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水利工程中软土地基的处理技术研究

发表时间：2020/8/5 来源：《基层建设》2020年第10期作者：罗善立

[导读] 摘要：软土地基加固提升地基抗剪能力和承载力是实现建筑整体性和功能性的重要保障。

        南宁市防汛抗旱物资储备中心广西南宁 530001
        摘要：软土地基加固提升地基抗剪能力和承载力是实现建筑整体性和功能性的重要保障。本文从软土地基的组成、失效机理等特点出发，介绍了几种常用的软土地基加固方法。以期对软土地基水利工程基础保障提供一些参考。
        关键词：水利工程；软土地基；地基处理
        一、前言
        近些年来，我国基础设施建设如火如荼。随着越来愈多的人口城镇化，城市人口不断增加。为了缓解不断流入的人口带给城市的住房紧张问题，近些年来，由于城市规划等问题，可供开发的建筑面积有限，因此越来越多的高层建筑出现。对于高层建筑而言，根据选址地基的不同，工程造价也不尽相同。软土地基由于其自身独特的性质，在软土地基中建设高层建筑的造价高，为了保证工程质量和安全性，通常对于软土地基的承载力选取相对保守，如此更加造成了建筑成本的浪费。在保证工程质量的同时，探究软土地基的极限承载力，对于在软土地基上的土木工程具有重要的意义。
        我国软土地基的分布具有集中性，一般存在于地势相对平缓的区域，如沿海区域、沿河区域等，形成淤泥质软土层。而人们的主要生活也集中在地势平坦的沿河沿海等区域。在沿河沿海地区的水利工程建设对于保证人们生命财产安全和经济活动顺利平稳开展至关重要。由于软土地基的抗剪性能和承载力都较差，容易在建筑物载荷作用下发生变形破坏。因此在水利工程进行前应当对软土地基及逆行加固处理，保证软土地基的承载力和抗剪性能等能够保证水利工程的长期稳定作业状态。
        二、软土地基特点
        1 软土地基组成
        由于软土地基的硬度较低，一般会在自然环境中发生碎裂和崩解，一般不会有大体积的稳定状态。软土地层在我国分布广泛，一般来说色泽偏红，因此又被称为红土，其中遍布各种类型碎屑，碎屑的成分因地区差异较大，主要成分为胶泥状。软土成分复杂，一般来说具有透水性强，亲水性强，浸水后强度软化、失水后易崩解,地基块饱和单轴抗强度低,层面之间抗剪强度低,特别是层面之间含水后易产生层间滑动的特点。
        软土一般是多种形态构成的多相体，一般来说以固相为主，成分复杂，不同种类颗粒随机或规律排列在一起，构成有缝隙但承压的环境。在固相颗粒之间，通常由液态水分布，还有的缝隙中存在气体。由于岩土层分布位于地下位置，各种状态物质长期共存，界面稳定，并不是分散的的简单混合在一起，而是相互作用，相互联系。固态颗粒一般对软土整体的性质占据主要地位，性质最为稳定。
        2 软土地基特性
        由于软土组成成分的复杂性，其力学和工程特性研究一直是人们研究的重点。首先相对于其余岩土层来说，最为根本的区别是软土地基强度低。这是因为本身软土底层成岩并不完全，在漫长的地质条件变化中，并未获的稳定的坚固的状态。其岩体的强度低，整体性质不稳定，暴露在大气环境下，经过自然环境的侵袭，极易发生风化和崩解。软土的构成介于岩石与粘土之间，其性质不稳定，靠分子间范德华力相互制约下，构成整体。因此整体的承载能力随着自然环境的变化，其承载能力也不稳定，一般来说为2-25Mpa之间。
        由于软土构成成分主要由范德华力相互吸引，因此在暴漏在水环境下，或者吸水，由于表面张力的变化，内部应力环境会发生较大改变，导致分子间距离变大，范德华力变小，直接导致软土开裂或崩解。
        在实际工程应用中，由于软土物理特性的复杂性，在软土底层的施工工程中也遇到了很多问题。如因为软土对水含量的敏感性，地下水位会对软土底层的整体特性有较为明显的影响。软土底层的固态物质分布不稳定，整体来说其组成成分不连续，因此导致其物理性能不连续，对施工造成较大影响。
        3 软土地基承载力影响因素
        首先软土中矿物的构成成分对软土岩层的整体力学性质有直接的影响。一般来说，软土中岩石颗粒的构成复杂，并不是单一的整体。因此在组成物质中，硬质的成分越多，软土整体体现出来的稳定性越强，弹性越大。然而在软土底层中，主要构成物质一般为粘土，粘土矿物整体硬度较小，造成受压易发生塑性形变，导致其承载能力较弱。构成软土底层的粘土物质成分也不尽相同，且粘土矿物性质本身容易受到自然环境的影响，如含水量增大将直接导致内部应力会发生较大改变，导致分子间距离变大，范德华力变小，直接导致软土开裂或崩解。
        软土在三轴压缩条件下的弹性模量一般高于在单轴压缩条件下测定值在无侧压或低侧压条件下一般呈脆性破坏,在高侧压情况下转化为延性破坏在瞬时荷载作用下显示出弹性、塑-弹性、弹塑性、塑弹-塑性等变化特征,在长期荷载作用下则发生不同的蠕变现象。
        软土内部的构造也会直接影响软土的性质。

