水利工程施工中軟土地基處理技術

崔金剛,陳又貴

(中國水利水電第六工程局有限公司,沈陽 110000)

通過軟土地基處理技術提高地基承載能力和穩定性、減少建筑物的沉降和傾斜、確保施工質量和安全。近年來,隨著科技的不斷進步和施工經驗的積累,軟土地基處理技術也在不斷發展和完善。目前,常用的軟土地基處理方法包括堆載法、減壓法、注水法、充氣法、振動法、噴射法等。這些方法的選擇應根據場地條件、工程要求和處理方法的效果等因素綜合考慮。

1 軟土地基概述

1.1 概念

軟土地基是指在土壤中含有大量軟弱顆粒,含水量較高,壓縮性較大,強度較低的土層。這種土層往往會給道路、橋梁、港口、水利工程等工程帶來很大的危害。目前,國內軟土地基處理技術現狀與發展趨勢已經得到了廣泛關注和研究,未來隨著工程實踐的不斷深入和技術的不斷進步,軟土地基處理技術將會取得更大的進展[1]。

1.2 危害性

由于軟土地基中含有大量的水分,地基的承載能力較低,當建筑物施加過大的荷載時,會導致地基土的壓縮和沉降,使得地基中的水流速度變慢,排水不暢,建筑物出現不均勻沉降,影響建筑物的地基穩定性,可能導致建筑物的傾斜和倒塌,造成建筑物的開裂和破壞,影響建筑物的正常使用。

2 軟土地基處理技術

2.1 強夯施工技術

強夯施工技術是一種常用的軟土地基處理技術,其主要原理是通過高強夯擊能將土體打入深層,形成密實的地基。強夯施工技術一般適用于處理深度較淺、土質較為柔軟的地基,例如魚塘、沼澤等地區的軟土地基。

2.1.1 施工原理

首先,在強夯施工前需要對地基進行測量和評估以確定地基的承載能力和穩定性等因素,并為強夯施工提供依據。其次,需要準備強夯設備,包括強夯錘、起重設備、鋼絲繩、緩沖器等,這些設備需要經過調試和驗收以確保施工質量。接下來,強夯施工時需要將強夯錘提升到預定高度,然后將其自由落體夯擊地基,經過多次夯擊直至達到所需的密實度。最后,強夯施工結束后,需要對地基進行填充和平整,以確保地基的穩定性和承載能力;還要需要對地基進行質量檢測和評估,以確保地基的質量和穩定性[2]。

2.1.2 優缺點

強夯施工技術主要有3方面的優點:①高效:強夯施工技術可以快速處理地基,通常可以在幾天內完成一個大規模的地基處理工程;②經濟:強夯施工技術的成本相對較低,是一種經濟的地基處理方法;③有效:強夯施工技術可以有效地增強地基的承載能力和穩定性,從而減少建筑物的沉降和變形。

強夯施工技術也有一些缺點,例如施工過程中會產生振動和噪音,可能會對周圍的建筑物和居民造成影響。同時,強夯施工需要消耗大量的能源和材料,可能會對環境造成一定影響。因此,在實際應用中需要根據具體情況進行選擇,綜合考慮施工成本、施工質量和環境影響等因素[3]。

2.2 排水固結法

排水固結法是一種常用的軟土地基處理技術,主要通過在地基中設置排水系統,使地下水位下降,改變地基的排水條件,加速軟土的固結過程,從而提高地基的強度和質量。排水固結法包括砂井排水固結、塑料排水板排水固結、真空預壓排水固結等不同類型,其中真空預壓排水固結法是一種比較新的加固軟土技術,屬于排水固結法的一種。

2.2.1 施工原理與步驟

排水固結法的工作原理是通過在軟土地基中設置真空室,在地下水位下降的情況下,通過控制壓力泵將空氣壓入軟土中,使軟土中形成許多小氣泡,從而使軟土的密度增加,強度提高。

首先,施工人員需要根據工程需要設計合適的排水系統,包括豎向排水體和水平排水體的設置。其次,將塑料排水板或砂井等排水材料鋪設在地基底部,形成排水通道。接下來,在排水材料上方填充軟土或砂土等排水材料,以加速排水固結過程。最后,在排水固結過程中逐步施加荷載,使軟土地基逐漸排水固結,達到加固效果[4]。

2.2.2 優缺點

排水固結法施工簡單、工期短,且成本相對較低,是一種經濟有效的軟土地基處理方法。但施工過程中需要注意控制地下水位和壓力泵的工作壓力,以避免對周圍環境造成負面影響。

2.3 高壓噴射注漿法

高壓噴射注漿法是一種常用的軟土地基處理技術,它通過將漿液通過高壓泵打入土層中,使其在土層中形成噴射流,使土層間隙內部產生反漿,從而達到加固土層的目的。該方法適用于處理淤泥、淤泥質土、黏性土、粉土、砂土、黃土、素填土和碎石土等地基,具有良好的處理效果。

2.3.1 施工原理與步驟

在高壓噴射流的作用下,漿液會迅速滲透到土層間隙中,形成大量的凝膠物質,凝膠物質會在短時間內硬化,形成一個堅固的實體,從而有效地提高地基的承載力和抗滲能力。

首先,要準備設備,包括高壓泵、漿液制備設備、噴射槍、注漿管等。其次,要確定噴射壓力、噴射角度、漿液濃度、注漿量等施工參數。接下來,根據工程需要將漿液通過噴射槍打入土層中,以達到加固地基的目的。最后,還要根據工程對處理后的地基進行回填、夯實、碾壓等處理,以保證地基的穩定性和承載能力。

