关于中原地区土坝软基处理技术的探讨

孙 超,申 粤

(1.华北水利水电大学 水利学院，河南 郑州 450045；2.南水北调中线干线工程建设管理局，河南 郑州 450046)

软土地基地质特性复杂，主要由黏土、粉土以及细微颗粒含量较多的松软土、孔隙大的有机质土、泥炭及松散砂等土层构成，具有高压缩性、高灵敏度、高流变性和低强度、低渗透系数等工程特性[1]。基于修建土坝特点为投资少、易取材、易施工、对地基基础要求较低，中原地区在山区河流河滩上建坝多采用土坝。然而该地区淤泥地基并不能满足土坝对地基基础的要求，所以软土地基处理在水利工程施工中具有实际意义。

为确保水利工程大坝地基施工质量安全，一般常用的地基处理方式有开挖换土法、铺排水垫层法、压重平台法、铺垫土工合成材料法、分级填土控制加荷速率法等。以下对软土地基的部分常用处理方法进行了归纳总结，并以某水库为例对处理方法的选择进行了阐述。

1 软土地基常用处理方法

1.1 开挖换土法

开挖换土法是将地基土层的软弱土、湿陷性土、膨胀土、冻土等的一部分或全部挖除，把受附加应力较大的软土土层用密度大、强度高的土料来代替[2]。选用压密性较好的土料可以形成良好的持力层，使荷载充分满足设计要求，如灰土、矿渣、砂土等。土料置换后还应立即夯实回填的土料，使地基稳定性和抗变形能力得到提高，从而增加地基承载力。这种方法一般适用于浅层地基处理，对于软土土层厚度超过3 m的地基选择其他方法较为适宜。

1.2 铺排水垫层法

铺排水垫层法是在软土地基土层上面铺设渗水性能较好的砂层，可选择干地或水下抛填，使排水面增大，随着填土荷载加大软土层的水分就会渗出并被排走[3]。由于排水垫层需要直接铺在软土层上面，如果软土层埋置较深，则实施起来较为困难。

1.3 压重平台法

在堤坝两侧用土、砂、砂砾石、石碴等重物堆放在软土地基上，形成压重平台。压重平台的作用是使软土地基固结，形成反压荷载，将地基软土压密后再将荷载移除，这样能增大软土地基的抗剪强度，防止软土地基发生侧向破坏，增大地基承载力，有效减少工程完工后出现的沉降量[4]。这种方法操作较为便捷，效果良好，应用较为广泛。

1.4 铺垫土工合成材料法

铺垫土工合成材料法是在软土地基堤坝底面上铺设土工织物、土工格栅、土工席垫和砂石等土工合成材料，利用土体位移与拉筋产生的摩擦力使之形成加筋垫层，约束浅层地基软土的侧向变形，改善浅层软土地基的应力分布，可以增大地基强度和承载力，增强抗滑稳定性，减少不均匀沉降，从而达到地基稳固的目的[5]。这种方法对施工工艺要求较高 ，对于大型水利工程的施工具有一定难度。

1.5 分级填土控制加荷速率法

对于软基土层不太厚、固结系数较大且施工期允许的情况，亦可采用分级填土法。间接停填，控制加荷速率，使坝基软土有足够时间排水固结，是分级填土法的技术重点。这种随填土高度的增加而使强度增大的方法，可以确保软土地基的稳定性，但缺点是该方案要求施工工期较长。

1.6 旋喷法

旋喷法是随着旋喷机插入土层的不同深度，按照一定的速率进行高压喷射水泥固化浆液，使浆液与土体混合，最终凝固硬化而形成旋喷桩。这种方法较适宜由软黏土和细沙土所组成的地基，而对有机成分较高的软土层来说则不适宜此方法。

2 软土地基处理方法的选择

现以某水库工程为例，对其土坝段软土地基进行处理分析，该水库土坝段全长3261 m，坝基二级阶地存在的低液限黏土厚度为9～11 m，压缩性较大，排水固结条件差，尤其是小泥河段(1+036.9～1+219.34)坝基属极软土层，工程地质条件更差；一级阶地坝基液化等级为中等～严重，液化深度7～10 m[6]。根据工程地质条件可知，土坝软基段大坝填筑后由于施工期孔隙水压力不能及时消散，大坝建成后易出现较大沉降或不均匀沉降，坝体易出现裂缝、局部滑塌等现象。可液化段大坝完成后，如出现较大地震，地基将产生液化、坝基失稳等，严重时可造成大坝变形或滑塌。

