水利工程軟土地基處理技術研究

趙 越

(岫巖滿族自治縣水利事務服務中心，遼寧 鞍山 114300)

水利工程功能的特殊性決定了其施工環境的復雜性，大多數水利項目建設于濕度較大的河流、沿海等區域[1]。因此，水利施工的安全性和整體質量在很大程度上取決于軟土地基的處理情況，實踐工程中軟基處理應引起技術部門的重點關注。

建筑物上部結構的承載力完全由水利工程地基承擔，若未能實施地基處理很容易引起明顯的地基土沉降。軟基處理能夠顯著改善地基的透水性，其原因為地層以上地基受建筑物地層下部水流運動影響產生一定壓力，為降低建筑結構受壓力作用的影響程度必須實施有效的處理措施[2]。通過采取有效的處理技術可以提高地基模量、減緩基土下沉速度以及改善地基壓縮特性；地基穩定性與地基抗剪強度密切相關，所以地基處理還可減輕壓力和剪力破壞，改善地基剪切特性及增強地基抗壓力；此外，地基處理還可減少或消除膨潤土及濕陷土的特性，降低地震液化的不利影響，提高地基抗震強度和改善地基的動力特性。

1 軟土地基特性及危害

1.1 軟土地基特性

水利工程施工中遇到的泥炭、松散砂、淤泥、雜填土、沖填土、松軟土及淤泥質土等土層，通常為軟土地基[3]。一般條件下，軟基土壤的孔隙度高、穩定性差，含水量通常大于液限土，歸納總結其特性如下：①觸變性：從未受到破壞到發生破壞的過程，軟土地基自固態轉變為流動態，該特性即為觸變性；②不均勻性：高分散顆粒和微細顆粒為組成軟基的主要成分，因兩者土質密度的不同使得構筑物沉降時的受力情況存在較大差異，水利工程整體受力也不同，軟基上的建筑物受這種不均勻性作用往往會出現各式各樣的裂縫，嚴重時還會發生損壞；③沉降速度快：隨著荷載的增加軟基上的構筑物沉降速度不斷加快，保持地基條件不變時，沉降速度隨構筑物高度的增加而加快；④高壓縮性：受高承載力作用，軟基上的構筑物隨著壓縮系數的增大越易發生沉降，地基在垂直壓力超過0.1MPa的情況下發生壓縮變形，從而使得軟基上的構筑物發生明顯的沉降；⑤低透水性：水利工程施工中軟基的透水性很差，軟基排水固結往往需要較長時間，所以要投入大量的精力完成軟基的排水固結作業，水利工程沉降時間一般超過10a[4]。

1.2 軟土地基危害

水利施工過程中軟基具有較大的不可預見性，若未能做好相應的處理很容易對構筑物產生破壞，因無法保證路基穩定性而出現沉降的現象十分常見[5]。軟土層受上部構筑物不均勻荷載作用，極易引起構筑物墻體開裂、基礎沉降和倒塌等危害。

2 水利工程軟土地基處理技術

2.1 作業前準備

軟基上建設水利項目要重點關注許多關鍵部位，其中施工準備為保證項目按預期完工的基本條件。為做好準備工作應全面檢查所有施工設備，保證各項設備可以合理、正常的使用，相關管理人員還應記錄各類設備的型號，為準確快速的選擇設備型號投入使用提供支持，從而保證水利項目按預期完工。此外，要嚴格檢查與篩選水利施工所需材料，全面檢驗各類材料質量確保其符合水利施工要求，最大限度的降低因材料質量問題帶來的不利影響，保證水利施工安全和工程建設效果。

2.2 施工處理細節

施工處理細節為建設過程中軟基處理的關鍵內容，在軟基處理細節上應結合水利工程實際情況，選擇合適的軟基加固技術提高其整體穩定性[6]。此外，軟基施工工程量預算要充分考慮工程現場的具體情況，科學確定工程周期和制定施工規劃，為合理安排施工、管理和技術人員工作提供依據。然后結合施工量預算合理選擇相應的處理技術，例如工程量較小的情況下軟基處理宜選取換填法，工程量較大的情況下軟基處理宜選取砂墊層作業方式，由此以來可以合理控制工程建設成本，對調控水利項目建設資金發揮著積極作用。

2.3 軟土地基施工技術

2.3.1 換填法

軟土層厚度為2-3cm時比較適用砂石換填墊層法，施工過程中先對表層軟土挖除，并利用穩定性好、強度高的材料加以更換。其中，卵石、砂、砂石等為工程中常用的換填墊層材料，以上墊層石料存在容易碾壓密實、透水性良好、壓縮性小及強度高等特點，能夠明顯加快軟土層的固結排水速度以及顯著增強地基抗變形能力，大大降低沉降程度和消除膨脹土漲縮，有效防止基土出現凍脹破壞。完成換填施工后還需夯實此處地基，從而增強地基的整體抗變形、穩定性、承載力以及維持良好的持力層。施工過程中底層材料的選擇應符合壓縮性小、強度高等要求，若發現填充過程出現空隙應利用透水材料排水，加快軟基凝結防止發生凍脹現象。完成換填施工后還要做好后續的夯實處理，施工過程中砂石與砂換填處理應關注以下技術要點：

