□張蔚雯
軟土地基是經(jīng)過長(zhǎng)期水流的浸泡而形成的,其組分一般由有機(jī)質(zhì)土、粉質(zhì)沙土、泥炭黏土等不同土質(zhì)結(jié)構(gòu)組成,軟土地基土壤含水量較大,地下水位較高,其承載能力較低,土層結(jié)構(gòu)極易松動(dòng)發(fā)生變形,而大多數(shù)水利工程建設(shè)均會(huì)涉及到軟土地基,由于軟土地基自身的不穩(wěn)定性特點(diǎn),經(jīng)常導(dǎo)致地基下沉或變形,造成建筑物穩(wěn)定性差,甚至造成建筑體撕裂,嚴(yán)重威脅群眾生命財(cái)產(chǎn)安全。因此,在施工前,相關(guān)單位必須加強(qiáng)對(duì)施工地進(jìn)行勘查,深入了解施工地土體地質(zhì)類型,針對(duì)不同軟土地基采用科學(xué)合理的處理技術(shù),以確保施工區(qū)地基穩(wěn)定,進(jìn)而保證水利工程施工質(zhì)量和安全。
通常軟土地基中土壤的含水量較大,土壤顆粒的交接處存在難膠結(jié)現(xiàn)象,導(dǎo)致土壤之間孔隙度較大,在施工時(shí)影響夯實(shí)效果。
由于軟土地基的土壤含水量大,在施工時(shí)地基在承載一定壓力后,會(huì)出現(xiàn)快速排水的現(xiàn)象,導(dǎo)致土壤體積快速縮小并出現(xiàn)凹陷或下沉等問題,表現(xiàn)出較強(qiáng)的可壓縮性,嚴(yán)重影響軟土地基的施工。
相比其他地基,軟土地基土層地下水位較高,土壤透水性較差,據(jù)相關(guān)研究表明軟土地基的垂直滲透參數(shù)僅為10-4~10-8cm/s,其水分難以下沉或者下沉需要漫長(zhǎng)的時(shí)間完成,期間大部分的水被地表和地上建筑物吸收,甚至產(chǎn)生復(fù)雜的生化反應(yīng),直接降低各建筑物的使用壽命。因此在軟土地基施工前必須花費(fèi)大量的精力物力對(duì)其進(jìn)行排水固結(jié)工作。
軟土地基地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,極易受外界環(huán)境的影響,如發(fā)生洪災(zāi)、泥石流或者地震等災(zāi)害,軟土地基極易發(fā)生變形,加之建筑物的施壓,軟土地基的沉陷速度會(huì)越來越快,最終導(dǎo)致建筑物直接坍塌。
觸變性是指物體自身出現(xiàn)某種形式的觸發(fā)而引起自身性質(zhì)發(fā)生變化,軟土地基具有這種特性,在未發(fā)生觸變時(shí)軟土地基呈固態(tài)形式,但在受到間斷性外力或者振動(dòng)時(shí),會(huì)使原有的固態(tài)形式轉(zhuǎn)變?yōu)榱黧w形式,這一特性嚴(yán)重影響水利工程的建設(shè)和已建工程的安全穩(wěn)定性。
軟土地基土層一般由多層土層組成,且每一土層的特性均不相同,同時(shí)與周邊土壤的性質(zhì)也不同,其結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣,分布錯(cuò)亂極不均勻,同一塊軟土地基上,土壤可能緊實(shí)可能松散,在受力時(shí)緊實(shí)的土壤會(huì)向受力點(diǎn)外擠壓,而松散的土壤則會(huì)垂直擠壓,導(dǎo)致軟土地基呈現(xiàn)不規(guī)則沉陷的特點(diǎn)。
水利工程建設(shè)軟土地基換土處理法是操作工藝最為簡(jiǎn)單、效果最為明顯直接的技術(shù),它可以直接改變施工區(qū)域的土壤性質(zhì)。軟土地基換土處理法是直接用大量的沙壤土、水泥或灰土等替換軟土,直接改變軟土土質(zhì)性質(zhì),以滿足水利工程建設(shè)地基的施工要求,例如南水北調(diào)臨清魏灣節(jié)制閘軟土地基處理中采取的就是水泥土置換,經(jīng)過換土處理后該區(qū)域地基承載力得到極大的提高。但是此方法也存在一定的局限性,例如此方法僅適用于軟土土層較薄的施工區(qū)域,而且要求置換土質(zhì)距離施工區(qū)域較近,一旦置換土質(zhì)需要長(zhǎng)距離運(yùn)輸則極大的增加換土成本,同時(shí)施工區(qū)域地形和氣候等外界因素也會(huì)影響換土法的施工質(zhì)量,此外換土后土質(zhì)的壓實(shí)度也同樣重要,若未達(dá)到相應(yīng)的緊實(shí)度,極易造成施工后期土層沉陷,因此在軟土地基換土處理時(shí),首先應(yīng)深入調(diào)查施工區(qū)域的地形、氣候和施工區(qū)周邊置換土質(zhì)分布范圍等,選擇最優(yōu)的換土方案,在換土后應(yīng)采用專門的機(jī)械振動(dòng)進(jìn)行壓實(shí),充分降低沉陷的風(fēng)險(xiǎn),提高地基整體的承壓能力。