2.3.2 優缺點

在具體應用中,高壓噴射注漿法具有以下4個優點:①高壓噴射注漿法可以在較短的時間內完成加固過程,可以更快地恢復土地的使用;②高壓噴射注漿法可以有效地增加地基的承載力和穩定性;③高壓噴射注漿法適用于各種類型的軟土地基,包括深厚軟土地基、填土土地基等;④高壓噴射注漿法不需要進行復雜的基礎處理,也不需要進行大量的挖掘和搬運工作,因此施工非常方便。然而,高壓噴射注漿法也存在一些缺點,如高壓噴射注漿法需要較高的設備和材料成本,因此施工成本相對較高;高壓噴射注漿法會產生一些噪音和粉塵污染,可能會對周圍環境產生影響;高壓噴射注漿法存在一定的安全風險,如施工過程中可能出現爆炸、泄漏等問題[5]。

2.4 換土墊層法

換土墊層法是一種常用的軟土地基處理技術,它的主要原理是將軟弱土層挖除,然后填入強度較大的土、砂、碎石等材料,形成一個新的地基,以提高地基的承載能力和穩定性。

2.4.1 施工步驟

首先,根據工程需要,確定需要進行軟土地基處理的范圍;接下來,采用挖掘機等設備將施工范圍內的軟弱土層挖除,一般需要挖至硬土層或基巖;其次,再將強度較大的土、砂、碎石等材料填入挖除的軟弱土層下方,分層填入,并采用壓路機等設備進行壓實;同時,對于填入的墊層材料,需要進行加固處理,以提高其承載能力和穩定性。可以采用分層壓實、加筋材、樁基等方法進行加固處理;最后,完成加固處理后將原軟弱土層進行回填,以形成一個新的地基。

2.4.2 優缺點

換土墊層法具有以下3個優點:①可迅速提高地基承載力,減少地基沉降量;②施工工藝簡單,施工方便簡單快捷,造價低;③可就地取材,適用于軟弱地基的淺層處理。但同時,換土墊層法存在一定缺點,例如適用范圍有限,不適用于軟土厚度較大的地基;需要挖除軟弱土層,可能會對周圍環境造成一定影響;填入材料需要嚴格控制,否則可能會對地基穩定性產生不利影響。

因此,換土墊層法是一種有效的軟土地基處理方法,但需要嚴格掌握適用范圍和施工要點,以避免不必要的風險和損失。

2.4.3 具體案例

某大型水利工程位于沿海地區,其地基土壤屬于典型的軟土地基。在施工初期,由于地基土壤質地松散、含水量高,導致了建筑物出現了不同程度的沉降和變形。這些問題嚴重影響了工程的穩定性和安全性,需要采取有效的措施進行處理。為了解決這個問題,工程人員采用了換土墊層法對軟土地基進行處理(如圖1所示)。具體來說,是將不符合水利工程建設的軟土地基中的土質更換為適合水利工程的土質。工程人員選用了經過處理的粗顆粒土作為換填材料,同時在換填過程中加入了膨潤土、石灰等化學材料,以增強換填材料的物理性能和化學穩定性。經過換填管理的處理,地基土壤的承載能力得到了顯著提升,建筑物的沉降和變形問題也得到了有效解決。

圖1 換土墊層法

3 軟土地基施工影響因素

3.1 環境因素

1)軟土地基在濕潤和溫暖的氣候條件下易于施工,而在干燥和寒冷的氣候條件下難以施工。因此,在水利工程中,需要根據當地的氣候情況來選擇適當的施工時間和方式。

2)水利工程中的軟土地基往往位于地質條件復雜的地區,如滑坡、泥石流、洪水等災害區域。在施工前需要對地質條件進行詳細的調查和分析,以確保施工的安全性。

3)地下水位對軟土地基的施工具有重要的影響。如果地下水位較高,需要采取降水措施以確保施工場地的干燥和穩定。第四,水利工程中軟土地基的土壤類型也是施工的重要因素之一。不同土壤類型的承載能力和變形性能不同,需要根據土壤類型選擇適當的施工方法和材料。

3.2 技術因素

一方面,地基處理方法是影響水利工程中軟土地基施工的重要因素之一。不同的地基處理方法會影響到地基的承載能力、穩定性和排水性能等方面。例如,換土法、排水固結法、石灰土法等不同類型的地基處理方法,都有其優缺點和適用范圍,需要根據具體情況選擇。水利工程中軟土地基施工的設備和技術要求較高,需要采用先進的施工設備和技術,以保證施工質量和安全。例如,振動壓路機、挖掘機、裝載機等不同類型的施工設備,都需要具有較高的技術水平和可靠性。水利工程中軟土地基施工的方法較多,例如,置換法、下沉法、擠密法等。不同的施工方法會影響到地基的穩定性、承載能力和排水性能等方面。因此,需要根據具體情況選擇適當的施工方法[6]。

4 結 語

在水利工程施工中,軟土地基處理技術的合理應用有利于促進水利工程實現高效、穩定、安全的運行。隨著社會經濟的不斷進步和施工技術的不斷發展,新型材料、新型工藝、新型設備的涌現將大幅提高軟土地基處理的技術水平和效果;人們環保意識的不斷提高將持續推動軟土地基處理技術的綠色、環保發展;智能化技術的發展將有效推動軟土地基處理技術的自動化、智能化。只有相關研究人員繼續加強對該技術的研究和探索,不斷提高其技術水平和實際應用效果,才能為水利工程的高效、穩定、安全運行提供有力的支持。