換填法和預壓法在堤防軟土地基優化設計中的運用

趙永眾

（甘肅省白銀市水電勘測設計院，甘肅白銀 730900）

換填法和預壓法在堤防軟土地基優化設計中的運用

趙永眾

（甘肅省白銀市水電勘測設計院，甘肅白銀 730900）

由于河道堤防軟土基地的存在導致堤防的整理沉降和不均勻沉降，嚴重影響著堤防的穩固， 是一個亟待解決的問題。本文通過軟土地基處理方案比選采用換填法和預壓法對白銀市白銀區東大溝的堤防軟土地基進行優化設計，通過實例證明這兩種方法對于東大溝的堤防加固是可行的。因此，本文應用換填法和預壓法在堤防軟土地基中的優化設計是非常有意義的，同時可將此方法應用于公路、涵洞等工程中。

軟土地基 換填法和預壓法 變形穩定 白銀區東大溝

1 概述

軟土地基主要指由淤泥、淤泥質土、沖填土、雜填土或其他高壓縮性土層物構成的地基。軟土地基主要分布于三角洲洼地、沼澤地、水田、小溪谷、小溺谷、海岸砂洲等，軟土地基最大的特點就是地基承載力很弱，地表在堤防自重、路基填土自重、車輛荷載等作用下很容易產生沉降，這種沉降主要分為整體沉降和局部沉降兩大類。整體沉降可將堤防的實際標高下降，低于設計標高，從而引發路基下陷、路面凹槽、涵洞排水不暢、涵洞堵塞等具體病害；局部沉降也稱為不均勻沉降，不均勻沉降可導致堤防整體傾斜、堤身局部斷裂、開裂漏水、堤防整體坍塌等危害。

因此必須對堤防的軟土地基進行加固，軟土地基加固的方法很多， 且地基基礎的造價占整個工程的比率越來越大， 在工程實踐中發生的各類地基基礎問題不僅嚴重影響工程的質量和進度，而且造成較大的經濟損失，所以軟土地基優化技術在工程中尤為重要。

2 堤基軟土地基處理方法

目前，堤基底軟土地基處理的方法主要有換填法、預壓法、強夯法、強夯置換法、砂石樁、水泥攪拌樁、CFG樁、灌注樁、預制樁等。

2.1 換填法

換填法［2］是挖除軟弱地基土，采用粉質粘土、砂礫石、礦渣、粉煤灰等材料進行換填的一種地基處理方法，此法對軟弱地基土處理干凈徹底，可有效減少地基沉降，但由于軟弱地基土開挖換填量較大，一般適用于堤基底軟土層厚度較小的情況，一般為3m左右。

圖1

圖2

2.2 預壓法

預壓法［3］是通過堆載加壓解決淤泥軟粘土地基沉降和穩定問題的方法，堆載預壓分塑料排水帶、砂井地基堆載預壓和天然地基堆載預壓。通常，當軟土層厚度較小時，可采用天然地基堆載預壓法處理，當軟土層厚度超過3m時，為加速預壓過程，應采用拋石混凝土等排水預壓法處理地基，此法主要是通過加壓使地基土在建筑物投入使用之前完成大部分固結沉降，從而減少建筑物使用期的沉降，使地基上的強度、地基承載力得到逐步提高。

2.3 強夯法

強夯法適用于處理碎石土地、砂土地、低飽和度的粉土與黏性土、濕陷性黃土、素填土和雜填土等地基、而強夯置換法適用于高飽和度的粉土與軟塑～流塑的黏性土地，一般用于地基上對變形控制要求不高的工程。此兩種方法都是采用夯擊的方法進行地基加固，因此都有一定的加固深度。此法施工簡單、但工期較長，對于淤泥質地基必須使用強夯置換法，工程完工后有一定的沉降變形。

2.4 砂石樁法

砂石樁法是指采用振、沖擊或水沖等方式在軟弱地基中成孔后，再將砂或碎石擠壓入已成的孔中、形成較大直徑的砂石所構成的密實樁體，包括碎石樁、砂樁和砂石樁，總稱為砂石樁。砂石與土體形成復合土層作為基礎下的持力層，可提高地基承載力和減小變形。適用于擠密松散砂土、素填土地、雜填土、黏土地、粉土等地基。

2.5 水泥攪拌樁法

水泥攪拌樁法分為深層攪拌法和粉體噴攪法，水泥土攪拌法適用于淤泥質土、粉土、黏性土、素填土、飽和黃土以及無流動地下水的飽和松散砂土等地基。

2.6 CFG樁法

CFG樁法是由于泥、煤粉灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高粘結強度樁、樁間土和褥墊層一起構成復合地基，適用于處理粉土、黏性土、砂土和樁端具有相對硬土層、承載力標準值不低于70kPa的淤泥質土地，非欠固結人工填土等地基。

2.7 灌注樁、預注樁法

灌注樁、預注樁法都屬于樁基礎范疇，主要是通過在堤基底下設置數根基樁，然后利用基樁承擔上部傳來的荷載。預制樁是通過打樁機將預制的鋼筋混凝土樁打入地下，具有材料省、強度高、施工快、質量可靠等特點，適用于較高要求的建筑。灌注樁是通過在施工場地上鉆孔，當達到所需深度后放入鋼筋并澆灌混凝土、具有施工難度低、強度高、質量可靠、費材料等特點，亦適用于較高要求的建筑。按照受力原理，灌注樁、預制樁又分為摩擦樁和端承樁。摩擦樁是利用地層與基樁的樁周摩擦力來承載構筑物，可分為壓力樁和拉力樁，適用于地層無堅硬的持力層或持力層埋藏較深的情況。端承樁是把基樁底部落于堅硬的持力層上，使其可以承載構筑物。

