關(guān)于中原地區(qū)土壩軟基處理技術(shù)的探討

孫 超,申 粵

(1.華北水利水電大學(xué) 水利學(xué)院，河南 鄭州 450045；2.南水北調(diào)中線干線工程建設(shè)管理局，河南 鄭州 450046)

軟土地基地質(zhì)特性復(fù)雜，主要由黏土、粉土以及細微顆粒含量較多的松軟土、孔隙大的有機質(zhì)土、泥炭及松散砂等土層構(gòu)成，具有高壓縮性、高靈敏度、高流變性和低強度、低滲透系數(shù)等工程特性[1]?；谛藿ㄍ翂翁攸c為投資少、易取材、易施工、對地基基礎(chǔ)要求較低，中原地區(qū)在山區(qū)河流河灘上建壩多采用土壩。然而該地區(qū)淤泥地基并不能滿足土壩對地基基礎(chǔ)的要求，所以軟土地基處理在水利工程施工中具有實際意義。

為確保水利工程大壩地基施工質(zhì)量安全，一般常用的地基處理方式有開挖換土法、鋪排水墊層法、壓重平臺法、鋪墊土工合成材料法、分級填土控制加荷速率法等。以下對軟土地基的部分常用處理方法進行了歸納總結(jié)，并以某水庫為例對處理方法的選擇進行了闡述。

1 軟土地基常用處理方法

1.1 開挖換土法

開挖換土法是將地基土層的軟弱土、濕陷性土、膨脹土、凍土等的一部分或全部挖除，把受附加應(yīng)力較大的軟土土層用密度大、強度高的土料來代替[2]。選用壓密性較好的土料可以形成良好的持力層，使荷載充分滿足設(shè)計要求，如灰土、礦渣、砂土等。土料置換后還應(yīng)立即夯實回填的土料，使地基穩(wěn)定性和抗變形能力得到提高，從而增加地基承載力。這種方法一般適用于淺層地基處理，對于軟土土層厚度超過3 m的地基選擇其他方法較為適宜。

1.2 鋪排水墊層法

鋪排水墊層法是在軟土地基土層上面鋪設(shè)滲水性能較好的砂層，可選擇干地或水下拋填，使排水面增大，隨著填土荷載加大軟土層的水分就會滲出并被排走[3]。由于排水墊層需要直接鋪在軟土層上面，如果軟土層埋置較深，則實施起來較為困難。

1.3 壓重平臺法

在堤壩兩側(cè)用土、砂、砂礫石、石碴等重物堆放在軟土地基上，形成壓重平臺。壓重平臺的作用是使軟土地基固結(jié)，形成反壓荷載，將地基軟土壓密后再將荷載移除，這樣能增大軟土地基的抗剪強度，防止軟土地基發(fā)生側(cè)向破壞，增大地基承載力，有效減少工程完工后出現(xiàn)的沉降量[4]。這種方法操作較為便捷，效果良好，應(yīng)用較為廣泛。

1.4 鋪墊土工合成材料法

鋪墊土工合成材料法是在軟土地基堤壩底面上鋪設(shè)土工織物、土工格柵、土工席墊和砂石等土工合成材料，利用土體位移與拉筋產(chǎn)生的摩擦力使之形成加筋墊層，約束淺層地基軟土的側(cè)向變形，改善淺層軟土地基的應(yīng)力分布，可以增大地基強度和承載力，增強抗滑穩(wěn)定性，減少不均勻沉降，從而達到地基穩(wěn)固的目的[5]。這種方法對施工工藝要求較高 ，對于大型水利工程的施工具有一定難度。

1.5 分級填土控制加荷速率法

對于軟基土層不太厚、固結(jié)系數(shù)較大且施工期允許的情況，亦可采用分級填土法。間接停填，控制加荷速率，使壩基軟土有足夠時間排水固結(jié)，是分級填土法的技術(shù)重點。這種隨填土高度的增加而使強度增大的方法，可以確保軟土地基的穩(wěn)定性，但缺點是該方案要求施工工期較長。

1.6 旋噴法

旋噴法是隨著旋噴機插入土層的不同深度，按照一定的速率進行高壓噴射水泥固化漿液，使?jié){液與土體混合，最終凝固硬化而形成旋噴樁。這種方法較適宜由軟黏土和細沙土所組成的地基，而對有機成分較高的軟土層來說則不適宜此方法。

2 軟土地基處理方法的選擇

現(xiàn)以某水庫工程為例，對其土壩段軟土地基進行處理分析，該水庫土壩段全長3261 m，壩基二級階地存在的低液限黏土厚度為9～11 m，壓縮性較大，排水固結(jié)條件差，尤其是小泥河段(1+036.9～1+219.34)壩基屬極軟土層，工程地質(zhì)條件更差；一級階地壩基液化等級為中等～嚴重，液化深度7～10 m[6]。根據(jù)工程地質(zhì)條件可知，土壩軟基段大壩填筑后由于施工期孔隙水壓力不能及時消散，大壩建成后易出現(xiàn)較大沉降或不均勻沉降，壩體易出現(xiàn)裂縫、局部滑塌等現(xiàn)象。可液化段大壩完成后，如出現(xiàn)較大地震，地基將產(chǎn)生液化、壩基失穩(wěn)等，嚴重時可造成大壩變形或滑塌。

