水利施工中軟土地基的處理

岳宇

（廣東水電二局股份有限公司，廣東 廣州 511340）

0 引言

作為工程施工的基礎，地基處理的效果直接決定著工程施工的質量及安全。由于水利工程地質環境的特殊性，經常需要在土質松軟、荷載力差、極易沉降坍塌的軟土地基上進行作業。若不能對軟土地基進行恰當的處理，則極易引發安全事故，并造成工期的延長。此外，由于地區間的差異性，不同地區軟土地基的特性也有所不同。因此我們需要針對軟土地基的各項性質，結合工作經驗繼續研究軟土地基處理技術的應用，并根據實際情況科學地選擇處理方法，保障施工條件的穩定性，以及水利施工的效率和質量。

1 水利施工軟土地基概述

1.1 形成原因

軟土是指濕度大、密度小、水分多、易塌陷的土質，通常為淤泥狀態，通常是由于水利工程特殊的建設環境條件形成的。水利工程一般建設在臨近水源地區，地層環境濕度較大，土層含水量超過正常值，導致沙土間孔隙擴張，地基承重能力急劇喪失，嚴重影響對于水利工程的承載能力。此外，若遇到暴雨等嚴重自然災害，則地基更加脆弱，不能有效承載地面工程，甚至出現移動、錯位等現象，對施工質量造成嚴重影響。

1.2 特性

軟土地基主要有以下幾大特性，需要在施工中格外注意，見表1。

表1 軟土地基特性及相應工作

2 水利工程施工中的軟土地基處理技術

近年來隨著水利工程內容的復雜性，傳統的軟土地基處理技術已經不能滿足行業的需求。應該針對軟土地基的特性及問題，積極采用新方法、新工藝、新材料，并考慮多工藝聯用，保障技術實施的有效性。

2.1 排水固結處理

鑒于軟土地基較差透水性的特性，施工前要對現場地層進行全面的排水預處理工作，處理后地基更加牢固、孔隙變小、承載能力增加，因此也稱為排水固結處理。水利施工中的排水固結處理是孔隙水排出和地層有效應力增強的過程，主要包括排水系統和加壓系統兩大部分，兩系統共同作用，協同完成排水固結。排水系統分為豎向排水法和水平向排水法兩種，加壓系統有堆載法、真空法、降水法、電滲法、聯合法等。

2.1.1 換填墊層技術

水平向排水處理中換填墊層技術最為常用，即利用設備挖掘地基原本的表面土層，清除軟土結構，用符合施工標準的土質換填并夯實。由于需要保證墊層的高強度以及穩定性，換填物質一般運用沙粒、石頭、礦渣等低壓縮性的疏水顆粒材料，組成排水砂墊層鋪設在地基底部，協助地基內部水分的自然排出，將多余水分轉移出施工場地環境，提升地基的承載力和穩固性。同時，砂墊層本身可以增加地基強度，提供更大的負載能力。此方法的優點在于周期短，起效快，取材方便，成本極低，操作簡單，可以大大節省工程成本，尤其適合低洼或淤泥的地層條件，改良軟土地基的穩定性。

2.1.2 砂井排水技術

豎向排水處理中最常用的一種方法是在軟土地基中設置豎向砂井（或排水管、排水板），在地面上進行重量加載，地基逐漸壓縮，地基中的孔隙水隨著豎管排出，從而達到固結地基的目的。

2.1.3 堆載預壓排水技術

加壓系統中，最常用的一種方法是堆載預壓排水。在正式施工開始之前，用堆土模擬構筑物重量，對軟土地基進行預壓加載，通過壓力排出地基中的孔隙水。此技術可以在施工前對地基進行壓縮和固結，使地基沉降提前完成，有效解決后期可能沉降問題，加速地基抗剪強度的增加。堆載預壓排水技術對軟土地基的處理有很好的效果，但并不適于滲透性極低的泥炭土地基，堆載預壓式砂井地基排水技術作用示意圖，見圖1。

