農田水利工程地基處理方法研究進展

收稿日期：2024-02-04

作者簡介：周永平（1988—），男，甘肅定西人，工程師，主要從事農田水利工程研究。

摘 要：農田水利工程通常位于河谷、平原和盆地地區，其地質條件比較復雜，針對不同的地基類型有不同的處理方式。只有加強農田水利工程地基處理，提高地基的承載力，保證地基的穩定性，才能更好地發揮農田水利工程的作用。重點研究不同地基類型的處理方法，以供相關單位參考借鑒。

關鍵詞：農田水利工程；地基處理；方法

中圖分類號：TV223 文獻標志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）04–0-03

農田水利工程是農業發展的重要基礎設施，地基處理則是農田水利工程建設中的關鍵環節，地基處理的目的是提高地基的穩定性、防止不均勻沉降和降低水對地基的滲透壓力[1-2]。對于農田水利工程來說，地基處理成功與否直接關系到工程的穩定性和使用壽命，也直接關系到廣大農民的生命財產安全和農業生產的發展。不良地基會導致水利工程出現裂縫、下沉等現象，嚴重時甚至可能引發工程坍塌等安全事故，通過科學的地基處理，可以顯著提高農田水利工程的安全性和穩定性，降低工程風險。

1 農田水利工程地基處理的必要性

1.1 提高地基承載力

地基是支撐整個農田水利工程的基石，其承載力直接決定工程的穩定性，經過有效的地基處理，可以提高地基的承載力。如通過加深地基深度，將荷載傳遞到承載能力更強的深層土壤，或者在地基中加入水泥、石灰等加固材料，提高地基的強度和穩定性，或者設計合理的排水系統，保證地基在受到荷載作用時能夠快速排水，避免地基變形。地基承載力得到保障，能夠防止因地基沉降或變形而導致的工程破壞，也可以促使農田水利工程在長期使用過程中保持穩定，延長工程使用壽命。

1.2 防止工程下沉和裂縫產生

不良地基往往存在土壤松軟、不均勻等問題，這些問題會導致農田水利工程在使用過程中下沉或產生裂縫。裂縫的產生會影響工程的外觀質量，嚴重的可能對工程的結構安全造成威脅。而通過地基處理，可以改善土壤條件，提高地基的均勻性和穩定性，從而有效防止工程下沉和裂縫的產生。在地基處理中先會先對地質條件進行詳細勘察，了解土層厚度、土質、地下水位等情況，并且根據實際情況選擇合適的處理方法，如加固、排水、換填等，以此來防止工程下沉和裂縫的產生。

1.3 保障農田灌溉和排水系統的有效運行

農田灌溉和排水系統是農業生產的基礎設施，對于保障糧食安全、促進農業可持續發展具有重要意義。灌溉系統能夠為農作物提供必要的水分，確保其正常生長；而排水系統則能夠有效控制農田的積水，防止土壤鹽堿化，保障農業生態環境的安全。而農田水利工程的主要功能之一是保障農田灌溉和排水，如果地基不穩定，就會導致灌溉或排水管道出現變形、移位等現象，嚴重影響系統的正常運行。通過地基處理，可以提供穩定的支撐，確保灌溉和排水系統的管道、設施正常運行，保證農田及時得到充足的灌溉水源，并排除多余的水分。

2 常見的地基類型及其處理方法

2.1 濕陷性黃土地基

濕陷性黃土廣泛分布于我國西北、華北和東北地區，是一種在一定壓力下受水浸濕后，土的結構迅速被破壞并發生顯著的附加下沉的黃土。這類土壤具有明顯的大孔結構、較強的壓縮性和低承載能力，給農田水利工程建設帶來了挑戰。

等級判定：濕陷性黃土等級劃分的主要依據包括土壤濕陷系數、自重濕陷系數、濕陷起始壓力等。同時，根據土壤的顆粒組成、含水量、密度、有機質含量等可以將濕陷性黃土分為輕微、中等、嚴重3個等級。

處理方法：針對不同等級的濕陷性黃土問題有不同的處理方法。如果是輕微等級可采用換填砂石、夯實等簡單處理方法，提高地基的承載力[3]；如果是中等等級可采用樁基、水泥攪拌樁等處理方法，提高地基的穩定性和承載力；如果是嚴重等級可采用樁基、換填砂石、水泥攪拌樁等多種處理方法相結合的方式，并根據具體情況進行個性化處理[4]。

