称为注浆法。能否实现渗透注浆，关键是被处理地基的渗透性能，或可以地基土壤的颗分和粒径作为指标。

2．8 电渗法

电渗法是一种在土中插入金属电极，并通以直流电，在电场作用下，土中水从阳极流向阴极，产生电渗，从而降低高黏性土的含水率或地下水位，以改善土性的加固方法。电渗加固效果对土颗粒大小并不敏感，但在外加直流电场的作用下，部分弱结合水可以摆脱静电场的束缚被排出，这是电渗法的优势所在，即电渗不仅可以排出自由水，还可以排出弱结合水。

3 堤防软弱地基处理方法应用实例

地基处理方法很多，各种方法均有一定的适用及实用性。选择处理方法应结合软土性质、厚度等特征，施工环境及条件等因素综合考虑。堤防工程本身为土质材料，荷载相对较小，对基础变形适应性强，同时水利工程投资控制较严，软基处理方法的选择主要考虑效费比。运用较广泛的主要有置换法、堤身自重挤淤法，这几种方法不需要专门设备，施工简单，对施工环境、场地要求低。