软土地基上水工建筑物设计实践

摘　要：在水利工程建设中，会遇到大量在软土地基上的堤围、穿堤涵闸的建设。软土地基的承载力低，压缩性大，在此种地基上建造堤闸大多需要进行基础处理，本文介绍几种常用的软土地基基础处理的设计方法，同时根据软土地基的特性提出地基处理时应注意的问题。

关键词：软土地基，水工建筑物，建设，实践
　　所谓软土地基是指主要由淤泥、淤泥质土、冲填土、杂填土或其它高压缩性土层构成的地基。软土地基在长江三角洲和珠江三角洲等东南沿海地区广泛分布，它具有承载力低、天然含水量高、压缩性高、孔隙比大、灵敏性高、透水性弱、易震陷或液化、沉降历时长和沉降量大等特点。珠江三角洲的软土可以说是全国最软的软土之一，其含水量一般在w=60～100%。孔隙比一般在e=1.5～2.5，承载力一般为fk=40～60kpa。根据软土地基的以上特点，在这样的地基上筑堤建闸，地基的处理是很重要。堤闸工程软土地基处理的方法多种多样，工程上普遍采用的主要有：排水固结法、换填法、加筋法、桩基础法等。
　　排水固结法  该法适用于软土层较厚，含水量较高的淤泥、淤泥质土地基。施工前先在该土层中打入竖向排水体，如砂井、袋装砂井、塑料排水带等；再在软土地基表面铺垫排水砂垫层，使竖向排水体与砂垫层连通，以利排水；然后在垫层上进行堆载预压，使淤泥、淤泥质土中的水沿着排水系统排出，从而使饱和软土的孔隙水压力快速消散、加速软土的固结，从而提高该软土层的抗剪强度和地基承载力。
　　利用该法加固地基时可大大减小堤闸建筑物竣工后沉降，同时若用袋装砂井或塑料排水带做竖向排水体还可对土层起加筋的作用。但利用堆载预压法加载受到加载速率的控制、影响施工进度，同时用来堆载的土须耗用较大费用挖除。为解决该问题，可用真空预压法来改进，目前真空预压法在南沙港区的建设中已广泛使用，且其优越性已充分体现，真空预压法在工程中将普遍推广。
　　如某新建堤防淤泥层厚度达数十米，根据现场实际和工期要求采用袋装砂井和土工格栅进行地基处理。具体做法是基础底部采用直径为70mm袋装砂井，砂井平面布置为正方形，纵横间距为1.2m×1.2m，砂井长度为18m；基础铺设土工格栅，然后填土修筑大堤。该工程竣工后运行至今，无明显沉降。
　　换填法  该法主要适用于软土浅埋且层厚不大的地基。施工时先将表层软土挖除，然后用壤土、灰土、含砾粘土或砂垫层换填至设计高程，换填法设计的具体要求可参见《水闸设计规范》（SL265-2001）。换填土范围要求超出堤闸建筑物边线一定范围，如不小于0.5m。当用砂垫层换填时应采取相应措施解决基础防渗问题，如防渗板桩、砼防渗墙等。当然，如果该法应用在软土层较厚的地基时，若下卧层的承载力满足要求，则也是可行的，但此时可能造成建筑物工后沉降较大的后果，故此时应复核并预测堤闸建筑物的竣工后沉降。
　　如某小型涵闸，（孔口尺寸2X2m）在施工开挖后发现闸底下约1.5m厚范围内为淤泥质粘土，其下为硬塑粘土。根据现场实际情况，决定采用换填法处理闸基，具体做法为：将闸底板下及其边线0.5m范围内的淤泥质粘土挖除，然后用3：7灰土分层夯实回填。要求压实度不小于0.93，经地基处理后，闸底地基承载力设计值大于80Kpa，满足设计要求，竣工后该闸没有明显沉降。
　　加筋法  该法常见的种类有三种，土工合成材料，土钉墙技术和加筋土。水利工程中应用较多的是土工合成材料。土工合成材料加筋加固法将土工合成材料平铺于地基表面进行地基加固，能使建筑物荷载均匀分散到地基中。当地基可能出现塑性剪切破坏时，土工合成材料将起到阻止破坏面形成或减小破坏发展范围的作用，从而达到提高地基承载力的目的。此外，土工合成材料与地基土之间的相互磨擦将限制地基土的侧向变形，从而增加地基的稳定性。
