浅谈淤泥质土的地基处理技术

摘 要：由于淤泥质土压缩性高、强度低，因此软弱地基沉降大，且多为不均匀沉降，极易造成建筑物墙体开裂、建筑物倾覆。在工程建设中，必须引起足够的重视。本文首先分析了淤泥质土的工程特性，然后列举了常用的淤泥质土的地基处理技术，最后详细阐述了CFG 桩处理淤泥质土地基的具体应用。

关键词：淤泥质土；地基处理；天然含水率；换土法；CFG 桩

　　一、淤泥质土的工程性质

淤泥质土是指天然含水率大于液限、天然孔隙比在1.0~1.5之间的粘性土。这种软弱土广泛分布在我国东南沿海地区和内陆的大江、大河、大湖沿岸及周边。其具有以下工程性质：

 （一）天然含水率高、孔隙比大

淤泥质土主要是由粘粒和粉粒组成，并含有有机质。其中表面带负电荷的粘土矿物与周围介质中的水分子和阳离子相互吸引形成水膜，在不同的地质环境中形成各种絮状结构。所以这种土含水率高、孔隙比大。天然含水率一般为35%~80%，孔隙比大于1.0，常在1.0~2.0之间。软弱土因其天然含水率高、孔隙比大而使地基具有变形大、强度低的不良地质特性。[1]

 （二）渗透性小

淤泥质土粘粒含量高，渗透性很弱，其渗透系数一般为10-8cm/s~10-6cm/s，所以在荷载作用下排水固结缓慢、沉降时间长、强度不易提高。当土中有机质含量较大时，还可能会产生气泡，堵塞排水通道从而进一步降低渗透性。

 （三）抗剪强度低

由于淤泥质土天然含水率高、天然孔隙比大，因此软弱土地基变形大、强度低。此外，软弱土的强度还与加荷速度和排水条件有着密切的关系。

 （四）具有流变性

在荷载作用下，承受剪应力的作用产生缓慢的剪切变形，并可能导致抗剪强度的衰减，在主固结沉降完成后还可能产生可观的次固结沉降。因流变而产生的沉降持续时间可达几十年，且淤泥质土的长期强度小于瞬时强度。

 （五）具有触变性

淤泥质土在未破坏时，具有固态特性，一经扰动或破坏，即转变为稀释流动状态，强度明显下降，是一种结构性沉积物，尤其以海相粘土更为明显，因此具有较强的触变性。特别是当淤泥质土中亲水矿物较多时，结构性更强，触变性更加显著。

二、常用淤泥质土的地基处理技术

 （一）桩基法

 当淤土层较厚，难以大面积进行深处理时，对中小型水工建筑物，可采用打桩的办法进行加固处理。

1、当淤土层厚度小于5m时，宜打砂桩或石灰桩，通过吸水和排水来挤密淤土，使其孔隙比小于1，以达到一般地基要求。

2、当淤土层厚度在5～7m时，宜打预制桩至硬土层，作承载桩台。

3、当淤土层厚度在7～10m时，宜打灌注桩至硬土层，作承载桩台。

4、当淤土层厚度在10m以上时，宜采用打悬浮桩的办法，挤密淤土层并靠摩擦承载。

 （二）换土法

当淤土层厚度在4m以内时，也可采用挖除淤土层，换填砂壤土、灰土、粗砂、水泥土、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，故一般小型水工建筑物应就地取材，以换填泥土为宜。

1999年，在滨海县大套一站排灌闸施工中，就地利用废黄河堤上的粉砂土，同水泥按9∶1配比拌成水泥土，换填了3m厚的淤泥土层，效果很好，工程至今安全运行。而对大中型水工建筑物，可采用沉井基础。1986年，在阜宁县北沙抽水站工程建设中，设计了21.7m10.6m2.3m 长宽高 的沉井基础，换除了近5m深的淤泥土层。采取沉井深基础处理和排水下沉法方案，既保护了泵站出水池底板下原状土不受扰动，又较不排水下沉法节省了大量投资，工程被评为江苏省优质工程。

 （三）优化结构法

1、选择轻型结构

如U形槽薄壁渡槽、肋拱桥、桁架拱桥、刚架拱桥等。拱形桥梁除具有自重轻的优点外，还可将桥台基础浅埋，把桥台基础设置在地基表层的密实土层上，从而避开淤土层。

2、对小型水工建筑物可采用扩大基础底板的方法，如设计较薄的钢筋混凝土底板。对大中型工程，可采用空箱底板，即在不增加建筑物造价的情况下，用加大底板高度、减轻底板自重的办法来适应软土地基要求。

