水利工程中软基处理方法及技术

王晓峰

（安徽水利开发股份有限公司第一分公司，安徽 蚌埠 233000）

1 前言

二十世纪九十年代以来，我国各地以保障水安全、营造人水和谐的水环境和实现水利现代化为目标，水利建设高潮迭起，相继进行了城市防洪工程、水源工程、境外引水工程及农民饮用水工程等建设。另一方面，我国地域辽阔，地质情况复杂多变，软土地基较多并分布较广，在安徽地区的淮北平原、江淮丘陵、沿江平原也广泛分布。软土地基具有含水量高、压缩性大、渗透性弱等特征决定了其在建筑物荷载的作用下变形大而不均匀，压缩趋于稳定的时间长，并且软土地基后期沉降大的特点往往会造成建筑物的不均匀沉降，甚至影响其正常使用或造成流土、管涌、构筑物坍塌等工程事故。本文基于以上背景，从研究软地基的特点开始，分析处理软土地基的几种常用方法，并简单分析了几个处理水利工程中的软基处理技术。

2 软土地基的特点

2.1 高孔隙比。软土的孔隙比一般要比同一环境下的重塑土的孔隙比高出20%-40%，试验室土样的孔隙比可达到1.9左右。软粘土的这一特点与其缓慢沉积过程中颗粒接触点形成一定的胶结从而阻止其进一步压密有关。

2.2 高压缩性。软土压缩曲线的初始段是很平缓的，当压力超过某一屈服应力时出现陡降段近；当过了某一个压力以后，就出现一个陡降段，在过了一段压力区之后，土样压缩曲线斜率呈现出从突变到渐变的压缩特性。

2.3 低透水性。软土的不排水抗剪强度一般在20kPa以下，其透水性能弱，一般竖向渗透系数在10-8-10-6cm/s之间，对地基排水固结不利；在加载初期，地基中常出现较高的孔隙水压力，影响地基沉降，使建筑物沉降的延续时间很长。

2.4 高灵敏度。高灵敏度体现在软土的触变性，当原状软土受到振动后，土结构的连接被破坏，强度降低或很快地使软土变成稀释状态，易产生侧向滑动、沉降和基底面侧向挤出现象。

3 软基处理方法及技术

软土地基处理方法按处理目的可分为沉降处理和稳定处理两大类。沉降处理主要是加速固结沉降、减小总沉降量；稳定处理主要是控制剪切变形、阻止强度降低、促进强度增长、增加抗滑阻力。常用的软土地基处理方法简单介绍如下：

3.1 桩基法

桩基法是当淤土层较厚时，难以大面积进行深处理所采用的方法。前期的桩基法常用技术包括水泥土搅拌桩、砂石桩、木桩等，随着我国建筑业的发展，近些年普遍采用的是钢筋混凝土预制桩。钢筋混凝土预制桩原理是通过机械或人工成孔，在软弱地基中填入混凝土；通过混凝土的放热以及离子交换作用改善桩周围土质的物理力学性质，并形成混凝土桩复合地基，可提高地基承载力、减少沉降。由于混凝土具有较强承载力，投资省，质量有保证，施工速度快等特点，得到普遍运用，钢筋混凝土预制桩还具有抗水闸水压力产生水平荷载，达到水平稳定作用。

3.2 换土垫层法

换土垫层法是当淤土层厚度较簿时采用的方法；采用淤土层换填砂壤土、灰土粗砂及水泥土等技术进行地基处理。换土法要回填有较好压密特性土进行压实，形成良好的持力层，从而改变地基承载力特性，提高抗变形和稳定能力。这种方法的原理是将基础底面以下不太深的一定范围内的软弱土或不良土挖去，以质地坚硬、强度较高、性能稳定、压缩性较小、具有抗侵蚀性的砂、砾、碎石、卵石、素土、灰土、煤渣、矿渣等材料分层充填，并同时以人工或机械方法分层压、夯、振动，使之达到要求的密实度，形成良好的人工地基。垫层能有效扩散基底压力，提高地基承载力、减少沉降、加速软弱土层的排水固结、防止冻胀、消除膨胀土的胀缩作用等。适用于各种软弱土及山地不良地基的浅层处理。

