水利工程施工中軟基基礎處理技術的分析

張曉斌

（湖南百舸水利建設股份有限公司，湖南長沙 410000）

0 引言

社會經濟的不斷發展，以及城鎮用水需求量的持續增多，使得我國水利工程建設規模進一步擴大。為保證工程整體穩定性，能夠發揮工程運行作用，就需重視軟基基礎的處理與施工。根據工程所處地質條件以及建設需求，合理選用軟基處理技術，降低基礎對水利工程穩定性的影響，確保工程施工與使用安全。

1 軟基基礎特征分析

1.1 低透水性

由于軟基基礎內部的空隙較大，因此含水量較多，可達70%，數值直接反映出軟土在透水方面的能力不強，且也在這一特點的作用下，嚴重影響地基排水效果。若水利工程建設于軟基基礎上，極易出現因地基長時間不凝固導致建筑下沉的問題。此外，低透水性會增大地基水壓，工程施工初期不利于其沉降，若不加以及時處理，便會延長建筑下沉時間[1]。

1.2 高壓縮性

當軟基基礎的壓力值遠大于標準范圍時，將會使壓縮曲線發生改變即由平緩至陡降。水利工程建設期間，軟基基礎的高壓縮性特點呈現并不明顯，且不會引發施工質量問題，但隨著施工的不斷推進，亦或是工程使用年限的增加，便會增大對軟基基礎的壓力值，從而導致基礎出現變化。起初，這一變化并不顯著，且較為平穩，但會突然驟變，增大水利工程坍塌風險。

1.3 高靈敏度

當軟基基礎受到震動的影響后，基礎的土質結構便會發生變化，相較于原有結構，改變后的基礎在質量、稀釋狀況等方面也會出現顯著變化，無法保證水利工程整體質量。因此，執行工程施工設計作業時，便需充分考慮軟基基礎高靈敏度的特征，并制定可行的處理措施，避免發生基礎側向滑動問題，致使水利工程使用年限受到影響。

2 水利工程軟基基礎處理技術研究

2.1 樁基處理技術

開展水利工程軟基基礎施工作業時，常應用的施工處理技術為水泥攪拌樁（圖1），通過深層攪拌的方式，有機結合固化劑和軟土，并將其整合為一個整體，以此增強軟土結構完整性，同時，還可大幅提高結構的水穩性，通常被用于土質為粉土、淤泥的軟基基礎處理工作中。水泥攪拌樁處理技術操作時，不會發出較大噪聲，且振動幅度較小，而施工結束后，也不需執行建筑垃圾外運工作。水泥攪拌樁結構可以相互搭接，也可彼此獨立，由于樁基本身的滲透性較小，因此，水泥攪拌樁的使用能夠從根本上優化軟基基礎各項力學性質，還有助于基礎承載力的進一步提高。工程建設時，還應合理運用鋼筋混凝土預制樁處理技術。這是因為軟基基礎土層較厚，若使用傳統的處理方式無法起到增強基礎結構承載力的作用，為獲得較為理想的處理效果，應搭配機械成孔方法，將混凝土注入到孔洞中，實現基礎結構承載力的提升，以此規避結構下沉現象的發生[2]。此外，也可運用水泥土固化技術。水泥土的主要原料為沙壤土或當地特細砂，混合約13%的水泥，再加入適量水、外加劑，充分攪拌后得到的水泥固化土。技術操作原理如下：在水泥中加入固化材料，做好攪拌工作，促使水、水泥、固化料彼此間發生水化反應與水解反應，此時的水泥顆粒表面便會生成膠狀凝結物，增強水泥顆粒整體穩定性。而凝膠物質彼此間構成網狀結構，使用結晶類水化產物填充結構空隙，待其固化后，可大幅提高水泥結構強度，實現對軟基的有效處理。

圖1 水泥攪拌樁施工作業

2.2 換填處理技術

水利工程軟基基礎結構內部有較多的水分，為規避軟土結構對工程整體穩定性的不良影響，需使用更具穩定性、高強度的材料替換軟土，再借助施工設備夯實處理區域。但不同水利工程的施工要求不同，對此，施工人員需全方位分析當地地基情況。若軟基淤泥較薄，便需應用換土回填處理技術（圖2），以此強化軟基抗壓能力以及緊密性。技術實施前，應組織專業人員細致檢查軟基材料，對于腐蝕性的材料應及時去除，常采用的替換土為卵石、砂石等，這類土層材料具備極強的承載性能，且強度較大，能夠大幅提高土壤結構穩定性。

圖2 換土墊層施工結構

換填處理技術操作如下：組織換填軟基開挖施工，明確工程建設面積，預估工程重量，以此為依據，合理規劃軟基換土范圍，并剔除軟土層，通常為淤泥軟土，替換土選用天然砂礫。軟土挖除工作需在挖掘機設備的幫助下執行，根據工程實際需求，確定開挖深度，一般小于2m。開展換填施工時，要求施工人員始終遵循分層填筑、逐層壓實處理原則，依托于水利工程在施工強度方面的要求，對各層的壓實程度進行檢測。換填處理技術選用的置換土壤以及換填材料的含量、粒徑、級配均需結合工程建設標準來確定，在此之前，還應對各種要素進行試驗檢測，并做好地基結構的勘察工作，盡可能排除換填、換填后地基基礎潛在的各類問題，針對性地給出合理、可靠的地基基礎維護措施。同時，還需加強對施工人員的管理，確保其嚴格按照施工流程以及技術要求開展換土施工，規避人為因素導致地基沉降問題的發生。

