水利工程軟土地基處理施工質(zhì)量管理

李珊珊LI Shan-shan

（河南省豫東水利工程管理局，開封 475000）

0 引言

水利工程可能會(huì)深入軟土地基開展施工工作，由于軟土地基的性能比較差，必須使用專業(yè)的施工技術(shù)提升軟土地基的性能，滿足工程建設(shè)要求。由于相關(guān)使用技術(shù)具有一定復(fù)雜性，因此施工中需要嚴(yán)格管理施工質(zhì)量，采取嚴(yán)格的質(zhì)量控制措施，確保工程施工順利進(jìn)行。

1 軟土地基概述

隨著對(duì)水利工程需求量的提升，以及技術(shù)水平的提升，越來越多的水利工程開始在軟土地基上建設(shè)，施工人員和技術(shù)人員對(duì)軟土地基的重視水平相比過去明顯提高，必須了解軟土地基的性質(zhì)，才能確保軟土地基上水利工程的有效性。

1.1 軟土地基概念

土體是砂粒、粉粒、粘粒的混合物，軟土的形成來自于第四紀(jì)后期地表流水形成的近代沉積物質(zhì)，其中超過總質(zhì)量50%的顆粒粒徑都在0.1 毫米以下。軟土的含水量很高，因此一般在地勢(shì)低洼、周圍水體比較豐富的位置分布。比如海濱、河流、湖濱、沿岸等等，這些地區(qū)有地表常年濕潤(rùn)積水的特點(diǎn)，使得其生態(tài)系統(tǒng)十分發(fā)達(dá)和健全，在地表通常會(huì)有很多蘆葦、葉樟等水生植物分布，由于這些植物的生長(zhǎng)循環(huán)，使得軟土中包含了很多腐蝕質(zhì)等其他有機(jī)物[1]。

多數(shù)軟土都是飽和的，使得軟土中的天然含水量遠(yuǎn)大于液限，所以軟土的孔隙比都大于1，如果孔隙比超過1.5，則將其稱之為淤泥，在孔隙比處于1 和1.5 之間時(shí)，則將其稱為淤泥質(zhì)土。工程中將淤泥、泥炭、雜填土、飽和性粘土總稱為軟土，軟土地層除了包括軟土，還含有一定沙土和碎石土，會(huì)合其他不同種類的土體構(gòu)成互層。

軟土地基就是以軟土為主的地基，軟土和粉砂、泥炭等土層相間，其中還包括棄土、吹填土等構(gòu)成的地基，如果地基的土質(zhì)比較均勻，軟土地基可以達(dá)到近百米的深度。

1.2 軟土地基工程性質(zhì)分析

1.2.1 高壓縮性

軟土地基的孔隙比非常高，一般都在1.0 以上，并且軟土中還有大量微生物存在，并蘊(yùn)含很多腐殖質(zhì)，因此其具有非常強(qiáng)的高壓縮性。軟土地基的壓縮系數(shù)一般在0.5-1.5 之間，在一些孔隙比非常高的軟土地基中，壓縮性甚至能達(dá)到4.5，彈性模量在4MPa 以下[2]。同時(shí)，軟土地基當(dāng)中的顆粒礦物成分對(duì)軟土地基的壓縮性也有非常大的影像，如果物理性質(zhì)和指標(biāo)不變，在軟土的液限指數(shù)非常大的情況下，會(huì)具有非常高的壓縮性。

1.2.2 抗剪強(qiáng)度低

在軟土不排水的情況下，抗剪強(qiáng)度一般為5-25kPa，但通常情況下，抗剪強(qiáng)度都在20kPa 以下；軟土的內(nèi)摩擦角一般為30°左右，隨著地表深度增加，將會(huì)導(dǎo)致正常固結(jié)的軟土層的不排水抗剪強(qiáng)度增大，每米可以增加1-2kPa，因此在軟土層固結(jié)速度增加的情況下，軟土層的抗剪特性也能得到改善。

1.2.3 透水性差

由于軟土的結(jié)構(gòu)，使得土體的豎向透水系數(shù)很低，如果軟土中還含有大量的有機(jī)質(zhì)，軟土的透水系數(shù)將會(huì)更低。透水性差導(dǎo)致軟土地基在荷載作用下固結(jié)速度較慢，達(dá)到固結(jié)狀態(tài)所需要的時(shí)間會(huì)很長(zhǎng)，所以軟土地基強(qiáng)度的增長(zhǎng)速度十分緩慢，壓實(shí)加固并不能有效改善軟土地基的強(qiáng)度。

