水利工程施工中軟基基礎(chǔ)處理技術(shù)的分析

張曉斌

（湖南百舸水利建設(shè)股份有限公司，湖南長沙 410000）

0 引言

社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，以及城鎮(zhèn)用水需求量的持續(xù)增多，使得我國水利工程建設(shè)規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大。為保證工程整體穩(wěn)定性，能夠發(fā)揮工程運(yùn)行作用，就需重視軟基基礎(chǔ)的處理與施工。根據(jù)工程所處地質(zhì)條件以及建設(shè)需求，合理選用軟基處理技術(shù)，降低基礎(chǔ)對水利工程穩(wěn)定性的影響，確保工程施工與使用安全。

1 軟基基礎(chǔ)特征分析

1.1 低透水性

由于軟基基礎(chǔ)內(nèi)部的空隙較大，因此含水量較多，可達(dá)70%，數(shù)值直接反映出軟土在透水方面的能力不強(qiáng)，且也在這一特點(diǎn)的作用下，嚴(yán)重影響地基排水效果。若水利工程建設(shè)于軟基基礎(chǔ)上，極易出現(xiàn)因地基長時間不凝固導(dǎo)致建筑下沉的問題。此外，低透水性會增大地基水壓，工程施工初期不利于其沉降，若不加以及時處理，便會延長建筑下沉?xí)r間[1]。

1.2 高壓縮性

當(dāng)軟基基礎(chǔ)的壓力值遠(yuǎn)大于標(biāo)準(zhǔn)范圍時，將會使壓縮曲線發(fā)生改變即由平緩至陡降。水利工程建設(shè)期間，軟基基礎(chǔ)的高壓縮性特點(diǎn)呈現(xiàn)并不明顯，且不會引發(fā)施工質(zhì)量問題，但隨著施工的不斷推進(jìn)，亦或是工程使用年限的增加，便會增大對軟基基礎(chǔ)的壓力值，從而導(dǎo)致基礎(chǔ)出現(xiàn)變化。起初，這一變化并不顯著，且較為平穩(wěn)，但會突然驟變，增大水利工程坍塌風(fēng)險。

1.3 高靈敏度

當(dāng)軟基基礎(chǔ)受到震動的影響后，基礎(chǔ)的土質(zhì)結(jié)構(gòu)便會發(fā)生變化，相較于原有結(jié)構(gòu)，改變后的基礎(chǔ)在質(zhì)量、稀釋狀況等方面也會出現(xiàn)顯著變化，無法保證水利工程整體質(zhì)量。因此，執(zhí)行工程施工設(shè)計(jì)作業(yè)時，便需充分考慮軟基基礎(chǔ)高靈敏度的特征，并制定可行的處理措施，避免發(fā)生基礎(chǔ)側(cè)向滑動問題，致使水利工程使用年限受到影響。

2 水利工程軟基基礎(chǔ)處理技術(shù)研究

2.1 樁基處理技術(shù)

開展水利工程軟基基礎(chǔ)施工作業(yè)時，常應(yīng)用的施工處理技術(shù)為水泥攪拌樁（圖1），通過深層攪拌的方式，有機(jī)結(jié)合固化劑和軟土，并將其整合為一個整體，以此增強(qiáng)軟土結(jié)構(gòu)完整性，同時，還可大幅提高結(jié)構(gòu)的水穩(wěn)性，通常被用于土質(zhì)為粉土、淤泥的軟基基礎(chǔ)處理工作中。水泥攪拌樁處理技術(shù)操作時，不會發(fā)出較大噪聲，且振動幅度較小，而施工結(jié)束后，也不需執(zhí)行建筑垃圾外運(yùn)工作。水泥攪拌樁結(jié)構(gòu)可以相互搭接，也可彼此獨(dú)立，由于樁基本身的滲透性較小，因此，水泥攪拌樁的使用能夠從根本上優(yōu)化軟基基礎(chǔ)各項(xiàng)力學(xué)性質(zhì)，還有助于基礎(chǔ)承載力的進(jìn)一步提高。工程建設(shè)時，還應(yīng)合理運(yùn)用鋼筋混凝土預(yù)制樁處理技術(shù)。這是因?yàn)檐浕A(chǔ)土層較厚，若使用傳統(tǒng)的處理方式無法起到增強(qiáng)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)承載力的作用，為獲得較為理想的處理效果，應(yīng)搭配機(jī)械成孔方法，將混凝土注入到孔洞中，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)承載力的提升，以此規(guī)避結(jié)構(gòu)下沉現(xiàn)象的發(fā)生[2]。此外，也可運(yùn)用水泥土固化技術(shù)。水泥土的主要原料為沙壤土或當(dāng)?shù)靥丶?xì)砂，混合約13%的水泥，再加入適量水、外加劑，充分?jǐn)嚢韬蟮玫降乃喙袒?。技術(shù)操作原理如下：在水泥中加入固化材料，做好攪拌工作，促使水、水泥、固化料彼此間發(fā)生水化反應(yīng)與水解反應(yīng)，此時的水泥顆粒表面便會生成膠狀凝結(jié)物，增強(qiáng)水泥顆粒整體穩(wěn)定性。而凝膠物質(zhì)彼此間構(gòu)成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使用結(jié)晶類水化產(chǎn)物填充結(jié)構(gòu)空隙，待其固化后，可大幅提高水泥結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)對軟基的有效處理。

