軟土地基處理技術在水利水電工程中的應用

高連武

【摘要】地基是建筑工程結構的重要組成要素，在水利水電工程中建設中發揮著重要的作用。地基處理是否合理得當，直接關系到水利水電工程建設的質量安全，因此，探究地基的處理技術是十分有必要的。本文從水利水電工程中軟土地基的主要特性入手，分析了軟土地基的相關處理技術。

【關鍵詞】軟土地基，處理技術，水利水電工程

【中圖分類號】TV223 【文獻標識碼】A 【文章編號】1672-5158（2013）04-0267-01

軟土地基是指由那些淤泥土質及高壓縮性土質結構形成的地基。軟土地基不僅天然含水量豐富，透水性能低，承載性能低，抗剪強度低，而且各土層的分布結構異常復雜，壓縮性能高，固結時間長，擾動性高，不利于水利水電工程的建設，因而需要對此加以處理，才能使之符合地基設計要求。

一、水利水電工程中軟土地基的主要特性

（1）抗剪性能低

一般來說，軟土土質容易出現軟塑、流塑現象，如果受到外部荷載力的影響，抗剪性能將會大大降低。據統計，我國的無側限軟土抗剪性能通常低于每平方米30KN。若不排水的話，其內部磨擦角將會變為零。這種情況下，軟土地基的抗剪性能完全受到凝聚力c的影響，而凝聚力c通常在每平方米30KN以下，當進行固結快剪時內磨擦角的取值氛圍也僅在5.15度之間，而提高軟土地基的抗剪性能最好地辦法便是排水。通常在軟土土層具有排水出路的情況下，有效壓力會不斷增加，便容易產生固結，倘若找不到良好的排水出路，在外部荷載力的作用下，抗剪強度便會降低。因此，采用“輕型薄壁”的設計形式，是降低建筑荷重的有效方法。

（2）透水性能低

由于軟土土質中蘊含了較高的天然含水量，其范圍在大約在50～65%之間，在透水系數k<1（mm/d）的影響下，透水性能便會變得相當低。尤其在承受外部強荷載作用的情況下，會導致孔隙水壓力增高，延長固結時間，這樣地基的固結性能也將受到很大影響。

（2）壓縮性能高

一般而言，軟土土質的壓縮系數通常在0.5MPa-1以下，如果在這種地質上修建水利水電工程，將會發生沉降現象，造成工程開裂，影響水利水電工程的整體建設。

（3）靈敏性能高

靈敏度是指在含水量穩定的前提下，原狀土與重塑土中無側限抗壓性能的比例。通常情況下，軟土地基的靈敏度會在3-4之間，但是在某些情況下，會有所提高。因此，如果在這樣的軟土地基上建造工程，修建筑堤，不僅會對軟土地基造成擾動，也不利水利水電的工程建設。

二、軟土地基的處理技術措施

（1）灌漿法加固地基

灌漿法是指通過氣壓、液壓或電化學原理將一些粘土泥漿、水泥砂漿、水泥漿等化學漿料加以液化，然后將這些漿液注入軟地基與水利水電工程建筑的縫隙部位或者軟土地基的介質中，增強軟土地基的固化性。比如劈裂灌漿法在加固水庫石壩時通常采用單排孔，平行壩軸線加以布置，位置基本上在軸線上游1.5m，孔深入地基的低透水層處，最深處于40m。劈裂灌漿分為三個序孔進行灌注。第一個序孔灌注三次以后就開始灌注第二個序孔，兩個序孔之間輪流進行灌注，當劈裂縫和漿液不斷增加到壩頂周圍時再對第三個序孔進行灌注，彌補前兩序的不足，直到完全符合控制指標。此外，灌漿時盡量縮小孔距，這樣容易達到理想的效果。

（2）振沖法加固地基

振沖法加固地基最常見的工具便是振沖器，就是與混凝土振搗器類似的一種機具。振沖器具有上下兩個噴水口，因受于振動荷載力的影響，軟土地基中最開始時會形成一些小孔，然后再往這些小孔中加以碎石、砂漿及水泥漿，以便實現分層振實，達到地基穩固的目的。

（3）加筋法加固地基

采用加筋法加固地基，主要在于避免整體變形，增強工程建筑的穩定性。我們知道，土工合成材料，抗拉性能高，如果將其置于土層中，會促使土中的顆粒與拉筋產生較大的摩擦力，有利于地基強度的提高。有時也會通過在砂墊層中鋪設土工織物的方式來增強地基穩定性，在有受拉作用的情況下添加土工織物，會形成基底應力，反之，地基容易出現側向位移及沉降現象，致使軟土地基的加固工作難度增加。在出現塑性剪切遭受破壞時，采用土工合成材料加筋法加固地基能夠對面形起到組織作用，縮小破壞范圍，降低破壞程度，在一定程度上，提高地基的承載性能。

（4）硅化法加固地基

硅化法主要指電動硅化法，它是利用電滲原理，通過注入網狀式帶孔眼的注漿管，在一定壓力的作用下，將硅酸鈉（水玻璃）溶液注入到軟土地基中，或將硅酸鈉與氯化鈣這種溶液分別注入到軟土地基中，在此基礎上會產生膠質化學反應，形成膠凝物質及氫氧化鈣，這兩種物質對土顆粒的表面會起到一定的活化作用，提高地基的韌性，抑制地基的變形，同時可以提高土顆粒間的連結度，并伴有填充孔隙的優點，加固后的軟土地地基的無側限強度能夠達到1.5～6.0兆帕。但是，此方法需要的兩種材料屬于工業原料，成本高，耗電量大，往往很難被采用。

（5）排水固結法加固地基

排水固結法是指當軟土地地基在有外部荷載力的條件下，通過設置排水用具，如排水井、塑料排水袋等，將地基土層中的孔隙水逐漸排掉，縮小孔隙比，增強地基土層強度。排水固結法是處理軟土地基的沉降問題，確保軟土地基穩定性的有效途徑。在天然土層中增加排水途徑，設置豎向排水井，能夠加速地基的固結程度，縮短排水距離及工程的預壓期，在最短的時間內解決沉降問題，并促使地基承載能力的提高速率遠遠高于工程施工荷載力的增長速率，確保地基能夠達到較高的穩定性。

三、軟土地基處理技術的應用實例

四川銅街子水電站曾采用高壓噴射沖洗灌漿的方法，使壩基軟弱夾層得到了有效處理。銅街子水電站重力壩壩基玄武巖緩傾角軟弱夾層c5層是控制大壩抗滑穩定性的主要因素，對此水電站采用了高噴灌漿法給予了處理。首先通過30MPa的高壓水進行噴射沖洗，保持噴頭上的兩個噴射孔相對稱，直徑為2.3mm，而且每次旋轉角度不超過100，提升高度不超過10cm；待沖洗、摻攪、升揚置換后，將壩基軟弱夾層的物質沖出孔外；最后再將濃漿注入其中。為了避免基礎發生抬動現象，應先采用低壓灌注將壓力提升后，再進行限流灌注，其最大灌注率在15L/mim以下，孔排距為3m，呈梅花形。軟弱夾層c5層經過一定的處理后，形成了高強度的類似混凝土的水泥結石，致使變模達到1250MPa-8150MPa，與設計要求相符合，同時減少了施工難度，縮短了施工工期。