水利工程中軟基處理方法及技術

王曉峰

（安徽水利開發股份有限公司第一分公司，安徽 蚌埠 233000）

1 前言

二十世紀九十年代以來，我國各地以保障水安全、營造人水和諧的水環境和實現水利現代化為目標，水利建設高潮迭起，相繼進行了城市防洪工程、水源工程、境外引水工程及農民飲用水工程等建設。另一方面，我國地域遼闊，地質情況復雜多變，軟土地基較多并分布較廣，在安徽地區的淮北平原、江淮丘陵、沿江平原也廣泛分布。軟土地基具有含水量高、壓縮性大、滲透性弱等特征決定了其在建筑物荷載的作用下變形大而不均勻，壓縮趨于穩定的時間長，并且軟土地基后期沉降大的特點往往會造成建筑物的不均勻沉降，甚至影響其正常使用或造成流土、管涌、構筑物坍塌等工程事故。本文基于以上背景，從研究軟地基的特點開始，分析處理軟土地基的幾種常用方法，并簡單分析了幾個處理水利工程中的軟基處理技術。

2 軟土地基的特點

2.1 高孔隙比。軟土的孔隙比一般要比同一環境下的重塑土的孔隙比高出20%-40%，試驗室土樣的孔隙比可達到1.9左右。軟粘土的這一特點與其緩慢沉積過程中顆粒接觸點形成一定的膠結從而阻止其進一步壓密有關。

2.2 高壓縮性。軟土壓縮曲線的初始段是很平緩的，當壓力超過某一屈服應力時出現陡降段近；當過了某一個壓力以后，就出現一個陡降段，在過了一段壓力區之后，土樣壓縮曲線斜率呈現出從突變到漸變的壓縮特性。

2.3 低透水性。軟土的不排水抗剪強度一般在20kPa以下，其透水性能弱，一般豎向滲透系數在10-8-10-6cm/s之間，對地基排水固結不利；在加載初期，地基中常出現較高的孔隙水壓力，影響地基沉降，使建筑物沉降的延續時間很長。

2.4 高靈敏度。高靈敏度體現在軟土的觸變性，當原狀軟土受到振動后，土結構的連接被破壞，強度降低或很快地使軟土變成稀釋狀態，易產生側向滑動、沉降和基底面側向擠出現象。

3 軟基處理方法及技術

軟土地基處理方法按處理目的可分為沉降處理和穩定處理兩大類。沉降處理主要是加速固結沉降、減小總沉降量；穩定處理主要是控制剪切變形、阻止強度降低、促進強度增長、增加抗滑阻力。常用的軟土地基處理方法簡單介紹如下：

3.1 樁基法

樁基法是當淤土層較厚時，難以大面積進行深處理所采用的方法。前期的樁基法常用技術包括水泥土攪拌樁、砂石樁、木樁等，隨著我國建筑業的發展，近些年普遍采用的是鋼筋混凝土預制樁。鋼筋混凝土預制樁原理是通過機械或人工成孔，在軟弱地基中填入混凝土；通過混凝土的放熱以及離子交換作用改善樁周圍土質的物理力學性質，并形成混凝土樁復合地基，可提高地基承載力、減少沉降。由于混凝土具有較強承載力，投資省，質量有保證，施工速度快等特點，得到普遍運用，鋼筋混凝土預制樁還具有抗水閘水壓力產生水平荷載，達到水平穩定作用。

3.2 換土墊層法

換土墊層法是當淤土層厚度較簿時采用的方法；采用淤土層換填砂壤土、灰土粗砂及水泥土等技術進行地基處理。換土法要回填有較好壓密特性土進行壓實，形成良好的持力層，從而改變地基承載力特性，提高抗變形和穩定能力。這種方法的原理是將基礎底面以下不太深的一定范圍內的軟弱土或不良土挖去，以質地堅硬、強度較高、性能穩定、壓縮性較小、具有抗侵蝕性的砂、礫、碎石、卵石、素土、灰土、煤渣、礦渣等材料分層充填，并同時以人工或機械方法分層壓、夯、振動，使之達到要求的密實度，形成良好的人工地基。墊層能有效擴散基底壓力，提高地基承載力、減少沉降、加速軟弱土層的排水固結、防止凍脹、消除膨脹土的脹縮作用等。適用于各種軟弱土及山地不良地基的淺層處理。

