堤防工程軟弱地基類型及處理方法分析

■袁曉峰，周英雄 ■江西省河道湖泊管理局，江西 南昌 330009

軟弱地基是指壓縮層主要由淤泥、淤泥質(zhì)土或其它高壓縮性土構(gòu)成的地基。其承載能力很低，一般不超過50KN/m2。在軟土地基修筑堤防工程，必須解決好四個(gè)方面的問題:(1)地基的強(qiáng)度和穩(wěn)定性問題;(2)地基的變形問題;(3)地基的滲漏和溶蝕問題;(4)地基的振動(dòng)液化與振沉問題。因此，軟弱地基類型及處理方法分析具有重要工程意義。

1 軟弱地基類型

對(duì)堤防軟弱地基的類型很多，成因復(fù)雜，因而造成它們在物理力學(xué)性能上的復(fù)雜性。它們的共同特點(diǎn)是承載力低、壓縮性高，主要可分為以下幾大類。

(1)淤泥及淤泥質(zhì)土

淤泥及淤泥質(zhì)土屬于海相、瀉潮相、河谷相、湖沼相等粘性沉積物或河流沖積物。其廣泛分布在我國東南沿海、天然含水量高、承載力(抗剪強(qiáng)度)低、軟塑到流塑狀態(tài)的飽和粘性土。其工程特性主要是具有觸變性、高壓縮性、低透水性、不均勻性以及流變性等。堤段如果淤泥質(zhì)土層較厚，土體極易產(chǎn)生不均勻沉陷，造成堤坍、開裂、危及堤防安全。從文獻(xiàn)［1］對(duì)洞庭湖區(qū)歷年堤垸潰決成因統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，此類地段出險(xiǎn)的機(jī)率最多，主要為軟土沉陷引引起的堤身開裂、滑坡、垮塌等嚴(yán)重險(xiǎn)情。鄱陽湖區(qū)重點(diǎn)圩堤主要坐落有第四系全新統(tǒng)沖積、湖積層組成的河流階地、湖灘上，上部以粉質(zhì)粘土、壤土、沙壤土、淤泥質(zhì)粘土為主、下部為淤泥質(zhì)粉砂、粉細(xì)沙、細(xì)砂、中砂、粗砂、礫砂及圓礫層，具明顯二元結(jié)構(gòu)，部分堤段淤泥質(zhì)土層較厚，歷年來不同程度發(fā)生過險(xiǎn)情。

(2)沖填土

沖填土是由水力沖填泥沙沉積形成的填土，常見于沿海地帶和江河兩岸。沖填土的特性與其顆粒組成有關(guān)，此類土含水量較大，壓縮性較高，強(qiáng)度低，具有軟土性質(zhì)。它的工程性質(zhì)隨土的顆粒組成、均勻性和排水固結(jié)條件不同而異，當(dāng)含砂量較多時(shí)，其性質(zhì)基本上與粉細(xì)砂相同或類似;當(dāng)粘土顆粒含量較多時(shí)，往往欠固結(jié)，其強(qiáng)度和壓縮性指標(biāo)都比天然沉積土差，則應(yīng)進(jìn)行地基處理。

(3)雜填土

雜填土是含有大量建筑垃圾、工業(yè)廢料及生活垃圾等雜物的填土。常見于一些較古老城市，附城圩1+700～2+400段就勘探發(fā)現(xiàn)為雜填土。它分布極不均勻，厚度變化大，有機(jī)質(zhì)含量較多，性質(zhì)也不相同。主要特性是土質(zhì)結(jié)構(gòu)比較松散，均勻性差，變形大，承載力低，壓縮性高，有浸水濕陷性，一般需要經(jīng)處理才能進(jìn)行建筑物或者構(gòu)筑物地基施工。

(4)其他高壓縮性土

飽和的松散粉細(xì)沙(含部分粉質(zhì)粘土)，亦屬于軟弱地基的范疇。當(dāng)受到機(jī)械振動(dòng)和地震荷載重復(fù)作用時(shí)，將產(chǎn)生液化現(xiàn)象。其他特殊土如濕陷性黃土、膨脹土、鹽漬土、紅粘土以及季節(jié)性凍土等特殊土的不良地基現(xiàn)象，亦屬于需要地基處理的軟弱地基范疇。

