程華武

（福建省第四地質(zhì)大隊，福建 寧德 352100）

0 引言

軟土地基經(jīng)長時間的水流浸泡而形成，一般分為有機質(zhì)土、粉質(zhì)砂土、泥炭黏土等不同土質(zhì)結(jié)構(gòu)，即透水性相對較差、壓縮性強、含水量大的軟塑至流塑形態(tài)間的飽和性黏土[1-3]。軟土成分中占比最多的應(yīng)該是淤泥土質(zhì)。福建省寧德市霞浦縣主城區(qū)大部分區(qū)域位于海積平原上[4]，城區(qū)上部主要地層為3~5m填土層和厚度約20~30m的淤泥層，因此，該地區(qū)大部分水利工程的建設(shè)都會涉及到軟土地基。由于軟土地基自身的不穩(wěn)定性特點，導(dǎo)致地基嚴重下沉或變形，甚至造成建筑物穩(wěn)定性變差，以及建筑體被撕裂，嚴重威脅到群眾的生命及財產(chǎn)安全[5]。因此，有關(guān)部門必須加強對施工場地的勘探，了解施工場地的地質(zhì)類型，對不同的軟土地基采用科學合理的處理工藝。并在處理過程中及時有效地解決各種施工問題，保障處理效果，以確保施工區(qū)地基的穩(wěn)定，進而保證水利工程施工質(zhì)量和安全問題。本文對已竣工驗收的霞浦縣三河流域城區(qū)段綜合整治工程項目軟土地基的勘察及處理進行探討。

1 項目施工背景

福建省寧德市霞浦縣三河河道源于七寶洋和馬洋山，由石壩溪和玉壇溪兩支流在城西周家亭交匯后，從城南繞野貓嶺東行入海，現(xiàn)狀流域面積55.3km2，河長14.3km，河道比降13.5‰。霞浦縣三河流域城區(qū)段綜合整治工程主要針對三河河道的下游段開展整治工作，整治范圍從三河公園至塔下水閘段，位于福建省寧德市霞浦縣三河下游。場地屬濱海相沉積平原地貌，地形平坦開闊，溝渠水系豐富。根據(jù)勘察資料，該場地岸坡地層上部為厚度約2~3m的素填土層及0.5~1.5m的粉質(zhì)黏土層，其下為厚度約15~24.90m的淤泥層，下部為厚度約3.6~7.5m的含泥礫砂層（局部缺失）和花崗巖風化層；河道地層上部為厚度約15~23.20m的淤泥層。

設(shè)計時根據(jù)勘察資料并從經(jīng)濟效益出發(fā)擬采用堆載預(yù)壓方式處理護岸防洪堤堤基淤泥，并以此為持力層，采用淺基礎(chǔ)。2017~2018年在護岸防洪堤施工過程中由于降雨、趕工期等綜合因素未等淤泥固結(jié)度達到設(shè)計要求，就進行護岸防洪堤建設(shè)，導(dǎo)致局部地段護岸工程在施工過程中產(chǎn)生滑塌。

軟土地基具有流變性、觸變性、抗剪強度低、透水性低、壓縮性高和均勻性不足等特點。根據(jù)軟土地基淤泥的特性及現(xiàn)場滑塌區(qū)的現(xiàn)狀特征判斷滑塌原因：單邊受荷導(dǎo)致淤泥層深部圓弧滑動。根據(jù)工程需要，對該項目進行了施工階段補充勘察。

2 水利工程軟土地基勘察

在水利工程建設(shè)過程中，不同的施工階段實施的現(xiàn)場研究內(nèi)容和重點等均存在一定差異。首先，要收集、整理、分類和總結(jié)水利工程相關(guān)地區(qū)和工程前期的地質(zhì)資料；其次，結(jié)合具體水利工程建設(shè)內(nèi)容，詳細制定勘探任務(wù)，確定具體勘探點；最后，通過各種現(xiàn)場調(diào)查試驗，對不同試驗獲得的相關(guān)信息和數(shù)據(jù)進行分析，明確施工區(qū)軟土地基的具體物理力學參數(shù)，并在此基礎(chǔ)上，結(jié)合實際工程環(huán)境和試驗條件進行分析總結(jié)。

霞浦縣三河流域城區(qū)段綜合整治工程施工補勘主要為滑塌區(qū)地質(zhì)的補充勘察，勘察主要任務(wù)為查明滑塌區(qū)滑動面和軟弱土淤泥的主要特性。鉆孔位置圍繞滑塌區(qū)布置，勘探線沿滑動方向布置，在滑體上部、中部布置鉆孔，在滑體中部、下部布置十字板剪切孔。鉆孔的目的主要為取樣，通過室內(nèi)土工試驗查明滑塌區(qū)淤泥的特性和滑動面位置；十字板剪切孔試驗的目的是為了解滑塌后淤泥的特性及滑動面位置。鉆孔及十字板剪切孔位置均由現(xiàn)場指定，施工完畢后再進行點位復(fù)測。

