软弱堤基处理的几种常用方法

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  【摘 要】 软弱地基系指主要由淤泥、淤泥质土、冲填土、杂质土或其它高压缩性土层构成的地基。在工程设计中经常需要对软弱地基进行处理,本文结合笔者自身经验对软弱堤基的地质特性展开论述,并对目前常用的几种软弱堤基处理方法进行介绍。
  【关键词】 堤防工程;软弱堤基;处理方法
  1 软弱堤基特性
  软弱堤基是指以软土层作为堤防工程的堤基,在堤基持力层中土质以淤泥质土为主,还兼有部分杂填土和充填土及其他压缩土,因此软弱堤基多具有以下特性:
  (1)孔隙大、含水量高。粘土粒与沙土粒是软弱堤基土质的主要构成,兼之含有一定量的有机质软土,因此软弱堤基中往往孔隙比与含水量较大,孔隙比为1—2,含水量可达40%—80%。
  (2)软弱堤基土质压缩性较强,透水性低。软弱堤基其土质压缩系数往往介于0.5MPa—1.5MPa间,同时伴随液限的提升,其压缩系数还可能继续增大。而由于软弱堤基的含水量较高,其土质的渗透性就相对比较低,渗透系数k≤1(mm╱d),这就使得土层难以依靠自重实现快速固结,同时沉降的不均匀,也可能造成堤坝受损。
  (3)结构性比较强。软弱堤基其土体结构为絮状构造,这种结构在受到影响后极易发生破坏,从而使得土体强度减弱乃至出现流动失稳的现象。此外软土地层发生扰动破坏后,虽然其强度可以发生缓慢的恢复,但无法恢复至最初水平,因此在软土地基上进行堤防工程建设应竭力避免对土体结构造成扰动。
  (4)抗剪强度低。软弱堤基的土体有着显著的流动性,据有关实验调查,不排水前提下软弱堤基的抗剪强度介于5kPa—25kPa之间,有效内摩擦角几乎为零。因此如何提高排水能力就成为软弱堤基强度的关键所在,良好的排水出路可以使堤基伴随压力的增加而逐渐固结。若不具备良好的排水出路,载荷的提高则会导致堤基强度降低。
  (5)灵敏度高。软粘土结构未遭受干扰时其具备一定的抗剪强度,但遭受扰动破坏后,其抗剪强度便会明显下降,即其灵敏度较高,具体数值而言多介于3—4之间,所以尽可能减少对堤基的扰动是堤防工程建设顺利是否的关键点之一。
  2 软弱堤基的处理方法
  2.1换填法
  换填法也称为换土法,其实质就是将堤基范围内的软弱土层清理后,使用性能稳定、质地坚硬、强度较高且抗腐蚀性较好的砂、矿渣、煤渣、碎石、卵石以及素土等材料进行分层回填,同时采用机械或人工手段将其压实或夯实,从而改变堤基的承载力特性与抗变形能力,提高其稳定性,使其达到工程使用标准,称为良好的人工地基。这种方法通常适用于浅层地基的处理,使用其获得的换土垫层与原土相比有着变形小、刚度大、承载力强的特点,是在软弱堤基处理中应用范围极广的一种方法。但需注意的是换填时应注意所换填的天然砂砾中石头的含量、粒径及级配的选择,施工前应充分做好实验检测,避免由此引起的堤基无法压实现象的出现。
  2.2垫层法
  垫层法就是通过在软弱堤基上铺设人工垫层,实现对堤基所受载荷的扩散,从而降低堤基所承受的应力和变形可能性,促进堤基承载能力的提升。此外垫层具备有优良的透水性,可作为堤基的排水出路,促进堤基中孔隙水压力快速消除的实现,对于加速堤基排水固结。实现堤基强度的提高具有显著效果。垫层法通常在深度小于二点五米的软弱堤基处理中使用广泛,其透水材料多选用砂砾与碎石。不同的透水材料之间既可以混合使用,也可以单独使用,在混合使用时必须确保材料的质地坚硬和级配的合适,同时确保材料中不含有垃圾、树枝等杂物。在垫层的铺设前,需对堤基表面进行清理,确保表面的整洁,随后依照先深后浅、分层铺设、逐层压实的流程进行施工,压实方式采用机械施工或人力压实,相关施工参数则有现场临时实验获得。
  2.3强夯法