3 換填法和預壓法在白銀市白銀區東大溝的具體運用

3.1 白銀市東大溝概況

甘肅省白銀市白銀區東大溝發源于白銀區武川鄉，流經白銀市區， 經王峴鎮、四龍鎮，自北向南流入黃河。東大溝屬黃河一級支流，流域總面積236 km2，主溝道長度25.7km，流域內包括三條主要支溝，分別為沙河溝長14.37km；車路溝長9.57km；大紅溝長4.27km。東大溝有常年徑流，主要為附近工廠的生產、生活廢水及部分地表出漏的滲水，在出現較大降雨時產生洪水，是白銀市的主要排污、排洪溝道之一。同時，東大溝溝道兩岸隸屬四龍灌區。灌區土地肥沃，灌溉條件優越，是白銀區農業生產較發達的黃金地段，但由于東大溝洪災頻繁，每當發生洪水時，都會給兩岸居民造成嚴重的經濟損失，是制約當地社會經濟發展的重要因素之一。

為了減輕東大溝給白銀城區和白銀城郊造成的災害，給當地居民創造一個較為安全的生產和生活環境，促進本地社會經濟的發展。因此迫切需要對東大溝進行流域治理，據地勘勘探資料顯示，東大溝左、右岸堤基主要為沖洪積砂礫石層，厚度約3.5～6m，下部為白堊系紅色砂巖。在施工開挖過程中有兩段堤防基礎出現了淤泥和淤泥質土，現分段敘述如下：（1）右岸5+700～5+880段（長180m）和右岸6+180～6+312段（長132m）在施工開挖過程中，發現地面以下0.5m左右出現了大面積的淤泥，厚度約3.0～4.0m；（2）左岸12+200～12+300段（長100m）及左岸13+100～13+200段（長100m）在施工開挖過程中，發現地面以下1.0m左右出現了淤泥，厚度約6.0～8.0m。因此，必須采取相應的基礎處理措施，才能滿足堤基的穩定、基底應力及沉降要求。

3.2 軟土地基處理方案比選

根據東大溝堤岸沿線的實際情況分析比較，按照軟土地基的處理方案、適用范圍條件、優缺點等進行綜合分析。第1種換填法［3］適用于軟土地基深度3m左右的局部地段，缺點是投資較大，施工可行。第2種預壓法［4］采用拋石混凝土預壓等，等待軟土地基變形穩定，工期較短，投資較少，施工可行。第3種強夯法對于淤泥及淤泥質土作用不大，如采用強夯置換法，雖然基本可行，但建筑物的沉降量并不能完全保證，強夯置換法不可行。第4～6種砂石樁、水泥攪拌樁、CFG樁均采用復合地基原理，具有施工工期長、要求高、質量控制難等特點。對本工程來說，河床下基本上為淤泥，處理方案施工較為困難、施工臨時圍堰費用相對較高、施工工期和質量則難以得到保障，因此不予采用。第7～8種灌注樁、預制樁具有施工速度快，強度高、質量可靠等特點，但造價較高、施工工藝要求較高等缺點［5］。

因此，基于以上綜合分析，確定5+700～6+312段左、右岸采用換填法處理方案；12+200～13+200段左、右岸采用預壓法拋石混凝土預壓。

3.3 換填法在東大溝的應用

對于東大溝5+700～6+312段左、右岸地面以下0.5m左右出現大面積淤泥，本文采用換填法，將堤基底開挖范圍內的淤泥全部挖除后采用砂礫石回填，淤泥開挖邊坡1：2.5～1：3.0，先進行基座的施工，而后再進行護坡的施工。如圖1所示。

3.4 預壓法在東大溝的應用

對于東大溝12+200～13+200段左、右岸地面以下1.0m左右出現大面積淤泥，采用拋石混凝土預壓法，采用C15拋石混凝土墩，寬度和厚度根據拋石混凝土的變形、穩定情況而定，寬度至少1.0m，厚度至少1.2m，待拋石砼墩變形、穩定后，再進行混凝土基座和護坡的施工，淤泥開挖邊坡1：2.5～1：3.0。如圖2所示。

3.5 兩種優化方法的效果

在河道淤泥及淤泥質土厚度較深的惡劣條件下，東大溝新建堤防采用換填法和預壓法，加快了施工進度，提高了工程可靠性。工程完工至今運行2年，也經受了洪水考驗，新建堤防整體穩定，故采用換填法和預壓法處理軟土地基是可行的。

4 結語

通過分析堤防軟土地基的特征以及產生的危害可知，軟土地基嚴重影響這邊堤防工程的穩固。處理軟土地基的方法很多，如：換填法、預壓法、強夯法、砂石樁法、水泥攪拌樁法、CFG樁法、灌注法以及預注樁法等。通過分析白銀市白銀區東大溝堤防的實際狀況以及軟土地基處理方案的適用性，最后采用換填法和預壓法對東大溝的堤防軟土地基進行優化設計，通過實例證明這兩種方法對于東大溝的堤防加固是可行的，對于堤防軟土地基的優化設計起著非常重要的作用，同時可將此方法應用于公路、涵洞等軟土地基的處理當中。

［1］鞠恩林.換填法在公路軟土地基處理中的應用研究［J］.公路工程與運順，2009：22-23.

［2］蔡敏芝.預壓法在軟土地基加固中的施工技術分析［J］.建材與裝飾，2008：132.

［3］李立紅.換填法在涵洞軟土地基施工中的應用［J］.橋隧工程，2014（4）：31.

［4］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（6）：41-42.

［5］GB50286-2013.堤防工程設計規范［S］.