水利工程施工中軟土地基處理技術探析

李 健 （安徽水利開發股份有限公司，安徽 蚌埠 233000）

0 前言

水利工程建設在河流、湖泊等濕度較大的地方，軟土地基是其基本特征。由于軟土地基的承載性相對較弱，含水率較高，具有一定的空隙，在技術處理不到位的情況下很可能產生地面變形，影響到施工的安全性。因此，加固處理等技術方案應得到高度重視，為水利工程建設奠定良好基礎。

1 軟土地基的缺陷

軟土地基主要由粉土和粘土等細微顆粒含量較多的土層構成，在穩定性方面存在明顯缺陷。在土質未受到明顯破壞之前，就會呈現出固態形態，當軟土地基遭到破壞后，就會從固態轉變為流動態。所以軟土地基的透水性能相對較差，需要花費一定的時間用于軟土地基的排水固結工作，建筑物的沉降時間也相對較長，沉降速度隨著負荷的增加逐漸加快，在相同的地基條件之下，建筑物高度越高，其沉降速度也越快[1]。

另一方面，軟土地基受到高壓影響，壓縮系數數值大，建筑物發生沉降的可能性明顯增加。例如在垂直壓力超過0.1MPa時，地基因壓縮出現變形。在實際的工程施工當中，軟土地基具有一定的不可預見性，當土層受力不均勻，上部建筑物的荷載作用不僅會導致建筑物的沉降，還會引起建筑物墻體開裂，甚至出現倒塌等。

2 軟土地基處理技術

2.1 換填墊層技術

換填墊層技術適用于厚度在2～3cm左右的軟土層，在施工時應先將表面的軟土層挖除之后再將其更換為穩定性較高的材料。換填墊層的材料可以選擇卵石、砂石等，此類材料具有自身密度高、強度高、透水性良好以及壓縮性小等特點，不僅在強度上有所保障，在壓縮性能與透水性上也能符合技術要求，更好地進行碾壓密實，從而提升地基的承載力，減少其沉降程度，促進軟土層的排水固結工作。具體來看，質地堅硬的粗砂、碎石都可以進行選擇，但不應混入風化料、軟巖等其它雜物。如使用頂級砂礫，其顆粒不均勻系數應大于等于10；人工及砂礫石則需要通過密度實驗確定填層材料的性能和密度。如果材料儲備不足，可以選擇細砂作為添增材料，再加入一定量的卵石、碎石，清除雜物后將石量的比例控制在50%以下即可。如果坑內有積水，應采用相應的排水技術先將坑內積水排除，清除浮土，做好地基區域的固定工作后，再加入填充材料鋪平[2]。另外，在換填工作結束后需要夯實地基，全面提升地基承載力與抗變性。在底層材料選擇上，可以偏向于壓縮性小的高強度材料，且當填充過程出現空隙，需選擇透水性材料快速排水，促進軟土地基凝結的同時，減少凍脹或膨脹土出現的漲縮作用。

在具體的施工過程中，按照標準流程進行，做好材料的鋪平工作與接頭區域的處理工作，層和層之間錯開一定距離。鋪設材料方法選擇夯實、碾壓、水振等多種模式，并修建排水措施保持工地的排水系統處于正常，防止出現沖刷、淤泥堆積等現象。如遭遇雨季，可采取有效的預防措施，將現場清理的廢棄材料妥善處理，并推擠在遠離河道農田的區域。

2.2 水泥土攪拌樁

水泥土加固的技術機理在于水泥加固土的物理與化學反應過程，它與混凝土的硬化機理存在著一定的差異，混凝土硬化是水泥在填充料中發生的水化作用與水解，凝結速度相對較快。水泥加固土當中，水泥摻量有限，最多占據加固土的20%，水泥的水解和水化反應也圍繞一定活性的介質內進行，其強度增長的過程要比混凝土更加緩慢[2]。

