楊 建

(新疆額爾齊斯河流域開發(fā)工程建設(shè)管理局，烏魯木齊 830000)

水利工程中軟土地基處理技術(shù)的研究

楊 建

(新疆額爾齊斯河流域開發(fā)工程建設(shè)管理局，烏魯木齊 830000)

在水利工程項(xiàng)目中，建設(shè)者們無可避免的要面對各種各樣的軟弱土地基。這些含水量大，承載力弱的地基給水利工程的建設(shè)帶來了不小的挑戰(zhàn)。然后幾十年來，經(jīng)過工程師和科研人員的努力，我國已經(jīng)形成了一整套成熟的軟基處理方法。這包括了各種方法的施工材料，施工工藝，和施工監(jiān)控與檢測的方法。文章作者經(jīng)過多年工程實(shí)踐對這些方法進(jìn)行了總結(jié)，希望能給同行提供一些借鑒。

水利工程；軟土地基；施工技術(shù)；研究

1 軟土地基處理技術(shù)綜述

在水利工程中無可避免的會經(jīng)常遇到一些承載能力很弱，并且很不穩(wěn)定的地基，稱為軟土地基。學(xué)術(shù)界將標(biāo)貫數(shù)<4、無側(cè)限抗壓強(qiáng)度<50kPa、含水量>50%的黏性土和標(biāo)準(zhǔn)貫入數(shù)<10、含水量>30%的砂性土統(tǒng)稱為軟土。

幾十年來，水利工程的建設(shè)與開發(fā)者們，都在不斷與軟土進(jìn)行著斗爭。如何對軟土進(jìn)行處理，使之符合建筑物對基礎(chǔ)的要求，一直都是水利工程界研究的重點(diǎn)[1-2]。

可以說，水利工程施工技術(shù)的發(fā)展與成功與軟土地基處理技術(shù)的發(fā)展，與不斷成熟密不可分?？v觀我國水利工程軟土處理技術(shù)的發(fā)展史，我們可以看到，早在新中國成立之初，我國天津地區(qū)就在港口碼頭嘗試砂井預(yù)壓排水等技術(shù)對當(dāng)?shù)氐能浲恋鼗M(jìn)行過處理[3]。

經(jīng)過一處理方法的港口碼頭后來經(jīng)過唐山大地震的考驗(yàn)仍然未曾塌陷，這一事件證明這些處理是取得了很大的成功的。后來的港口軟基使用砂井處理的也非常之多。筆者通過查找文獻(xiàn)，見表1，列舉了幾十年以來，我國采用的各種軟土地基處理技術(shù)[4]。

近十多年以來，隨著復(fù)合材料的發(fā)展，水利工程中幾乎已經(jīng)不用普通的砂井，而是以塑料排水板來代替。

表2對這兩種排水方法做了一個對比[5]。

表1 水利工程主要軟土地基處理方法表

表2 普通砂井與塑料排水板的的對比

2 軟基處理相關(guān)技術(shù)研究

軟基處理相關(guān)技術(shù)主要有4種：換填法、排水固結(jié)法、水泥深層攪拌法和復(fù)合地基處理法。

2.1 換填法

根據(jù)表1的總結(jié)，我們可以知道換填法主要包括了換填砂石墊層法、土工織物墊層法，爆炸擠壓淤泥法。

其中換填砂石墊層法應(yīng)用年代最早，應(yīng)用范圍最廣。其施工經(jīng)驗(yàn)與施工技術(shù)已經(jīng)非常成熟，本文對其不在做詳細(xì)的介紹。

土工織物墊層法，是一種淺層的軟基處理方法。其工作原理是利用土工織物的拉應(yīng)力使整個軟土層形成整體，減輕不均勻沉降。這種方法需要與換填砂墊層和綜合排水措施一起使用，才能發(fā)揮很好的作用[6-7]。

在國內(nèi)方面，深圳赤灣港防波堤和青島的前灣港防波堤是較早試驗(yàn)這種方法的工程。通過當(dāng)時現(xiàn)場研究的數(shù)據(jù)表明，土工織物墊層可以擴(kuò)大應(yīng)力在土中的擴(kuò)散范圍，在一定程度上消除應(yīng)力集中的影響，對減輕地基土的不均勻沉降起到了一定作用。近幾年，又有工程師將填料填入土工織物，來用作堤身。可根據(jù)不同的需要來調(diào)節(jié)軟體排的透水性，為土工織物在水利工程中的應(yīng)用開辟了新的方向[8]。

