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(chǔ)，地基處理的效果直接決定著工程施工的質(zhì)量及安全。由于水利工程地質(zhì)環(huán)境的特殊性，經(jīng)常需要在土質(zhì)松軟、荷載力差、極易沉降坍塌的軟土地基上進(jìn)行作業(yè)。若不能對(duì)軟土地基進(jìn)行恰當(dāng)?shù)奶幚?，則極易引發(fā)安全事故，并造成工期的延長(zhǎng)。此外，由于地區(qū)間的差異性，不同地區(qū)軟土地基的特性也有所不同。因此我們需要針對(duì)軟土地基的各項(xiàng)性質(zhì)，結(jié)合工作經(jīng)驗(yàn)繼續(xù)研究軟土地基處理技術(shù)的應(yīng)用，并根據(jù)實(shí)際情況科學(xué)地選擇處理方法，保障施工條件的穩(wěn)定性，以及水利施工的效率和質(zhì)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(zhì)，通常為淤泥狀態(tài)，通常是由于水利工程特殊的建設(shè)環(huán)境條件形成的。水利工程一般建設(shè)在臨近水源地區(qū)，地層環(huán)境濕度較大，土層含水量超過正常值，導(dǎo)致沙土間孔隙擴(kuò)張，地基承重能力急劇喪失，嚴(yán)重影響對(duì)于水利工程的承載能力。此外，若遇到暴雨等嚴(yán)重自然災(zāi)害，則地基更加脆弱，不能有效承載地面工程，甚至出現(xiàn)移動(dòng)、錯(cuò)位等現(xiàn)象，對(duì)施工質(zhì)量造成嚴(yán)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(yīng)工作

2 水利工程施工中的軟土地基處理技術(shù)

近年來隨著水利工程內(nèi)容的復(fù)雜性，傳統(tǒng)的軟土地基處理技術(shù)已經(jīng)不能滿足行業(yè)的需求。應(yīng)該針對(duì)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(lián)用，保障技術(shù)實(shí)施的有效性。

2.1 排水固結(jié)處理

鑒于軟土地基較差透水性的特性，施工前要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)地層進(jìn)行全面的排水預(yù)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(jié)處理。水利施工中的排水固結(jié)處理是孔隙水排出和地層有效應(yīng)力增強(qiáng)的過程，主要包括排水系統(tǒng)和加壓系統(tǒng)兩大部分，兩系統(tǒng)共同作用，協(xié)同完成排水固結(jié)。排水系統(tǒng)分為豎向排水法和水平向排水法兩種，加壓系統(tǒng)有堆載法、真空法、降水法、電滲法、聯(lián)合法等。

2.1.1 換填墊層技術(shù)

水平向排水處理中換填墊層技術(shù)最為常用，即利用設(shè)備挖掘地基原本的表面土層，清除軟土結(jié)構(gòu)，用符合施工標(biāo)準(zhǔn)的土質(zhì)換填并夯實(shí)。由于需要保證墊層的高強(qiáng)度以及穩(wěn)定性，換填物質(zhì)一般運(yùn)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(shè)在地基底部，協(xié)助地基內(nèi)部水分的自然排出，將多余水分轉(zhuǎn)移出施工場(chǎng)地環(huán)境，提升地基的承載力和穩(wěn)固性。同時(shí)，砂墊層本身可以增加地基強(qiáng)度，提供更大的負(fù)載能力。此方法的優(yōu)點(diǎn)在于周期短，起效快，取材方便，成本極低，操作簡(jiǎn)單，可以大大節(jié)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(wěn)定性。

2.1.2 砂井排水技術(shù)

豎向排水處理中最常用的一種方法是在軟土地基中設(shè)置豎向砂井（或排水管、排水板），在地面上進(jìn)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(dá)到固結(jié)地基的目的。

2.1.3 堆載預(yù)壓排水技術(shù)

加壓系統(tǒng)中，最常用的一種方法是堆載預(yù)壓排水。在正式施工開始之前，用堆土模擬構(gòu)筑物重量，對(duì)軟土地基進(jìn)行預(yù)壓加載，通過壓力排出地基中的孔隙水。此技術(shù)可以在施工前對(duì)地基進(jìn)行壓縮和固結(jié)，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(qiáng)度的增加。堆載預(yù)壓排水技術(shù)對(duì)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(yù)壓式砂井地基排水技術(shù)作用示意圖，見圖1。

圖1 堆載預(yù)壓式砂井地基排水技術(shù)

