水利水电工程师这4种堤防地基加固方法你都了解吗？

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一、振冲法

(一)加固机理

振冲法的主要设备有振冲器、吊车和水泵。振冲器靠底端喷出的压力水(水压400～600kPa)的冲击力和振冲器本身重量，使振冲器往下贯入土中。在这个过程中振冲器产生的水平振动力将挤密孔壁土砂层。当振冲器达到预定深度后，往孔内投粗料(如粗砂砾石、碎石、矿渣等)，并靠振冲器的水平振动力将粗粒填料挤入周围土层中。随着射水和水平振动力持续时间的延长，土层(混入了粗粒料)越来越密实，振冲器耗电随之加大，当达到设计值后，振冲器就可上提一定距离(30— 35cm)，再住孔内投料，重复上述过程，直到整个孔均被粗料填满并振冲到一定密实度为止。

振冲法对于砂土主要是提高了砂土的密实度，故对砂土也称振冲挤密法。对于振冲法加固粘性土地基作用机理，主要指“复合地基”作用机理，即投入的粗料(碎石)于土中形成的碎石桩强度大大高于周围土体的强度，碎石桩与周围土体组成“复合地基”，共同承担堤防重量，“复合地基”比天然地基强度大大提高，压缩性大大减小，振冲法加固粘性土也叫振冲碎石法或振冲置换法。

(二)振冲法的挤密工艺

1.孔位布置与间距

振冲孔位布置常用等边三角形和正方形两种。对大面积挤密处理，用等边三角形布置比正方形布置可以得到更好的挤密效果。

振冲孔位的间距视砂土的颗粒组成、密实要求、振冲器功率而定。使用30kw振冲器，间距一般为1.8～2.5m;使用75kw大型振冲器，间距可加大到2.5～3.5m。

2.填料选择

对中细砂，可以不加填料，就地挤密;但对粉细砂，必须加填料后才能获得较好的振密效果。

3.挤密工艺

连续下料法 振冲器达设计深度后，将水压和水量减少至维持孔口有一定量回水，但没有大量细颗粒带走的程度。此时用装载机等运料工具将填料堆放在振冲器护筒周围。填料在水平振动力作用下依靠自重沿护筒周壁下沉到孔底。这种造孔后不提出振冲器，在孔中投料的方法称连续下料法。该法施工特别适用於加固易于塌孔的砂土地基。

间断下料法 造孔后将振冲器提出孔口，直接往孔内倒入一批填料，再将振冲器下降至孔底进行振密，如此反复进行直至全孔完成。这种施工方法称间断下料法。

比较起来，连续下料法的桩体的密实度较均匀;间断下料法的施工速度较快。

(三)适用范围

振冲法适用的土质主要是砂性土，从粉细砂到含砾粗砂，只要小于0.005mm的粘粒含量不超过10%，都可得到显著的挤密效果;若粘粒含量大于30%，则挤密效果明显降低。在堤防除险加固工程中，尤其适用于砂性土地基的滑坡除险加固处理。也可用于新建或已建堤防、涵闸基础的处理，提高基础的承载力与抗滑稳定及抗震防液化能力。

(四)振冲法的主要优点

1.施工机具和施工工艺简单，易于操作。处理费用低。

2.振冲法是以复合地基形式处理地基，能最大程度发挥和充分利用天然地基的强度潜力，使地基强度变得比较均一。

3.振冲法可在软粘土中设置强透水性的排水碎石桩，软粘土中的水可通过碎石桩以较短的时间完成排水固结，使地基强度提高。对建在松软地基上堤防的加固处理，具有较高的实用意义。

二、挤密砂桩法

挤密砂桩是先在软基中间用冲击法或振动法打孔，灌入砂子并捣实。

(一)加固机原理

1.在松散砂土中的作用

由于成桩方法不同，在松散砂土中成桩时对周围砂层或产生挤密作用或同时也产生振密作用。

(1)挤密作用 采用冲击法或振动法往砂中下沉桩管和一次拔管成桩时，由于桩管下沉对周围砂土产生很大的横向作用力，这就是挤密作用。有效挤密范围可达3～4倍桩直径。

(2)挤密和振密作用 采用振动法往砂土中下沉桩管和逐步拔出桩管成桩时，下沉桩管对周围砂层产生挤密作用，拔起桩管对周围砂层产生振密作用，有效振密范围可达6倍桩直径左右。

