關于中原地區土壩軟基處理技術的探討

孫 超,申 粵

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

軟土地基地質特性復雜，主要由黏土、粉土以及細微顆粒含量較多的松軟土、孔隙大的有機質土、泥炭及松散砂等土層構成，具有高壓縮性、高靈敏度、高流變性和低強度、低滲透系數等工程特性[1]。基于修建土壩特點為投資少、易取材、易施工、對地基基礎要求較低，中原地區在山區河流河灘上建壩多采用土壩。然而該地區淤泥地基并不能滿足土壩對地基基礎的要求，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，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，使荷載充分滿足設計要求，如灰土、礦渣、砂土等。土料置換后還應立即夯實回填的土料，使地基穩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，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，防止軟土地基發生側向破壞，增大地基承載力，有效減少工程完工后出現的沉降量[4]。這種方法操作較為便捷，效果良好，應用較為廣泛。

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生的摩擦力使之形成加筋墊層，約束淺層地基軟土的側向變形，改善淺層軟土地基的應力分布，可以增大地基強度和承載力，增強抗滑穩定性，減少不均勻沉降，從而達到地基穩固的目的[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、固結系數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，是分級填土法的技術重點。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，使漿液與土體混合，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]。根據工程地質條件可知，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，大壩建成后易出現較大沉降或不均勻沉降，壩體易出現裂縫、局部滑塌等現象。可液化段大壩完成后，如出現較大地震，地基將產生液化、壩基失穩等，嚴重時可造成大壩變形或滑塌。

土壩壩基根據地質存在的問題，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)云南務坪水庫通過離心物理模型試驗、有限元固結計算、壩坡穩定數值分析和振沖碎石樁生產性試驗, 確認了振沖碎石樁加固軟基、修筑14 m 高的反壓平臺預壓固結和分期施工綜合應用方案修建，為我國軟基筑壩技術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省的壓重平臺方案對土壩段軟土地基進行處理。

3 結 語

軟土地基因承載能力較差，易使大壩結構受到影響，如處理欠妥，可導致大壩產生變形，甚至斷裂，這就使得水利工程的施工質量受到了嚴重影響，軟基處理問題不可小覷。在選擇軟土地基處理方案時，需要結合工程的勘測資料、實際情況等來選取最優方案，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[J].商情，2009(3)：192.

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

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

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

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

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