水利工程中軟土地基處理方法探究

(重慶交通大學河海學院 重慶 400041)

一、引言

隨著我國自身經濟發展和基礎建設以及“一帶一路”的發展戰略的需求，國內外水利工程項目的建設實施亦將會與日俱增。水利工程施工過程中涉及方方面面的問題，其中尤以地基處理問題是最為關鍵也是較為基礎的一個環節。但是鑒于我國地域遼闊，地質情況復雜多變，不同地區地質情況有著較大的差異性，再加上軟土地基自身的特點以及一些其他因素影響，所以在很大程度上來說地基處理的好壞對整體工程是否能夠順利進行施工起著決定性作用。

軟土是存在于河流入海口區域的谷底、平原上的、經多年沉積形成的細粒土。其共同特征為：天然含水量高、壓縮性高、天然孔隙比大、固結系數小、固結時間長、抗剪強度低、透水性差、擾動性大、靈敏度高是軟土的主要特性[2]。同時，軟土或許也具有著觸變性、蠕變性等特殊的工程地質性質。鑒于軟土地基的以上性質加之外界各種因素影響，需要因地制宜采取針對性的方法對地基進行處理。

二、水利工程中現行的軟土地基處理方法

經過幾十年的應用和發展，軟土地基處理方法也不斷得到完善和改進，這些方法必須根據具體情況具體分析，如果在軟土地基處理中稍有不當便會對地基的穩定性造成極其嚴重的后果[2]。對軟土地基處理方法各項技術展開分析和研究，促進了地基處理技術的更新和發展，甚至應用到其它相關領域，發揮其更大的效應。

(一)換填法

換填法又稱置換法。是指軟土地基在軟土厚度較淺的情況下，通過人工、機械等方式清除掉基礎以下一定深度內的軟弱土層，再用物理性質較好、強度較高的材料去換填(砂、碎石、素土、灰土、粉煤灰或干渣等性能穩定和無侵、蝕性的材料)并分層壓實[1]。換填法是一種耗時耗力的處理技術，將不符合工程標準要求的土壤置換成高強度的土壤，以期達到地基相關強度標準要求的方法。其設計必須按照工程主體體形結構特點、工程荷載特性以及工程地質條件并考慮到工程機械設備及工程材料來源等一切因素來全面整合分析。

(二)密實法

1.強夯法。利用起重機械及相關設備將大噸位(一般10～25t)夯錘起吊到一定高度(一般6～20m)后，進行自由落體運動，瞬間施加地基土強大的沖擊力進行夯實，同時土體在劇烈的沖擊波和沖擊能量作用下，土體孔隙迅速壓縮變小，孔隙水得以從夯點周圍的裂隙中排出，固體土顆粒重新排列并固結，從而增強地基承載力，降低了土體的壓縮性。強夯法較大范圍用于河流沖刷層、濱海沉積層以及其它各類軟弱地基。

2.拋石擠淤法。拋石擠淤法是指在淤泥質的軟土地基上，通過拋一定規格的石料(片石)，利用爆炸產生的沖擊波或者施加外力的情況下，使土基產生整體剪切滑移破壞而達到換填軟土的一種軟土地基處理方法[1]。拋石擠淤法具備施工簡單，造價低廉，施工速度快，操作方便等特點。其現象是一個地基不斷失穩的過程，拋石的速度越快，從而達到的效果越好。因此，把握好拋石的速度對地基影響極大。拋石擠淤法一種非常純粹的置換方法，這種方法是最直接也最安全穩妥的。

(三)排水固結法

排水固結法是通過布設人工排水管道，在外荷載的作用下使土體中的孔隙水排出，從而使孔隙比減小密實度增大，土體強度得以加強，地基的承載力得以提高、地基沉降減輕[3]。當工程實際軟土層較厚或者土體滲透系數較小，土體本身滲透性較差時，排水固結法所需花費的時間較長，可能無法滿足工程使用要求。其過程是在不滿足強度要求的地基上鋪設水平方向的排水砂墊層，然后在其上按一定間距設置排水系統，再在基礎上進行預壓(堆載或者真空皆可)。

(四)復合地基法

復合地基法基本原理是在土體中構造具備一定強度和承載力的構造物，構造物和土體共同形成復合型地基來承受荷載，從而達到提高地基承載力目的的方法[4]。其形式一般是由振搗法或拌入施工形成樁和樁間土共同受力的樁(CFG樁、碎石樁)。經過這種處理方式以后，樁土形成整體共同承擔荷載，其承受荷載比例由不同的施工工藝來決定。施工期間不必預壓，工期較短，工后承載力較高、后期沉降小，適用于結構物過渡段或者結構物的基礎以及重大工程地基處理問題。

三、四種軟土地基處理方式的比較分析

本文研究的這四種軟土地基處理方式從原理上來說：換填法簡單直接，它直接清除不滿足地基強度要求的土體換填為合格的土體，但耗時耗力；密實法操作簡單迅速，是通過重錘從一定高度自由落體來錘擊壓實軟土地基，從而實現地基加固的整個過程；排水固結法一般是借助外力排出土體孔隙中的水，其排水過程必將緩慢費時，所以使用排水固結法宜事先考慮到工期的要求；復合地基法是通過在土體中構造具備一定承載力的構造物，從而使樁土共同承擔荷載，但是鑒于其高耗材高成本，故需慎而擇之。

造價比較結果：以上各種軟土地基處理方式如果采用常用的處理深度范圍加以大致的定量分析，換填法、強夯法造價較低；排水固結法適中；但復合地基由于在土中預加了具有承載力的構造物，材耗大，因此造價相對較高。并且不同結構設計物造價也千差萬別，結構物設計的承載力愈高，樁的數量布置的愈密集，工程造價也會愈高。

工期比較結果：換填法、強夯法施工簡單方便，工程施工整個流程非常迅速，工前無需預留準備時間。施工后便能馬上展開后續工作，因此所消耗的時間是較短的，倘若從工期考慮而言無疑是最佳的選擇。復合地基法提前預設有承載能力的結構物，需要消耗一定時間，但是鑒于復合地基不必預壓或者預壓期超短，因此它較排水固結法預壓期時間有相當大的優勢，總體工期比排水固結法要短。排水固結法是通過外力將地基中的水從裂隙中排出，需要較長時間才能完成。

四、總結

本文介紹了軟土地基的天然高含水量和大空隙比、高壓縮性、透水性低、觸變性、低強度等特點，對置換法地基處理方法、密室法地基處理方法、排水固結地基處理方法、復合地基處理方法等技術方法進行了系統研究[5]。分析比較其原理、造價、工期等的差異性，給出了合理性的建議。這些地基處理方法各有特色、各有優勢和使用條件，實際應用過程中應該充分考慮到各個因素的影響。