2 軟弱地基處理方法

在堤防工程的建設(shè)中，軟基處理已成為一個(gè)比較重要的問題。由于軟基處理工作會(huì)對(duì)堤防工程的質(zhì)量帶來很大的影響，如果處理不好還可能影響到工程本身安全和防洪安全，甚至造成保護(hù)區(qū)內(nèi)人身和經(jīng)濟(jì)損失。

軟土地基處理方法按處理目的可分為沉降處理和穩(wěn)定處理兩大類。沉降處理主要是加速固結(jié)沉降(加速地基沉降，減小有害的剩余沉降量)、減小總沉降量(減小地基的沉降)。穩(wěn)定處理主要是控制剪切變形(制止周圍地基因荷載作用發(fā)生隆起或流動(dòng))、阻止強(qiáng)度降低、促進(jìn)強(qiáng)度增長(加速地基強(qiáng)度增長)、增加抗滑阻力。軟土地基處理按方法可分為表層處理、置換、固結(jié)排水、夯實(shí)、擠密、膠結(jié)、加筋、熱學(xué)等方法。

2．1 置換法

這是一種最為簡單、原始的地基處理方法。其基本原理就是挖除不良的地基，諸如十分軟弱的淤泥等，用其他材料回填密實(shí)。用于置換的材料因地而異，因事而異。用好土置換是最普通的，但必須嚴(yán)格控制回填土的含水量和壓密程度。當(dāng)不良地層埋藏較深，不易挖除時(shí)，則常用其他方式加以置換，如塊石、砂礫換填等。

2．2 加筋法

其原理是在土體中埋置土工合成材料(土工織物、土工格柵等)、金屬板條形成加筋土墊層，增大壓力擴(kuò)散角，提高承載力、減少沉降，也可用于形成筋土擋土墻，適用于堤壩軟土軟基處理。使用的主要材料包括各種筋材，如土工格柵、土工織物等。在格柵加固巖土工程結(jié)構(gòu)中，通過將土工格柵埋入填土中，依靠格柵與土體的相互摩擦作用以及格柵網(wǎng)眼所具有的特殊的嵌鎖、咬合作用，限制其上下土體的側(cè)向變形，增加土體的穩(wěn)定性，以彌補(bǔ)土體的抗拉弱性之缺陷。由于其具有限制土體側(cè)向變形及一定的豎向變形能力，因此在公路軟基處理中大量使用。在堤防軟基處理中也有一定的應(yīng)用［2、3］。

2．3 堤身自重?cái)D淤法

堤身自重?cái)D淤法是通過逐步加高的堤身自重將處于流塑態(tài)的淤泥或淤泥質(zhì)土外擠，并在堤身自重作用下使淤泥或淤泥質(zhì)土中的孔隙水應(yīng)力充分消散和有效應(yīng)力增加，從而提高地基抗剪強(qiáng)度的方法。在擠淤過程中為了不致產(chǎn)生不均勻沉陷，應(yīng)放緩堤坡、減慢堤身填筑速度，分期加高。其優(yōu)點(diǎn)可節(jié)約投資，缺點(diǎn)是施工期長。此法適合于地基呈流塑態(tài)的淤泥或淤泥質(zhì)土，且工期不太緊的情況下采用。

2．4 預(yù)壓法

預(yù)壓法或謂為預(yù)固結(jié)法，即在構(gòu)筑物建造之前就用比設(shè)計(jì)荷載為大或相當(dāng)?shù)暮奢d施加于需處理的地基之上，促使地基產(chǎn)生固結(jié)，從而提高其強(qiáng)度，減少今后的沉降值。預(yù)壓法又可分為加載預(yù)壓和真空預(yù)壓兩大類。預(yù)壓法適用于粘性土的地基如沖積層及吹填層等;當(dāng)用于路基等高填土?xí)r，主要是完成沉降。

2．5 強(qiáng)夯法

用強(qiáng)夯法處理地基的基本原理和用傳統(tǒng)的夯實(shí)法是相同的，都是利用夯錘落下的動(dòng)能所轉(zhuǎn)化而成的夯擊能壓實(shí)、固結(jié)影響所及的土層。強(qiáng)夯法一般適用于碎石土、砂土、低飽和度的粉土和粘性土。對(duì)于飽和度較高的粘性土，一般加固效果不顯著，但可往夯錘形成的坑穴中回填砂、石料在表層起動(dòng)力置換的作用。