該項目勘察采用鉆探和原位十字板剪切試驗為主，結(jié)合室內(nèi)土工試驗等綜合手段進行。十字板剪切試驗采用靜力觸探-電測十字板試驗兩用儀為貫入設(shè)備，數(shù)據(jù)采集采用JC-X2型靜力觸探測量儀，試驗方法采用《十字板剪切試驗規(guī)程》（YSJ220-90）及《巖土工程勘察規(guī)范》(GB50021-2001)（2009年版）中的有關(guān)規(guī)定進行。淤泥試樣采用敞口式薄壁取土器配合鉆機以靜壓法采取，土試樣質(zhì)量等級為Ⅰ級。室內(nèi)土工試驗對取得的淤泥樣進行常規(guī)物理性質(zhì)、液塑性、直剪試驗，并進行固結(jié)快剪、固結(jié)慢剪及固結(jié)系數(shù)等特殊試驗項目，以了解淤泥層物理及力學等參數(shù)，為設(shè)計提供相關(guān)參數(shù)。

根據(jù)室內(nèi)土工試驗成果分析可知，滑塌區(qū)淤泥層抗剪強度極低，壓縮性高，承載力低，相比堆載預(yù)壓處理前未有明顯的改善。淤泥部分力學指標見表1。

表1 淤泥層物理力學指標統(tǒng)計

根據(jù)現(xiàn)場滑塌段十字板試驗成果，該區(qū)域淤泥層靈敏度為3.1~9.9，中~極靈敏性。經(jīng)JZK8十字板剪切試驗，滑動面位于JZK8孔孔深9m處淤泥Cu值出現(xiàn)異常。圖1為JZK8十字板剪切試驗成果圖。

圖1 JZK8十字板剪切試驗成果圖

根據(jù)勘察成果可知，場地內(nèi)淤泥呈流塑狀，屬高壓縮性土，工程性能極差，需對淤泥層進行處理或者采用樁基以花崗巖風化層為持力層。由于護岸防護堤所需承載力較低，使用樁基成本高，且后期樁基位置護岸沉降將與周圍土體沉降差異較大，故優(yōu)先考慮采用軟土地基處理措施。

3 水利工程軟土地基主要處理技術(shù)

3.1 排水固結(jié)法

針對軟土地基天然含水量高的問題，排水固結(jié)法是一種常用的方法。根據(jù)現(xiàn)場和水利工程的基本情況，施工人員應(yīng)選擇適當?shù)奶幚矸椒?，以確保軟土地基能盡可能多地排水，從而提高整個軟土層的承載力，確保工程的穩(wěn)定和安全。一般來說，排水分為表層和深層。軟土地基處理常與預(yù)壓、排水帶等技術(shù)相結(jié)合，以充分發(fā)揮排水技術(shù)的使用價值。與地面排水相比，從實際施工的角度來看，施工人員在軟土地基上鋪設(shè)砂石可以有效降低地基含水量。在實踐過程中，只要水工配合使用壓力排水和砂墊層，就能達到最佳的排水效果，盡可能多地排水，促進軟土層固結(jié)沉降，有效地提高地基的穩(wěn)定性，促進后期水利工程軟土地基處理技術(shù)的發(fā)展。其中，深層排水主要是結(jié)合排水帶、排水井等創(chuàng)造排水路徑，并結(jié)合堆載預(yù)壓、真空預(yù)壓等措施，優(yōu)化軟土地基的工程效果。目前，該措施在寧德市霞浦縣河道整治、護岸和防洪堤防建設(shè)過程中廣泛應(yīng)用于軟土處理。要嚴格測量軟土地基的真實厚度和含水量，按照相應(yīng)的水利和市政建設(shè)要求和標準進行施工，熟練運用相應(yīng)的施工技術(shù)，提高軟土地基的處理水平。該技術(shù)在滑塌區(qū)早期的處理效果不理想，繼續(xù)堆放可能會加劇滑塊的滑動，因此該措施不適用于滑塌區(qū)。

3.2 換填土技術(shù)

地基處理是水利工程建設(shè)中最常見的施工過程。最重要的施工原則是施工人員用良好的土壤替換原有的軟土層，以優(yōu)化原有軟土地基的基本性能，最大限度地發(fā)揮地基處理效果，有效預(yù)防和控制軟土路基問題。在填筑施工過程中，施工單位需要根據(jù)實際情況選擇合適的填料，以免影響換填土技術(shù)的最終施工效果。在填筑作業(yè)過程中，整個施工過程需要按照從中間到兩側(cè)的填筑方法進行，并嚴格控制每層的厚度。該技術(shù)主要在軟土層厚度較小的情況下進行，不適合塌陷區(qū)的軟土處理工程。

3.3 水泥攪拌樁法

深層攪拌樁機能將土壤和水泥充分混合，最終形成承載力強、穩(wěn)定性好的水泥土樁。該水泥攪拌樁技術(shù)通常用于黃土、淤泥質(zhì)土、素填土等地基結(jié)構(gòu)中。對于堅硬或酸性土層的地面，在使用過程中應(yīng)進行相關(guān)試驗，以此保證足夠的適用性。如果軟基中的含水量超過70%，則不能使用此方法。在實際應(yīng)用過程中，必須注意：

