水利堤防工程軟土地基的處理

黃文安

（廣西恒廣建筑工程有限公司，廣西 南寧 532200）

1 水利工程軟土地基的特性

軟粘土中最常見的、工程地質(zhì)性質(zhì)最差的要數(shù)淤泥或淤泥質(zhì)土，通常工程上把天然孔隙比大于或等于1.5的亞粘土、粘土稱為淤泥，而把孔隙比大于1.0小于1.5的粘土稱為淤泥質(zhì)粘土，其主要特性有：

1.1孔隙比和天然含水量大。我國軟土的天然孔隙比一般e=l～2之間，淤泥和淤泥質(zhì)土的天然含水量w=50～70%，一般大于液限，高的可達(dá)200%。

1.2壓縮性高。我國淤泥和淤泥質(zhì)土的壓縮系的一般都大于0.5MPa-1，建造在這種軟土上的建筑物將發(fā)生較大的沉降，尤其是沉降的不均性，會造成建筑物的開裂和損壞。

1.3透水性弱。軟土含水量大，可是，透水性卻很小，滲透系數(shù)k≤1（mm/d）。由于透水性如此微小，土體受荷載作用后，往往呈現(xiàn)很高的孔隙水壓力，影響地基的壓密固結(jié)。

1.4抗剪強(qiáng)度低。軟土通常呈軟塑-流塑狀態(tài)，在外部荷載作用下，抗剪性能極差，根據(jù)部分資料統(tǒng)計，我國軟土無側(cè)限抗剪強(qiáng)度一般小于30kN/m2（相當(dāng)于0.3kg/cm2）。不排水剪時，其內(nèi)磨擦角幾乎等于零，抗剪強(qiáng)度僅取決于凝聚力 C，C＜30kN/m2，固結(jié)快剪時，Φ-般為5～150。因此，提高軟土地基強(qiáng)度的關(guān)鍵是排水。如果土層有排水出路，它將隨著有效壓力的增加而逐步固結(jié)。反之，若沒有良好的排水出路，隨著荷載的增大，它的強(qiáng)度可能衰減。在這類軟土上的建筑物盡量采用“輕型薄壁”，減輕建筑荷重。

1.5靈敏度高。在水利工程的地基中的軟粘土的抗剪能力比較強(qiáng)，特別是在沒有受到破壞的時候，但是一旦受到破壞，特別是對軟土層的擾動情況，其抗剪能力降低的特別快，這種情況我們通常用靈敏度來表示，一般情況下的軟土層的靈敏度在三到四之間，也會有更高的情況。所以我們在進(jìn)行修筑堤壩的時候一定要注意最好不要對地基的軟土層進(jìn)行擾動。

2 軟土地基上堤防失穩(wěn)的破壞機(jī)理

水利堤防工程的地基經(jīng)常出現(xiàn)滑動破壞，這會造成建筑物的下沉。而引起滑動破壞的原因是在地基中的某個面的剪應(yīng)力受到外來的壓力，超出了所能承受抗剪能力的范圍，使地基的平穩(wěn)性發(fā)生了破壞，就出現(xiàn)了地基滑動破壞的現(xiàn)象。造成剪應(yīng)力增加的原因主要分為地基自身原因和外部原因，建筑物地基自身的抗剪能力就小，所能承受的外界壓力就??；外部原因主要有常年水位的升降產(chǎn)生的壓力；地震對地基產(chǎn)生的突然性的巨大壓力；降雨使土體的重量增加，對地基的壓力也就增加等。

對堤防工程進(jìn)行穩(wěn)定分析時，通常是將假想滑動面以上土體看作剛體，并以它為脫離體，分析在極限平衡條件下其上各種作用力，并以整個滑動面上的平均抗剪強(qiáng)度與平均剪應(yīng)力之比來定義它的安全系數(shù)，即：

式中：Fn-堤防穩(wěn)定安全系數(shù)；T1-滑動面處土體的平均抗剪強(qiáng)度；T-作用于滑動面上的平均剪應(yīng)力。

Fn＞1土體處于穩(wěn)定狀態(tài)；Fn＜1土體處于滑動狀態(tài)或有滑動的趨勢；Fn=1，土體處于臨界狀態(tài)。因此，要使處于滑動狀態(tài)或有滑動趨勢的土體達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，必須Fn＞1堤防：工程等級不同，F(xiàn)n取值也不同，通常1.05～1.30之間），通常有兩種方法：①提高土體的抗剪強(qiáng)度，使孔隙水應(yīng)力充分消散，如對地基進(jìn)行加固等；②減小作用在土體上的剪應(yīng)力，如減小堤防的橫斷面積，盡量避免對堤防的擾動等。第一種方法在工程中被廣泛采用。