2.2 飽和土地基

飽和土地基是指土壤中的水分接近或達到飽和狀態的地基。這類地基在受到外部壓力時，土壤顆粒之間的孔隙水壓力增加，導致地基承載力降低，甚至可能出現土壤液化現象[5]。而土壤液化是飽和土地基中一個嚴重的問題，會導致地基沉陷、建筑物損壞，因此必須對其進行快速地處理。常見處理方法有3種：第一種是排水預壓法。該方法簡單有效，但需較長時間才能達到預期效果，主要通過在地基中設置排水通道，將孔隙水排出，以降低孔隙水壓力，提高地基的承載力[6]。第二種是真空預壓法。該方法施工速度快，但需要完善的排水系統，主要通過在地表鋪設不透氣的密封膜，抽出地基中的空氣，使土壤顆粒更加緊密，從而提高地基的承載力。第三種是微動力法。這種方法雖然對土壤擾動小，但對施工設備要求較高，主要通過在地基中施加微小的振動或沖擊，使土壤顆粒重新排列，形成更加穩定的結構。

2.3 砂礫石地基

砂礫石地基是農田水利工程中常見的一種地基類型，具有松散、多孔、透水性強等特點，需要采取相應的處理措施以保證工程的安全性和穩定性。砂礫石地基主要由砂、礫石、卵石等松散顆粒組成，具有以下特點：（1）松散。砂礫石顆粒之間存在較大的空隙，使地基較為松散、多孔，進而形成多孔結構，透水性強。（2）不均勻性。砂礫石顆粒大小不一，導致地基土層分布不均，承載力差異較大。（3）壓縮性。在外力作用下，砂礫石地基容易發生壓縮變形。（4）地震液化可能性。在地震作用下，砂礫石地基容易發生液化現象。

砂礫石地基處理方法：（1）挖填法，對于較淺的沙礫石層，可以采用挖除后回填和填充的方法，以提高地基的承載力和穩定性。（2）壓實法，通過機械壓實或振動壓實等方法，使砂礫石顆粒之間更加緊密，減少空隙，提高地基的承載力。（3）排水法，設置排水通道或排水墊層，將地基中的水分排出，減少地基變形和液化風險。（4）灌漿法，將漿液注入砂礫石地基，漿液會滲入砂礫石顆粒之間的空隙，形成堅實的整體，提高地基的承載力和穩定性[7]。

2.4 基巖

基巖處理的目的是提高基巖的穩定性，減少滲漏，降低地震或其他地質災害對工程的影響[8]。在農田水利工程中，基巖處理的質量直接關系到水利設施的正常運行和使用壽命，是保障農業生產和國家糧食安全的重要環節。按照基礎形式分類，地基可以分為普通地基和特殊地基。普通地基通常采用簡單的基礎形式，如淺基礎、擴大基礎等，適用于一般建筑物，而特殊地基則適用于特殊建筑物，如高層建筑、大型橋梁等，需要更加復雜和專業的基礎設計。按照地理條件分類，地基又可以分為河灘地基、山區地基和濕地地基，其中河灘地基需要考慮水流沖刷和地下水位等因素，通常采用深基礎、懸掛基礎等形式；山區地基需要考慮山體穩定性和土壤侵蝕等因素，通常采用樁基礎、懸掛基礎等形式；濕地地基則需要考慮土壤濕度和穩定性等因素，通常采用沉降式基礎、浮動式基礎等形式。

常用的基巖處理方法：（1）灌漿法，通過將漿液注入基巖縫隙，提高巖體的整體性和防滲性能。在具體的灌漿過程中，可以根據不同的灌漿目的和要求，選擇不同的灌漿方式，如可以選擇單液漿、雙液漿或多級注漿等。（2）排水法，設置排水系統，使地下水位下降，降低基巖的滲水壓力。常用的排水設施包括排水溝、排水井等。（3）防滲法，通過鋪設防滲材料或采取防滲墻等措施，降低滲透系數，防止水分進入工程結構[9]。

3 農田水利工程不良物理地質現象

不良物理地質現象是自然界中常見的地質災害，對人類工程設施構成嚴重威脅。這些現象包括地基失穩、巖質滑坡、泥石流等，成因復雜，往往由自然因素和人為活動共同作用引發。

3.1 常見的不良物理地質現象

地基失穩：地基失穩表現為地層移動、沉降或傾斜，對建筑物安全造成影響[10]。例如，1975年河南板橋水庫潰壩引發的山體滑坡，造成2.3萬人死亡，主要原因是水庫庫區地基失穩。

巖質滑坡：滑坡是指斜坡上的巖土體在重力作用下沿一定滑動面整體下滑的現象，通常發生在山區，由于巖石的剪切力超過其抗剪強度，導致滑坡發生。

泥石流：泥石流是山區溝谷中由暴雨、冰雪融水等激發的含有大量泥沙石塊的特殊洪流，具有突發性、流量大、沖刷能力強等特點，會對溝谷中的建筑物、道路和農田造成巨大破壞。

3.2 不良物理地質現象的影響因素

自然因素：地震、降雨、風化作用等自然因素均可導致不良物理地質現象發生，發生后會使地層產生裂縫，降雨會使松散物質飽和，提高滑坡和泥石流發生的可能性。人為因素：不合理的工程活動如大規模開挖、水庫蓄水等，也可能引發不良物理地質現象發生。環境因素：全球氣候變化導致極端天氣事件增加，是不良物理地質現象發生的重要因素之一。

