水庫工程軟土地基處理方法

□岳玉文（山西省水利建筑工程局）

水庫工程軟土地基處理方法

□岳玉文（山西省水利建筑工程局）

水利施工中對于軟土地基處理，有著多樣的地基處理方式。其中最關(guān)鍵的技術(shù)包括：換土法、排水固結(jié)法、旋噴注漿法、加筋法、強(qiáng)夯施工法等多種方法。強(qiáng)夯施工法能夠有效提升土地自身強(qiáng)度與地基荷載能力，產(chǎn)生良好的施工效果。文章主要探討水利施工軟土地基處理技術(shù)，通過分析軟土地基的主要特征，給出軟土地基施工的不同方法。

水利施工；軟土地基；處理技術(shù)；分析

0　前言

水利工程是中國公共設(shè)施建設(shè)的主要工程，但水利工程由于自身的軟土特質(zhì)，所以在工程施工中存在很多問題。對于土質(zhì)較差的軟土，需要采用不同的方式進(jìn)行加固處理，使其的強(qiáng)度與密度顯著提升，更能適應(yīng)現(xiàn)代水利工程的發(fā)展要求。在具體施工過程中，需要根據(jù)軟土地基的不同形變采取不同方式進(jìn)行處理，通過加固使地基更加堅固與穩(wěn)定。

1　軟土地基的特征

水資源豐富的地區(qū)存在著多數(shù)的軟土地基，軟土地基的土質(zhì)疏松、軟土中含有大量水分、承載力較差、壓縮性強(qiáng)，因此對軟土地基的處理成為水利工程的主要內(nèi)容。軟土地基具有以下幾方面特點(diǎn)：①同一地區(qū)的土層中，軟土地基的孔隙遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他土質(zhì)的孔隙；相同質(zhì)量下，軟土地基比其他土質(zhì)疏松30%左右，軟土地基的體積更大。軟土地質(zhì)的形成經(jīng)歷漫長的過程，通過長時間不斷堆積軟土地基的土體顆粒逐漸粘結(jié)起來，粘結(jié)后的土體沒有經(jīng)過壓密處理。②軟土土質(zhì)孔隙大直接導(dǎo)致它的壓縮性也高，壓縮性可以用具體的壓縮曲線來表示。我們在分析軟土的壓縮特性曲線后，得出以下結(jié)論：開始時施加較小的壓力對軟土土質(zhì)進(jìn)行壓縮，在這個過程中壓縮曲線的變化較??；隨后逐漸施加大的壓力，壓縮曲線會出現(xiàn)迅速的下降趨勢；最后再繼續(xù)加大壓力，壓縮曲線還會經(jīng)歷一次較大的下降階段，最后逐漸趨于平緩。③軟土土質(zhì)抗剪強(qiáng)度較低，抗剪強(qiáng)度指的是土體剪切面能夠承受的最大剪應(yīng)力。軟土能夠承受的抗剪強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其他土質(zhì)，而由于軟土土質(zhì)透水性較低的特性，使得軟土土質(zhì)的抗剪強(qiáng)度不斷下降。軟土土質(zhì)透水性較低的情況，會增加軟土自身的排水時間，所以需要對其施加壓力加快排水。④軟土土質(zhì)會由于輕微的儲配而改變自身的形狀，所以軟土土質(zhì)具有較高的形變靈敏度。而在水利施工過程中，大幅度的震動會改變軟土的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致軟土強(qiáng)度的降低與地基的下沉。

2　軟土地基施工對水利施工的重要性

軟土層是構(gòu)成軟土地基的主要要素，軟土層的土質(zhì)主要為粘結(jié)度不大的破碎土，土層的主要成分為粉狀土，還有少量的沙石、泥炭包含在其中。而在水利施工過程中，這種不穩(wěn)定的粉狀土、沙石、泥炭會隨著劇烈的震動發(fā)生下沉或者移動，從而影響整個施工中建筑物的穩(wěn)定性。因此水利施工單位要采取的最主要措施為：通過一系列的方式加固地基，以保證水利施工過程中土體的穩(wěn)定性。同時在對軟土土質(zhì)進(jìn)行加固過程中還需要考慮自身的特性，需要在保證軟土荷載能力的前提下，提高軟土的排水性與強(qiáng)度。我國不同地區(qū)的軟土土質(zhì)也不盡相同，因此施工人員在進(jìn)行軟土地基施工過程中，要結(jié)合當(dāng)?shù)赝临|(zhì)特性應(yīng)用最適合的軟土地基施工方式，還要在保證施工質(zhì)量的同時，盡量減少施工費(fèi)用、縮短施工周期。