2.在软弱粘性土中的作用

(1)置换作用 密实的砂桩在软弱粘性土中取代了同体积的软弱粘性土，形成“复合地基”，使承载力提高，地基沉降变小。

(2)排水作用 在软弱粘性土地基中，砂桩可以象砂井一样起排水作用，从而加快地基的固结沉降速率。

(二)施工工艺要点

1.施工顺序

在松散砂土中，首先施工外围桩，然后施工隔行的桩，对最后几行桩，如下沉桩管有困难时，可适当增大桩距。

在软弱粘性土中，砂桩成型困难时可隔行施工，各行中的桩也可间隔施工。

2.质量控制

(1)冲击法成桩。单管法施工时，控制拔管速度为1.5～3m/min，以保证桩身连续性，而桩直径是以灌砂量来控制;双管法施工时，锤击内管和外管将砂压实，按贯入度控制，保证桩身的连续性。

(2)振动法成桩。主要控制拔管的速度，如一次拔管法，拔管1m控制在30秒内;逐步拔管法，每次拔起0.5m，停拔续振20s。

(三)砂桩用途

在松散砂土中，可用于增大相对密度，防止振动液化。在软弱粘性土中，可用于提高地基承载力，加速固结沉降，改善地基的整体稳定性。

三、强夯法

强夯法是将很重的锤(一般为100～400kN)从高处自由落下(落距一般为15～25m)给地基以强烈地夯击而压密，从而提高地基土的强度并降低其压缩性。

(一)强夯法作用机理

加密作用，使空气或气体的排出;固结作用，使水或流体的排出;预加变形作用，使各种颗粒成分在结构上的重新排列，包括颗粒结构或型态的改变。

(二)施工要点

1.平整场地 预先估计强夯后可能产生的平均地面变形，并以此确定地面高程，然后用机械平整。

2.铺垫层 遇地表层为细粒土，且地下水位高的情况，有时需在表面铺0.5~2m左右厚的砂、砂砾或碎石。以使地表坚硬，支承起重设备。

3.夯点放线定位 宜用石灰或打木桩的方法，偏差不大于5cm。

4.强夯施工 当第一遍夯完后，将夯坑填平，再进行下一遍夯击，直至计划的夯击遍数夯完为止。

5.现场记录 做好详细的现场记录。

6.安全措施 夯击时所有人员应退到安全线以外。

(三)强夯法的用途

强夯法可用来加固新建或改建堤防工程的基础处理。主要可用于加固碎石土、砂土、粘性土、杂填土、湿陷性黄土等各类地基。它不仅能提高地基的强度并降低其压缩性，而且还能改善其抵抗振动液化的能力和消除土的湿陷性。

但对饱和软粘土进行强夯要持慎重态度。对已建堤防的应用也要慎重。

四、排水固结法

(一)基本原理

排水固结法是软粘土地基在荷载作用下，土孔隙水慢慢排出，孔隙比减小，地基发生固结变形。同时，随着超静水压力逐渐消散，土的有效应力增大，地基土的强度逐步增长。

(二)排水固结法的排水与预压

排水固结法是由排水系统和加压系统两部分组合而成的。排水系统可以在天然地基中设置竖向排水体(如普通砂井、袋装砂井、塑料排水板等)，以及利用天然地层本身的透水性。加压系统有堆载法、真空法等。

1.排水

首先打设砂井(包括袋装砂井、塑料排水板等)在软粘土地基中，设置一系列砂井，在砂井之上铺设砂垫或砂沟，增加土层排水通道，加速固结。这种方法适用于透水性低的软弱粘性土，对于泥炭土等有机质沉积物不适用。

2.预压

(1)堆载预压法 通过临时填土石等方法对地基加载预压，达到预先完成部分或大部分地基沉降，并通过地基土固结提高地基承载力。这种方法适合于软粘土地基。

(2)真空预压法 在粘土层上铺设砂垫层，打设排水板(砂井等)，然后用薄膜密封砂垫层，用真空泵抽气，使地下水位下降，同时在大气压力作用下加速地基固结。主要适用于软粘土地基。

(三)用途

排水固结法主要可以解决粘土地基的沉降问题和稳定问题。

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