堤防工程软土地基处理几种措施

摘要：适宜的软土处理方法不仅能够节约工程投资、降低成本，而且能够缩短工期，以最短的工期，最低的成本核算达到最佳的软土处理效果。针对各个工程中软土地基的范围、深度和处理要求的不同，应采用与之相适应的处理方法，才能达到上述要求。本文根据软土地基的基本特征和破坏失稳机理，介绍了堤防工程软土地基常用的处理措施和适用范围。通过工程实例说明了粉体搅拌法在工程中的应用。
关键词：软土地基处理方法 粉体搅拌法

一、软土地基的特征

1、软土的含义

软土是指滨海、湖沼、谷地、河滩沉积的天然含水量高、孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低的细粒土，如软粘土、冲填土、杂填土及其它高压缩性土，有时把易液化的疏松粉细砂也归入软土的范畴。

2、软土地基的特征

软土地基是指压缩层主要由淤泥、淤泥质土或其他高压缩性土构成的地基。具有天然含水量高、天然孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低、固结系数小、固结时间长、灵敏度高、扰动性大、透水性差、土层层状分布复杂、各层之间物理力学性能相差较大等特点。

二、软土地基失稳的机理

引起软土地基上堤防滑动破坏的根本原因，在于软土地基中某个面上的剪应力大于等于它的极限抗剪强度，稳定平衡遭到破坏。主要有两个方面原因：一是由于剪应力的增加。例如：堤防加高加宽引起堤身重量增加、降雨使土体容重增加、水位降落产生渗透压力、地震和打桩等引起的动荷载等。二是由于软土地基本身抗剪强度的减小。例如：孔隙水压力的升高、气候变化产生的干裂和冻融、粘土夹层因浸水而软化以及粘性土的蠕变等。
根据《堤防工程设计规范》GB50286-98规定，对堤防工程进行稳定分析时，检测定滑动面以上土体为刚体，并以它为脱离体，分析在极限平衡条件下其上的全部作用力，并以整个滑动面上的平均滑动力与平均阻滑力之比来定义它的安全系数，即
K=Fz/Fh
式中：
K—堤防稳定安全系数；
Fz—作用于滑动面处的平均阻滑力，KN；
Fh—滑动面处土体的平均滑动力，KN。
K＞1时，土体处于稳定状态；K=1时，土体处于临界状态；K＜1时，土体处于滑动状态或有滑动趋势。因此，要使处于滑动状态或有滑动趋势的土体达到稳定状态，必须K＞1（堤防工程等级不同，K的取值也不同，通常在1.05～1.30之间）,通常有两种方法:一是提高土体的抗剪强度,使孔隙水压力充分消散,如对地基进行加固等;二是减小作用在土体上的剪应力,如减小堤防的横断面积,尽量避免对堤防的扰动等，第一种方法在工程中被广泛采用。

三、软土地基常用的地基处理方法及适用条件

堤防工程中常用的软土地基处理方法如下：
⑴堤身自重挤淤法
堤身自重挤淤法就是通过逐步加高的堤身自重将处于流塑态的淤泥或淤泥质土外挤，并在堤身自重作用下使淤泥或淤泥质土中的孔隙水压力充分消散而增加有效应力，从而提高地基抗剪能力的方法。在挤淤过程中为了不致产生不均匀沉陷，施工时应放缓堤坡、减慢堤身填筑速度，分期加高。其优点是可节约投资；缺点是施工期长。此法适用于地基呈流塑态的淤泥或淤泥质土，且工期不太紧的情况下采用。
⑵抛石挤淤法
抛石挤淤法就是把一定数量和粒径的块石抛在需要进行处理的淤泥或淤泥质土地基中，将原基础处的淤泥或淤泥质土挤走，从而达到加固地基的目的。一般按以下要求进行：将不易风化的石料（尺寸一般不宜小于30cm）抛填于被处理堤基中，抛填方向根据软土下卧地层横坡而定，横坡平坦时自地基中部渐次向两侧扩展；横坡陡于1：10时，自高侧向低侧抛填，最后在上面铺设反滤层。这种方法施工技术简单，投资较省，常用于处理流塑态的淤泥或淤泥质土地基。
⑶垫层法
垫层法就是把靠近堤防基底不能满足设计要求的软土挖除，代以人工回填的砂、碎石、石渣等强度高、压缩性低、透水性好、易压实的材料作为持力层。其优点是可以就地取材，便宜、施工工艺较为简单。该法适用于软土埋深较浅、开挖土方量不太大的场地。
⑷预压法
预压法就是在排水系统和加压系统的相互配合作用下，使地基土中的孔隙水排出，有效应力增加达到硬化固结的目的。该方法往往加固时间过长，抽真空处理范围有限