2.3 化學固結技術

化學固結法是利用膠結劑、化學溶劑等化學材料，采用壓力灌注或攪拌混合的方式，實現軟基土粒的相互膠結。較為常見的化學固結技術包括粉體噴射攪拌技術、高壓旋噴技術。

（1）粉體噴射攪拌技術：向軟基中加入適量的加固材料，比如粉柱體，做好充分攪拌工作，確保材料和軟基原有土質有效混合，并產生化學反應，有助于土基整體強度的提升。技術操作原理是利用空氣壓縮設備，當設備攪拌葉片旋轉時會產生空隙，以此噴出加固材料，同時，隨著葉片的長時間旋轉，加固材料會與軟基中原有土層進行充分混合，而與加固材料分離后的空氣會順著攪拌軸縫隙排出。粉體噴射攪拌技術的固結原理如下：通過使用固化劑來提高土基強度，固化劑的組成有石灰、水泥、礦渣等，若對軟基基礎處理時有特殊要求，也可混合適量粉煤灰。所有材料均是通過固結反應形成石灰粉體，再向軟基中加入生石灰，并與軟基中含有的水分進行反應，形成熟石灰，此時的水分被盡數吸收，而生石灰則起到固結的作用[3]。

（2）高壓旋噴技術（圖3）：通常被用于土質為粉土、黃土、淤泥軟基固結工作中，利用液壓、氣壓等技術原理，先將固化漿液注入到軟基中，緊接著在閘基中執行高壓旋噴灌漿，以此打造成水泥土摩擦樁，可實現閘基承載力的進一步提高，規避地基沉降的問題發生。施工前，需做好施工設備的選用與檢修工作，主要設備有高壓柱塞泵、旋噴樁機、排污泵、漿液攪拌機、空壓機等。技術操作工藝程序如下：先組織施工人員開展樁位放樣工作，結合施工現場實際情況，以及軟基基礎固結需求，合理設置鉆機位置，再對垂向的噴嘴進行封堵，完成漿液的充分攪拌，遵循由上自下施工原則執行高壓旋噴，直至旋噴作業到達設計頂層后，對施工部位進行沖洗與移位。高壓旋噴技術適用于軟塑、粉土、淤泥、素填土、可塑黏土等土層，若檢測到土層中含有較多的大粒徑塊石與植物根莖，特別是地下水流速較大的軟基，都需先安排專業人員對施工現場進行試驗，依托于試驗所得結果，合理設計加固深度，一般大于5m。

圖3 高壓旋噴施工

2.4 堆載預壓技術

堆載預壓技術（圖4）通常被用于含水量較多的軟基處理工作中，而這類軟基土層可視為淤泥類型，在對其進行處理前，要求施工人員盡數排出土層中的水分，從而達到提高土層硬度的效果。堆載預壓技術的操作原理是先預壓軟基，將較大的作用力施加在地基的軟土上，以此排出內部多余水分，通過壓縮的方式實現地基的凝固，并利用產生的沉降提高土質強度指標。一般來說，這類軟基基礎位于湖、海等水文條件豐富的地區，而水利工程的施工均需在淤泥上進行。這就需要施工人員有效運用堆載預壓技術，將大量水分從工程建設區域中排出，為后續施工創設良好環境。技術操作流程如下：首先，執行軟基基礎墊層工作，要求施工人員使用強度較高的土工原料，如復合型土工布，厚度為2層左右，而墊層材料為中粗砂，著手于墊層工序的實施。在此期間，應根據軟基實際情況確定中粗砂墊層厚度，一般不超過2m，且粗砂含泥量應低于5%，有機物含量需小于1%。其次，按照豎直的方向將排水板材設置于砂層頂端，塑料板材以三角形設置的方式穿透淤泥。水平方向的排水系統則分為三部分，包括集水井、盲溝、砂墊層，其中，盲溝的坡度需始終超過2%，橫豎間距應控制在30～40m。最后，采用堆載預壓的方式將土層中水分排出，整個施工工序的完成時間大約為180d。通過對技術操作原理及流程進行分析，能夠發現堆載預壓技術可有效排出軟基中的水分，實現土層抗壓效果的進一步提升，確保水利工程最終施工質量達到所要求標準。但由于堆載預壓技術的實現需要花費較多施工時間，因此，該技術通常被用于周期較為充裕的水利工程建設作業中[4]。

圖4 堆載預壓施工

3 結語

水利工程軟基處理質量與工程施工水平以及工程穩定性息息相關，為獲得軟基預期處理效果并達到處理目標，就需依托工程實際施工要求，設計出可行且合理的軟基處理方案。與此同時，還應科學選用堆載預壓、化學固結、換土墊層等軟基處理技術，充分發揮技術應用優勢，以此提升基礎結構穩定性與承載力。