圖1 堆載預壓式砂井地基排水技術

2.2 化學固結法

化學固結法軟土地基處理技術一般分為灌漿法、高壓噴射注漿法或深層攪拌法幾類，在實際施工過程中需要根據現場情況進行選擇。

2.2.1 灌漿法

灌漿法是實際地基加固施工中最常用的一種方法。向自然裂縫或人為裂縫中灌注液壓漿液，漿液一般選用水泥。若地基環境缺少自然裂縫，則考慮通過人工方式增加裂縫數量。此方法主要是通過漿液的固化使軟土地基的孔隙度、應力、強度等物理性質改善，提升進地基的穩固性。此外，還可以采用高壓噴射注漿法，通過高壓氣流將漿液灌注到孔隙中，達到同樣的固化效果，高壓噴射注漿法操作流程，見圖2。

2.2.2 深層攪拌法

在施工現場借助深層攪拌機械，使將固化劑與軟土在地基中強制拌和，固結軟土基礎。此方法最大的優勢在于對于軟土地基的固化效果很好，最大程度地減少沉降可能性，但是存在成本較高的問題，需要做好工程預算。

圖2 高壓噴射注漿法操作流程

2.2.3 硅化加固法

硅化加固法是指漿液選用硅酸鈉溶液作為黏合劑和固化劑，代替傳統的水泥，一般加固深度在0.4～0.7m 左右。硅化加固法基本分為單液硅化、雙液硅化兩類。單液硅化單液硅化適用于滲透系數0.1-2.0m/d 的濕陷性黃土，或滲透系數0.3-5.0m/d 的粉砂軟土地基的加固，用管壁作開孔處理金屬管道將硅酸鈉溶液加壓灌注到地基土層中。雙液硅化適用于滲透系數為2.0-8.0m/d 的砂性軟土地基的加固，是指將硅酸鈉溶液與氯化鈣溶液混合依次灌入到地基土層中，兩者發生的化學反應可以將黏合效果發揮到最大，將周圍砂礫與泥土膠結在一起，進一步加固地層結構。

硅化加固法的最大優勢就在于對軟土地層孔隙度和滲水力的有效改善，能夠快速抑制地基形變，并能利用膠結土層顆粒增加地基顆粒大小，提供更強的地基承載能力。在實際應用中，單液硅化法處理后的軟土地基極限抗壓強度可以達到0.4～0.5MPa，雙液硅化法處理后的軟土地基極限抗壓強度可以達到1.5～6.0MPa。

2.3 樁基法

在換填法、化學加固法由于施工環境條件受限而不能使用時，例如軟土土層較厚的施工現場，可以考慮使用樁基法進行地基處理。近年來，樁基材料已經從傳統的木樁、砂礫預制樁轉變為鋼筋混凝土預制樁。先對土層進行打孔處理，再將鋼筋混凝土注入孔洞，通過鋼筋混凝土的固化帶動和促進周圍土層的固化，作為土層結構的骨架，使地基結構更加穩定，并減少沉降和坍塌的可能性。此方法的優勢在于施工簡便、成本較低、效果穩定，因此得到廣泛應用。

3 軟土地基處理注意事項

在對軟土地基常用處理技術進行技術性分析后，實際應用時仍需要注意以下幾點，來保證處理技術的有效性：

3.1 數據調研及處理

施工初期要運用各類先進測繪技術和數據統計方法，做好施工現場勘測調研，特別是對于地基含水度、承載強度、應變能力等關鍵參數的獲取。根據現場實際情況及數據進行科學性分析和預判，選擇適當的處理方法。

3.2 施工分析與規劃

在處理方法選擇完畢后，需要對調研數據進行分析，并對可能出現的意外干擾情況進行預案設計，將可能的影響因素考慮在內，作詳細、科學的施工內容及進度規劃。

3.3 極端環境條件預測

由于軟土地基處理工作對于外界環境的敏感性，需要謹慎選擇施工季節，做好天氣預測和特殊氣象預警工作，防止多雨、多雪的自然天氣條件造成軟土地基含水量的進一步增加，或加固施工因為特殊天氣推遲或失效，影響水利施工進程。

4 結語

在水利施工項目中，必須給予軟土地基處理技術足夠高的重視，，正確使用各項處理技術對軟土地基進行改良工作，保障水利施工的質量穩定性。除了對處理技術進行研究外，還要重視專業技術人員的培訓工作，對其職業素質和專業素養提出更嚴格的要求，并在實踐中積極總結新問題，思考新方法，促進整個行業的技術進步。