排水固結(jié)技術(shù)是目前應(yīng)用最普遍的軟土地基處理技術(shù),其主要是通過外部擠壓將土層中的多余水分通過相關(guān)排水模式科學(xué)排出土壤,并使軟土地基的其他性能保持完善。當(dāng)前軟土地基的排水技術(shù)采用最多的方式是水管排水和砂井排水,水管排水主要應(yīng)用于地下水位淺或者施工工程戰(zhàn)線長(zhǎng)的軟土地基,此方法排水速度快、排水效果好;砂井排水主要適宜在地下水位較深的施工區(qū)域使用,此方法的缺點(diǎn)是排水需要耗費(fèi)大量時(shí)間。軟土地基排水固結(jié)技術(shù)中的外部壓力系統(tǒng)主要采取超載真空加壓的方式,該方法可以顯著加快排水效率。大量實(shí)踐研究表明排水固結(jié)技術(shù)能夠有效排除軟土地基中的水分,保證水利工程建筑物的順利施工,但是部分專家對(duì)此技術(shù)存在不同的見解,他們認(rèn)為通過排水固結(jié)僅能在短時(shí)間內(nèi)改善軟土地基性質(zhì),在經(jīng)過一段時(shí)間的積累后水分還會(huì)流回地基,這樣無法保證軟土地基的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。
化學(xué)固結(jié)法是將硅酸鹽類、水泥、聚氨酯類或石灰等化學(xué)物質(zhì)加入軟土地基中,并將其物質(zhì)與軟土土壤充分混均,使這些材料與軟土土壤發(fā)生一系列物理、化學(xué)生物反應(yīng),最終形成一種穩(wěn)定堅(jiān)硬的復(fù)合地基,此方法常用于水利工程的邊坡處理等。此外,目前軟土地基邊坡處理中還有化學(xué)硅化技術(shù),其以電滲法為原理,以注漿完成初步化電動(dòng)硅化的施工工序,然后在各化學(xué)參數(shù)的影響下發(fā)生反應(yīng),使軟土地基中水分逐步膠狀化,進(jìn)而改善地基的柔軟度,增加軟土地基的載荷。
加筋填土技術(shù)是是由加筋技術(shù)和填土技術(shù)結(jié)合形成的。加筋技術(shù)是在軟土地基中添加一層具有抗拉力的金屬板或其他土工合成材料,通過加筋材料和軟土土壤的高強(qiáng)度摩擦力,促使軟土地基和加筋材料形成一個(gè)結(jié)實(shí)的整體,加筋材料的填入可以改善地基的應(yīng)力分布,降低地基的側(cè)向位移和整體變形的風(fēng)險(xiǎn),進(jìn)而提高軟土地基的穩(wěn)定性。填土技術(shù)是將軟土地基下層部分比較潮濕柔軟的土壤清除,然后采用一些抗拉能力強(qiáng)、韌性高、穩(wěn)定效果好的廉價(jià)材料進(jìn)行填充,填充材料可以選擇碎煤灰、碎石子或者尾礦等廢棄材料,在填充材料時(shí),需要合理控制填充厚度和材料緊實(shí)度,以保證填土技術(shù)的處理效果,通常墊層厚度需大于地面厚度的0.3%。加筋填土技術(shù)的特點(diǎn)是軟土地基施工期短、施工效率高,但是操作過程較為繁瑣,此項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用需要清除部分土壤,然后采用回填技術(shù)進(jìn)行分層回填,然后利用專門的壓實(shí)設(shè)備進(jìn)行分層壓膜處理。
樁基處理技術(shù)主要應(yīng)用于軟土地基較厚的工程,當(dāng)軟土地基存在較厚的淤泥時(shí)就無法采用大面積深埋或者其他方式,只有借助樁基技術(shù)才能進(jìn)行深層土壤固結(jié),且起到良好的軟土地基處理效果。樁基技術(shù)的應(yīng)用也較為成熟,其主要樁基技術(shù)包括砂石樁、木樁和混凝土樁等,目前主要采用混凝土樁,混凝土樁技術(shù)是通過機(jī)械成孔的方式,將適量的混凝土等化學(xué)材料通過樁孔注入到軟土地基深處,同時(shí)依據(jù)混凝土等化學(xué)材料的放熱或離子交換等物理化學(xué)作用,使得軟土地基的性質(zhì)發(fā)生改變形成統(tǒng)一穩(wěn)定的復(fù)合土體地基。通?;炷翗痘幚砑夹g(shù)有多種方式,包括鉆孔灌漿法和鉆孔旋噴法等,鉆孔灌漿法是直接鉆孔,然后在常壓條件下通過鉆孔將混凝土注入其中,而鉆孔旋噴法是將帶有噴嘴的鉆管鉆到預(yù)定深度,然后采用高壓脈沖泵或氣壓液壓將灌漿向預(yù)定土層四周高速旋噴,高速旋噴即可以壓實(shí)土層,又可以將漿液與土壤充分混勻,在混凝土固結(jié)后在軟土地基深層形成一層堅(jiān)硬穩(wěn)定的樁體,但是當(dāng)土層中有機(jī)質(zhì)含量較高時(shí),會(huì)影響旋噴法的應(yīng)用效果。樁基處理技術(shù)可以有效降低軟土地基變形或沉降的風(fēng)險(xiǎn),在施工時(shí)應(yīng)嚴(yán)格遵循施工工藝,避免管道堵塞,嚴(yán)格控制灌漿壓力和深度,以保證工程的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。