1.2.4 觸變性

從本質(zhì)上看，軟土地基屬于絮凝狀結(jié)構(gòu)性沉積物，原狀土在沒有受到破壞時(shí)還會(huì)有比較強(qiáng)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，但由于地質(zhì)活動(dòng)、地表作用，以及施工過程中的影響，軟土地基的強(qiáng)度可能會(huì)明顯降低，迅速變?yōu)榱鲃?dòng)態(tài)，這就是軟土地基的觸變性。軟土地基受到擾動(dòng)荷載之后，容易出現(xiàn)側(cè)向滑動(dòng)、沉降、底面從兩側(cè)擠出等問題，隨著靜止時(shí)間的增加，其強(qiáng)度可能恢復(fù)，但是恢復(fù)的過程比較緩慢，很難重新達(dá)到原來的強(qiáng)度[3]。

1.2.5 流變性

在軟土荷載的作用下，剪應(yīng)力所產(chǎn)生的剪切作用會(huì)讓軟土地基緩慢變形，在荷載不變的情況下，軟土的骨架會(huì)骨架粘糯蠕變，土體也將同時(shí)變形，隨著黏土顆粒的增大，流變性會(huì)更加明顯。

2 軟土地基常用處理方法

2.1 換土墊層法

換土墊層法也被稱為換填法，該方法根據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，將不符合強(qiáng)度要求的弱土層挖除，然后選擇具有較好氣密性的土料作為持力層，為了保證換填涂料所具有的性能，一般選擇素土、卵石、砂、礫、礦渣、灰土等材料，可以比較好地提升強(qiáng)度，也能控制墊土層的侵蝕性，是一種比較穩(wěn)定的材料。填土過程中使用分層填筑的方法，完成一層填筑后使用人工或者機(jī)械方法夯實(shí)土體，提升地基的穩(wěn)定性和保證抗變形能力，保證地基的承載力能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

換土墊層法要求處理地基的軟土層厚度比較薄，所以地基的深度一般控制在3 米以內(nèi)，但需要保證在0.5 米以上，如果墊層比較薄，則換填土層很難達(dá)到支撐效果。對(duì)膨脹土地基、濕陷性黃土、季節(jié)性凍土的處理中，也可以使用該方法，使用之前需要做好設(shè)計(jì)工作，有效就地取材和控制施工時(shí)間。由于施工中不需要使用特殊的機(jī)械設(shè)備，因此換土墊層法的施工費(fèi)用要求很低。

2.2 排水固結(jié)法

排水固結(jié)法是解決淤泥軟粘土地基沉降問題的重要措施，該方法會(huì)在飽和軟土地基設(shè)置豎向排水體，通過排除飽和軟土中的孔隙水，可以將孔隙水的壓力轉(zhuǎn)化成軟土的應(yīng)力，從而提升地基的固結(jié)速度，并且提升軟土地基的密實(shí)度和強(qiáng)度，讓軟土地基承載力增加，降低軟土地基的沉降。使用該方法時(shí)，應(yīng)該根據(jù)透水性等因素選擇排水體，科學(xué)設(shè)置排水體系。

堆載預(yù)壓法。該方法通過在外部設(shè)置荷載增加土體內(nèi)部的總應(yīng)力，使軟土內(nèi)部能產(chǎn)生更強(qiáng)的附加應(yīng)力，用該方法處理淤泥質(zhì)土、沖填土等堆載材料，擁有非常大的軟土地基處理面積。

真空預(yù)壓法。真空預(yù)壓法在加固土體表面和周圍安裝封膜，使之與大氣隔絕然后抽成真空，利用孔隙水上流體作用，降低土體內(nèi)部的孔隙水壓力，依靠原有孔隙水壓力和現(xiàn)有孔隙水壓力形成的壓力差作用產(chǎn)生滲流，讓土體實(shí)現(xiàn)排水固結(jié)，有效增加效應(yīng)力，提升土體的承載能力。使用這種方法適合處理在加固區(qū)形成穩(wěn)定負(fù)壓界面的軟土地基，尤其在超軟土地基和危險(xiǎn)邊坡附近軟土地基的處理中有很好的效果。

真空預(yù)壓綜合應(yīng)用。該方法通過增加土體的總應(yīng)力、降低孔隙中的水壓力，通過疊加使用兩種有效應(yīng)力，獲得最佳的處理效果。這種方法一般在軟粘土、超軟土中使用，可以獲得較快的固結(jié)速度和非常強(qiáng)的固結(jié)效果，必須保證兩者同時(shí)作用，才能確保疊加水平[4]。該方法一般使用在加固時(shí)間很短，而且時(shí)間比較緊迫的工程，適合在軟土厚度5 米以下的地基中，要進(jìn)行超過半年以上的預(yù)壓工作。該方法具有經(jīng)濟(jì)實(shí)用的優(yōu)勢(shì)，而且施工比較方便。