圖1 水泥攪拌樁施工作業(yè)

2.2 換填處理技術(shù)

水利工程軟基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)內(nèi)部有較多的水分，為規(guī)避軟土結(jié)構(gòu)對工程整體穩(wěn)定性的不良影響，需使用更具穩(wěn)定性、高強(qiáng)度的材料替換軟土，再借助施工設(shè)備夯實(shí)處理區(qū)域。但不同水利工程的施工要求不同，對此，施工人員需全方位分析當(dāng)?shù)氐鼗闆r。若軟基淤泥較薄，便需應(yīng)用換土回填處理技術(shù)（圖2），以此強(qiáng)化軟基抗壓能力以及緊密性。技術(shù)實(shí)施前，應(yīng)組織專業(yè)人員細(xì)致檢查軟基材料，對于腐蝕性的材料應(yīng)及時去除，常采用的替換土為卵石、砂石等，這類土層材料具備極強(qiáng)的承載性能，且強(qiáng)度較大，能夠大幅提高土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

圖2 換土墊層施工結(jié)構(gòu)

換填處理技術(shù)操作如下：組織換填軟基開挖施工，明確工程建設(shè)面積，預(yù)估工程重量，以此為依據(jù)，合理規(guī)劃軟基換土范圍，并剔除軟土層，通常為淤泥軟土，替換土選用天然砂礫。軟土挖除工作需在挖掘機(jī)設(shè)備的幫助下執(zhí)行，根據(jù)工程實(shí)際需求，確定開挖深度，一般小于2m。開展換填施工時，要求施工人員始終遵循分層填筑、逐層壓實(shí)處理原則，依托于水利工程在施工強(qiáng)度方面的要求，對各層的壓實(shí)程度進(jìn)行檢測。換填處理技術(shù)選用的置換土壤以及換填材料的含量、粒徑、級配均需結(jié)合工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)來確定，在此之前，還應(yīng)對各種要素進(jìn)行試驗(yàn)檢測，并做好地基結(jié)構(gòu)的勘察工作，盡可能排除換填、換填后地基基礎(chǔ)潛在的各類問題，針對性地給出合理、可靠的地基基礎(chǔ)維護(hù)措施。同時，還需加強(qiáng)對施工人員的管理，確保其嚴(yán)格按照施工流程以及技術(shù)要求開展換土施工，規(guī)避人為因素導(dǎo)致地基沉降問題的發(fā)生。

2.3 化學(xué)固結(jié)技術(shù)

化學(xué)固結(jié)法是利用膠結(jié)劑、化學(xué)溶劑等化學(xué)材料，采用壓力灌注或攪拌混合的方式，實(shí)現(xiàn)軟基土粒的相互膠結(jié)。較為常見的化學(xué)固結(jié)技術(shù)包括粉體噴射攪拌技術(shù)、高壓旋噴技術(shù)。

（1）粉體噴射攪拌技術(shù)：向軟基中加入適量的加固材料，比如粉柱體，做好充分?jǐn)嚢韫ぷ?，確保材料和軟基原有土質(zhì)有效混合，并產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，有助于土基整體強(qiáng)度的提升。技術(shù)操作原理是利用空氣壓縮設(shè)備，當(dāng)設(shè)備攪拌葉片旋轉(zhuǎn)時會產(chǎn)生空隙，以此噴出加固材料，同時，隨著葉片的長時間旋轉(zhuǎn)，加固材料會與軟基中原有土層進(jìn)行充分混合，而與加固材料分離后的空氣會順著攪拌軸縫隙排出。粉體噴射攪拌技術(shù)的固結(jié)原理如下：通過使用固化劑來提高土基強(qiáng)度，固化劑的組成有石灰、水泥、礦渣等，若對軟基基礎(chǔ)處理時有特殊要求，也可混合適量粉煤灰。所有材料均是通過固結(jié)反應(yīng)形成石灰粉體，再向軟基中加入生石灰，并與軟基中含有的水分進(jìn)行反應(yīng)，形成熟石灰，此時的水分被盡數(shù)吸收，而生石灰則起到固結(jié)的作用[3]。

