河道堤防软土地基处理技术创新性探究

段志刚 陈义刚

1.中国水利水电第十一工程局有限公司，河南 郑州 450001

2.中国水利水电第十一工程局有限公司，河南 三门峡 472000

我国基础工程及软地层基础处理技术虽然起步较欧美国家晚，但是近十几年来随着我国基本建设规模不断扩大，软地层处理技术得到飞速发展，主要表现在以下三个方面：一是软地层处理技术得到普及和提高；二是软地层处理能力得到提高；三是软地层处理理论得到发展。

1 河道软地层特征

软土具有含水量高、孔隙大、流变性高、可塑性强、高压缩性、地基承载能力较低等特性。软土土体包括淤泥质土、淤泥、高压缩性土体三种类型。河道防护工程软地层对水利工程建设带来不良影响，其因素特点具体分析如下。

1.1 含水率高、透水性差

软土含水量大，渗透参数取值低于标准土质，透水性低，竖向渗透系数比较小。这样的软土作为河道防护工程的地基，会影响排水性及建筑结构稳定性。地基土中较高的孔隙水压力导致河道防护工程建筑的沉降时间延长，短期内不能完成沉降，使河道防护工程建筑的质量长期受到影响[1]。

1.2 高孔隙比、高压缩性

软土土体天然孔隙比一般在1.0～2.0之间。并且软土土体含水量大，比液限标准大很多，一般是50%～70%甚至更高。造成这种现象的原因是土质中的颗粒在缓慢沉积过程中胶结在一起，但是却没有进行压密处理，使其具有高压缩性。高压缩性的软地层会给建筑工程施工带来很大风险。

1.3 高灵敏度

软土具有较高的灵敏度，在水利工程地基上开挖基坑或进行软地层处理时，高频率的震动会导致软土结构破坏，这不仅会大大降低软土的强度，而且还会将软土变成稀释的半液体状态[2]。

2 河道软地层处理技术创新性措施

在对河道软地层采取处理措施前，需要全面了解软地层特性，在具体河道工程建设中要针对不同的软地层土质和不同的软地层深度，选用不同的基础处理办法。

2.1 换填法

换填法适用于浅层软地层处理，包括淤泥、淤泥质土、松散素填土、杂填土、已完成自重固结的吹填土等软地层处理，以及暗塘、暗沟等浅层处理和低洼区域的填筑。该处理方法的优点是直观、高效，不留后患，施工不受工期限制，缺点是处理深度浅，当处理深度大于3m时，开挖量及回填量较大，处理费用较高，不经济，且还需解决弃土（淤泥）堆放的问题。实际工作中我们会根据情况，结合当时材料市场情况，对于稻田及深度小于1m的鱼塘之类较浅深度的软地层段，主要采用黏土换填法。由于该类软地层深度较浅，软地层换填量较小，并且换填之后易于压实，采用换填黏土的方法既简单又快捷，黏土料为现场取土，节约了材料成本。

2.2 松木桩处理法

松木桩作为传统且简单的基础处理方式，其强度高且密度小，弹性和韧性好，可承受一定冲击作用，广泛适用于各种不含砂砾石等坚硬物体的软地层处理。当土质为软地层且埋深较深时，松木桩可用作挤密桩使用。通过对桩端施加外力作用，使桩身深入土体，由于其吸湿性及湿胀干缩性，在吸水后体积膨胀，对桩间土有进一步的挤密作用，对临近土体形成挤压力，从而增加土层的密实度，达到增大承载力的要求。此外，松木桩富含松脂，防腐性能良好，在淤泥、淤泥质土的基础处理中具有很好的适应性。但松木桩由于桩长限制（一般不长于6m），处理深度受限，同时也限制其处理后地基的承载力。对于深度大于1m，小于6m的鱼塘及河道之类中等深度软地层，施工现场采用松木桩处理法，避免大规模开挖和换填，节省大量施工时间，加快施工进度，施工方法简单，且松木桩在当地容易采购，运输方便，较好地达到预期效果。

2.3 抛石挤淤法

抛石挤淤是指向淤泥质土中抛投一定数量和大小的块石，借助其自身的重力和在外力的作用下，将块石抛投到需要处理的淤泥质土以及淤泥地基中，把原地基中的淤泥质土以及淤泥挤出去，这样一来，块石起到承重材料的作用，空隙中部分残留的淤泥可以起到胶结的作用，通过两者的共同作用提高基础强度，达到地基加固的目的。

2.4 复合处理方法

对于地质极差的地段，要分析考虑不同部位的受力特性，在不同深度及不同部位分别采取不同的处理方式进行基础处理，即复合处理方法。如果地质情况与设计图纸存在较大差异，基础面下部存在有大量淤泥及淤泥质粉质黏土，具体深度不明确，若采用单一换填法，无论换填黏土、块石或塘渣，在不知软地层深度的情况下会因开挖量及换填量过大而导致成本增加过多。根据原有施工图纸，采用松木桩法进行基础处理，施工完成后进行沉降监测，在后续一个星期内沉降量高达80mm。如果松木桩长度6m，而软地层深度可能远远超过6m，松木桩无法打入持力层中，单靠挤密后的摩擦力无法满足设计承载力要求，则采用单一松木桩处理法已无法满足施工需求。

2.5 预压砂井法

预压法是在加压系统与排水系统互相作用与支撑下，排出地基土空隙中的水。当堆载预压和真空预压联合使用时又称真空联合堆载预压法。其操作的惯用做法是：第一步先清除掉需要加固地基表面的土，然后上铺砂垫层；第二步垂直下插塑料排水板，砂垫层中横向布置排水管，用以改善加固地基的排水条件；第三步在砂垫层上铺设密封膜，用真空泵将密封膜以内的地基气压抽至80kPa以上。该法由于加固时间过长，抽真空处理范围有限，因此只适用于工期要求较宽的淤泥或淤泥质土地基处理，而流变特性很强的软黏土、泥炭土则不宜采用。

2.6 强夯法

一般采用80kN及以上的夯锤，称之为强力夯实。起吊通常要吊到比较高的位置，日常工作中大概是6～30m左右，然后让锤自由落下，从而实现对土的夯实效果。反复夯实以后，会使土体的空隙得到最大力度的压缩，同时夯点周围产生的裂隙为孔隙水的出逸提供方便的通道，有利于土的固结，从而提高了土的承载能力，而且夯后地基由建筑荷载所引起的压缩变形也将大为减小。此种方法比较适合于滨海沉积层（粉土、黄土、泥炭、杂填土等地基）和河流冲积层。

2.7 土工合成材料加筋加固法

将土工合成材料用平铺的方式铺在堤防地基表面，从而加大地基，有助于堤防荷载平均分布在地基中。当地基可能出现塑性剪切破坏时，土工合成材料可起到阻止破坏面形成或减少破坏发展范围的作用，从而达到提高地基承载力的目的。除此之外，土木合成材料和地基土之间的相互摩擦会使地基土的侧向发生变形，继而改变地基的稳定性。