3 軟土地基上筑堤常用的地基處理方法及適用條件

3.1 堤身自重擠淤法

此種方法顧名思義就是通過逐漸加重堤壩自身的重量把處于地基中的淤泥擠到外面去，而且也可以使地基中淤泥的水分減少，可以有效的增加地基的應(yīng)力，也就可以加強(qiáng)堤壩地基的抗剪能力，進(jìn)而達(dá)到地基加固的目的。堤身自重擠淤法的優(yōu)點(diǎn)是用很少的投資達(dá)到地基加固的效果，但是它的缺點(diǎn)是施工使用的時間比較長，所以適用于工期不太緊張的時候，建筑物的地基是屬于淤泥的土質(zhì)。

3.2 拋石擠淤法

此種方法操作起來比較簡單便捷，不需要太多的技術(shù)含量，所需要的資金也比較少，也同樣適用于屬于淤泥土質(zhì)的地基。這種方法的原理主要就是通過把體積比較大的石塊放進(jìn)需要進(jìn)行加固的地基中，把地基總的淤泥擠走，使地基加固，具體步驟是把堅(jiān)硬的不容易風(fēng)化的直徑≥30厘米的石塊拋進(jìn)水利堤壩地基當(dāng)中，石塊拋的方向應(yīng)該與地基的下臥地層的橫坡的方向一致并且向兩邊進(jìn)行擴(kuò)展；當(dāng)?shù)鼗臋M坡非常陡的時候，我們可以把石塊自高處向低處直接拋。

3.3 墊層法

此種方法也可以稱為替換法，就是把需要加固的地基中的軟土挖出，然后在把已經(jīng)選定好的沙石等透水性比較好、強(qiáng)度比較大的材料作為回填土，用人工或機(jī)械的方式填到地基當(dāng)中。這種方法適用于水利堤壩的地基埋的比較淺，挖的范圍不大的工程，它的優(yōu)點(diǎn)在于投入資金少、施工技術(shù)簡單。

3.4 預(yù)壓砂井法

此種方法的主要就是通過一定的系統(tǒng)方式把地基土體中的水分壓出去，已達(dá)到加固地基的作用。我們通常采用加壓系統(tǒng)和排水系統(tǒng)，通過加壓可以減低地下水的水位，而排水系統(tǒng)可以用排水沙溝對地基軟土中的水進(jìn)行排除，這樣就可以加大地基的承載能力。

3.5 旋噴法

此種方法主要通過旋噴機(jī)來產(chǎn)生旋噴柱以達(dá)到加固地基的目的。把旋噴機(jī)的噴嘴放置于要加固的地基層面上，在向上提拉的同時使噴嘴高速旋轉(zhuǎn)，使旋噴機(jī)中的水泥混凝土噴射出來于要加固的地基混合在一起并凝固成為旋噴樁。主要使用在軟粘土和細(xì)沙的地基加固中。

3.6 強(qiáng)夯法

此種方法就是通過壓縮地基土體的縫隙，達(dá)到加固地基的作用。我們可以把8tf的夯錘從高處拋下，砸實(shí)地基土體。對于土體的夯實(shí)只是一定范圍內(nèi)的，周圍土體中的縫隙可以有助于土體中的水分流出，使土體固結(jié)，從而可以提高地基的加固作用及土體的承載能力，也能夠有效的減少建筑物荷載對地基的壓力作用，這種方法適用于河流的沖擊河床建筑物。

3.7 土工合成材料加筋加固法

此種方法主要是通過增大地基的受力面積的方法，減少地基所承受的負(fù)荷。在地基上平鋪土工合成材料，這樣就會使地基的受力變的均勻，減少對于地基的破壞，從而達(dá)到增大地基的承載能力。同時，地基和合成材料之間的摩擦也可以減少地基的側(cè)面變形，從而加大了地基的穩(wěn)固性。

結(jié)語

地基對于水利堤壩工程建設(shè)具有非常重要的作用，我們通過這些方法基本可以有效的處理軟土地基塌陷的現(xiàn)象，這些方法并不是萬能的，我們需要根據(jù)具體的工程情況，并且積極的總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，才能更好的保證工程的質(zhì)量。

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[2]劉紅軍，陶夏新.季凍區(qū)濕地軟土地基固結(jié)變形特性研究[M].巖土工程學(xué)報，2009-09-15.