施工前的調(diào)查和準(zhǔn)備工作對(duì)軟土地基的施工質(zhì)量是十分重要的,通過現(xiàn)場(chǎng)深入勘查確定適宜的施工圖紙,進(jìn)而才能確定施工區(qū)域的具體處理方式,在現(xiàn)場(chǎng)勘查中主要注意以下事項(xiàng):
施工環(huán)境勘查:水文、地形地貌是影響軟土地基施工的主要因素,相關(guān)單位應(yīng)綜合調(diào)查施工區(qū)的外界環(huán)境,并根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)資料對(duì)軟土地基進(jìn)行科學(xué)分析,然后根據(jù)勘察和測(cè)量的結(jié)果制定科學(xué)的軟土地基處理方案,以避免盲目施工造成經(jīng)濟(jì)損失。
施工區(qū)地質(zhì)條件:積極采取螺旋板載荷或靜力觸探等技術(shù),并結(jié)合工程鉆探等技術(shù)測(cè)定不同深度軟土土層的承載力,此外,施工前應(yīng)進(jìn)行預(yù)定施工材料改變軟土土質(zhì)的模擬實(shí)驗(yàn),確定施工區(qū)軟土地基處理的各項(xiàng)施工參數(shù),從而避免施工中出現(xiàn)失誤,保證施工的順利安全進(jìn)行。
季節(jié)性氣候變化特點(diǎn):相關(guān)調(diào)查員必須重視施工中氣候的影響,應(yīng)結(jié)合歷史氣象資料和當(dāng)年氣象局提供的資料綜合考慮計(jì)算施工期的氣候條件,盡量避免氣候?qū)μ厥馐┕すに嚨挠绊?,否則不僅會(huì)延長(zhǎng)施工周期,還會(huì)影響工程質(zhì)量和預(yù)期效果。
在進(jìn)行軟土地基施工時(shí)必須嚴(yán)格按照施工方案進(jìn)行,同時(shí)結(jié)合實(shí)際施工地狀況注重細(xì)節(jié)問題,例如應(yīng)用樁基處理技術(shù)時(shí)要保證樁孔的垂直不發(fā)生傾斜,否則造成樁柱在重力作用下發(fā)生塌孔或斷樁等事故;在灌漿時(shí)注意灌漿濃度、速度和壓力,防止灌漿不均勻影響最終處理效果,同時(shí)要注意樁孔堵塞問題,要合理控制物料比,并定期對(duì)其進(jìn)行清孔;在換土法施工時(shí)為避免超挖等失誤,在機(jī)械挖掘至預(yù)定要求0.5m時(shí)采用人工挖掘完成;此外在整個(gè)施工過程中應(yīng)設(shè)立嚴(yán)格的監(jiān)督監(jiān)控制度,實(shí)時(shí)監(jiān)控,并定期對(duì)施工者和相關(guān)人員進(jìn)行培訓(xùn),在保證安全第一的前提下保證施工質(zhì)量和效率。
在施工結(jié)束后應(yīng)介入第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行項(xiàng)目建設(shè)質(zhì)量評(píng)估,保證后期應(yīng)用的安全性和穩(wěn)定性。同時(shí)相關(guān)部門應(yīng)加強(qiáng)施工后期維護(hù)保養(yǎng)工作,制定完善的后期維護(hù)管理制度,引進(jìn)專業(yè)型人才,定期對(duì)水利工程建筑物和軟土地基進(jìn)行安全性檢測(cè),確保工程的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。
綜上所述,軟土地基作為水利工程建設(shè)的首要解決難題,具有很多處理技術(shù),不同技術(shù)各有優(yōu)缺點(diǎn),因此在實(shí)際施工中需要結(jié)合該區(qū)域調(diào)研結(jié)果,綜合考慮施工地地質(zhì)環(huán)境、氣候和經(jīng)濟(jì)效益等多種因素,選擇科學(xué)的軟土地基處理技術(shù),在施工時(shí)嚴(yán)格遵循施工標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí),積極總結(jié)施工經(jīng)驗(yàn),大膽創(chuàng)新新型技術(shù),推動(dòng)軟土地基處理技術(shù)的高速發(fā)展。