3.3 旋喷注浆法

高压旋喷注浆法是利用气压、液压或电化学原理将能够固化的某些浆液注入地基介质中或建筑物与地基的缝隙部位。原理是通过在闸基中高压旋喷灌浆形成水泥土摩擦桩，提高闸基承载力，达到控制沉降的目的。在喷射浆液的同时通过旋转、提升形成定喷、摆喷和旋喷。可形成复合地基以提高承载力，减少沉降。灌浆浆液可以是水泥浆、水泥砂浆、粘土水泥浆、粘土浆及各种化学浆材如聚氨酯类、木质素类、硅酸盐类等。适用于淤泥、淤泥质土、粘性土、粉土、黄土、砂土、人工填土和碎石土等地基。当土中含有较多的大块石，或有机质含量较高时应通过试验确定其适用性。灌浆法对加固淤泥软土地基具有明显效果，经过处理后基础沉降基本能够得到有效控制。

3.4 加筋法

加筋土是将抗拉能力很强土工合成材料(土工织物、土工格栅等)、金属板条等埋置于土层中，利用土颗粒位移与拉筋产生摩擦力，使土与加筋材料形成整体，减少整体变形和增强整体稳定，提高承载力、减少沉降，提高地基强度，采用砂垫层中铺设土工织物，由于土工织物受拉作用，调整了基底应力分布，地基侧向位移和沉降却相应减少，地基稳定性将大大提高。

3.5 加载预压法

加载预压法的原理是在建造建筑物之前，天然地基在预压荷载作用下压密、固结，地基产生变形，地基土强度提高，卸去预压荷载后再建造建筑物，完工后沉降小，地基承载力也得到提高。堆载预压有时也利用建筑物自重进行。当天然地基土渗透性较小时，为了缩短土体排水固结的排水距离，加速土体固结，在地基中设置竖向排水通道，常用形式有普通砂井、袋装砂井、塑料排水板等。当采用竖向排水通道时，也分别称为袋装井法、袋装砂井法或塑料排水带法等。适用于软粘土、粉土、杂填土、冲填土、泥炭土地基等。使用的主要材料主要是垫层材料用渗透系数大于10-3m/S、含泥量小于3%、级配较好的中粗砂;竖向排水通道之砂井法需用同垫层材料要求相同的砂，袋装砂井法还需聚丙烯机织土工物，塑料排水带法需塑料排水带。

3.6 深层搅拌法

深层水泥搅拌桩技术适用于淤泥、淤泥质粉细砂地区处理地基，特别是在粉细砂地区用于水工建筑物的地基加固和防渗处理是可行的。原理是利用深层搅拌机将水泥或石灰和地基土原位搅拌形成圆柱状、格栅状或连续墙水泥土增强体，形成复合地基以提高地基承载力，减小沉降。深层搅拌法分为喷浆搅拌法和喷粉搅拌法两种。也可用它形成防渗帷幕。适用于淤泥、淤泥质土和含水量较高、地基承载力不大于120KPa的粘性土、粉土等软土地基。用于处理泥炭土或地下水具有侵蚀性时宜通过试验确定其适用性。

3.7 真空预压法

原理是在饱和软粘土地基中设置竖向排水通道(砂井或塑料排水带)和砂垫层，在其上覆盖不透气密封膜。通过埋设于砂垫层的抽水管进行长时间不断抽气和水，使砂垫层和砂井中造成负气压，而使软粘土层排水固结。负气压形成的当量预压荷载一般可达85Pka。适用于软粘土、粉土、杂填土、冲填土、泥炭土地基等。使用的主要材料:垫层材料和竖向排水通道材料同堆载预压法，不透气密封膜材料为聚氯乙烯膜或线性聚乙烯薄膜。使用的主要机械设备:设置竖向排水通道机械同堆载预压法，另外还需用真空泵、滤水管、集水管等。

4 总结

随着现代工程技术的进步和不断发展，软土地基处理技术亦趋于完善。新的加固技术和新型材料不断发展，软土地基处理的方法也多种多样，每种方法都有其适用范围，许多软土地基处理方法同时兼有几种不同的处理效果；使用这些处理方法，可以进一步改进水利工程中的施工安全和进度问题。

[1]许晓东.水泥粉喷搅拌桩在水利工程中的应用与研究[J].广西水利水电，2004.1.

[2]王后明.浅议中小型水利工程软基处理方法及施工注意事项[J].治淮，2007.6.