水利工程軟基礎處理方式探討

張新勝

（新疆喀什地區(qū)水利水電勘測設計院 新疆 喀什 844000）

1 概述

軟基礎即是指由第四紀砂卵礫石地層、一般軟巖石地層、土層以及人工回填土層等組成的基礎。隨著建設項目的逐步進行，地質(zhì)條件較好的工程已開發(fā)殆盡，工程建設的地質(zhì)條件也漸趨復雜，越來越多的工程直接修建在軟基礎上。軟基礎如果不進行處理，其承載能力、抗滑能力、地質(zhì)穩(wěn)定性、透水性等極有可能不能滿足工程建設的需要，因此有必要對軟基礎采取相關的工程措施進行處理，以提高其各方面的性能。

軟基礎處理的方式較多，目前較為常用的有置換法、壓實夯實法、預壓固結(jié)法、振沖擠密法以及拌和灌漿法等。筆者結(jié)合自身多年的工程經(jīng)驗，詳細闡述各種方法的具體施工過程及其適用情況，以供其他工程參考借鑒。

2 軟基礎處理方式

2.1 置換法

置換法即是將不符合要求的基礎土層挖除，換而填筑符合要求的土層的方法。置換法是軟基礎處理最為常用的方法，適用于軟基礎厚度不大的情況。具體實施時又可分為以下三種情況。

（1）換填法。將地基表層性狀較差的土挖除掉，回填性狀較好的土料并壓實，以形成一定厚度的持力層，提高基礎的承載能力。施工時應將表層性狀較差的土挖盡，在邊界上留有足夠邊坡穩(wěn)定的坡度。

（2）振沖置換法。利用振沖機械，在高速水流沖擊的輔助下邊振邊沖，在基礎中成孔，然后再在孔中回填碎石或卵石成樁，以提高地基承載力、減小基礎的壓縮性。碎石樁或卵石樁的承載能力及壓縮量與基礎對樁的側(cè)向約束緊密相關，側(cè)向約束越強，樁的作用效果越好，側(cè)向約束越弱，樁的作用效果越差。因此振沖置換法應用于強度很低的軟粘土基礎時，應加強對樁的側(cè)向約束。

（3）擠楔置換法。利用沉管或夯錘將管楔擠入基礎土體中，使土體向外側(cè)發(fā)生位移，然后在管內(nèi)回填碎石或砂，即將原基礎置換掉。基礎土體在管楔的作用下發(fā)生側(cè)向擠壓，外側(cè)基礎面隆起，土體超孔隙水壓力得到提高，當超孔隙水壓力消散后土體強度也得到了提高。擠楔置換法施工時為了方便排水，回填料一般選用透水性較好的碎石或砂。

2.2 壓實夯實法

壓實夯實法是通過外荷載的作用使得原來的軟基礎土體結(jié)構(gòu)變密實，從而提高土體的物理力學指標。具體實施時又可分為以下三種情況。

（1）重錘夯實法。利用重錘自由下落產(chǎn)生夯擊能來夯實淺層基礎，使其表面形成較為均勻的硬殼層，獲得一定厚度的持力層。重錘夯實法施工前應試夯，確定相關的技術(shù)參數(shù)。冬季施工時應首先將凍土層挖除或通過燒熱法融解凍土層。

（2）強夯。將自重較大的重錘自高處自由下落，利用其夯擊能反復夯擊地基，使基礎中的土體顆粒結(jié)構(gòu)重組并變得密實，從而提高地基的承載能力，降低其壓縮性。

（3）表層壓實法。利用人工、碾壓機械或振動碾壓機械對表層松散土體進行壓實。當表層土體含水量較高時，應采用分層鋪墊石灰、水泥進行壓實,使土體得到加固。

2.3 預壓固結(jié)法

預壓固結(jié)法是利用機械或物理方法，使軟基礎土體發(fā)生固結(jié)變形，降低其孔隙比，從而使得軟土地基密實。

（1）堆載預壓法。在地基上堆放土料、砂石料等，給基礎施加一定的荷載，使基礎預先完成大部分沉降，地基承載力提高后卸除上部堆放物。實際原理即用填土等外荷對地基預壓而增加地基總應力，使孔隙水壓力消散來增加有效應力。

施工要點與工藝：預壓荷載一般宜取等于或大于設計荷載，大面積堆載可采用自卸汽車與推土機聯(lián)合作業(yè)，對超軟土地基的第一級堆載用輕型機械或人工作業(yè);堆載的頂面寬度應小于建筑物的底面寬度，底面應適當放大，作用于地基上的荷載不得超過地基的極限荷載。

（2）真空預壓法。通過覆蓋于地面的密封膜下抽真空，膜外的大氣壓力及土體重力與膜內(nèi)真空形成氣壓差，從而減少孔隙水壓力，增加有效應力。該方法由排水系統(tǒng)和加壓系統(tǒng)兩部分組成，排水系統(tǒng)主要為了改變地基原有的排水邊界條件，傳遞真空壓力，增加孔隙水的排出通道，縮短排水距離，以便在上部荷載作用下能以較快的時間使地基土的有效應力增加，地基土產(chǎn)生固結(jié)，完成預定的地基加固效果，滿足工程建設需要。加壓系統(tǒng)則主要是指抽真空裝置。