3　水利施工中軟土地基處理技術(shù)

3.1換土法

換土法適用于軟土土質(zhì)較薄的地區(qū)，軟土土質(zhì)較薄地區(qū)的水利工程建設(shè)通過更換軟土能夠達(dá)到施工的強(qiáng)度要求。目前大多采用水泥混合砂土的地基更換較薄的軟土，水泥混合砂土能夠顯著增強(qiáng)土體的強(qiáng)度與密度，土體的承載能力也顯著提高。在運(yùn)用換土法進(jìn)行施工過程中，應(yīng)該采用當(dāng)?shù)氐乃嗪蜕巴?，施工完成后還要進(jìn)行回填土的施工處理。在填土工作完成后，要對整個地基進(jìn)行夯實(shí)處理，以保證地基強(qiáng)度與承載能力符合國家標(biāo)準(zhǔn)。在對回填土體進(jìn)行分層夯實(shí)處理后，也能夠顯著增強(qiáng)地基的穩(wěn)定性、減弱地基的形變。

3.2排水固結(jié)法

排水固結(jié)法的主要作用為：將軟土土質(zhì)中的水分有效排出，達(dá)到加固地基的效果。軟土土質(zhì)具有土層中的孔隙大、孔隙中的水壓大等多方面的缺點(diǎn)，而在水分排出后水壓會逐漸減小、地基結(jié)構(gòu)也會發(fā)生不確定的形變。這種變化會使土層迅速凝固結(jié)為一體，土層的抗剪強(qiáng)度、荷載能力也會隨著不斷增強(qiáng)。軟豁土的情況使用堆載預(yù)壓法，堆載預(yù)壓法是在建筑物施工前進(jìn)行的土質(zhì)處理方法。堆載預(yù)壓法能夠使軟豁土土質(zhì)迅速凝固結(jié)為一體，在很短時間內(nèi)完成地基沉降的工作，但其在施工過程中的耗時較長，不適宜在短工期施工中使用。同時在使用堆載預(yù)壓法施工時候，要保持施工加載速度的均勻，一層一層進(jìn)行逐層加載以保證整體地基的穩(wěn)固。若軟土土質(zhì)中的透水性較差，則使用砂井法對其進(jìn)行處理。砂井法主要是對地基中的孔洞進(jìn)行砂土灌注，在加快排水速度的同時，保證整體地基的穩(wěn)固。砂井法施工步驟簡單，而且能使用少量原材料達(dá)到較好的施工效果，施工過程中也不容易出現(xiàn)低級變形的情況。若軟土土質(zhì)中不存在透水性問題，則使用真空預(yù)壓法對其進(jìn)行處理。真空預(yù)壓法是把砂井放置在軟土圖層上進(jìn)行砂土鋪設(shè)工作，然后用塑料薄膜封閉砂土表面，達(dá)到隔絕空氣的效果；最后抽取薄膜內(nèi)的空氣，使內(nèi)外產(chǎn)生壓強(qiáng)差以完成地基凝結(jié)工作。

3.3旋噴注漿法

旋噴注漿法在軟土地基處理中應(yīng)用廣泛，它能應(yīng)用于多種不同情況的軟土土質(zhì)。旋噴注漿法中的漿液也有著不同的組合方式，常見的旋噴注漿漿液為：水泥漿、豁土漿、硅酸鹽漿液等。旋噴注漿法通過氣壓、液壓與化學(xué)融合等多種方式，將調(diào)理好的漿液灌入軟土地基中，灌注過程中運(yùn)用旋轉(zhuǎn)的方式擺噴、旋噴和定噴，使?jié){液均勻分布于地基中形成穩(wěn)固的形式。漿液噴注可應(yīng)用于豁性土、粉土、淤泥質(zhì)土等土質(zhì)的處理中，能夠達(dá)到土質(zhì)強(qiáng)度增強(qiáng)與土質(zhì)迅速沉降的效果。淤泥質(zhì)土質(zhì)中漿液噴注的運(yùn)用，能夠使土質(zhì)迅速完成沉降工作。