2.3 加筋法

加筋法會(huì)將抗壓能力比較強(qiáng)的鋼片、土工聚合物等加筋材料埋設(shè)入土層，隨著土體顆粒的位移，會(huì)與拉筋之間產(chǎn)生摩擦，然后構(gòu)成一個(gè)整體。隨之粘土地基的整體性會(huì)明顯提升，讓地基承載力更強(qiáng)，極大程度上提升土體的抗剪強(qiáng)度，控制地基沉降，并保證地基的穩(wěn)定性。

土工合成材料法。該方法根據(jù)軟土的強(qiáng)度、韌性等力學(xué)特性，通過在軟土地基中擴(kuò)大應(yīng)力提升土體的抗拉強(qiáng)度，改善軟土的復(fù)合土工結(jié)構(gòu)，也具有排水、隔離、補(bǔ)強(qiáng)等作用，在砂土、黏土中有比較好的應(yīng)用效果。

加筋土。加筋土?xí)谕翆又新裨O(shè)抗拉性能比較強(qiáng)的拉筋，土體通過和拉筋摩擦、接觸構(gòu)成整體，進(jìn)而提升土體的穩(wěn)定性。

2.4 重壓平臺(tái)法

重壓平臺(tái)法會(huì)將堤壩兩側(cè)的土、砂、土渣等在軟土地基上堆放，通過建立一個(gè)重壓平臺(tái)將軟土壓實(shí)固結(jié)。在重壓的過程中，固結(jié)的軟土地基會(huì)形成反壓荷載，地基軟土壓密后，可以將荷載移除，然后就可以提升軟土地基的抗剪強(qiáng)度，避免軟土地基出現(xiàn)側(cè)向破壞的情況，并且可以保證地基承載力滿足要求，降低工程建設(shè)過程中的沉降量。

2.5 擠密砂樁

擠密砂樁會(huì)使用振動(dòng)氣管機(jī)、水沖等設(shè)備進(jìn)行處理，軟土地基經(jīng)過鉆孔后，砂石、土、灰等粗砂材料會(huì)被灌入到孔中，之后就可以構(gòu)成密實(shí)的樁體結(jié)構(gòu)。該施工方法可以進(jìn)一步分為振沖擠密樁和振動(dòng)擠密樁；也可以根據(jù)所選用的填充材料分為灰土樁、碎石樁等等。

3 水利工程軟土地基施工質(zhì)量管理措施

3.1 施工前做好組織策劃

軟土地基處理時(shí)，需要做好對(duì)現(xiàn)場(chǎng)狀況的勘察，了解當(dāng)?shù)氐牡匦蔚貏?shì)，以及進(jìn)行外部環(huán)境的勘察和分析，然后在此基礎(chǔ)上制定施工計(jì)劃，防止負(fù)面施工因素影響，以便保證地基處理工作可以順利完成。施工人員需要進(jìn)行勘察和分析工作，通過勘察水利工程施工地區(qū)域的地貌，分析地下水文地質(zhì)特點(diǎn)和地質(zhì)構(gòu)造，研究水利工程周邊建筑物的建設(shè)狀況[5]。完成對(duì)相關(guān)內(nèi)容的勘察工作，分析獲得到的勘察資料，分析當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，將分析結(jié)果作為施工措施優(yōu)化的指導(dǎo)，提升工程施工方案設(shè)計(jì)的科學(xué)性和可行性。

水利工程建設(shè)應(yīng)該避免在寒冷天氣中開展施工建設(shè)工作，如果外部的氣溫比較低，會(huì)導(dǎo)致深層攪拌樁的施工很難保證，因此，施工人員需要做好對(duì)氣象條件的檢查，保證工程施工的順利進(jìn)行。

3.2 制定合理的施工工藝和流程

為了確保水利工程軟土地基的施工質(zhì)量，施工中必須制定合適的施工工藝和施工流程，并在施工中嚴(yán)格落實(shí)，以保證對(duì)軟土地基的有效控制，滿足工程施工的質(zhì)量要求。例如采取拋石擠淤施工之前，就要設(shè)定嚴(yán)格的施工工序，并在工程施工中嚴(yán)加管理。施工前應(yīng)該確認(rèn)施工邊線，做好地表清理和排水工作，加強(qiáng)淤泥開挖，設(shè)然后再經(jīng)過清表之后，進(jìn)行拋填作業(yè)，并使用機(jī)械碾壓。每一道工序完成后，都要進(jìn)行質(zhì)量檢查，保證施工質(zhì)量能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