2．6 深層攪拌法

深層攪拌法是用水泥、石灰等固化材料用旋轉(zhuǎn)的攪拌翼以機(jī)械方式和地基土強(qiáng)制攪拌、混合后形成水泥土或石灰土的復(fù)合地基達(dá)到加固軟弱地基之目的。

深層攪拌法通?？煞譃樗酀{濕法和水泥或生石灰粉干法兩種。為提高其抗彎、抗剪強(qiáng)度，可用H鋼等型鋼埋入墻中。這些埋入攪拌樁樁身中的型鋼，一般在工程完成后可以回收，但事先宜在型鋼表面作降低表面摩阻力的特殊處理。深層攪拌法適用于各種軟土地基，在砂性地層中的強(qiáng)度較粘性地層中高。根據(jù)不同的攪拌機(jī)械，處理的深度在國外可達(dá)66m，目前在國內(nèi)已有達(dá)26．5m的報(bào)導(dǎo)。

2．7 注漿法

將水泥漿、粘土漿或化學(xué)漿液注入待處理地基的孔隙之中，以提高其強(qiáng)度和止水性能的方法稱為注漿法。能否實(shí)現(xiàn)滲透注漿，關(guān)鍵是被處理地基的滲透性能，或可以地基土壤的顆分和粒徑作為指標(biāo)。

2．8 電滲法

電滲法是一種在土中插入金屬電極，并通以直流電，在電場作用下，土中水從陽極流向陰極，產(chǎn)生電滲，從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。電滲加固效果對(duì)土顆粒大小并不敏感，但在外加直流電場的作用下，部分弱結(jié)合水可以擺脫靜電場的束縛被排出，這是電滲法的優(yōu)勢所在，即電滲不僅可以排出自由水，還可以排出弱結(jié)合水。

3 堤防軟弱地基處理方法應(yīng)用實(shí)例

地基處理方法很多，各種方法均有一定的適用及實(shí)用性。選擇處理方法應(yīng)結(jié)合軟土性質(zhì)、厚度等特征，施工環(huán)境及條件等因素綜合考慮。堤防工程本身為土質(zhì)材料，荷載相對(duì)較小，對(duì)基礎(chǔ)變形適應(yīng)性強(qiáng)，同時(shí)水利工程投資控制較嚴(yán)，軟基處理方法的選擇主要考慮效費(fèi)比。運(yùn)用較廣泛的主要有置換法、堤身自重?cái)D淤法，這幾種方法不需要專門設(shè)備，施工簡單，對(duì)施工環(huán)境、場地要求低。

3．1 實(shí)例一

共青聯(lián)圩上游段迎水面多處多次不同程度出現(xiàn)塌坡現(xiàn)象，為確保堤防加固安全，根據(jù)工程實(shí)際，對(duì)堤腳淤泥采取了塊石、風(fēng)化料、粘土料等換填方式，工程完工至今運(yùn)行正常，未發(fā)現(xiàn)大的異常。

3．2 實(shí)例二

三角聯(lián)圩裁彎取直段跨越一低洼地，堤基存在淤泥，為控制投資，采取進(jìn)占法筑堤，利用堤身自重?cái)D淤，減少了換填工程量，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

3．3 實(shí)例三

鄱陽湖區(qū)重點(diǎn)圩堤穿堤建筑物拆除重建過程中，基礎(chǔ)開挖后遇到不良地質(zhì)，設(shè)計(jì)單位主要采用了砂卵石換填，淤泥深度較大的一般采用塊石擠淤，均取得了較好效果。

4 總結(jié)

堤防工程軟弱地基類型很多，處理方法各不相同。在工程設(shè)計(jì)及施工中應(yīng)該根據(jù)堤防工程軟弱地基類型、部位等具體情況選擇適合的處理方法。

［1］高栩．洞庭湖區(qū)軟基堤防工程加固處理設(shè)計(jì)［J］．湖南水利水電，2004，(5):15-17．

［2］胡幼常．土工格柵加固道路軟基的試驗(yàn)研究［J］．巖土力學(xué)，1996，17(2):76-80．

［3］李索平，龔成亮．土工格柵砂礫墊層在軟弱地基路基加寬段的應(yīng)用設(shè)計(jì)［J］．公路，2001，(11):20-22．