堤防工程軟土地基處理的幾種措施

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地基是指壓縮層主要由淤泥、淤泥質(zhì)土或其他高壓縮性土構(gòu)成的地基。承載能力很低,一般不超過(guò)50KN/m2。
     軟粘上中最常見(jiàn)的、工程地質(zhì)性質(zhì)最差的要數(shù)淤泥或淤泥質(zhì)土。通常工程上把天然孔隙比大于或等于1.5的亞粘土、粘土稱為淤泥,而把孔隙比大于1.0小于1.5的粘土稱為淤泥質(zhì)粘土。其主要特性有:
     一、軟土地基的特性
     1.孔隙比和天然含水量大。我國(guó)軟土的天然孔隙比一般e=1~2之間,淤泥和淤泥質(zhì)土的天然含水量w=50~70%,一般大于液限,高的可達(dá)200%。
     2.壓縮性高。我國(guó)淤泥和淤泥質(zhì)土的壓縮系的一般都大于0.5Mpa-1,建造在這種軟土上的建筑物將發(fā)生較大的沉降,尤其是沉降的不均性,會(huì)造成建筑物的開(kāi)裂和損壞。
     3.透水性弱。軟土含水量大,可是,透水性卻很小,滲透系數(shù)k≤1(mm/d)。由于透水性如此微小,土體受荷載作用后,往往呈現(xiàn)很高的孔隙水壓力,影響地基的壓密固結(jié)。
     4.抗剪強(qiáng)度低。軟土通常呈軟塑一流塑狀態(tài),在外部荷載作用下,抗剪性能極差,根據(jù)部分資料統(tǒng)計(jì),我國(guó)軟土無(wú)側(cè)限抗剪強(qiáng)度一般小于30KN/m2(相當(dāng)于0.3kg/cm2)。不排水剪時(shí),其內(nèi)磨擦角∮幾乎等于零,抗剪強(qiáng)度僅取決于凝聚力C,C<30KN/m2,固結(jié)快剪時(shí),∮一般為5°~15°。因此,提高軟土地基強(qiáng)度的關(guān)鍵是排水。如果土層有排水出路,它將隨著有效壓力的增加而逐步固結(jié)。反之,若沒(méi)有良好的排水出路,隨著荷載的增大,它的強(qiáng)度可能衰減。在這類軟土上的建筑物盡量采用“輕型薄壁”,減輕建筑荷重。
     5.靈敏度高。軟粘土上尤其是海相沉積的軟粘土,在結(jié)構(gòu)未被破壞時(shí)具有一定的抗剪強(qiáng)度,但一經(jīng)擾動(dòng),抗剪強(qiáng)度將顯著降低。軟粘土受到擾動(dòng)后強(qiáng)度降低的特性可用靈敏度(在含水量不變的條件下,原狀土與重塑土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度之比)來(lái)表示,軟粘土的靈敏度一般在3~4之間,也有更高的情況。因此,在高靈敏度的軟土地基上筑堤時(shí)應(yīng)盡量避免對(duì)地基土的擾動(dòng)。
     沖填土是水力沖填形成的產(chǎn)物。含砂量較高的沖填土,其固結(jié)情況和力學(xué)性質(zhì)較好;含粘粒較多的沖填土往往強(qiáng)度較低,壓縮性較高,具有欠固結(jié)性。
     雜填土大多由建筑垃圾、生活垃圾和工業(yè)廢料堆填而成,因此在結(jié)構(gòu)上具有無(wú)規(guī)律性。以生活垃圾為主的填上,腐殖質(zhì)含量較高,強(qiáng)度較低,壓縮性較大。以工業(yè)殘?jiān)鼮橹鞯奶钔粒赡芎兴?,遇水后容易發(fā)生膨脹和崩解,使填土強(qiáng)度降低。
     二、軟土地基上堤防失穩(wěn)的破壞機(jī)理
