换填法和预压法在堤防软土地基优化设计中的运用

赵永众

（甘肃省白银市水电勘测设计院，甘肃白银 730900）

换填法和预压法在堤防软土地基优化设计中的运用

赵永众

（甘肃省白银市水电勘测设计院，甘肃白银 730900）

由于河道堤防软土基地的存在导致堤防的整理沉降和不均匀沉降，严重影响着堤防的稳固， 是一个亟待解决的问题。本文通过软土地基处理方案比选采用换填法和预压法对白银市白银区东大沟的堤防软土地基进行优化设计，通过实例证明这两种方法对于东大沟的堤防加固是可行的。因此，本文应用换填法和预压法在堤防软土地基中的优化设计是非常有意义的，同时可将此方法应用于公路、涵洞等工程中。

软土地基 换填法和预压法 变形稳定 白银区东大沟

1 概述

软土地基主要指由淤泥、淤泥质土、冲填土、杂填土或其他高压缩性土层物构成的地基。软土地基主要分布于三角洲洼地、沼泽地、水田、小溪谷、小溺谷、海岸砂洲等，软土地基最大的特点就是地基承载力很弱，地表在堤防自重、路基填土自重、车辆荷载等作用下很容易产生沉降，这种沉降主要分为整体沉降和局部沉降两大类。整体沉降可将堤防的实际标高下降，低于设计标高，从而引发路基下陷、路面凹槽、涵洞排水不畅、涵洞堵塞等具体病害；局部沉降也称为不均匀沉降，不均匀沉降可导致堤防整体倾斜、堤身局部断裂、开裂漏水、堤防整体坍塌等危害。

因此必须对堤防的软土地基进行加固，软土地基加固的方法很多， 且地基基础的造价占整个工程的比率越来越大， 在工程实践中发生的各类地基基础问题不仅严重影响工程的质量和进度，而且造成较大的经济损失，所以软土地基优化技术在工程中尤为重要。

2 堤基软土地基处理方法

目前，堤基底软土地基处理的方法主要有换填法、预压法、强夯法、强夯置换法、砂石桩、水泥搅拌桩、CFG桩、灌注桩、预制桩等。

2.1 换填法

换填法［2］是挖除软弱地基土，采用粉质粘土、砂砾石、矿渣、粉煤灰等材料进行换填的一种地基处理方法，此法对软弱地基土处理干净彻底，可有效减少地基沉降，但由于软弱地基土开挖换填量较大，一般适用于堤基底软土层厚度较小的情况，一般为3m左右。

图1

图2

2.2 预压法

预压法［3］是通过堆载加压解决淤泥软粘土地基沉降和稳定问题的方法，堆载预压分塑料排水带、砂井地基堆载预压和天然地基堆载预压。通常，当软土层厚度较小时，可采用天然地基堆载预压法处理，当软土层厚度超过3m时，为加速预压过程，应采用抛石混凝土等排水预压法处理地基，此法主要是通过加压使地基土在建筑物投入使用之前完成大部分固结沉降，从而减少建筑物使用期的沉降，使地基上的强度、地基承载力得到逐步提高。

2.3 强夯法

强夯法适用于处理碎石土地、砂土地、低饱和度的粉土与黏性土、湿陷性黄土、素填土和杂填土等地基、而强夯置换法适用于高饱和度的粉土与软塑～流塑的黏性土地，一般用于地基上对变形控制要求不高的工程。此两种方法都是采用夯击的方法进行地基加固，因此都有一定的加固深度。此法施工简单、但工期较长，对于淤泥质地基必须使用强夯置换法，工程完工后有一定的沉降变形。

2.4 砂石桩法

砂石桩法是指采用振、冲击或水冲等方式在软弱地基中成孔后，再将砂或碎石挤压入已成的孔中、形成较大直径的砂石所构成的密实桩体，包括碎石桩、砂桩和砂石桩，总称为砂石桩。砂石与土体形成复合土层作为基础下的持力层，可提高地基承载力和减小变形。适用于挤密松散砂土、素填土地、杂填土、黏土地、粉土等地基。

2.5 水泥搅拌桩法

水泥搅拌桩法分为深层搅拌法和粉体喷搅法，水泥土搅拌法适用于淤泥质土、粉土、黏性土、素填土、饱和黄土以及无流动地下水的饱和松散砂土等地基。

2.6 CFG桩法

CFG桩法是由于泥、煤粉灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高粘结强度桩、桩间土和褥垫层一起构成复合地基，适用于处理粉土、黏性土、砂土和桩端具有相对硬土层、承载力标准值不低于70kPa的淤泥质土地，非欠固结人工填土等地基。

2.7 灌注桩、预注桩法

灌注桩、预注桩法都属于桩基础范畴，主要是通过在堤基底下设置数根基桩，然后利用基桩承担上部传来的荷载。预制桩是通过打桩机将预制的钢筋混凝土桩打入地下，具有材料省、强度高、施工快、质量可靠等特点，适用于较高要求的建筑。灌注桩是通过在施工场地上钻孔，当达到所需深度后放入钢筋并浇灌混凝土、具有施工难度低、强度高、质量可靠、费材料等特点，亦适用于较高要求的建筑。按照受力原理，灌注桩、预制桩又分为摩擦桩和端承桩。摩擦桩是利用地层与基桩的桩周摩擦力来承载构筑物，可分为压力桩和拉力桩，适用于地层无坚硬的持力层或持力层埋藏较深的情况。端承桩是把基桩底部落于坚硬的持力层上，使其可以承载构筑物。

