曾岑 中山市水利水電勘測設(shè)計(jì)咨詢有限公司
為了保障經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,許多地方更加注重水利工程建設(shè)。在水利堤防工程中,軟土地基的處理是施工的重點(diǎn),也是施工作業(yè)中最為核心的內(nèi)容。處理效果關(guān)系工程的質(zhì)量以及后期的安全使用年限。從水利工程項(xiàng)目的實(shí)踐中發(fā)現(xiàn),堤防工程針對軟土地基的處理存在著多方面的難點(diǎn),因此處理方案的選擇非常關(guān)鍵。
水利提防工程施工會(huì)受到地理環(huán)境因素的影響,從施工現(xiàn)場來看,一些工程所在地多為松軟且濕度大的黏性土質(zhì),最為常見的土質(zhì)是淤泥質(zhì)地,此類質(zhì)地多為軟黏土。淤泥質(zhì)地由于土質(zhì)孔隙比多大于1.5,質(zhì)地條件較差。黏性土質(zhì)給工程地基的處理帶來了多方面的不利條件。此類土質(zhì)由于孔隙較大,壓縮性也比較高,如果地基處理不好會(huì)導(dǎo)致建筑物發(fā)生較大幅度的沉降,在發(fā)生沉降時(shí)還會(huì)分層,存在不均勻沉降現(xiàn)象,這會(huì)導(dǎo)致建筑物發(fā)生大面積的開裂,所以它的可靠性難以得到保證。此外,軟土基本身的含水量就比較多,透水性較弱,抗剪強(qiáng)度比較低,地基的穩(wěn)固性會(huì)受到影響,由此抗剪強(qiáng)度的減弱也會(huì)影響到工程的質(zhì)量。此類軟土基還具有較高的靈敏度,在水利工程施工時(shí),如果地基軟黏土還沒有發(fā)生破壞時(shí),它自身還具有較強(qiáng)的抗剪強(qiáng)度,但是如果發(fā)生破壞,強(qiáng)度會(huì)同時(shí)下降,因此在施工中要考慮到軟土基存在的不利影響。
2.1.1 砂墊層
針對軟土層,可以在頂面鋪砂墊層,這種方法可以保證淺層的排水效果,保證軟土中的水分在路堤自重的作用下加速發(fā)生沉降,這種方法可以縮短固結(jié)時(shí)間。但是對于基底應(yīng)力分布以及沉降量的大小變化不造成影響。此法更加適用于路堤高度小于2倍的條件下,還可以應(yīng)用于極限高度的施工區(qū)域(地基存在天然軟土,基底不適合采用特殊加固處理而需要采用快速施工來修筑路堤,可以保證填筑施工的最大高度)。此方法也可以應(yīng)用于軟土層及硬殼較薄的區(qū)域,或軟土表面低滲透性的硬殼區(qū)域。也可以適用于軟土層稍厚并且具備排水條件的區(qū)域。砂墊層施工操作簡便,不需要使用特殊機(jī)具,且設(shè)備占地面積較少。但需填筑速度會(huì)受到一定的影響,需要對加荷速率加以控制,以保證地基有充分時(shí)間排水固結(jié)??傊朔椒ㄟm用于施工期限不緊張,砂料充足、運(yùn)輸距離不遠(yuǎn)的施工區(qū)域。
2.1.2 反壓護(hù)道
針對路堤可以在兩側(cè)填筑特定寬度與高度的護(hù)道,用于提升路堤的荷載,這種方式可以增加抗滑力,可以使路堤下軟基沿兩側(cè)發(fā)生隆起從而實(shí)現(xiàn)受力平衡,以利于提高路堤的穩(wěn)定性。此方法更加適合于路堤高度小于1.5—2倍極限高度區(qū)域,因此廣泛應(yīng)用于非耕種區(qū)以及易于取土的地區(qū)。此方法借助反壓護(hù)道來對地基加固,不需采用特殊的機(jī)具設(shè)備,施工簡單易行,并且占地面積不多,但是土用量大,后期會(huì)發(fā)生大的沉降,增加了養(yǎng)護(hù)工作量。
2.1.3 土工聚合物處治
針對路堤底部的施工,可以采用土工布鋪設(shè),借助路基的自重作用會(huì)有抗滑力矩產(chǎn)生,有利于增強(qiáng)路基的穩(wěn)定性。在軟土地基加固施工中,土工布中還具有多種作用,如排水、分散應(yīng)力、隔離、加筋補(bǔ)強(qiáng)。連接土工布可以采用搭接法,也可以采用縫接法。當(dāng)前縫接法常用方法包括一般縫法、丁縫法、蝶形法。土工格柵對于堤防的加固機(jī)理要實(shí)現(xiàn)格柵與土的共同作用。通??梢岳斫鉃樵鰪?qiáng)了格柵表面與土之間的摩擦力。格柵孔眼對于土層的穩(wěn)定與格柵肋的固定具有抗阻作用。產(chǎn)生的作用可以對土壤顆粒產(chǎn)生約束作用,防止顆粒發(fā)生側(cè)向位移,從而有利于提升土體的穩(wěn)定性,這對于土層的加固效果要高于其他類型的土工織物。應(yīng)用此方法可以提升地基的承載力,保證施工進(jìn)度;延緩軟基地段發(fā)展沉降量的進(jìn)展,還可以縮短工期,保證公路可以及早完工。