3.3 防治措施

預防措施：針對不同類型的不良物理地質現象，應采取相應的預防措施。例如，為防止地基失穩，需對建筑物地基進行穩定性評估和加固；為預防滑坡和泥石流，應采取水土保持措施，減少斜坡侵蝕，并對潛在滑坡和泥石流區域進行預警監測。

治理方法：對于已經發生的不良物理地質現象，應采取有效的治理方法。例如，對滑坡和泥石流災害，可采用排導、攔截、減載、壓腳等治理措施；對于地基失穩問題，需要進行地基加固、糾偏或重建。在進行農田水利工程地基處理時，必須遵守相關法規與標準要求，如《建筑地基基礎設計規范》《水利工程建設安全生產管理規定》等，以此來保證地基處理符合法規和標準要求，保證工程質量和安全。

4 農田水利工程地下水開采對環境的影響

地下水是農田水利灌溉的重要水源，過度的地下水開采可能對環境造成負面影響，具體表現如下：（1）地表水下降。地下水與地表水相互關聯，過度開采地下水可能導致地下水位下降，進而影響地表水的水量和水質，嚴重時還可能引發地面塌陷等地質災害。（2）土壤鹽堿化。長期依賴地下水灌溉可能導致土壤鹽堿化，這是因為過度抽取地下水會導致地下水位下降，地表水和雨水難以滲透土壤，從而增加土壤鹽分。（3）生態系統。地下水是生態系統中不可或缺的組成部分，過度開采可能破壞生態系統。例如，地下水位下降可能導致濕地萎縮、水生生物棲息地喪失等。

對地基的影響：地下水開采會導致地下水位下降，孔隙水壓力減少，土層在不排水條件下發生壓縮，引發地面沉降，進而可能會引發農田水利工程設施損壞、建筑物產生裂縫等問題。在極端氣候條件下，過度開采地下水還可能提高地質災害發生的概率，如山體滑坡、泥石流等。同時，長期大量抽取地下水可能導致巖土體結構發生變化，如砂土液化、軟土層壓縮等，從而影響地基的穩定性。

應對策略：首先，合理開采，制定科學、合理的地下水開采方案，控制開采量，避免過度開采，嚴厲打擊非法開采行為。其次，進行有效監測，建立完善的地下水動態監測網絡，實時掌握地下水位變化情況，為預防和應對措施制定提供科學依據。再次，加強防護加固，對存在安全隱患的地基進行加固處理，如采用樁基、擴基等措施提高地基的承載力。最后，生態修復，通過植被恢復、土壤改良等生態修復手段，提高土壤持水能力，減少地下水開采量。以某地區農田水利工程為例，由于長期大量開采地下水，該地區地面沉降嚴重，多處農田水利設施出現裂縫。經調查分析，該地區地下水開采量超過當地資源承載能力，且缺乏有效監管措施。針對這一問題，當地采取了一系列預防和應對措施，包括限制開采量、加強監測和修復受損設施等。經過一段時間的努力，該地區地基穩定性得到有效提高，農田水利工程設施恢復正常運行。

5 農田水利工程地基處理誘發地震

不當的地基處理方法可能引發地震，給人們的生命財產安全帶來嚴重威脅。農田水利工程地基處理誘發地震的原因：首先，地下水開采過度。農田水利工程通常需要大量抽取地下水，導致地下水位下降，從而增加地殼的應力，當地殼應力積累到一定程度時，可能引發地震。其次，地質條件復雜。一些地區的地質條件較為復雜，如存在斷裂帶等。如果在這些地區進行不適當的地基處理，可能會誘發地震。最后，施工方法不當。在農田水利工程地基處理過程中，如果施工方法不當，如大規模的土方開挖、填筑等，可能會改變地殼的應力狀態，進而誘發地震。

應對措施：首先，科學評估地質條件。在工程建設前，對項目所在地區的地質條件進行詳細調查和評估，充分了解地殼應力分布等情況，制定科學、合理的地基處理方案。其次，控制地下水開采。合理控制農田水利工程中的地下水開采量，避免過度開采導致地殼應力增加。再次，選擇適當的施工方法。在地基處理過程中，選擇適當的施工方法，避免大規模的土方開挖、填筑等作業，減少對地殼應力狀態的干擾。最后，建立完善的地震監測網絡，對地殼應力變化和地震活動進行實時監測。通過數據分析和技術預警，及時發現潛在的地震風險，采取應對措施。

6 結束語

地基處理是農田水利工程的基礎和關鍵。在農田水利工程施工過程中應該重視地基處理，針對不同的地基類型，采取合適的處理方法。同時，還要關注地下水過度開采以及可能誘發地震的問題，需要提高重視程度并制定相應的措施，避免不良情況的出現。

參考文獻

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