實際應用中，真空預壓法常與堆載預壓法（包括堆土、充水等）聯(lián)合使用。加大了超載壓力，堆載預壓中的超載部分為真空壓力，增大了地基土體內(nèi)的附加應力，同時發(fā)揮真空預壓和堆載預壓各自的優(yōu)勢，可提高加荷速率、縮短工期、增大加固深度，使地基沉降在施工期內(nèi)得以基本完成，從而有效減少地基工后沉降。不僅具有施工簡單、有效消除地基土的沉降、填土速率不受限制、施工費用低廉等特點外，還可以大幅度提高地基土承載力，改善地基土土性，提高地基土強度。但該法要求的聯(lián)合堆載預壓期時間較長，一般達2～3個月，對于工期緊張的工程不宜使用。

（3）降水位法。即降低地下水位，使得土層在降水范圍內(nèi)土的浮容重變成濕容重，增加土體自重或附加應力，使土層固結(jié)，有效應力增加。施工中常見的的方法包括：輕型井點、噴射井點、深井井點。

2.4 振密擠密法

（1）振沖密實法。

如果土體結(jié)構(gòu)的原始平衡態(tài)被破壞，土粒會向低勢能位置轉(zhuǎn)移，振沖密實法正是利用該原理，使用專門的振沖器械產(chǎn)生的重復水平振動和側(cè)向擠壓作用，破壞土體結(jié)構(gòu)，使土體逐漸由松變密。振沖加固技術(shù)從上世紀70年代投入使用以來，已從單一的民用建筑逐步發(fā)展到工業(yè)建筑地基處理、水庫大壩處理、火力發(fā)電廠基礎、鐵路路基和場站、高速公路路基和場站、機場跑道的場站、海港碼頭、儲油罐及國防設施的施工，并且產(chǎn)品機型規(guī)格齊全，幾乎可以滿足各種地層條件下的基礎施工，在加固軟地基方面應用廣泛。例如，廣東飛來峽水利樞紐壩基水下回填中粗砂振沖加密處理就采用了150kW液壓振沖器和120kW、75kW電動振沖器，加密深度20m，進尺10余萬米，面積5萬m2。

（2）夯擊碎石樁。利用重錘夯擊或者強夯方法將碎石或塊石夯入地基，在夯坑里逐步填入碎石或塊石，反復夯擊以形成碎石樁或塊石墩。夯擊碎石樁的施工常見于雜填土、軟弱黏性土地基，若軟土過于深厚無堅實基巖時，碎石樁會懸于軟土中無處承力，因此該處理辦法不宜使用。其對于淤泥或淤泥質(zhì)土，也具有排淤置換作用，可視具體實際實施。

（3）沉管砂石樁。利用沉管制樁機械在地基中錘擊、振動沉管成孔或靜壓沉管成孔后，在管內(nèi)投料，邊投料邊上提(振動)沉管形成密實樁體，與原地基組成復合地基。這種樁有時也稱碎石樁或灰土樁。

2.5 拌和法

拌和法就是使用較強的機械力破壞原始地層，并將具有凝結(jié)作用和固化作用的介質(zhì)摻和到地層中，與原地基一起形成加強復合地基，從而改善其物理力學性質(zhì)。根據(jù)施工環(huán)境和施工工藝的不同，常見的有高壓噴射灌漿法和深層攪拌法兩種。

（1）深層攪拌法。深層攪拌法主要用于加固飽和軟粘土。它利用特制的深層攪拌機械將固化劑，常見為水泥漿體、石灰粉體等，送入地基土中與地基土強制攪拌，固化劑與土之間所產(chǎn)生的一系列物理-化學反應形成水泥(石灰)土的樁柱體，也是復合地基的一種。因此，復合地基強度和壓縮性與固化劑的摻入量、攪拌均勻性和土的性質(zhì)密不可分。深層攪拌水泥土防滲墻適用于淤泥質(zhì)土、粘土、粉質(zhì)粘土、粉土和松砂等地層，長江中下游堤防垂直防滲工程中60%的工程量都采用的該工藝。

（2）高壓噴射灌漿法。以高壓力水或高壓力漿直接切割破壞土體，使噴出的水泥漿液與原軟土地層拌和，凝固后形成拌和樁柱體，這種樁柱體與原地基構(gòu)成復合地基，能有效改善承載防滲性能。該技術(shù)的典型案例即為二灘工程和小浪底工程的高噴防滲幕墻。高壓噴射灌漿法在中小型土石壩和淺層細顆粒覆蓋層防滲處理中一般能取得較好的效果，而深覆蓋層地基則有待進一步優(yōu)化。

3 結(jié)語

軟體地基是水利工程施工中常見的不良地基，處理方法也已成熟、多樣，上文中筆者就常見的方法進行詳細介紹，具體還應結(jié)合實際工程的地形、地質(zhì)、施工環(huán)境等條件合理選擇、優(yōu)化，以達到較優(yōu)的施工效果。