换土垫层法在水闸工程软土地基处理中的应用

　　中图分类号：TU753文献标识码：A文章编号：1003--2738（2012）01-0000-01 　　 　　摘要：软土地基处理的好坏，不仅关系到工程建设的速度，而且关系到工程建设的质量，过大的沉降及不均匀的沉降造成软土地区大量的工程事故，因此提高软土地基处理方法具有重要的价值和意义。文章介绍了软土地基处理方法之一的换土垫层法施工的具体措施，并指出该法具有施工工艺简单、工期短、成本低等优点，是一种常用的地基处理方法。 　　关键词：水闸工程；软土地基；基础；换土垫层；处理方法 　　 　　 　　在沿海、沿湖和河流中、下游的河漫滩等地段附近，经常遇到软粘土、淤泥或粉砂夹淤土等地基。这几类地基的土质很差，孔隙比和天然含水量大，压缩性强，透水性弱，强度低，地基稳定性差，表现在贯入击数小。对于这类地基，如不进行人工处理，不宜作为水闸工程的天然地基。但是采用人工地基，常会增大工程造价和施工工程量，故在实际设计中应先考虑使用天然地基，只有经过方案比较，证明人工处理地基更为经济合理时，才对软基进行人工处理。软土地基处理的方法很多，本文主要介绍换土垫层法施工，该法具有施工工艺简单、工期短、成本低等优点，是一种常用的地基处理方法。 　　 换土垫层法是将水闸基底附近一定深度范围内的软弱土层挖除，换以人工回填土料作为地基持力层。 　　 1.换土垫层的作用。换土垫层的主要作用有以下几个方面。 　　（1）改善地基应力的分布，适当提高地基稳定性。垫层一方面以强度较高的压实土料代替闸底受力较大的部分软土，同时也提高了闸室沿地表的抗滑稳定性；一方面又起筏基作用，将闸的荷载通过垫层扩散到下卧的较大面积的软土层上去。由于底板底面较大，垫层厚度较薄，软土层面上的单位压力有所减小，减小的幅度虽不大，但压力分布的改善则比较明显。 　　（2）垫层材料如采用中、粗砂，由于这种材料透水性强，可以改善下卧软土层的排水条件，缩短软土层的固结时间，使软土层的强度在施工期得到一定程度的提高，从而增加了地基的稳定性。但是正因为改善了软土层的排水条件，压密渗透坡降增加，超过软粘土起始坡降的压密区域加大，故沉降量也是比较大的。垫层采用粘性土料时，沉降量就小得多。 　　2．垫层材料。垫层材料的选择应以就地取材为原则。非粘性土中以非风化的、级配良好的中砂、粗砂为最好。因为他们透水性强，比较容易震动密实。粉砂、细砂和砂壤土等，由于颗粒比较均匀，压实干重度小，强度低，在渗流和震动荷载作用下，容易产生渗透变形或液化现象，不宜用这类土作垫层材料。粘性土中以中壤土最为适宜。粘粒含量少于25%的重壤土也可使用。它易于破垡，施工含水量比较容易控制，因此比较容易压实，满足最大设计干重度的要求。粘粒含量超过25%的重壤土和粘土，因为施工困难较多，费工费时，应尽量不采用。粘土中如果掺以25%~30%的砂砾石或碎石，能够改善其压实性能，获得强度和抗渗性能都较高的土料，可以用作垫层材料。 　　3．垫层的质量控制和施工要求。垫层的质量控制及施工要求，应根据不同的换填土料，提出不同的要求。不论何种填料，垫层本身均应有较高的密实度。 　　 （1）换砂垫层：中粗砂要有良好的级配，砂质要干净，其含泥量应不超过3%，并通过试验鉴定后采用。 　　砂垫层的密实标准，一般用相对密度控制，要求在密实状态以上，即相对密度大于0.67，通常取0.75~0.8。施工时由土工试验得出最大孔隙比和最小孔隙比；再根据设计要求的相对密度，计算出需要控制的孔隙比e和干重度γd，作为施工质量控制标准。砂垫层的密实方法，可根据不同要求和施工条件，采用分层震动或压实的方法。 　　（2）壤土垫层：壤土应土质均匀，不夹砖石屑、有机质等杂质。自然含水量接近最优含水量。施工时欲达到理想的质量标准，关键是控制壤土的自然含水量。当土料的天然含水量大于最优含水量时，易形成所谓橡皮土，不易压实，必须进行人工翻晒。当天然含水量小于最优含水量时，应均匀洒水。 　　壤土垫层的密实标准，取标准击实试验25击时的最大干重度作为设计干重度，一般为16.5~17.5KN/m3。中小型水闸取击实试验15击时的最大干重度为设计标准，一般为15.5~16.0KN/m3。由于粘性土物理性质的差异和施工条件的不同，最大干重度实际是个变值。故施工时控制的干重度应为η×γd，其中η为压实度，对于中壤土取η=0.96。壤土的密实可用人工夯实，也可用机械夯实。 　　应该指出，不管是砂垫层还是壤土垫层，在压实后只能减少原软土地基的沉降量，而不能完全消除沉降现象。如果垫层压实不好或软土层较厚不可能完全挖除，水闸建成后地基还可能有较大的沉降量或沉降差，只是砂垫层的沉降量更大一些，特别是竣工放水前后（砂垫层和天然砂基上的涵闸在放水后不久，都会产生突然沉降），会发生较大的沉降，此后沉降渐趋平缓，但一直要延续到20年左右才稳定下来。因此，如果软基的整体抗滑稳定安全系数在处理以前已达到1.5以上，处理的目的是减小地基的沉降量和不均匀沉降差，还是采用粘性土垫层为好。