水利工程中软弱地基的处理措施

□杨　平□谢夏玲□陈秋红（河南省水利勘测有限公司；河南省水利勘测设计研究有限公司）

水利工程中软弱地基的处理措施

□杨平1□谢夏玲2□陈秋红2
（1河南省水利勘测有限公司；2河南省水利勘测设计研究有限公司）

地基与基础是建筑物的根基，建筑物的地基是支撑建筑物整体重量的重要基础部分，基础处理的质量好坏直接关系到整个建筑工程的质量、安全运行及稳定性，由于水利工程建设的特殊性和复杂性，在地基施工中经常会遇到软土地基、膨胀土地基和岩溶地基等各种各样不同的情况，必须对其采用科学合理，行之有效的处理措施。概述了软弱地基的工程特性，并针对不同的地基情况，提出一些常用的处理方法，为施工和设计人员在进行软基处理时提供参考。

水利工程；软弱地基；处理方法

0　引言

2016年1月，水利部在京召开了全国水利厅局长会议，部长陈雷指出，“十二五”水利投资规模最大、建设进度最快、改革力度最强、综合效益最好、群众受益最多的五年；统筹做好2016年水利工作，加快节水供水等重大项目工程建设，确保在建重大水利工程投资规模保持在8000亿元以上。随着水利工程建设规模的日益扩大，在工程建设过程中遇到愈来愈多的软弱地基或不良地基处理问题已成为工程建设中的关键问题［1］。

为了满足建筑物对地基的要求，软弱地基必须经过地基处理形成人工复合地基。地基处理的是否适当，不仅影响上部建筑物的使用和安全，而且对工程进度以及工程造价都有不小影响［2］。

1　软弱地基的工程特性

在水利工程建设过程中，由于其所处地理位置和环境较为复杂，地质条件的差异会使得在地基处理的时候遇到较为恶劣地质环境，软弱地基处理的优劣，关系到整个水利工程的质量，合理科学的地基处理方法对于上部建筑物的不利影响可以起到减轻或消除的作用。为了确保水利工程质量达到相应水利规范标准，必须做好水利工程的地基处理工作。其工程特性主要表现在以下几个方面：①含水量高，容重小。软土的含水量一般为40%～80%，天然含水量大于液限。②孔隙比较大，天然孔隙比为1～2。③渗透系数小。软土地基的渗透系数一般在i×10-6mm/s（i=1，2，...，9）左右。沉降速度慢，固结时间长。④抗剪强度低。天然不排水软土的抗剪强度约＜20 kPa。其变化范围一般在10～25 kPa。⑤具有较高压缩性。天然的软土地基大多属于正常固结状态，压缩系数α在0.50～1.50MPa-1之间，压缩性随着液限的增大而增大。⑥粘粒含量高，塑性指数大。⑦具有明显的流变性。在荷载的作用下，软土在承受剪应力作用下，会产生缓慢的剪切变形，并可能导致抗剪强度的衰减［3］。⑧结构灵敏度高。灵敏度一般在2～10之间，土体结构一旦破坏，会产生较大的沉降变形或失稳。

2　软弱地基处理的目的和原则

软弱地基处理的目的主要是改善地基的工程特性，包括改善软弱地基土的变形特性以及渗透性，提高其抗滑稳定强度等。地基处理有很多种方法，每种方法都有其各自的特点。对于某个具体工程必须要进行多方面的综合考虑，通过比选可能采用的地基处理方式，选取技术适用、经济合理、施工可行的最优方案。

3　软弱地基处理的方法和分类

3.1置换法

置换是将基础底面一定范围内的部分或天然软弱地基土或不良土挖去，用物理力学性质较好的岩土材料分层充填，机械碾压，形成双层地基或复合地基，以达到提高地基承载力、减少沉降、加速排水固结、防止冻胀等目的。置换适用于软弱土层中地基较浅的软弱地基处理，主要包括：换土垫层法、挤淤置换法、振冲置换法、EPS超轻质料填土法、强夯置换法、石灰桩法等。

3.2排水固结预压法

排水固结预压是在建造建筑物之前，对天然地基土预先施加一定的荷载作用，减小孔隙比，提高建筑物强度，在卸去荷载后，水工建筑物沉降减小，地基承载力提高。排水固结预压法一般利用建筑物自重进行，是一种常用的地基处理方法。由于排水固结的工期较长，为了更快的使得地基土固结，缩短土体的排水时间，一般在地基处理设计中设竖向排水孔。主要包括：加载预压法、降低地下水位、超载预压法、真空预压法和真空预压与堆载预压联合作用等［4］。

3.3深层搅拌法

深层搅拌是利用深层搅拌机向地基中加入固化剂（水泥、石灰等）或其他化学材料，与软粘土强制拌和形成具有整体性、水稳性和足够强度的地基土，以提高地基承载力，减小沉降。搅拌桩法施工具有工期短优点，但工程投资较高，适用于含水量较高、抗剪强度低、压缩性高渗透性差的淤泥、淤泥质土地基。主要包括：深层搅拌法、劈裂灌浆法、高压喷射注浆法、渗入性灌浆法、电动化学灌浆法等。

3.4挤密法

挤密通常利用形成桩孔时的侧向挤压作用挤密桩间土，然后将桩孔用素土或灰土等分层夯实，从而进一步提高地基的承载力，减小地基沉降。主要包括：振冲密实法、挤密砂桩法、挤密碎石桩法、强夯法、爆破挤密法、表层原位压实法、孔内夯扩挤密桩法、土桩和灰土桩以及夯实水泥土桩法等。