而爆炸擠淤法是一種施工簡單，造價低廉，施工速度很快的水下地基處理方法。并以通過交通部鑒定并寫入規(guī)范。其基本原理是在淤泥軟基上拋填石堤，然后在外部淤泥中埋設(shè)并引爆炸藥。通過強(qiáng)大的沖擊力擠壓淤泥，并使石堤下落[9]。

2.2 排水固結(jié)法

一直以來，排水固結(jié)方法來處理軟土地基是一種非常好的方法。它利用外荷載作用下，使水從飽和的黏土之中排出，從而提高軟土地基的密實(shí)度和承載能力，減輕地基沉降。然后，當(dāng)軟土層很厚或者滲透性不好時，這種方法需要耗費(fèi)很長的時間，不能滿足工程的要求[10]。

在80年代以前，幾乎所有工程都只能使用堆載預(yù)壓的方法。80年代以后，國家通過科技攻關(guān)，解決了真空堆載預(yù)壓技術(shù)中關(guān)鍵的密封與抽真空技術(shù)。此后，真空堆載預(yù)壓技術(shù)在我國獲得了廣泛的應(yīng)用。在工期較緊，堆載材料缺乏，超軟地基和危險邊坡地帶，真空堆載預(yù)壓排水技術(shù)取得了很大的成功。

近10余年，這一技術(shù)在我國又取得了很大的進(jìn)步。例如不間斷薄膜封口技術(shù)，利用射水的沖水加固預(yù)壓技術(shù)等等。這些聯(lián)合技術(shù)的使用，已經(jīng)能處理30m后的軟基工程。圖1是天津新港高裝碼頭接岸部分軟土砂井處理示意圖。天津有多個高港碼頭都是采用的這種處理技術(shù)。而且在1976年唐山大地中為發(fā)生震壞。有利的證明了這一技術(shù)的實(shí)用性[11-12]。

從20世紀(jì)80年代中期起，天津各港口碼頭工程開始大量采用真空堆載預(yù)壓技術(shù)?？梢哉f天津這一技術(shù)最早開始大規(guī)模使用的地方?，F(xiàn)在，除天津以外，深圳，廣州、上海等地均大規(guī)模使用這一技術(shù)處理軟土地基，取得了很大的成功。可以說，真空堆載聯(lián)合預(yù)壓技術(shù)在水利工程建設(shè)中發(fā)揮的作用越來越大。

圖1 天津新港高裝碼頭接岸部分軟土砂井處理

2.3 水泥深層攪拌法

這一方法是使用水泥硬化材料注入地基，通過特殊設(shè)備攪拌，使之與軟土地基和固結(jié)的一種化學(xué)加固法。該方法的優(yōu)點(diǎn)是快速，無污染，強(qiáng)度高。我國于70年代末期開始對這一方法進(jìn)行研究，最早在天津某港口進(jìn)行了加固試驗(yàn)。后來又陸續(xù)在全國各地都進(jìn)行了實(shí)踐[13]。

該方法在水利工程中最具代表的實(shí)例是煙臺港二期工程重力式碼頭的軟基處理。在地基軟土厚約20m。若采用換填法，需要換填10m。工程量大，造價太高。

最后經(jīng)專家評審，決定采用水泥深層攪拌加固。工程完工程攪拌地區(qū)地基承載能力完全滿足要求，工后沉降僅僅13mm。造價比換填節(jié)省了1/3。

2.4 復(fù)合地基處理法

復(fù)合地基是通過振沖擠密或拌入施工的由樁土共同作用的水泥攪拌樁、碎石灰土樁、CFG樁等等。經(jīng)過這種方法處理后的地基，可以使得樁和樁間土共同承擔(dān)荷載。樁和土承擔(dān)的荷載比例根據(jù)不同的施工工藝而不同，一般要求現(xiàn)場試驗(yàn)測定。經(jīng)過處理后的軟土地基承載能力很高，后期變形很小。適合重大工程的地基處理[14]。