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岩石构造主要指岩体内部分子晶粒的分布状态，不同岩石颗粒之间的交联状态等。一般来说，由于软土底层中主要构成成分为粘土物质，粘土矿物颗粒之间主要有胶状物质进行连接形成连接结构，这些连接结构的强弱程度将直接影响软土地貌的性质。一般来说颗粒间的胶结类型分为三种，根据颗粒间距离不同，主要分为基质胶结，接触胶结和空隙胶结。基质胶结主要粘结力由胶状物提供，连接较强，岩土强度较强。接触胶结类型中，只有部分位置接触，大部分为空隙，造成岩石强度低，易崩解。
        三、软土地基处理技术
        1 排水松木桩处理
        复合地基是一种通过认为干预在原本承载力较差的地基中，通过加设碎石桩等桩体进行地基改性的技术。通过状体的施加，状体和原本地基构成复合地基，在施加承载力后，原本的地基和桩体共同承担载荷。
        早在隋代，我国便出现了用松木桩加固的复合地基，为了减小软质地基的沉降，在软质地基位置打入松木桩进行加固。松木桩本身富含油脂，可以有效防止自然条件下的侵袭，防止松木桩的腐烂变性。
        一般来说在实际工程中，松木桩直径选取一般在100-150mm，柱长不超过6米。松木桩一般在施工时采用群桩技术。对于松木桩单体来说，主要承受的是压力，其压力主要通过柱体表面与底层岩体的摩擦传递到周围岩体上。对于群桩而言，单个状体的受力扩展到周边岩体上，使得整个岩体和群桩的受力变成连续的整体。
        2 水泥搅拌桩处理
        水泥搅拌桩是一种利用水泥等材料实现深层软土固化的方法。常用来加固饱和软粘土地基，采用水泥等作为固化剂，利用大型机械进行软土层深层的搅拌，使得水泥和软土层充分混合，固化剂一般采用类水泥砂浆材料或粉状材料利用土层水份实现固化，在一定时间内内固化剂与软土地基的组成部分形成相对固结的整体，从而提升软土地基的抗剪切性能和承载能力，并在一定程度上改善软土地基的水稳能力。
        目前常用的水泥搅拌桩处理方法主要有两种，喷浆型搅拌法和喷粉型搅拌法。喷浆型搅拌法，顾名思义是指直接将水泥砂浆以液态形式加入到机械设备进料口，在搅拌过程中实现水泥浆料和软土岩体的混合。喷粉型搅拌法是直接将水泥粉体喷入软土地基中并进行搅拌混合的方法。利用压缩空气将水泥粉体喷入地基中，并利用搅拌机进行搅拌混合。
        3 电渗加固处理
        相对于其他加固技术而言，电渗加固技术是一种新兴的软土地基加固技术，电渗现象首次被发现是在1809年，电渗加固技术首次被应用在地基加固中却是在1948年。这是因为电渗加固技术成本较高，尽管可以实现粘土等地基的快速排水，依然未能引起人们的广泛关注。
        随着工业的飞速发展，电渗技术在工业污泥脱水方面的巨大优势，使得这一可以实现快速排水的技术重新得到重视。电渗加固的原理较为复杂，简单来说包括两个方面，第一个方面为快速排水，在软土地基或污泥等含水量较大的土体施加外加电场，会使得土体中产生电渗流，方从阳极到负极，这就会实现土体中水份在土体空隙中流动，从负极位置被排出；另一方面，在外加电场的作用线，土体内部的复杂组成成分会发生复杂的物化反应，其中胶结作用会明显加强土体的强度和承载能力。
        四、结论
        随着我国基础设施建设如火如荼的开展，越来越多的水利工程在沿海沿河等人口密集的位置兴建，软土地基的加强成为一项不得不解决的问题。软土地基的承载力直接影响建筑结构的完整性和功能性。
        本文首先介绍了软土层的组成、分布等特点，并简单介绍了水利工程建设领域对软土地基进行加固处理的集中方法，希望对业界提供一些参考。
        值得注意的是，目前软土地基的研究领域存在明显的实际应用领先于理论研究的问题，为了从根源上改善目前的软土地基加固方法，应该加大对于地基加固理论的重视程度。
        参考文献
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