水利工程中軟土地基處理技術的研究

楊 建

(新疆額爾齊斯河流域開發工程建設管理局，烏魯木齊 830000)

水利工程中軟土地基處理技術的研究

楊 建

(新疆額爾齊斯河流域開發工程建設管理局，烏魯木齊 830000)

在水利工程項目中，建設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帶來了不小的挑戰。然后幾十年來，經過工程師和科研人員的努力，我國已經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，和施工監控與檢測的方法。文章作者經過多年工程實踐對這些方法進行了總結，希望能給同行提供一些借鑒。

水利工程；軟土地基；施工技術；研究

1 軟土地基處理技術綜述

在水利工程中無可避免的會經常遇到一些承載能力很弱，并且很不穩定的地基，稱為軟土地基。學術界將標貫數<4、無側限抗壓強度<50kPa、含水量>50%的黏性土和標準貫入數<10、含水量>30%的砂性土統稱為軟土。

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

可以說，水利工程施工技術的發展與成功與軟土地基處理技術的發展，與不斷成熟密不可分。縱觀我國水利工程軟土處理技術的發展史，我們可以看到，早在新中國成立之初，我國天津地區就在港口碼頭嘗試砂井預壓排水等技術對當地的軟土地基進行過處理[3]。

經過一處理方法的港口碼頭后來經過唐山大地震的考驗仍然未曾塌陷，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，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[4]。

近十多年以來，隨著復合材料的發展，水利工程中幾乎已經不用普通的砂井，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 軟基處理相關技術研究

軟基處理相關技術主要有4種：換填法、排水固結法、水泥深層攪拌法和復合地基處理法。

2.1 換填法

根據表1的總結，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用年代最早，應用范圍最廣。其施工經驗與施工技術已經非常成熟，本文對其不在做詳細的介紹。

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，才能發揮很好的作用[6-7]。

在國內方面，深圳赤灣港防波堤和青島的前灣港防波堤是較早試驗這種方法的工程。通過當時現場研究的數據表明，土工織物墊層可以擴大應力在土中的擴散范圍，在一定程度上消除應力集中的影響，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。可根據不同的需要來調節軟體排的透水性，為土工織物在水利工程中的應用開辟了新的方向[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并引爆炸藥。通過強大的沖擊力擠壓淤泥，并使石堤下落[9]。

2.2 排水固結法

一直以來，排水固結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度和承載能力，減輕地基沉降。然后，當軟土層很厚或者滲透性不好時，這種方法需要耗費很長的時間，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壓的方法。80年代以后，國家通過科技攻關，解決了真空堆載預壓技術中關鍵的密封與抽真空技術。此后，真空堆載預壓技術在我國獲得了廣泛的應用。在工期較緊，堆載材料缺乏，超軟地基和危險邊坡地帶，真空堆載預壓排水技術取得了很大的成功。

近10余年，這一技術在我國又取得了很大的進步。例如不間斷薄膜封口技術，利用射水的沖水加固預壓技術等等。這些聯合技術的使用，已經能處理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。而且在1976年唐山大地中為發生震壞。有利的證明了這一技術的實用性[11-12]。

從20世紀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壓技術。可以說天津這一技術最早開始大規模使用的地方。現在，除天津以外，深圳，廣州、上海等地均大規模使用這一技術處理軟土地基，取得了很大的成功。可以說，真空堆載聯合預壓技術在水利工程建設中發揮的作用越來越大。

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，通過特殊設備攪拌，使之與軟土地基和固結的一種化學加固法。該方法的優點是快速，無污染，強度高。我國于70年代末期開始對這一方法進行研究，最早在天津某港口進行了加固試驗。后來又陸續在全國各地都進行了實踐[13]。

該方法在水利工程中最具代表的實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。造價比換填節省了1/3。

2.4 復合地基處理法

復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。經過這種方法處理后的地基，可以使得樁和樁間土共同承擔荷載。樁和土承擔的荷載比例根據不同的施工工藝而不同，一般要求現場試驗測定。經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]。

據文獻記載，我國于1977年首次引入了這種方法。10a后在煙臺某海上項目軟件處理進行了試驗。由于當時機械施工設備不過關，此次工程最終未采用這一處理方案。直到90年代，隨著機械施工設備的發展，復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以內的軟土地基。

3 軟基處理的監控與檢驗技術

軟基處理的現場效果檢驗與檢測是軟土地基處理技術的重要組成部分。這些年來，這一技術也取得了長足的發展。主要有以下2個方面：

3.1 現場監控方面

目前的測量儀器精度已經達到了非常高的水平，而且隨著計算機軟件的發展，現場監控方面已經研發出了一系列動態可視化的監控系統。即只需要在處理地基中埋入壓力，形變等電子測量設備，監控者便可以在電腦上實時得到應力分布與形變的數據。

有些軟件還可以實現三維可視化的管理，這些監測技術可以給施工人員提供很好的參考價值[15]。

3.2 效果檢驗分析

這需要對處理后的軟基進行土工試驗，來具體探明土的物理性質變化和化學性質的改變。這些試驗主要包括原位測試、十字板剪切試驗等等。通過檢測數據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，這些都是幾十年的工程經驗和科研數據總結的結果，應該說是已經非常成熟的分析指標。

可以得到比較準確的分析數據。這些指標包括：固結度，容重變化，含水率變化，孔隙比變化，十字板強度變化，承載力變化等等。

4 結 論

本文作者通過自己多年的工程實踐和文獻研究，總結了我國水利施工史上軟基處理的方法。經過總結分析，將這些處理方法劃分為換填法，排水固結法，水泥深層攪拌法，復合地基處理法四大類。并對一些技術含量高，使用范圍廣的方法進行了詳細的介紹。

最后文章介紹了現階段的軟基處理監控與檢驗技術。但是，面對不同的地基情況，我們還是要認真分析采取一種適合此項工程的處理方法。只有不拘泥于書本，深入工程實踐，才能干好水利工程建設。

其次，筆者通過調研，得知現在在水利工程中還出現了一些文中為提到的新的軟基處理技術。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；夯實擴底樁技術等；這些方法在我國的一些工程中已經取得了成功的應用，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標準.JTJ017—96公路軟土地基路堤設計與施工技術規范[S].北京：人們交通出版社，1996.

[2]金利軍.爆炸法處理軟土地基技術的發展及在浙江省海涂圍墾工程中的應用[J].中國水利學會圍涂開發專業委員會.中國水利學會圍涂開發專委會，2004.

[3]宗國慶，蔣慧.真空 (堆載) 預壓法在高速公路軟土地基處理中的應用[J].水利水電科技進展，2002，22(06)：41-43.

[4]黃德斌.水泥深層攪拌法在碼頭駁岸軟基加固中的應用[J].水運工程，2004(01)：1-4.

[5]曾國華，鄭曦.粉噴樁在水閘軟土地基處理中的應用[J].中國農村水利水電，2003(04)：44-45.

[6]黃孟生，張芹.軟土地基加固深層水泥攪拌法及其在水利工程中的應用[J].水利水電科技進展，1995，15(01)：43-48.

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[9]蘭新政.對水利施工中軟土地基處理技術的研究[J].黑龍江水利科技，2014,42(04)：145-146.

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[12]劉洪濤，管立志，王亮.水利施工中軟土地基處理技術[J].科技創新與應用，2013(01)：152.

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[14]秦斌.關于公路施工中軟土地基處理技術的探討[J].科技創新與應用，2014(03)：187.

[15]歐陽洪波.關于水利工程施工中土壩軟土地基處理技術探討[J].江西建材，2013(06)：143-144.

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、運行管理工作。

TV551.4

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