     引起軟土地基上堤防滑動(dòng)破壞的根本原因,在于軟弱地基中某個(gè)面上的剪應(yīng)力超過(guò)了它的抗剪強(qiáng)度,穩(wěn)定平衡遭到破壞。主要有兩方面因素:一是由于剪應(yīng)力的增加,例如大堤施工中上部填土何重的增加;降雨使土體容重增加;水位降落產(chǎn)生滲流力;地震、打樁等引起的動(dòng)荷載等。二是由于軟土地基本身抗剪強(qiáng)度的減小。例如孔隙水應(yīng)力的升高;氣候變化產(chǎn)生的干裂、凍融;粘土夾層因浸水而軟化以及粘性土的蠕變等。
     對(duì)堤防工程進(jìn)行穩(wěn)定分析時(shí),通常是將假想滑動(dòng)面以上土體看作剛體,并以它為脫離體,分析在極限平衡條件下其上各種作用力,并以整個(gè)滑動(dòng)面上的平均抗剪強(qiáng)度與平均剪應(yīng)力之比來(lái)定義它的安全系數(shù),即
     Tf——Fn= 式中: F—堤防穩(wěn)定安全系數(shù);Tf—滑動(dòng)面處土體的平均抗剪強(qiáng)度;T—作用于滑動(dòng)面上的平均剪應(yīng)力。Fn<1土體處于穩(wěn)定狀態(tài);Fn<1土體處于滑動(dòng)狀態(tài)或有滑動(dòng)的趨勢(shì);Fn=1,土體處于臨界狀態(tài)。因此,要使處于滑動(dòng)狀態(tài)或有滑動(dòng)趨勢(shì)的土體達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài),必須Fn>1(堤防工程等級(jí)不同,F(xiàn)n取值也不同,通常在1.05~1.30之間),通常有兩種方法:一是提高土體的抗剪強(qiáng)度,使孔隙水應(yīng)力充分消散,如對(duì)地基進(jìn)行加固等;二是減小作用在土體上的剪應(yīng)力,如減小堤防的橫斷面積,盡量避免對(duì)堤防的擾動(dòng)等。第一種方法在工程中被廣泛采用。
     三、軟土地基上筑堤常用的地基處理方法及適用條件
     堤防工程,常用的軟土地基處理方法有下列幾種:
     1.堤身自重?cái)D淤法
     堤身自重?cái)D淤法就是通過(guò)逐步加高的堤身自重將處于流塑態(tài)的淤泥或淤泥質(zhì)土外擠,并在堤身自重作用下使淤泥或淤泥質(zhì)土中的孔隙水應(yīng)力充分消散和有效應(yīng)力增加,從而提高地基抗剪強(qiáng)度的方法。在擠淤過(guò)程中為了不致產(chǎn)生不均勻沉陷,應(yīng)放緩堤坡、減慢堤身填筑速度,分期加高。其優(yōu)點(diǎn)可節(jié)約投資;缺點(diǎn)是施工期長(zhǎng)。此法適合于地基呈流塑態(tài)的淤泥或淤泥質(zhì)土,且工期不太緊的情況下采用。
     2.拋石擠淤法
     拋石擠淤法就是把一定量和粒徑的塊石拋在需進(jìn)行處理的淤泥或淤泥質(zhì)土地基中,將原基礎(chǔ)處的淤泥或淤泥質(zhì)土擠走,從而達(dá)到加固地基的目的。一般按以下要求進(jìn)行:將不易風(fēng)化的石料(尺寸一般不宜小于30cm)拋填于被處理堤基中,拋填方向根據(jù)軟土下臥地層橫坡而定。橫坡平坦時(shí)自地基中部漸次向兩側(cè)擴(kuò)展;橫坡陡于1:10時(shí),自高側(cè)向低側(cè)拋填。最后在上面鋪設(shè)反濾層。這種方法施工技術(shù)簡(jiǎn)單,投資較省,常用于處理流塑態(tài)的淤泥或淤泥質(zhì)土地基。