據(jù)文獻(xiàn)記載，我國于1977年首次引入了這種方法。10a后在煙臺某海上項(xiàng)目軟件處理進(jìn)行了試驗(yàn)。由于當(dāng)時機(jī)械施工設(shè)備不過關(guān)，此次工程最終未采用這一處理方案。直到90年代，隨著機(jī)械施工設(shè)備的發(fā)展，復(fù)合地基處理施工工藝才真正取得了很大的成功。目前的施工工藝，使用CFG樁外加土工織物加筋處理的的方法可以處理15m以內(nèi)的軟土地基。

3 軟基處理的監(jiān)控與檢驗(yàn)技術(shù)

軟基處理的現(xiàn)場效果檢驗(yàn)與檢測是軟土地基處理技術(shù)的重要組成部分。這些年來，這一技術(shù)也取得了長足的發(fā)展。主要有以下2個方面：

3.1 現(xiàn)場監(jiān)控方面

目前的測量儀器精度已經(jīng)達(dá)到了非常高的水平，而且隨著計(jì)算機(jī)軟件的發(fā)展，現(xiàn)場監(jiān)控方面已經(jīng)研發(fā)出了一系列動態(tài)可視化的監(jiān)控系統(tǒng)。即只需要在處理地基中埋入壓力，形變等電子測量設(shè)備，監(jiān)控者便可以在電腦上實(shí)時得到應(yīng)力分布與形變的數(shù)據(jù)。

有些軟件還可以實(shí)現(xiàn)三維可視化的管理，這些監(jiān)測技術(shù)可以給施工人員提供很好的參考價值[15]。

3.2 效果檢驗(yàn)分析

這需要對處理后的軟基進(jìn)行土工試驗(yàn)，來具體探明土的物理性質(zhì)變化和化學(xué)性質(zhì)的改變。這些試驗(yàn)主要包括原位測試、十字板剪切試驗(yàn)等等。通過檢測數(shù)據(jù)便可以很好的分析出軟基處理效果。以下列出了一些常用的分析指標(biāo)，這些都是幾十年的工程經(jīng)驗(yàn)和科研數(shù)據(jù)總結(jié)的結(jié)果，應(yīng)該說是已經(jīng)非常成熟的分析指標(biāo)。

可以得到比較準(zhǔn)確的分析數(shù)據(jù)。這些指標(biāo)包括：固結(jié)度，容重變化，含水率變化，孔隙比變化，十字板強(qiáng)度變化，承載力變化等等。

4 結(jié) 論

本文作者通過自己多年的工程實(shí)踐和文獻(xiàn)研究，總結(jié)了我國水利施工史上軟基處理的方法。經(jīng)過總結(jié)分析，將這些處理方法劃分為換填法，排水固結(jié)法，水泥深層攪拌法，復(fù)合地基處理法四大類。并對一些技術(shù)含量高，使用范圍廣的方法進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。

最后文章介紹了現(xiàn)階段的軟基處理監(jiān)控與檢驗(yàn)技術(shù)。但是，面對不同的地基情況，我們還是要認(rèn)真分析采取一種適合此項(xiàng)工程的處理方法。只有不拘泥于書本，深入工程實(shí)踐，才能干好水利工程建設(shè)。

其次，筆者通過調(diào)研，得知現(xiàn)在在水利工程中還出現(xiàn)了一些文中為提到的新的軟基處理技術(shù)。例如高壓水切割淤泥消除法；薄層輪加載填筑路堤；劈裂注漿技術(shù)；夯實(shí)擴(kuò)底樁技術(shù)等；這些方法在我國的一些工程中已經(jīng)取得了成功的應(yīng)用，但是還未能形成一套成熟的理論與施工方法。這是今后的工程師們努力的方向。

[1]中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).JTJ017—96公路軟土地基路堤設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范[S].北京：人們交通出版社，1996.

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1007-7596(2014)10-0122-03

2014-03-11

楊建(1977-)，男，新疆烏魯木齊人，工程師，從事水利工程施工、運(yùn)行管理工作。

TV551.4

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