（2）高壓旋噴技術(shù)（圖3）：通常被用于土質(zhì)為粉土、黃土、淤泥軟基固結(jié)工作中，利用液壓、氣壓等技術(shù)原理，先將固化漿液注入到軟基中，緊接著在閘基中執(zhí)行高壓旋噴灌漿，以此打造成水泥土摩擦樁，可實(shí)現(xiàn)閘基承載力的進(jìn)一步提高，規(guī)避地基沉降的問題發(fā)生。施工前，需做好施工設(shè)備的選用與檢修工作，主要設(shè)備有高壓柱塞泵、旋噴樁機(jī)、排污泵、漿液攪拌機(jī)、空壓機(jī)等。技術(shù)操作工藝程序如下：先組織施工人員開展樁位放樣工作，結(jié)合施工現(xiàn)場實(shí)際情況，以及軟基基礎(chǔ)固結(jié)需求，合理設(shè)置鉆機(jī)位置，再對垂向的噴嘴進(jìn)行封堵，完成漿液的充分?jǐn)嚢?，遵循由上自下施工原則執(zhí)行高壓旋噴，直至旋噴作業(yè)到達(dá)設(shè)計(jì)頂層后，對施工部位進(jìn)行沖洗與移位。高壓旋噴技術(shù)適用于軟塑、粉土、淤泥、素填土、可塑黏土等土層，若檢測到土層中含有較多的大粒徑塊石與植物根莖，特別是地下水流速較大的軟基，都需先安排專業(yè)人員對施工現(xiàn)場進(jìn)行試驗(yàn)，依托于試驗(yàn)所得結(jié)果，合理設(shè)計(jì)加固深度，一般大于5m。

圖3 高壓旋噴施工

2.4 堆載預(yù)壓技術(shù)

堆載預(yù)壓技術(shù)（圖4）通常被用于含水量較多的軟基處理工作中，而這類軟基土層可視為淤泥類型，在對其進(jìn)行處理前，要求施工人員盡數(shù)排出土層中的水分，從而達(dá)到提高土層硬度的效果。堆載預(yù)壓技術(shù)的操作原理是先預(yù)壓軟基，將較大的作用力施加在地基的軟土上，以此排出內(nèi)部多余水分，通過壓縮的方式實(shí)現(xiàn)地基的凝固，并利用產(chǎn)生的沉降提高土質(zhì)強(qiáng)度指標(biāo)。一般來說，這類軟基基礎(chǔ)位于湖、海等水文條件豐富的地區(qū)，而水利工程的施工均需在淤泥上進(jìn)行。這就需要施工人員有效運(yùn)用堆載預(yù)壓技術(shù)，將大量水分從工程建設(shè)區(qū)域中排出，為后續(xù)施工創(chuàng)設(shè)良好環(huán)境。技術(shù)操作流程如下：首先，執(zhí)行軟基基礎(chǔ)墊層工作，要求施工人員使用強(qiáng)度較高的土工原料，如復(fù)合型土工布，厚度為2層左右，而墊層材料為中粗砂，著手于墊層工序的實(shí)施。在此期間，應(yīng)根據(jù)軟基實(shí)際情況確定中粗砂墊層厚度，一般不超過2m，且粗砂含泥量應(yīng)低于5%，有機(jī)物含量需小于1%。其次，按照豎直的方向?qū)⑴潘宀脑O(shè)置于砂層頂端，塑料板材以三角形設(shè)置的方式穿透淤泥。水平方向的排水系統(tǒng)則分為三部分，包括集水井、盲溝、砂墊層，其中，盲溝的坡度需始終超過2%，橫豎間距應(yīng)控制在30～40m。最后，采用堆載預(yù)壓的方式將土層中水分排出，整個施工工序的完成時間大約為180d。通過對技術(shù)操作原理及流程進(jìn)行分析，能夠發(fā)現(xiàn)堆載預(yù)壓技術(shù)可有效排出軟基中的水分，實(shí)現(xiàn)土層抗壓效果的進(jìn)一步提升，確保水利工程最終施工質(zhì)量達(dá)到所要求標(biāo)準(zhǔn)。但由于堆載預(yù)壓技術(shù)的實(shí)現(xiàn)需要花費(fèi)較多施工時間，因此，該技術(shù)通常被用于周期較為充裕的水利工程建設(shè)作業(yè)中[4]。

圖4 堆載預(yù)壓施工

3 結(jié)語

水利工程軟基處理質(zhì)量與工程施工水平以及工程穩(wěn)定性息息相關(guān)，為獲得軟基預(yù)期處理效果并達(dá)到處理目標(biāo)，就需依托工程實(shí)際施工要求，設(shè)計(jì)出可行且合理的軟基處理方案。與此同時，還應(yīng)科學(xué)選用堆載預(yù)壓、化學(xué)固結(jié)、換土墊層等軟基處理技術(shù)，充分發(fā)揮技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢，以此提升基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與承載力。