（1）樁基定位時，應(yīng)確保鉆桿、鉆頭和樁位的中心點保持在同一條垂線上。

（2）施工中選用的水泥漿不得呈塊狀；在預(yù)混合沉降過程中，鉆桿不能偏移；如果鉆桿深度達到1.5 m，則需要適當加快開挖深度。

（3）樁位重新攪拌后，必須提升鉆頭進行清理。清潔后，應(yīng)將鉆頭移至下一個樁位。該技術(shù)廣泛應(yīng)用于寧德市霞浦縣水利工程建設(shè)中。根據(jù)初步調(diào)查數(shù)據(jù)，現(xiàn)場污泥有機質(zhì)含量約為5.6%。根據(jù)本次勘察巖土試驗結(jié)果，塌陷區(qū)淤泥平均含水量為57.9%，平均塑性指數(shù)為21.2，適合水泥攪拌樁法。

3.4 松木樁施工

松木樁為復(fù)合地基一種，利用人工或機械在淤泥層打入松木，與淤泥層共同承擔上部荷載，以達到提高承載力、降低沉降的目的。松木樁處理軟基不受雨天的影響，進度快，工作量小，適宜搶工期。由此可見，打松木樁是處理軟基的主要手段。一般軟土厚度<5m時宜用松木樁處理，樁長不可超過4m，以便于打樁。在實際工程中普遍存在軟弱地基，遇到一些層數(shù)較低、荷載較輕的建筑物地基或局部暗池時，多采用松木樁處理地基。

該技術(shù)廣泛用于早期霞浦縣水利工程水閘建設(shè)處理軟淤泥。例如霞浦利埕水閘、海頭水閘均采用松木樁。由于該滑塌區(qū)滑動面深度達9m，松木樁處理深度不夠，不適宜采用。

3.5 粉噴樁施工

在軟土地基處理中，粉噴機加固技術(shù)的應(yīng)用相對難些。

（1）確定鉆孔進入軟土層的深度，找到最合適的擋灰面，滿足軟土地基處理的實際需要，同時確保粉噴樁的長度和高度達到理想狀態(tài)，必須防止過度噴粉影響整個施工效果。因此，在實際加工過程中，工人必須保持認真嚴謹?shù)臓顟B(tài)，并定期檢查粉末噴涂機械設(shè)備。施工現(xiàn)場布置前，應(yīng)提前做好施工材料、機械設(shè)備等一系列相關(guān)準備工作。

（2）確定鉆機的模式和位置，調(diào)整機械設(shè)備，并將鉆機轉(zhuǎn)移到軟土中，然后才能與粉末噴涂協(xié)調(diào)。在粉末噴涂過程中，使用鉆機進行混合。二次攪拌后，需要將鉆桿從孔中取出。在實際施工中，還需要準確測量鉆桿長度，準確判斷鉆孔深度，以確保粉噴樁的長度。工作人員應(yīng)根據(jù)試驗確定具體參數(shù)，準確記錄施工過程中的噴粉量、壓力值和提升速度，并確定噴粉量和停粉高程，以確保軟土地基處理的實際效果，盡量減少施工誤差對軟土地基處理效果的影響，確保后續(xù)施工的順利實施。該方法可用于處理塌陷區(qū)的軟土。

3.6 軟土地基處理技術(shù)簡評

綜合以上軟土地基處理技術(shù)，對比水泥攪拌樁與粉噴樁，水泥攪拌樁具有更強的抗剪特性，更適合滑塌區(qū)淤泥的處理，故勘察建議采用水泥攪拌樁處理滑塌區(qū)淤泥。建議在滑塌處防洪堤堤基處和防洪堤前均布設(shè)水泥攪拌樁進行加固處理，水泥攪拌樁樁長應(yīng)超過滑動面以下不小于1/4樁長深度以滿足抗滑需要。

該項目設(shè)計時采用了水泥攪拌樁處理方式，項目后期施工順利，有效處理了滑塌區(qū)軟土、完成了護岸防洪堤施工建設(shè)。該段工程于2019年年初完工，運行至今良好。

4 結(jié)束語

綜上所述，由于軟土地基具有滲透性差、含水量高的特點，如果在施工中不采取有效的處理措施，將影響后續(xù)工程施工的整體質(zhì)量，甚至威脅到水利建筑的正常運行。目前，軟土地基處理方法較多，在選擇施工工藝時，要結(jié)合現(xiàn)場實際情況，考慮多種因素，全面了解各種處理技術(shù)的適用條件和應(yīng)用優(yōu)勢，以確保軟土地基處理的實際效果和工程建設(shè)的有序發(fā)展。本文結(jié)合實際水利工程項目河道整治施工時發(fā)生的軟土滑塌事件，詳細地分析了補勘、處理技術(shù)和應(yīng)用措施，對類似水利工程軟土地基的處理有一定的參考價值。