2.2.1 開挖換填法
此方法需先全部挖除或部分挖除軟弱地基層,回填選擇透水性好的材料(如砂石、鋼渣等)。此方法的優(yōu)勢簡單易行,技術(shù)也易于掌握;特別適用于軟基較淺的泥沼地。在處理深層軟基時(shí),如果沉降較多的路基、橋涵、引道等,要考慮采用其它的施工方法。
2.2.2 拋石擠淤法
此方法是向路基底部拋投不同規(guī)格的片石,將基底的淤泥擠出,以增加地基的強(qiáng)度。此方法的優(yōu)勢是施工簡單、快捷、易于實(shí)現(xiàn)。此方法特別適用于積水發(fā)生的洼地,由于難以排水,泥炭為流動(dòng)狀態(tài),積層較薄,表層沒有硬殼,故片石可以沉于底部泥沼地,或厚度較淺的軟土。此方法還可以應(yīng)用于地面軟弱,機(jī)械無法進(jìn)入的區(qū)域,或表面有積水難以排除的區(qū)域,也適用于石料豐富、運(yùn)輸距離較短的施工。
2.2.3 爆破排淤法
此方法是將炸藥放置于軟土或泥沼中,借助爆炸產(chǎn)生的張力作用將淤泥或泥沼分離,再回填較高強(qiáng)度并混入一定比例如砂礫、碎石的滲水性土壤。爆破排淤作為一種換土施工方法,通常適用于換填深度大、需要施工效率高的區(qū)域,另外軟土、泥沼均可以應(yīng)用。如果淤泥(泥炭)層的稠度大、厚度大,路堤位置較高、工期要求緊迫時(shí),路段內(nèi)沒有構(gòu)造物,路基可以承載力均衡,即使發(fā)生整體沉降對道路不會(huì)破壞時(shí),可以考慮采用換填的方式。但針對橋涵構(gòu)造物以及引道的施工,可以考慮選擇其他方法。爆破排淤法可以分為兩類,一類是先在原地基礎(chǔ)上填筑低于最大高度的料層,在基底下實(shí)施爆破,這種方法多用于稠度大的軟土層。另一類采用先爆后填的方式,適用于回淤較慢、稠度小的軟土。
2.3.1 堆載預(yù)壓法
此方法適用于修筑路堤發(fā)生在軟基上,借助填土堆載預(yù)壓的方式,地基土實(shí)現(xiàn)壓密、沉降,以提高地基強(qiáng)度,預(yù)防路堤施工后發(fā)生沉降。堆載預(yù)壓法對于不同種類的軟弱地基都具有效果。此方法的施工材料與機(jī)具簡單,操作方便。但是堆載、預(yù)壓要有充足的時(shí)間,適合工期不緊的施工。深厚飽和軟土,由于排水固結(jié)需要較長的時(shí)間,需要許多堆載材料,實(shí)施會(huì)受到一定的限制。
2.3.2 其他重壓法
真空預(yù)壓法:此方法是借助大氣壓強(qiáng)實(shí)施等效堆載,通過預(yù)壓法對于軟基實(shí)施加固。即借助真空抽氣設(shè)備的應(yīng)用產(chǎn)生密封作用,軟弱地基受到真空負(fù)壓力的作用,土壤顆粒間存在的自由水、空氣可以順著縱向排水通道發(fā)生流動(dòng),到達(dá)軟基的砂層中,通過砂墊層發(fā)生過濾然后排入到軟基密封膜的外部,實(shí)現(xiàn)土體的固結(jié)。此方法可以適用于土壤含水量高、土壤顆粒間隙較大、土層強(qiáng)度低、滲透系數(shù)小、固結(jié)系數(shù)不高的黏土。
真空預(yù)壓結(jié)合堆載預(yù)壓法:將堆載預(yù)壓與真空預(yù)壓加以結(jié)合,其應(yīng)用原理近似于真空預(yù)壓,但是加載的壓力更大,可以縮短一半以上的預(yù)壓時(shí)間。
此方法是針對砂井,借助振動(dòng)打樁機(jī)(沖擊式或振動(dòng)式)及下部的樁管形成砂井。施工時(shí)要保證避免發(fā)生"縮頸",還要降低對土層的擾動(dòng)。
(1)套管法:使用帶有活瓣管尖或配有端靴的套管下沉到設(shè)定的深度,在管內(nèi)灌入砂石后,將套管拔出,以形成砂井。沉管可以分為不同的工藝,如靜壓沉管、振動(dòng)沉管等。
(2)水沖成孔法:借助專用噴頭,利用水壓力作用實(shí)現(xiàn)沖孔,成孔后再加以清理,向孔內(nèi)灌砂。此方法適用于土層質(zhì)地較好的砂性土。
(3)螺旋鉆成孔法:采用動(dòng)力螺旋鉆完成鉆孔,然后進(jìn)行灌砂形成砂柱。此方法適用于陸上施工,可以避免發(fā)生“縮頸”、塌孔現(xiàn)象,它特別適用于軟弱地基。此方法的優(yōu)勢是設(shè)備簡單,成孔可以保證規(guī)則。缺陷是難以掌握灌砂質(zhì)量,要結(jié)合地基條件。
在水利堤防工程中,針對軟土地基的處理是關(guān)鍵。處理方法的選擇要結(jié)合工程的特點(diǎn)制出相應(yīng)的解決方案,以保障施工的質(zhì)量,確保后期的穩(wěn)定使用。