　　利用该法加固地基，可加速软土地基排水固结，提高地基强度，调整基底应力分布，使地基侧向位移和沉降相应减少，地基稳定性大大提高。利用该法时，应使筋带范围超出主动滑动面圆弧一定距离，以便筋带将力传到周围土体中，维持地基的稳定。
　　如某围垦工程淤泥层厚度达40余米，且处于珠江口，施工条件非常不利。设计采用反滤土工布加三层砂袋加土工格栅进行地基处理。反滤土工布采用310g/m2裂膜丝织土工布，抗拉强度大于3KN/5cm；膜袋土工布采用200g/m2裂膜丝织土工布，抗拉强度大于1.8KN/5cm，砂袋顺堤向长40m，上下层袋间错缝铺设；土工格栅采用CGGS50-30型钢塑复合双向（异型）土工格栅，纵向抗身屈服力大于50KN/m，搭接宽度0.5m，接缝垂直于大堤轴线。该工程施工顺利，完全满足设计要求，现已完工投入使用。
　　桩基础法  该法利用桩基础将堤闸建筑物上部荷载传至地基下部持力层或使建筑物底下桩土形成复合地基承受上部荷载。
　　该法应用广泛，桩基础型式也多样。从成桩工艺来分有预制桩、灌注桩；从桩身材料来分有木桩、钢桩、钢筋混凝土桩、灰土混合桩、砂桩等；从承载性状来分有摩擦型桩、端承型桩。利用何种桩来处理地基应考虑地质、施工运输及场地、施工工期及机械等条件经综合比较确定。如软土层较薄，应考虑端承型桩打至相对持力层，否则采用摩擦型桩；如施工运输允许，而施工工期又较短时，可先考虑预制桩，否则应采用灌注桩；如地基土为可液化土可考虑用封闭板桩。
　　如某节制闸，单孔净宽10m，基底为松散粉细砂，在地震作用下可液化。设计采用8m长板桩沿闸底板边缘将闸基软土封闭，一来可防止地震时粉细砂液化，二来可增长渗径、防止渗透破坏，另外还可增加地基的垂直承载力。该工程1998年建成，至今运行良好。
　　软土地基堤闸基础处理的方法多种多样，除以上介绍的方法外，深层搅拌法、灌浆法等方法在堤闸工程基础处理中也经常采用。采用何种方法应结合软土的工程特点经多方分析确定。堤闸软土地基处理设计时尤应注意如下几点。
　　1、软土一般属欠固结土，在未施加外部荷载的情况下其本身要产生固结作用，所以应注意建筑物与其下软土固结产生脱空而引起渗透破坏的现象。特别是采用了端承型桩基础处理地基时应特别慎重考虑建筑物的防渗措施。
　　2、软土是高压缩性土，软土地基的沉降量大且沉降历时长，应根据基础处理的方法采用适当的上部结构型式，并考虑预留沉降和控制建筑物竣工后沉降的措施。
　　3、淤泥和淤泥质软土的灵敏性较高，施工时应注意防止对原状土的扰动。如禁止上大型振动施工机械、开挖时防止超挖、对软土上覆盖层进行保护等。
　　4、淤泥和淤泥质软土的天然含水量大，且渗透性小，故应注意控制加载速率，使土中孔隙水压力能够尽量消散，保证工程安全。
　　5、软土的变形中很大一个特点是不可逆性，即发生变形后是不可逆的。施工工序对工程成败起关键作用。软土地基的处理设计，应要实行仿真设计，模拟施工的全过程，确定合理的施工顺序，才能保证工程顺利实施。
参考文献
[1] 中华人民共和国国家标准．建筑地基基础设计规范（GB 50007-2002）．
[2] 中华人民共和国行业标准．水闸设计规范（SL265-2001）．
[3] 中华人民共和国国家标准．堤防工程设计设计规范（GB 50286-98）．
[4] 中华人民共和国国家标准．土工合成材料规范（GB 50290-98）．