2.2 化學(xué)固結(jié)法

化學(xué)固結(jié)法軟土地基處理技術(shù)一般分為灌漿法、高壓噴射注漿法或深層攪拌法幾類，在實(shí)際施工過程中需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行選擇。

2.2.1 灌漿法

灌漿法是實(shí)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(huán)境缺少自然裂縫，則考慮通過人工方式增加裂縫數(shù)量。此方法主要是通過漿液的固化使軟土地基的孔隙度、應(yīng)力、強(qiáng)度等物理性質(zhì)改善，提升進(jìn)地基的穩(wěn)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(dá)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(xiàn)場(chǎng)借助深層攪拌機(jī)械，使將固化劑與軟土在地基中強(qiáng)制拌和，固結(jié)軟土基礎(chǔ)。此方法最大的優(yōu)勢(shì)在于對(duì)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(yù)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?zhèn)鹘y(tǒng)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(shù)0.1-2.0m/d 的濕陷性黃土，或滲透系數(shù)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(shù)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(fā)生的化學(xué)反應(yīng)可以將黏合效果發(fā)揮到最大，將周圍砂礫與泥土膠結(jié)在一起，進(jìn)一步加固地層結(jié)構(gòu)。

硅化加固法的最大優(yōu)勢(shì)就在于對(duì)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(jié)土層顆粒增加地基顆粒大小，提供更強(qiáng)的地基承載能力。在實(shí)際應(yīng)用中，單液硅化法處理后的軟土地基極限抗壓強(qiáng)度可以達(dá)到0.4～0.5MPa，雙液硅化法處理后的軟土地基極限抗壓強(qiáng)度可以達(dá)到1.5～6.0MPa。

2.3 樁基法

在換填法、化學(xué)加固法由于施工環(huán)境條件受限而不能使用時(shí)，例如軟土土層較厚的施工現(xiàn)場(chǎng)，可以考慮使用樁基法進(jìn)行地基處理。近年來，樁基材料已經(jīng)從傳統(tǒng)的木樁、砂礫預(yù)制樁轉(zhuǎn)變?yōu)殇摻罨炷令A(yù)制樁。先對(duì)土層進(jìn)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(dòng)和促進(jìn)周圍土層的固化，作為土層結(jié)構(gòu)的骨架，使地基結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，并減少沉降和坍塌的可能性。此方法的優(yōu)勢(shì)在于施工簡(jiǎn)便、成本較低、效果穩(wěn)定，因此得到廣泛應(yīng)用。

3 軟土地基處理注意事項(xiàng)

在對(duì)軟土地基常用處理技術(shù)進(jìn)行技術(shù)性分析后，實(shí)際應(yīng)用時(shí)仍需要注意以下幾點(diǎn)，來保證處理技術(shù)的有效性：

3.1 數(shù)據(jù)調(diào)研及處理

施工初期要運(yùn)用各類先進(jìn)測(cè)繪技術(shù)和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法，做好施工現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)調(diào)研，特別是對(duì)于地基含水度、承載強(qiáng)度、應(yīng)變能力等關(guān)鍵參數(shù)的獲取。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況及數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)性分析和預(yù)判，選擇適當(dāng)?shù)奶幚矸椒ā?/p>

3.2 施工分析與規(guī)劃

在處理方法選擇完畢后，需要對(duì)調(diào)研數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并對(duì)可能出現(xiàn)的意外干擾情況進(jìn)行預(yù)案設(shè)計(jì)，將可能的影響因素考慮在內(nèi)，作詳細(xì)、科學(xué)的施工內(nèi)容及進(jìn)度規(guī)劃。

3.3 極端環(huán)境條件預(yù)測(cè)

由于軟土地基處理工作對(duì)于外界環(huán)境的敏感性，需要謹(jǐn)慎選擇施工季節(jié)，做好天氣預(yù)測(cè)和特殊氣象預(yù)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(jìn)一步增加，或加固施工因?yàn)樘厥馓鞖馔七t或失效，影響水利施工進(jìn)程。

4 結(jié)語

在水利施工項(xiàng)目中，必須給予軟土地基處理技術(shù)足夠高的重視，，正確使用各項(xiàng)處理技術(shù)對(duì)軟土地基進(jìn)行改良工作，保障水利施工的質(zhì)量穩(wěn)定性。除了對(duì)處理技術(shù)進(jìn)行研究外，還要重視專業(yè)技術(shù)人員的培訓(xùn)工作，對(duì)其職業(yè)素質(zhì)和專業(yè)素養(yǎng)提出更嚴(yán)格的要求，并在實(shí)踐中積極總結(jié)新問題，思考新方法，促進(jìn)整個(gè)行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步。