3 换填法和预压法在白银市白银区东大沟的具体运用

3.1 白银市东大沟概况

甘肃省白银市白银区东大沟发源于白银区武川乡，流经白银市区， 经王岘镇、四龙镇，自北向南流入黄河。东大沟属黄河一级支流，流域总面积236 km2，主沟道长度25.7km，流域内包括三条主要支沟，分别为沙河沟长14.37km；车路沟长9.57km；大红沟长4.27km。东大沟有常年径流，主要为附近工厂的生产、生活废水及部分地表出漏的渗水，在出现较大降雨时产生洪水，是白银市的主要排污、排洪沟道之一。同时，东大沟沟道两岸隶属四龙灌区。灌区土地肥沃，灌溉条件优越，是白银区农业生产较发达的黄金地段，但由于东大沟洪灾频繁，每当发生洪水时，都会给两岸居民造成严重的经济损失，是制约当地社会经济发展的重要因素之一。

为了减轻东大沟给白银城区和白银城郊造成的灾害，给当地居民创造一个较为安全的生产和生活环境，促进本地社会经济的发展。因此迫切需要对东大沟进行流域治理，据地勘勘探资料显示，东大沟左、右岸堤基主要为冲洪积砂砾石层，厚度约3.5～6m，下部为白垩系红色砂岩。在施工开挖过程中有两段堤防基础出现了淤泥和淤泥质土，现分段叙述如下：（1）右岸5+700～5+880段（长180m）和右岸6+180～6+312段（长132m）在施工开挖过程中，发现地面以下0.5m左右出现了大面积的淤泥，厚度约3.0～4.0m；（2）左岸12+200～12+300段（长100m）及左岸13+100～13+200段（长100m）在施工开挖过程中，发现地面以下1.0m左右出现了淤泥，厚度约6.0～8.0m。因此，必须采取相应的基础处理措施，才能满足堤基的稳定、基底应力及沉降要求。

3.2 软土地基处理方案比选

根据东大沟堤岸沿线的实际情况分析比较，按照软土地基的处理方案、适用范围条件、优缺点等进行综合分析。第1种换填法［3］适用于软土地基深度3m左右的局部地段，缺点是投资较大，施工可行。第2种预压法［4］采用抛石混凝土预压等，等待软土地基变形稳定，工期较短，投资较少，施工可行。第3种强夯法对于淤泥及淤泥质土作用不大，如采用强夯置换法，虽然基本可行，但建筑物的沉降量并不能完全保证，强夯置换法不可行。第4～6种砂石桩、水泥搅拌桩、CFG桩均采用复合地基原理，具有施工工期长、要求高、质量控制难等特点。对本工程来说，河床下基本上为淤泥，处理方案施工较为困难、施工临时围堰费用相对较高、施工工期和质量则难以得到保障，因此不予采用。第7～8种灌注桩、预制桩具有施工速度快，强度高、质量可靠等特点，但造价较高、施工工艺要求较高等缺点［5］。

因此，基于以上综合分析，确定5+700～6+312段左、右岸采用换填法处理方案；12+200～13+200段左、右岸采用预压法抛石混凝土预压。

3.3 换填法在东大沟的应用

对于东大沟5+700～6+312段左、右岸地面以下0.5m左右出现大面积淤泥，本文采用换填法，将堤基底开挖范围内的淤泥全部挖除后采用砂砾石回填，淤泥开挖边坡1：2.5～1：3.0，先进行基座的施工，而后再进行护坡的施工。如图1所示。

3.4 预压法在东大沟的应用

对于东大沟12+200～13+200段左、右岸地面以下1.0m左右出现大面积淤泥，采用抛石混凝土预压法，采用C15抛石混凝土墩，宽度和厚度根据抛石混凝土的变形、稳定情况而定，宽度至少1.0m，厚度至少1.2m，待抛石砼墩变形、稳定后，再进行混凝土基座和护坡的施工，淤泥开挖边坡1：2.5～1：3.0。如图2所示。

3.5 两种优化方法的效果

在河道淤泥及淤泥质土厚度较深的恶劣条件下，东大沟新建堤防采用换填法和预压法，加快了施工进度，提高了工程可靠性。工程完工至今运行2年，也经受了洪水考验，新建堤防整体稳定，故采用换填法和预压法处理软土地基是可行的。

4 结语

通过分析堤防软土地基的特征以及产生的危害可知，软土地基严重影响这边堤防工程的稳固。处理软土地基的方法很多，如：换填法、预压法、强夯法、砂石桩法、水泥搅拌桩法、CFG桩法、灌注法以及预注桩法等。通过分析白银市白银区东大沟堤防的实际状况以及软土地基处理方案的适用性，最后采用换填法和预压法对东大沟的堤防软土地基进行优化设计，通过实例证明这两种方法对于东大沟的堤防加固是可行的，对于堤防软土地基的优化设计起着非常重要的作用，同时可将此方法应用于公路、涵洞等软土地基的处理当中。

［1］鞠恩林.换填法在公路软土地基处理中的应用研究［J］.公路工程与运顺，2009：22-23.

［2］蔡敏芝.预压法在软土地基加固中的施工技术分析［J］.建材与装饰，2008：132.

［3］李立红.换填法在涵洞软土地基施工中的应用［J］.桥隧工程，2014（4）：31.

［4］宗国庆，蒋慧.真空（堆载）预压法在高速公路软土地基处理中的应用［J］.水利水电科技进展，2002，22（6）：41-42.

［5］GB50286-2013.堤防工程设计规范［S］.