水库溢洪道及消力池淤泥软土地基处理的方法

2022-09-10

溢洪道, 消力池是可调蓄水库溢洪道进行有效泄洪时减轻洪水对下游河道的破坏, 对延长河道长时间泄洪, 减轻洪水冲击力, 是下游防洪保安的头道屏障, 是在汛期防洪的第一道防洪工程, 作用极大。消力池的设置与水库的大小, 水库与泻洪河道的高底有关, 在泻洪时由于洪水主要含土和沙, 经过消力池后产生的沉淀以及消力池周边砂土的堆积使消力池消力功能丧失。

1 软土简介

软土是指强度低、压缩性高的软弱土层, 可将其分软土是指强度低、压缩性高的软弱土层, 可将其分为软泥质土, 淤泥质土, 淤泥泥炭质土及泥炭5种类型。习惯上把前3种总称为软土。软土在我国滨海平原, 河口三角洲湖盆地周围及山涧谷地均有广泛分布, 其主要工程特性为:天然含水量高、孔隙比大、透水性差、压缩性高、灵敏度高、抗剪强度低、流变性显著。

2 软土地基失稳的机理

引起软土地基上堤防滑动破坏的原因, 在于软弱地基中某一面上的剪应力大于等于它的极限抗剪强度。究其原因主要有两个方面:一是由于剪应力的增加。例如:堤防加高加宽引起堤身重量加大、降雨使土体容重增加、水位降落产生渗透压力, 地震和打桩引发动荷载等。二是由于软土地基本身抗剪强度的减小。例如:孔隙水压力的升高、气候变化旌干裂和冻融、粘土夹层因浸水而软化以及粘性土的蠕变等。

3 软土地基处理的措施

3.1 水泥搅拌法

水泥土搅拌法是用于加固饱和粘性土地基的一种新方法。它是利用水泥 (或石灰) 等材料作为固化剂, 通过特制的搅拌机械, 在地基深处就地将软土和固化剂 (浆液或粉体) 强制搅拌, 由固化剂和软土间所产生的一系列物理-化学反应, 使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的水泥加固土, 从而提高地基强度和增大变形模量。根据施工方法的不同, 水泥土搅拌法分为水泥浆搅拌和粉体喷射搅拌两种。

水泥土搅拌法分为深层搅拌法 (以下简称湿法) 和粉体喷搅法 (以下简称干法) 。水泥土搅拌法适用于处理正常固结的淤泥与淤泥质土、粉土、饱和黄土、素填土、粘性土以及无流动地下水的饱和松散砂土等地基。当地基土的天然含水量小于30% (黄土含水量小于25%) 、大于70%或地下水的pH值小于4时不宜采用干法。

水泥加固土的室内试验表明, 有些软土的加固效果较好, 而有的不够理想。一般认为含有高岭石、多水高岭石、蒙脱石等粘土矿物的软土加固效果较好, 而含有伊里石、氯化物和水铝英石等矿物的粘性土以及有机质含量高、酸碱度 (pH值) 较低的粘性土的加固效果较差。

3.2 真空预压法

真空预压法的特点是: (1) 工期短, 真空预压抽气时无须控制加荷速率, 可一次加上而不必担心地基失稳, 排水固结速度快, 故可缩短工期。 (2) 不需大量预压材料, 施工机具设备简单, 且可重复使用。因而费用相对低廉。 (3) 加固效果显著, 真空预压不仅沉降大, 均匀, 而且侧向位移向着预压区中心, 不像堆载预压那样侧向挤出、隆起。所以真空预压的地基比堆载预压的地基密实度大, 此法特别适用于加固超软地基。其机理是:由于软土渗透性小, 首先在需要加固的地基上打设垂直排水通道, 排水通道可采用袋装砂井或塑料排水板等, 在其上铺设排水垫层, 然后在垫层上铺设密封膜, 并使其四周埋设于地下水位以下, 使之与大气隔离。

3.3 换土法

当淤土层厚度较簿时, 也可采用淤土层换填砂壤土、灰土、粗砂、水泥土及采用沉井基础等办法进行地基处理, 鉴于换砂不利于防渗, 且工程造价较高, 一般应就地取材, 以换填泥土为宜。换土法要回填有较好压密特性土进行压实或夯实, 形成良好的持力层, 从而改变地基承载力特性, 提高抗变形和稳定能力, 施工时应注意坑边稳定, 保证填料质量, 填料应分层夯实。

3.4 灌浆法

是利用气压、液压或电化学原理将能够固化的某些浆液注入地基介质中或建筑物与地基的缝隙部位。灌浆浆液可以是水泥浆、水泥砂浆、粘土水泥浆、粘土浆及各种化学浆材如聚氨酯类、木质素类、硅酸盐类等。灌浆法对加固淤泥软土地基具有明显效果, 由于淤泥软基不均匀, 沉降最大达到3M, 加固时采用单管高压旋喷灌浆处理, 各设5个灌浆孔, 沿轴线两侧布孔, 灌注水泥浆, 采用灌浆压力为20MPa, 经过处理后沉降基本得到控制。高压旋喷灌浆处理原理是通过在中高压旋喷灌浆形成水泥土摩擦桩, 提高承载力, 达到控制沉降的目的。

3.5 振动水冲法

振冲法是利用一根类似插入式混凝土振捣器的机具——振冲器 (有上、下两个喷水口) , 在振动和冲击荷载作用下, 先在地基中成孔, 再在孔内分别填入砂、碎石等材料, 并分层振实或夯实, 使地基得以加固。用砂桩、碎石加固初始强度不能太低 (初始不排水抗剪强度一般要求大于20KPa) , 对太软的淤泥或淤泥质土不宜采用。

石灰桩、二灰桩是在桩孔中灌入新鲜生石灰或在生石灰中掺入适量粉煤灰、火山灰 (常称二灰) , 并分层击实而成桩。它通过生石灰的高吸水性, 膨胀后对桩周土的挤密作用, 用离子交换作用和空气中的CO2与水发生酸化反应使被加固地基强度提高。

3.6 粉喷桩法

喷粉桩法的正式名称为粉体深层喷粉搅拌法, 是胶结法处理软土地基的一种。它利用水泥或石灰等材料作为固化剂的主剂, 通过特制的深层搅拌机械, 就地在软土中利用压缩空气喷射石灰或水泥干粉, 与软土强行搅拌, 利用固化剂与软土之间所产生的一系列物理-化学反应, 使软土固结成具有整体性、水稳定性和一定强度的地基, 以达到提高地基承载力、减少地基沉降量的目的。其地基应视为复合地基, 桩土共同承担应力。