3.3 旋噴注漿法

高壓旋噴注漿法是利用氣壓、液壓或電化學原理將能夠固化的某些漿液注入地基介質中或建筑物與地基的縫隙部位。原理是通過在閘基中高壓旋噴灌漿形成水泥土摩擦樁，提高閘基承載力，達到控制沉降的目的。在噴射漿液的同時通過旋轉、提升形成定噴、擺噴和旋噴。可形成復合地基以提高承載力，減少沉降。灌漿漿液可以是水泥漿、水泥砂漿、粘土水泥漿、粘土漿及各種化學漿材如聚氨酯類、木質素類、硅酸鹽類等。適用于淤泥、淤泥質土、粘性土、粉土、黃土、砂土、人工填土和碎石土等地基。當土中含有較多的大塊石，或有機質含量較高時應通過試驗確定其適用性。灌漿法對加固淤泥軟土地基具有明顯效果，經過處理后基礎沉降基本能夠得到有效控制。

3.4 加筋法

加筋土是將抗拉能力很強土工合成材料(土工織物、土工格柵等)、金屬板條等埋置于土層中，利用土顆粒位移與拉筋產生摩擦力，使土與加筋材料形成整體，減少整體變形和增強整體穩定，提高承載力、減少沉降，提高地基強度，采用砂墊層中鋪設土工織物，由于土工織物受拉作用，調整了基底應力分布，地基側向位移和沉降卻相應減少，地基穩定性將大大提高。

3.5 加載預壓法

加載預壓法的原理是在建造建筑物之前，天然地基在預壓荷載作用下壓密、固結，地基產生變形，地基土強度提高，卸去預壓荷載后再建造建筑物，完工后沉降小，地基承載力也得到提高。堆載預壓有時也利用建筑物自重進行。當天然地基土滲透性較小時，為了縮短土體排水固結的排水距離，加速土體固結，在地基中設置豎向排水通道，常用形式有普通砂井、袋裝砂井、塑料排水板等。當采用豎向排水通道時，也分別稱為袋裝井法、袋裝砂井法或塑料排水帶法等。適用于軟粘土、粉土、雜填土、沖填土、泥炭土地基等。使用的主要材料主要是墊層材料用滲透系數大于10-3m/S、含泥量小于3%、級配較好的中粗砂;豎向排水通道之砂井法需用同墊層材料要求相同的砂，袋裝砂井法還需聚丙烯機織土工物，塑料排水帶法需塑料排水帶。

3.6 深層攪拌法

深層水泥攪拌樁技術適用于淤泥、淤泥質粉細砂地區處理地基，特別是在粉細砂地區用于水工建筑物的地基加固和防滲處理是可行的。原理是利用深層攪拌機將水泥或石灰和地基土原位攪拌形成圓柱狀、格柵狀或連續墻水泥土增強體，形成復合地基以提高地基承載力，減小沉降。深層攪拌法分為噴漿攪拌法和噴粉攪拌法兩種。也可用它形成防滲帷幕。適用于淤泥、淤泥質土和含水量較高、地基承載力不大于120KPa的粘性土、粉土等軟土地基。用于處理泥炭土或地下水具有侵蝕性時宜通過試驗確定其適用性。

3.7 真空預壓法

原理是在飽和軟粘土地基中設置豎向排水通道(砂井或塑料排水帶)和砂墊層，在其上覆蓋不透氣密封膜。通過埋設于砂墊層的抽水管進行長時間不斷抽氣和水，使砂墊層和砂井中造成負氣壓，而使軟粘土層排水固結。負氣壓形成的當量預壓荷載一般可達85Pka。適用于軟粘土、粉土、雜填土、沖填土、泥炭土地基等。使用的主要材料:墊層材料和豎向排水通道材料同堆載預壓法，不透氣密封膜材料為聚氯乙烯膜或線性聚乙烯薄膜。使用的主要機械設備:設置豎向排水通道機械同堆載預壓法，另外還需用真空泵、濾水管、集水管等。

4 總結

隨著現代工程技術的進步和不斷發展，軟土地基處理技術亦趨于完善。新的加固技術和新型材料不斷發展，軟土地基處理的方法也多種多樣，每種方法都有其適用范圍，許多軟土地基處理方法同時兼有幾種不同的處理效果；使用這些處理方法，可以進一步改進水利工程中的施工安全和進度問題。

[1]許曉東.水泥粉噴攪拌樁在水利工程中的應用與研究[J].廣西水利水電，2004.1.

[2]王后明.淺議中小型水利工程軟基處理方法及施工注意事項[J].治淮，2007.6.