土壩壩基根據(jù)地質(zhì)存在的問題，需要處理的土壩段壩基分為如下三種情況：一是小泥河極軟土壩段，長約200 m；二是二級階地一般軟土壩段，總長約800 m；三是一級階地可液化砂層壩段，總長約1270 m。以上需要處理的壩段總長約2300 m，占土壩段壩軸線長度的72%。鑒于該土壩段壩基存在的工程地質(zhì)問題范圍較廣、面積較大且無法避開，如不采取合理的工程措施將危及大壩安全。所以從地基地質(zhì)情況、施工方法及后期使用等方面進行綜合考慮，在以上地基處理方法中初步選取了較為適合的兩種方案進行比選。

2.1 軟土挖除方案

軟土層距地面6～15 m，為保證壩坡穩(wěn)定，將該段地基下軟弱土層挖除。挖除軟土后采用兩種方案回填即低液限黏土回填和按壩體斷面回填。

(1)挖除軟土層后，回填強度較高的低液限黏土，然后填筑大壩。該方案低液限黏土回填116.0萬m3，另需基坑排水860臺班，共需工程投資6908萬元。

(2)挖除軟土后，直接按壩體斷面回填。該方案增加堆石填筑量65萬m3，黏土心墻增加37.3萬m3，石碴回填17.3萬m3,另需基坑排水860臺班，增加投資6647萬元(由于混凝土壩段開挖量有限，如果河槽段與一級階地均用堆石，部分堆石需要外購)。

2.2 壓重平臺方案

在有軟土地基的壩段采用壓重平臺方案處理，壓重寬度通過穩(wěn)定計算確定，寬度為10～25 m，該方案增加堆石量68.0萬m3，增加投資1357萬元(由于混凝土壩段開挖量有限，如果河槽段與一級階地均用堆石，部分堆石需要外購，該處堆石投資計算只考慮開挖利用)。

2.3 采用壓重平臺法處理軟基的部分實例

(1)浙江溪口水庫，壩基軟土層厚約9 m，其中上部為粉質(zhì)壤土，厚度約3～4 m，下部為飽和軟土，厚度約4～5 m，平均含水量為50%，液限為72%。壩高21 m，采用鎮(zhèn)壓層厚8 m，處理后效果良好。

(2)福建長汀縣英雄水庫，壩基第一層為耕土，厚約1 m，第二層為淤泥質(zhì)黏土，厚10 m多，局部地段有泥炭，最厚處約1.5 m，第三層為砂層。上游設(shè)壓重平臺，長86 m，厚2.25～6.50 m，下游壓重平臺長95 m，厚同上游。

(3)國外古巴Jibaooa壩，壩高約27.5 m，壩基軟土最大深度達55 m，大壩上下游采用壓重平臺處理。

(4)云南務(wù)坪水庫通過離心物理模型試驗、有限元固結(jié)計算、壩坡穩(wěn)定數(shù)值分析和振沖碎石樁生產(chǎn)性試驗, 確認了振沖碎石樁加固軟基、修筑14 m 高的反壓平臺預(yù)壓固結(jié)和分期施工綜合應(yīng)用方案修建，為我國軟基筑壩技術(shù)提供了一個很有參考價值的典范。

通過軟土挖除和壓重平臺兩種方案比照，結(jié)合某水庫工程實際情況和對以往工程實例的分析，本水庫工程土壩段擬選用投資較為節(jié)省的壓重平臺方案對土壩段軟土地基進行處理。

3 結(jié) 語

軟土地基因承載能力較差，易使大壩結(jié)構(gòu)受到影響，如處理欠妥，可導(dǎo)致大壩產(chǎn)生變形，甚至斷裂，這就使得水利工程的施工質(zhì)量受到了嚴重影響，軟基處理問題不可小覷。在選擇軟土地基處理方案時，需要結(jié)合工程的勘測資料、實際情況等來選取最優(yōu)方案，才能達到理想效果。

[1] 郭軍. 淺議強夯法處理高填方軟土地基技術(shù)[J].商情，2009(3)：192.

[2] 唐穎棟，曹云峰，侯小平，等.地基處理技術(shù)綜述[J].低溫建筑技術(shù)，2007(4):106-107.

[3] 賈飛宇.水利工程施工中軟基基礎(chǔ)處理技術(shù)[J].黑龍江水利科技，2015，43(1):143-145.

[4] 羅瑞敏，趙磊. 淺析公路設(shè)計中如何保證軟土路基穩(wěn)定[J].黑龍江交通科技，2005,28(10):23-24.

[5] 董耀群. 天津濱海新區(qū)市政道路工程軟土地基處理[D].天津：天津大學(xué),2014.

[6] 李文亮，劉蘭琴，吳昊，等. 河南省出山店水庫工程初步設(shè)計報告[R].鄭州：河南省水利勘測設(shè)計研究有限公司，2015.