土坝坝基根据地质存在的问题，需要处理的土坝段坝基分为如下三种情况：一是小泥河极软土坝段，长约200 m；二是二级阶地一般软土坝段，总长约800 m；三是一级阶地可液化砂层坝段，总长约1270 m。以上需要处理的坝段总长约2300 m，占土坝段坝轴线长度的72%。鉴于该土坝段坝基存在的工程地质问题范围较广、面积较大且无法避开，如不采取合理的工程措施将危及大坝安全。所以从地基地质情况、施工方法及后期使用等方面进行综合考虑，在以上地基处理方法中初步选取了较为适合的两种方案进行比选。

2.1 软土挖除方案

软土层距地面6～15 m，为保证坝坡稳定，将该段地基下软弱土层挖除。挖除软土后采用两种方案回填即低液限黏土回填和按坝体断面回填。

(1)挖除软土层后，回填强度较高的低液限黏土，然后填筑大坝。该方案低液限黏土回填116.0万m3，另需基坑排水860台班，共需工程投资6908万元。

(2)挖除软土后，直接按坝体断面回填。该方案增加堆石填筑量65万m3，黏土心墙增加37.3万m3，石碴回填17.3万m3,另需基坑排水860台班，增加投资6647万元(由于混凝土坝段开挖量有限，如果河槽段与一级阶地均用堆石，部分堆石需要外购)。

2.2 压重平台方案

在有软土地基的坝段采用压重平台方案处理，压重宽度通过稳定计算确定，宽度为10～25 m，该方案增加堆石量68.0万m3，增加投资1357万元(由于混凝土坝段开挖量有限，如果河槽段与一级阶地均用堆石，部分堆石需要外购，该处堆石投资计算只考虑开挖利用)。

2.3 采用压重平台法处理软基的部分实例

(1)浙江溪口水库，坝基软土层厚约9 m，其中上部为粉质壤土，厚度约3～4 m，下部为饱和软土，厚度约4～5 m，平均含水量为50%，液限为72%。坝高21 m，采用镇压层厚8 m，处理后效果良好。

(2)福建长汀县英雄水库，坝基第一层为耕土，厚约1 m，第二层为淤泥质黏土，厚10 m多，局部地段有泥炭，最厚处约1.5 m，第三层为砂层。上游设压重平台，长86 m，厚2.25～6.50 m，下游压重平台长95 m，厚同上游。

(3)国外古巴Jibaooa坝，坝高约27.5 m，坝基软土最大深度达55 m，大坝上下游采用压重平台处理。

(4)云南务坪水库通过离心物理模型试验、有限元固结计算、坝坡稳定数值分析和振冲碎石桩生产性试验, 确认了振冲碎石桩加固软基、修筑14 m 高的反压平台预压固结和分期施工综合应用方案修建，为我国软基筑坝技术提供了一个很有参考价值的典范。

通过软土挖除和压重平台两种方案比照，结合某水库工程实际情况和对以往工程实例的分析，本水库工程土坝段拟选用投资较为节省的压重平台方案对土坝段软土地基进行处理。

3 结 语

软土地基因承载能力较差，易使大坝结构受到影响，如处理欠妥，可导致大坝产生变形，甚至断裂，这就使得水利工程的施工质量受到了严重影响，软基处理问题不可小觑。在选择软土地基处理方案时，需要结合工程的勘测资料、实际情况等来选取最优方案，才能达到理想效果。

[1] 郭军. 浅议强夯法处理高填方软土地基技术[J].商情，2009(3)：192.

[2] 唐颖栋，曹云峰，侯小平，等.地基处理技术综述[J].低温建筑技术，2007(4):106-107.

[3] 贾飞宇.水利工程施工中软基基础处理技术[J].黑龙江水利科技，2015，43(1):143-145.

[4] 罗瑞敏，赵磊. 浅析公路设计中如何保证软土路基稳定[J].黑龙江交通科技，2005,28(10):23-24.

[5] 董耀群. 天津滨海新区市政道路工程软土地基处理[D].天津：天津大学,2014.

[6] 李文亮，刘兰琴，吴昊，等. 河南省出山店水库工程初步设计报告[R].郑州：河南省水利勘测设计研究有限公司，2015.