3.4樁基法

樁基法適用于情況較為復(fù)雜的軟土地基處理，通過一系列的樁基操作達(dá)到加固地基的效果。軟土土層面積大、含水量多、土層較厚的情況，需要使用鋼筋混凝土樁進(jìn)行樁基的處理。鋼筋混凝土樁主要工作步驟為：首先運(yùn)用機(jī)械打孔技術(shù)對軟土土層進(jìn)行打孔操作，隨后向孔中灌入混凝土，混凝土?xí)c軟土土質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，特別是混凝土的放熱效應(yīng)能使軟土迅速凝固，最終使軟土土質(zhì)改變?yōu)榛炷镣临|(zhì)。樁基法所耗費(fèi)的成本較低、施工也較為方便，能夠有效控制地基的沉降與增強(qiáng)地基的荷載能力。

3.5強(qiáng)夯法

強(qiáng)夯法是對軟土土質(zhì)進(jìn)行壓縮的良好方法，通過強(qiáng)夯法地基處理技術(shù)的應(yīng)用，能夠有效減小土層的密度指標(biāo)。在對軟土土質(zhì)進(jìn)行強(qiáng)夯法處理前，需要使用夯具先進(jìn)行試夯，試夯的時候要依據(jù)施工方案規(guī)定的指標(biāo)執(zhí)行，并在執(zhí)行后進(jìn)行夯土的檢測。只有試夯結(jié)果與國家標(biāo)準(zhǔn)基本一致的時候，才能進(jìn)行正式的強(qiáng)夯法地基處理。在正式進(jìn)行強(qiáng)夯的施工過程中，要按照順序由淺到深的處理所有夯土，將所有夯土的密度控制在合理范圍內(nèi)。在夯土工作進(jìn)行完畢后，要使用推土機(jī)將已經(jīng)夯實(shí)的平面進(jìn)行填補(bǔ)。在所有的夯土平面被填平后，還要對所有的平面進(jìn)行一次最后的滿夯，滿夯的力度要小要均勻。滿夯工作進(jìn)行完畢仍舊要進(jìn)行檢測，只有軟土土質(zhì)表面密度與下層密度一致的時候，才說明施工質(zhì)量達(dá)到要求。但使用強(qiáng)夯法進(jìn)行軟土加固的過程中，會存在很多不確定的影響因素對其產(chǎn)生影響，所以應(yīng)該采取各種措施控制強(qiáng)夯法加固有效深度的影響因素。

根據(jù)強(qiáng)夯法加固有效深度計算公式，得出強(qiáng)夯法有效加固深度,見表1。

表1　強(qiáng)夯法有效加固深度表

4　工程實(shí)例

根據(jù)建于中游平原河流流域的水庫施工為例，得出：該水庫處于周邊多個城鎮(zhèn)的交集地帶，為城鎮(zhèn)居民提供需要的工業(yè)用水、農(nóng)業(yè)用水等資源，能夠產(chǎn)生較好的經(jīng)濟(jì)效益。但該水庫的土質(zhì)為砂質(zhì)軟土土質(zhì)，在受到流水不斷侵蝕的過程中，土質(zhì)逐漸變得疏松破碎，不能滿足水庫的建設(shè)需求。在對其他的周邊地域進(jìn)行土質(zhì)勘察后，發(fā)現(xiàn)在水庫施工地點(diǎn)的3km處，上游土質(zhì)情況與中游土質(zhì)大不相同。上游的土質(zhì)類型為堅固的灰土土質(zhì)，通過強(qiáng)夯法進(jìn)行打擊后具有極強(qiáng)的強(qiáng)度與承載力，能夠滿足工程建設(shè)的需求。所以運(yùn)用土層置換法，將砂質(zhì)軟土土質(zhì)置換為堅固的灰土土質(zhì)，從而使水庫建設(shè)順利完工。

5　結(jié)語

水利施工軟土土層有著各不相同的特性，因此不同地區(qū)不同土質(zhì)的處理方式也不盡相同。以上多種軟土地基處理技術(shù)，能根據(jù)軟土地基各方面存在的問題，針對性的進(jìn)行解決。

［1］潘金土.水利施工管理中的安全風(fēng)險及改進(jìn)措施［J］.北京農(nóng)業(yè)，2016（01）.

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［3］李訓(xùn)軍,李士生,水利施工中水閘施工的管理措施探析［J］.山東工業(yè)技術(shù),2016（04）.

（責(zé)任編輯：薛靜）

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