3.3 加強(qiáng)施工中的數(shù)據(jù)采集和分析

水利工程施工本身就有比較高的安全隱患，軟土地基施工讓施工安全問題變得更為嚴(yán)重。為了同時(shí)解決質(zhì)量控制和安全管理的要求，需要利用高效率的數(shù)據(jù)采集和分析，研究現(xiàn)場(chǎng)情況變化，分析施工過程中的安全風(fēng)險(xiǎn)。所以施工前，施工單位應(yīng)該組織施工人員入場(chǎng)收集工程相關(guān)數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)分析工程施工特點(diǎn)，辨別存在的各種安全隱患，然后在此基礎(chǔ)上進(jìn)行施工設(shè)計(jì)，保證質(zhì)量控制和安全管理的兩方面效果[6]。

3.4 做好對(duì)軟土地基的評(píng)估工作

由于軟土地基普遍存在強(qiáng)度低、穩(wěn)定性不足的情況，為了能保證處理效果，就需要了解軟土地基的實(shí)際狀況，設(shè)置正確的加固方案。施工前，技術(shù)人員通過勘察數(shù)據(jù)，對(duì)軟土地基的承載力進(jìn)行科學(xué)的分析和評(píng)估，以便了解軟土地基的各方面性能，確定土體結(jié)構(gòu)承載力、水平剪切力等數(shù)據(jù)。結(jié)合上述數(shù)據(jù)，再進(jìn)行軟土地基加固工作和使用加固方法。

3.5 現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量管理

為了確保工程的施工質(zhì)量，施工單位需要使用合理的質(zhì)量控制措施，采用規(guī)范化的管理思路開展管理工作，最大化控制施工可能存在的質(zhì)量問題。施工中必須做好對(duì)材料的管理工作，為此材料入場(chǎng)之前需要進(jìn)行質(zhì)檢，如果檢測(cè)不合格不得進(jìn)入施工場(chǎng)地。進(jìn)場(chǎng)之后，要對(duì)材料進(jìn)行分類堆放，避免施工材料因?yàn)樘鞖獾纫蛩負(fù)p壞。針對(duì)關(guān)鍵施工技術(shù)，必須做好對(duì)技術(shù)人員的培訓(xùn)指導(dǎo)工作，保證施工人員了解技術(shù)應(yīng)用方法。

4 軟土地基水利工程施工項(xiàng)目

4.1 項(xiàng)目概況

某沿海城市處在海相、沖擊三角洲沉積土，其軟土地基包括很多生物礦，當(dāng)?shù)氐奶烊缓屎芨撸浲恋膲嚎s性強(qiáng)，而且天然孔比較大，抗壓強(qiáng)度也比較低。為了滿足水利工程的建設(shè)要求，需要專門使用技術(shù)進(jìn)行軟土地基的處理工作。

4.2 換填墊層技術(shù)應(yīng)用

換填墊層地基處理技術(shù)是目前軟土地基比較常用的方法，針對(duì)厚度相對(duì)交底的軟土層有比較好的效果。施工中先要將表面的軟土全部去除，之后將其換填成具有更高性能的砂石、卵石等材料，提升材料的透水性，并降低材料壓縮性，通過該方法可以提升排水固結(jié)速度，并且能提升地基的承載力。完成換填工作后，為了保證持力層的穩(wěn)定性，還需要對(duì)地基進(jìn)行夯實(shí)處理。

換填施工的過程中，應(yīng)該做好對(duì)坑內(nèi)的清理工作，保證所有積水都排放干凈，還要加強(qiáng)對(duì)地基周邊的固定工作，然后選擇合適的材料進(jìn)行攪拌。在該項(xiàng)工作中，需要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)狀況進(jìn)行材料選擇，在選擇頂級(jí)砂粒使，應(yīng)該選擇顆粒不均勻度在10 以內(nèi)的材料；如果使用人工級(jí)砂礫，需要在施工前進(jìn)行密度試驗(yàn)，然后找到最合適的礦石。在沒有上述兩種材料時(shí)，可以使用細(xì)砂作為墊層，然后向其中摻入碎石，以控制含石量在50%以下。