1)施工材料的合理選擇。換填施工時應盡可能選擇質地堅硬的粗砂、碎石、沙礫和中砂等，防止出現風化料、軟巖及雜物的混入。其中，頂級沙礫的選用要滿足顆粒不均勻系數不低于10的要求；人工砂礫石的選用應盡可能保持填層材料密度最大，采取密實度試驗合理選擇最優的砂石；在沒有人工沙礫與頂級沙礫的情況下，填層材料可以選用細砂混入一定量碎石、卵石的方法，并且確保墊層含石量不超過50%，填充前清理干凈材料中混入的枯草、雜質等。

2)施工準備工作。換填層施工前清理干凈坑內的樹葉、枯草等雜質，若坑內存在積水要利用排水技術排除干凈，并對坑內浮土進行全面清理，同時確保地基周邊土的牢固穩定，均勻攪拌填充材料后鋪平。

3)施工過程控制。施工時材料的搗實與鋪平工作應按照標準流程開展，為保持接頭的斜坡性質還要處理好接頭位置，按照一定的距離錯開相鄰層級。然后選用合適的方法進行材料的鋪設施工，比較常見的有水振法、插振法、平振法、碾壓法及夯實法等。另外，修建排水設施保證施工期間工地的正常排水，防止出現淤泥與沖刷破壞，如雨季施工時要實行挖、運、填、壓同步實施的方法，通過有效的預防措施避免雨水對施工土地的沖刷破壞，最大程度的保持排水設施暢通；此外，要合理處置廢料，選擇遠離農田、河流的區域作為廢料堆放地，且廢料放置要盡量選擇荒地而不應壓蓋林草地，盡可能避免因廢棄材料堆積造成的河流、農田污染問題。

2.3.2 樁基法

目前，工程實踐中常用的軟基處理方式是深層水泥攪拌樁技術，對于淤泥土、粉土的處理這種施工技術具有較強的適用性[7]，其施工工藝就是將地基與水泥利用攪拌機均勻混合，充分發揮水泥的固化作用提高軟土印度，最終實現地基強度的整體提升。

1)施工準備。施工前要全面清理深層水泥攪拌樁施工現場的雜物，結合工程設計資料合理選擇水泥，并做好試樁、機械驗收及場地平整等工作，確保施工機械及施工設備的穩定運行、功能正常和及時使用。

2)施工過程控制。深層水泥攪拌樁施工應保持管道的暢通無阻，同時符合施工規范相關要求，采取有效措施疏通管道并保證樁體垂直度，投入使用之前加強成樁檢查，嚴格檢查攪拌樁質量保證其正常投入使用。

2.3.3 排水固結法

水利施工軟基處理中排水固結法比較常用，該方法能夠有效解決地基沉降及軟基穩定性差的問題，也是工程實踐中最為重要的軟基處理方法之一。排水與加壓系統為該技術的主要構成，可以利用軟基自身的透水性實現系統的集中排水。

排水固結施工法按照不同的加壓方式可以劃分為聯合加壓、超載、真空和降水預壓等，其中軟黏土地基處理時比較適用超載預壓法，然而對超載比和超載作用時間的計算難以準確獲取，所以還沒有很好的解決超載預壓閾值的問題；采用降水預壓法應先將排水帶或砂井安放于軟土內，然后覆蓋砂層與封閉薄膜，將膜內排水帶、砂層通過抽氣達到真空狀態，從而達到排除土體水分的目的，以預先固結土體的方式減少后期地基的沉降；聯合加壓法使用過程中應嚴格控制預壓氣密性，做好地表處理和管路系統布設等相關工作，其工藝技術復雜且施工質量影響因素較多，水泥漿初凝前應在同一孔內完成二次注漿，還需要進一步完善該技術的施工工藝；真空預壓法主要是將砂墊層先鋪于軟基上，并利用封閉膜將大氣環境與排水管道隔絕，保持薄膜埋入土體一定的距離，并用真空裝置和埋設于砂墊層內的吸水管道抽氣形成真空，從而達到有效增加地基應力的目的，該方法具有省去堆載環節、節省材料和預壓時間等優勢，同時可以大范圍同步實施及技術設備簡單的優點。所以，實際工程中應結合工程量情況，選取合適的水利施工軟基處理技術[9]。

2.3.4 化學固結法

水利施工中常用的化學固結法有深層攪拌、高壓噴射和灌漿法三種方式，其中灌漿法主要是將固化漿液利用液壓、電化學或氣壓等方式注入孔隙及裂縫內，從而改善軟基力學性能；深層攪拌法屬于工程實踐中軟基處理的常見方式，主要通過添加固化劑固化軟基，終提升地基強度。實質上，這些方法都是將地基深處的軟土與水泥、石灰等固化材料黏合，從而達到提高軟基承載能力和硬化深層軟土的目的，最大限度的降低軟基沉降。化學固結法較其其它施工方式，其綜合成本較高[10]。

3 結 論

總體而言，水利施工軟基處理應充分考慮各方面因素，結合工程量情況選擇合適的技術方案，切實提升軟基的穩定性、承載力和工程建設質量。不同方案的成本、工藝、適用范圍存在差異，應考慮施工現場具體情況選擇相應的技術方案。