當前水泥土攪拌樁常見的布樁形式包括格構式與柱狀。以格構式攪拌樁為例，一般在軟土地基與粉砂中的效果較好。由于軟土地基沉降一般是由于軟土側向變形而導致，有相關研究表明在軟土地基中采用懸浮攪拌樁，軟土側向變形可以得到有效控制，減少軟土層的沉降量。格構式布樁可以穿透軟土層，將軟土全部限制在基底范圍之內。在實際施工當中還應該考慮到水泥土攪拌樁與其它管樁混合使用時的技術難點。建筑物地基反力差異較大，同一工程可能需要采取多種地基處理方案。為了保障不同建筑物相接處不產生沉降差，也應該在技術上進行優化。在建筑物地基應力相對較小的情況下，水泥土攪拌樁可以不設置褥墊層，對于土沉降計算參數的選擇需結合實際工程狀況決定，總體來看還應該全面地了解水泥土攪拌樁的質量，采用多種檢測方法進行檢測。

2.3 排水固結法

排水固結法即在地基中設置好砂井等豎向排水體，然后按照建筑物的重量進行加載，讓土體孔隙內的水排出，并逐漸固結后，地基出現沉降，逐漸提升強度，主要用于解決地基的穩定性問題。由于其孔隙比顯著減少，建筑物的有效強度得到增加。為了進一步保障固結的效率，最有效的方式就是在天然土層中增加排水途徑，縮短排水距離，在短時間內加速地基土抗剪強度的提升，讓地基承載力提升的速率大于施工荷載的增長速率。按照加壓方式的差異，排水固結法又可以細分為真空預壓、堆載預壓、降水預壓和電滲排水。原理如圖1所示。

圖1 排水固結法

真空預壓通過在粘土層上部鋪設砂墊層，并使用真空泵對已經密封的砂墊層抽氣，產生負壓，地下水可以沿著排水路徑排出地表，加速地基的排水固結。換言之，在總壓力不變的情況下減少孔隙水壓力，促進土體壓縮[3]。

堆載預壓法顧名思義，通過臨時堆填土方、石方來加速地基沉降的速度，通過地基土的固結來提升地基承載力。后續工作中考慮到均勻沉降的要求，會將土方、石方去除。通常來說預壓荷載和建筑物荷載保持相同，某些特殊情況視具體工程要求決定。對于一些滲透性較差的軟弱粘性土具有較好作用。

降水預壓則是將地下水抽出以降低地下水位，減少孔隙水壓力的同時保持地基加固作用，適用于細砂地基與飽和粉土。

電滲排水在土中插入金屬電極，通直流電，讓土中的水從陽極流向陰極，在陰極位將水排出，以降低粘性土中的含水量，提升邊坡穩定性，保障地基的承載力。

2.4 灰土密樁法

該方法主要用于處理地下水位中含水量較高的黃土、雜填土等。一般該技術方案的處理深度較淺，處理深度宜為3～15m，過深則壓實困難。通過在軟土地基中填入灰土樁后，利用錘擊將鋼管打入土中側向擠密土體形成樁孔，將管拔出后，在樁孔中分層回填2：8或3∶7灰土并夯實而成，與樁間土共同組成復合地基以承受上部荷載。可選用沉管（振動、錘擊）、沖擊或爆擴等方法進行成孔，成孔后將孔底夯實，然后用素土或灰土在最佳含水量狀態下分層回填夯實。由于灰土質量輕，可以快速進入疏松土層，將其壓入軟土地基后，再與其它土層相接觸后就可以彌補土層空隙，增強軟土地基強度。但需要注意的是混合料需要攪拌均勻，并避免處理深度較深的軟體地基，保障質量要求符合預期的地基強度數值。

3 結語

軟土地基作為水利施工工程中的技術難點之一，直接影響到施工質量與工期。本文以軟土地基的特征作為切入點，介紹了不同類型的軟土地基處理技術，旨在解決軟土地基帶來的施工不便問題。在未來的實際施工環節需要視工程要求進行權衡，考慮到水利建筑與土地承受能力之間的關系，選擇最合理的技術方案輔助施工。