3、将水工建筑物两岸连接部分设计成格箱式岸墙或顺坡丁坝式岸墙，变过去挡土岸墙为挡水岸墙，变重力式挡土岸墙为无土重和土压力的轻型岸墙，既省工又能满足软土地基设计要求。阜宁县羊寨镇的原川里河防洪闸和罗桥镇青南河挡排闸站均采用了格箱式和顺坡丁坝式岸墙，经多年运行，工程安全状况良好。

4、在淤土地基上填筑挡洪大堤时，除要满足渗径设计要求外，还应设计外戗台，这样，既节省土方量、减轻压重，又可有效防止大堤水平位移和堤脚外侧隆起变形的发生。淮河入海水道工程在填筑阜宁段10km淤土大堤时，除设计戗台平衡压载外，还采取控制填筑速度、延长施工期限等办法，使淤土地基在施工中逐渐固结。

三、淤泥质土的地基处理技术的应用

 （一）CFG 桩复合地基的特点

CFG 桩复合地基承载力由土体和 CFG 桩体共同承担，复合地基上设置的褥垫层起到调节分配桩土间荷载的作用，同时避免了应力集中。

CFG 桩是一种有一定粘结强度的刚性桩体，本身具有和普通桩相同的承载特性，桩身承受的荷载通过桩周的摩阻力和桩端阻力传到深层地基中。故在 CFG桩处理软土层时，应充分考虑其类桩的特性。

 （二）工程应用

某220V变电站主要土层：素填土（fak=90kpaEs=4Mpa）、淤泥质粘土（fak=80kpa Es=3Mpa）、粘土（fak=180kpaEs=7Mpa ）、白云质灰岩（fak=60kpaEs=2.5Mpa）。

1、地基处理方案选择

该变电站采用户外 GIS 配电装置，配电安装区为整浇混凝土，对于不均匀沉降要求：两预埋件间高差不得超过 2mm，单个预埋件水平度差不超过 2mm。

由于上覆土层压缩性高、承载力小，不能满足持力层及沉降要求，该场地必须进行地基处理。站址内地下水与江水贯通，故不适宜采用排水固结方式。比选冲孔灌注桩基础和 CFG 桩复合地基基础：

若采用方案 1，GIS 设备下必须采用配筋混凝土承台。由于 GIS设备整体占地面积大，单位面积上荷载不大，但分布不均，而冲孔灌注桩单桩承载力大，势必形成基础下桩数少，间距大的格局。然而为保证沉降差要求，必须在桩间设置刚度较大的基础梁，而在桩间距大的情况下，基础梁抗弯、抗剪均会呈现不利状态。同时，桩承台荷载集中，导致其配筋率高，厚度大。整体结构不合理。

CFG 桩复合地基基础适于处理大面积软土地基，基础间不必设置联系梁，无需桩承台。地基处理后承载力提高与 GIS 设备要求相适应，且沉降差控制可满足 GIS 设备要求。整体结构更合理。两个方案比较，CFG 桩复合地基具有无泥浆污染、振动影响小、速度快、工期短、施工方便、经济有效等优点。[2]

综合考虑，选用方案2。

2、方案设计

根据处理土层类型和地下水位情况，CFG 桩施工选用振动沉管法最适宜。

地基基础设计方案：GIS 基础下铺设300mm 厚的级配碎石褥垫层，CFG 桩 采用三角形布桩，填料强度C15，桩间距1200~1300mm，设计桩径 D=400mm，置换率为 8.7%。桩端达白云质灰岩面。

3、桩身完整性试验和承载力试验结果

 （1）静载荷试验

按相对变形值来确定各点单桩复核地基承载力特征值 fspk。根据规范结合地区施工经验，取（即s=12.04mm）时所对应的荷载为该点的复合地基承载力特征值 fspk。各试验点的 P-S 及 S-lgt 是平缓的光滑曲线，且最大沉降量未达到 相对变形值，最大加载448kpa>440kpa，故复合地基承载力特征值 fspk>220kpa。

 （2）低应变动测试验

低应变动测法检测桩身质量采用反射波法进行，被抽检的CFG桩均为I类桩，桩身质量完整。试验表明，在本站址所处的含淤泥质粘土区域，采用CFG 桩进行地基处理可满足GIS装置对基础承载力和沉降的要求。

参考文献

[1]田洪琴，张先伟，高书存，兰孝龙.淤泥质土孔隙水压力消散规律[J].岩土工程界，2009(08)

[2]孔定娥.CFG桩法处理淤泥地基[J].安徽水利水电职业技术学院学报，2008(01)