3.5加筋法

加筋是在土体中设置土工复合材料、金属板条把纤维土工织物埋在土壤中，通过拉筋、受力杆件作用，从而进一步提高地基承载力，减小沉降和增加地基稳定性。主要处理方法：加筋土法、土钉墙法、低强度桩和刚性桩复合地基法等。

3.6冷热处理

冷热处理是通过采用冷冻或加热土体的方式，改变建筑物地基土的物理力学性能，从而提高地基承载力，减小沉降和增强地基稳定性。主要包括：冷冻法、烧结法。

4　软弱地基处理方法的选择

4.1施工环境

施工时要考虑对周围环境产生的影响。如：施工噪声如果靠近居民点会扰民，应采取一定的防护设施或改进施工工艺，把噪音污染降低至规范范围内；要考虑新增加的填土由于挤占了原有的房屋、道路空间，迫使其产生的侧向位移以及附加沉降；填土堆载时会有大量土料进入施工工地，影响交通环境和卫生，需要采取一定的预防处理措施；施工过程中需要降低水位时，会对周围的地基产生扰动，出现不均匀沉降，在实施之前应先做阻水隔离措施，并考虑完成后注水复原的问题［5］。

4.2工程地质

不同的方法适用于不同的地质条件，设计时需参看相关规范［3-4］。

4.3施工设计

对于工期及施工用料情况在设计阶段需要予以注意：工程用料尽可能做到就地取材，工期安排不宜过紧，地基稳定性处理适当，管理方法科学有效。

4.4水工建筑物

地基处理时要考虑水工建筑物的特性，主要考虑建筑物级别、所处环境、基础埋置深度、结构形式、尺寸、拟采用的建筑材料以及使用条件等因素对施工所采用的处理方式产生影响，尤其是对地下水工建筑物如涵洞产生的影响应特别注意［6］。

5　软弱地基处理技术的创新

5.1添掺外加剂

以前的地基处理大多从施工机械角度选取施工方法，而从建筑材料入手提高地基承载力的处理方法较少。如：高性能土壤固化剂通过一系列的物理化学反应，可与富含有机质的淤泥形成网状结构，从而提高固化土壤的强度，减小地基变形沉降，此项技术在国外应用已相当普遍，在国内的应用相对较少［7］。

5.2综合应用

综合采取多种行之有效的地基处理方法，可为工程节省投资并能取得较好的经济效益。如：强夯法处理饱和软粘土地基时会产生“橡皮土”现象，难以达到预期效果，通过将强夯法与排水固结法相结合，开创“动力排水固结法”这项新技术即可解决这一工程难题。真空预压法与高压喷射注浆法结合使用，真空预压可以把浆液水平渗透进较厚土层，通过把高压喷射注浆与灌浆结合使用，将纠偏加固技术提高到一个新的水平［8］。

5.3可持续发展

绿色施工技术是可持续发展观念在建筑领域的又一创新思路。近年，地基处理施工技术的改进更加关注环保与绿色科技，如：铁屑或碳颗粒的活性截水墙PRB通过将地下水中有害物变性、吸收或降解，使地下水得到净化。渣土桩是一种新型的地基处理方法，又称“孔内深层夯扩挤密桩”，它充分利用建筑垃圾，使施工现场减少环境污染。地基处理技术还被用于防止有害物污染地下水并防止其他已被污染区域的地下水再次扩散［9］。

6　结语

随着中国近年来水利投资的不断加大，水利基础设施建设及国家172个大型水利工程的建设，水利工程的建设经常会面临地质条件复杂、环境恶劣等诸多因素，在工程的建设过程中要采取一定的技术措施解决这些存在的问题，来保证水利工程的安全运行。地基处理就是要让建筑工程坐落的基础足够坚实，因此对软弱地基的处理是保证工程顺利实施的基础条件，采取上述方法可使地基的承载力和稳定性达到相应标准。通过对我国近年来地基土体处理技术发展的回顾，以下几个方面有待进一步研究：①促进地基处理理论进一步发展。②发展现场监测技术、测试技术、质量检验手段。③积极探索地基处理的新理念新技术，提高地基处理水平。④正确评价各种地基处理方法的适用性，因地制宜地选用合理有效的地基处理方法。⑤研制新机械新材料，提高建筑施工工艺，实现施工信息化交互。

［1］郑刚，龚晓南，谢永利，李广信.地基处理技术发展综述［J］. 2012，45（2）.

［2］《地基处理手册》（第三版）编写委员会.地基处理手册（第三版）［M］.北京：中国建筑工业出版社，2008.

［3］徐艳云.浅谈水利施工中软土地基处理的方法［J］.中国水运（下半月），2013（10）.

［4］吴友.水利施工中软土地基的处理技术的应用［J］.黑龙江水利科技，2014（4）.

［5］王竹萍.不良地基对水利水电工程的影响［J］.人民黄河，2008（6）.

［6］陶忠平.水利水电工程建设中不良地基基础处理方法研究［J］.水利水电技术，2007，12.

［7］田献文，孟磊，施观宇.浅谈水利水电基础工程施工中有关不良地基处理的新技术［J］.中国水运，2012，12（7）.

（责任编辑：刘长垠韦诗佳）

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