  强夯法又称为动力固结法是为了提高软弱地基的承载力,而采用机械设备将重锤自一定高度自由落下夯击土层从而使堤基实现迅速固结的一种方法。这种方法通常采用大型起吊设备提升重锤,重锤重量多介于10—25吨之间,下落高度为10—25米,自由落下后依靠重锤的夯击能和冲击波实现对土层的夯实作用。其适用范围涉及各种软弱堤基,在施工中通常采用连续夯击法或分遍间歇式夯击法,夯击次数与夯实有效深度则需要根据施工现场实际情况通过现场试验获得。此外在夯击作业开始前还需对施工场地进行平整施工,随后按照施工设计对夯点位置进行测量并标记每一个夯点中心,确保其误差不高于5厘米。夯击作业进行时应采取分层施工,施工顺序为由边缘靠近中央,由场地一边向另一边。同时夯击作业必须严格按照设计与现场试验获得的参数进行,不可随意施工并严格记录每一个夯击点的夯击次数、強度与能量。再者夯击作业有着一定的危险性,必须重视施工安全,采取一定的防范措施,避免飞石伤人等施工的出现。
  2.4振冲法
  振冲法又称为振动水冲法,是通过起重机吊起振冲器后启动潜水电机,并由其带动偏心块从而使振动器发生高频振动,与此同时开启水泵,通过喷射高压水流,在边冲边振的双重作用下,将振动器深入土层的预定深度,在经过清孔后,由地面向孔内填入填料,让填料在振动作用下逐渐达到工程所需的密实度,随后提升振动器,经多次反复直至振动器提出为止,由此会在堤基中形成一个密实的大直径桩体,此桩体与原地基相互结合形成一个复合地基,从而实现对堤基承载力的提升,避免沉降现象的出现,可以说是一种便捷、高效且经济的方法。此方法多使用于砂性土软弱堤基的处理中,选择的填料多为粗砂、碎石、卵石等。
  在振冲施工前首先应对振冲实验成孔施工的相关数据进行试验确定,诸如施工水压与水量、填料方式、成孔速率、孔间距等,同时根据试验数据测出所有振冲孔位并加以标记,随后选择合理的造孔顺序和填料顺序完成施工。常用的造孔顺序有排孔法、跳打法和帷幕法,常用的填料顺序有连续法与间断法。
  2.5深层搅拌法
  深层搅拌法就是利用水泥与石灰或其他材料作为固化剂,经由特制的深层搅拌机,在堤基深处完成软弱土质与固化剂的搅拌混合,在两者经过一系列化学与物理变化后,硬结成具有整体性、水稳性以及足够强度的堤基土。而且根据上下结构的不同需求,还可实现对软土堤基进行不同形状的加工,例如块状、柱状、壁状等。此种方法与传统方法相比具有堤基加固后无附加载荷、可有效降低总沉降量、可应用于高含水量堤基等优点,但其也存在着造价偏高、施工质量检测难度大的缺点。在实际应用中,施工单位应充分考虑实际情况,通过对施工地地质条件和堤基载荷的具体分析,选择合适的置换率、配合比、柱长等施工数据,从而确保施工效果的良好呈现。
  2.6塑料排水板法
  塑料排水板是一种较为新型的、能够实现软弱堤基快速排水固结的排水材料。它经由插板机插入软弱堤基中,在上部载荷的作用下,软弱堤基中的孔隙水会经由塑料排水板排至上部铺垫的砂层或水平排水管中并有其他地方排出从而实现堤基的快速排水固结,促进软弱堤基承载力的提升。此方法实现软弱堤基加固处理的优点有:①滤水性好,排水畅通;②材料有良好的强度和延展性,能适合地基变形能力而不影响排水性能;③排水板断面尺寸小,施工时对堤基的扰动影响小;④可在超软弱地基上进行施工;⑤施工快、工期短、造价低。
  3 总结
  堤防工程中对软弱堤基问题的解决其本质就是对堤基强度问题、堤基渗漏问题、堤基变形问题以及堤基振沉问题的解决。在实际工程问题的解决中,施工方不可盲目借鉴其他施工经验,而应结合工程实际情况,采取因地制宜的措施完成施工,施工前应对施工地的地质状况进行严格勘察并召集技术人员开展研讨,选择最合理的方式进行施工并做出完整的施工计划;施工中按照施工计划对施工进行实时监测,并根据监测结果及时修正;施工后采用多种措施对堤基的处理成果进行检测,为后续工程的实施奠定基础。
  参考文献:
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