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，适用于工期要求较宽的淤泥或淤泥质土地基处理。流变特性很强的软粘土、泥炭土，不宜采用此法。
⑸复合地基法
复合地基法是通过在软土地基上打桩来提高天然地基抗剪强度的方法，加固后的地基由桩和桩间土复合而成。用复合地基法处理后，作用在地基上的荷载由桩和桩间同承担。根据桩所用材料及施工工艺的不同可分为砂桩、碎石桩、石灰桩、二灰桩及深层搅拌桩等。具体施工时，需根据软土地基的类别采用与之相适应的桩才能取得预期效果。
⑹强夯法
强夯法是将80KN的夯锤起吊到6～30m的高度，让锤自由落下，对土进行夯实。经夯实后的土体孔隙压缩，同时，夯点周围产生的裂隙为孔隙水的出逸提供了方便的通道，有利于土的固结，从而提高了土的承载能力，而且夯实后地基由建筑物荷载所引起的压缩变形也将大为减小。强夯法适用于河流冲积层、滨海沉积层黄土、粉土、泥炭、杂填土等各种地基。
⑺土工合成材料加筋加固法
将土工合成材料平铺于堤防地基表面进行地基加固，能使堤防荷载均匀分散到地基中。当地基可能出现塑性剪切破坏时，土工合成材料将起到阻止破坏面形成或减小破坏发展范围的作用，从而达到提高地基承载力的目的。此外，土工合成材料与地基土之间的相互摩擦将限制地基土的侧向变形，从而增加地基的稳定性。

四、软土地基的工程实例

1996年东台笆斗海堤围垦工程，实地勘测表明桩号5+300、6+500、7+600地段，沿堤线方向近40米范围内分布有层厚1.5m的淤泥质土，抗剪强度较低（C=10 Kpa，θ=15°），标准贯入击数2击。经过稳定分析计算，若不进行适当的地基处理，筑堤后将可能形成小型浅层滑动，影响运行安全。针对工期紧的特点，并从投资角度考虑，经多方面综合比较，最终选择采用复合地基法中的深层搅拌桩法对地基进行加固处理。
在此次工程中采用了水泥作为加固粉体材料。水泥与土搅拌后，基容量变化不大，仅比原土的容量增加5%左右；水泥加固土含水量略低于原土的含水量，约减少3%～7%;水泥加固土的抗压强度，一般为300～4000KPa，比天然软土提高几十甚至几百倍。影响加固土抗压强度的因素较多，如与土类、含水量、水泥掺入量、养护龄期以及外掺剂等因素有关。经试验，当水泥掺入比a＜5%时，加固效果微弱，工程施工中一般采用 a=7～15%为宜；当其它条件相同时，水泥加固土的强度随土的含水量增加而降低，当土样的含水量为50%～80%时，含水量每降低10%，则水泥加固土的强度提高 30%～50%; 水泥加固土的强度随龄期增长而增长，早期强度增长较快，7d龄期强度可达28d龄期强度的60％，一般情况下，龄期超过28d后，强度仍有明显增加，3个月龄期强度可达到0.3～

2.0MPa。

施工专用机械主要由成桩钻机、空压机、供料机三大件组成。具有设备简单，机身体积小，步履移动方便等优点。
具体施工工艺：
(1)施工程序。放桩位→钻机就位→调平→送风→钻至设计深度→送粉→提升搅拌→提升至地平→停粉→复搅1/3桩长→提升至地平→停风→钻机移动→重复循环。
(2)施工中注意事项：
①明确设计要求，了解地基的地质情况；
②开工前先打试验桩，根据不同的地质条件，合理选择钻机的档位，确定喷粉压力和喷粉量；
③严格控制钻孔深度，喷粉时间及停喷时间，确保桩长，成桩应打入持力层50cm，严禁在未钻至设计深度及未喷粉的情况下钻机提升作业；
④定时检查成桩直径及搅拌均匀程度，对使用的钻头必须随时检查，其钻头磨损量不得大于lcm；
⑤喷粉机必须配有水泥计量装置，施工中及时记录水泥的瞬时喷入量和累计喷入量。若发现喷粉量不足应进行整桩复打，复打的喷粉量仍不小于设计用量。若遇停电、机械故障等原因中断喷粉，在恢复喷粉时，其重叠孔段长度应大于lm；
⑥桩身上部1/3桩长范围内，施工中应严格进行重复搅拌，使水泥和土充分拌和，提高上部桩身强度，使之符合荷载的传递规律；
⑦为防止水泥飞扬造成污染，当钻头提升到地面以下0.5 m时，喷粉机应停止喷粉，并使钻机迅速换档下钻，上部0.5m范围内用人工回填粘土并压实；
⑧施工中应认真填写原始记录。为保证机械设备完好及人身安全，严禁违章操作。
该工程地基加固具体方案为：在迎水面青坎打2排桩长6.0m、桩距1.5m的φ60㎝水泥搅拌桩，水泥含量15%，呈梅花型布置。加固后堤防经过十多年时间的运行考验，目前运行情况良好。
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