施工質(zhì)量控制過程中，應(yīng)該嚴(yán)格按照施工工藝流程進(jìn)行操作，施工前應(yīng)該做好對(duì)材料的鋪平和振搗工作，施工過程中應(yīng)該嚴(yán)格進(jìn)行接頭位置的控制，確保接頭的斜坡性質(zhì)。對(duì)于間層可以錯(cuò)開一定距離，滿足現(xiàn)場(chǎng)施工需要。對(duì)材料機(jī)型鋪設(shè)時(shí)，需要使用合理的方法進(jìn)行鋪設(shè)，比如使用平振法、碾壓法等等。而且，施工過程中必須要保證排水的流暢性，針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況建設(shè)排水設(shè)施，有效解決現(xiàn)場(chǎng)的沖刷和淤泥問題。施工后遺棄的材料需要清理干凈，廢棄物的堆放地點(diǎn)必須與河道保持距離。

本工程的提防工程施工中，使用換填墊層進(jìn)行了軟基的處理工作，使用該方法之后可以保證地基的承載能力，可以保證工程建設(shè)的順利進(jìn)行。

4.3 注漿加固技術(shù)應(yīng)用

注漿加固技術(shù)也成為壓力注漿法，施工中會(huì)使用液壓或者氣壓的方式實(shí)現(xiàn)漿液的注漿，推動(dòng)漿體均勻地進(jìn)入地層，之后漿液會(huì)以填充、滲透等形式，在土體的裂縫和空洞中擴(kuò)展，然后漿液就會(huì)和原來的土體膠粒結(jié)合，讓軟土地基能構(gòu)成一個(gè)整體，極大程度上解決地基強(qiáng)度和穩(wěn)定性的問題。

施工過程中，漿液一般選擇水泥漿或者水泥粉煤灰漿，針對(duì)軟土地基上的硬殼，也可以將其作為封壓層；如果軟土地基上并沒有形成硬殼體，可以專門進(jìn)行碾壓，以獲得封壓層。如果軟土地基的砂礫比較多，就可以使用分段式注漿的方式，注漿的過程中應(yīng)該做好對(duì)注漿壓力的控制，避免注漿壓力過大破壞軟土地基結(jié)構(gòu)，或者壓力過小導(dǎo)致注漿效果不足。雖然注漿壓力增大能夠獲得更大的擴(kuò)散距離，但是注漿的壓力必須控制在土層強(qiáng)幅度以下，為此可以專門開展注漿試驗(yàn)，確定最合適的注漿壓力。確定注漿壓力之后，應(yīng)該合理布置注漿孔，成孔之后要使用壓縮空氣進(jìn)行清孔，不能用水沖洗，防止破壞鉆孔。

為了保證效果，還需要確定合適的加固深度，避免注漿之后出現(xiàn)過于嚴(yán)重的變形或者沉降，制備漿液時(shí)，也應(yīng)該選擇合適的材料，保證注漿質(zhì)量和地基的承載力提升效果。本工程中再對(duì)軟基加固中，通過使用注漿技術(shù)有效提升了承載力，獲得了較好的效果。

4.4 樁基法應(yīng)用

樁基法使用過程中使用三角形方式進(jìn)行布設(shè)工作，控制樁間距在200 厘米，進(jìn)行擠密施工之前，應(yīng)該進(jìn)行樁位的復(fù)核工作，在確定方位正確后再進(jìn)行施工。成樁之后也要做好檢查工作，查看現(xiàn)場(chǎng)是否存在偏差，如果發(fā)現(xiàn)偏差超出質(zhì)量控制要求，需要進(jìn)行分補(bǔ)樁或者糾偏等工作。

為了保證擠密石樁的施工質(zhì)量，施工過程中應(yīng)該做好質(zhì)檢工作，施工之前應(yīng)該根據(jù)工程設(shè)計(jì)要求，對(duì)每根擠密樁的填料量進(jìn)行計(jì)算，確定樁身的垂直度，和孔深，而且要對(duì)測(cè)量之后的結(jié)果進(jìn)行記錄。

5 結(jié)束語

水利工程在軟土地基中建設(shè)時(shí)，必須做好軟土地基的勘察工作，了解軟土地基性能和參數(shù)，分析地基的構(gòu)成特點(diǎn)，之后根據(jù)分析結(jié)果確定地基加固技術(shù)。施工中，必須嚴(yán)格控制質(zhì)量，避免施工風(fēng)險(xiǎn)和確保施工的順利進(jìn)行，需要針對(duì)重要施工技術(shù)做好交底和施工人員培訓(xùn)工作，嚴(yán)格管理，控制施工工序，保證施工方案順利落實(shí)。