水利工程軟土地基勘察及處理技術(shù)

郭萬(wàn)鵬，馮禎輝，曹風(fēng)旭，黎 昱

(江蘇省工程勘測(cè)研究院有限責(zé)任公司，江蘇 揚(yáng)州 225000)

0 引 言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，水利工程項(xiàng)目數(shù)量和規(guī)模不斷增加，水利工程項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中通常會(huì)遇到軟土地基問(wèn)題，該問(wèn)題的存在可能對(duì)水利工程造成極為嚴(yán)重的危害。加強(qiáng)軟土地基勘察并進(jìn)行相應(yīng)的技術(shù)處理，對(duì)于提高水利工程的安全性、穩(wěn)定性具有重要作用，是提升水利工程項(xiàng)目質(zhì)量的重要途徑。

1 軟土地基特點(diǎn)分析

水利工程項(xiàng)目中存在的軟土地基通常具有以下幾方面特點(diǎn)：

(1)透水性不良。軟土地基自身的透水性能極差，因此需要加強(qiáng)地基排水方面的工程質(zhì)量管控，提升軟土地基的承載能力以及穩(wěn)固性。此項(xiàng)工作的開(kāi)展需要耗費(fèi)較大的人力、物力以及財(cái)力，并且施工周期較長(zhǎng)，工程成本較高。

(2)壓縮性較高。軟土地基承受外界壓力作用后，會(huì)造成自身結(jié)構(gòu)變形，出現(xiàn)較強(qiáng)的壓縮現(xiàn)象。在施工過(guò)程中，需要加強(qiáng)壓縮性能方面的處理工作，以防工程使用過(guò)程中發(fā)生坍塌等嚴(yán)重事故。

(3)具有較快的沉降速度。軟土地基強(qiáng)度差，土質(zhì)密度低，隨著承載力的不斷增加會(huì)發(fā)生沉降現(xiàn)象，且會(huì)隨承載力的加大而出現(xiàn)沉降速度的加快。

(4)結(jié)構(gòu)不均勻。軟土地基自身結(jié)構(gòu)存在著明顯的不均勻現(xiàn)象，主要受到結(jié)構(gòu)強(qiáng)調(diào)差、土質(zhì)密度低等方面的因素影響，在使用過(guò)程中承載力會(huì)破壞軟土地基的結(jié)構(gòu)，發(fā)生嚴(yán)重的坍塌或沉降等現(xiàn)象。

2 項(xiàng)目概況及施工流程分析

2.1 項(xiàng)目概況

本文以某市水產(chǎn)圍場(chǎng)堤壩的加固工程項(xiàng)目為例。該項(xiàng)目軟土地基厚度為1.0～6.4 m，形態(tài)是軟流塑及飽和特點(diǎn)，分布于項(xiàng)目所有部位。頂板埋深為0～4.1 m。經(jīng)勘察得知，軟土地基中有機(jī)質(zhì)含量為4.2%左右，屬于軟弱基礎(chǔ)范疇。

2.2 項(xiàng)目施工流程圖

項(xiàng)目施工的流程如圖1所示。

圖1 項(xiàng)目施工流程圖

3 水利工程軟土地基勘察要點(diǎn)探析

3.1地質(zhì)測(cè)繪要點(diǎn)分析

在進(jìn)行地質(zhì)測(cè)繪要點(diǎn)分析過(guò)程中，需要加強(qiáng)對(duì)水利工程所在具體地理位置的地質(zhì)特性方面的研究與考慮。比如平原和近海區(qū)域，第四系陸相沖洪積層、海陸交接區(qū)域、濱海相沉積區(qū)域地質(zhì)土壤中所含的有機(jī)物質(zhì)、淤泥等軟土層的具體情況的差異較大；而河床、河灘等處存在厚度較大的淤泥軟土層，會(huì)給水利工程施工帶來(lái)較大的難度。因此，需要在施工前期開(kāi)展地質(zhì)測(cè)繪工作，對(duì)軟土地基具體的分布區(qū)域、面積、土質(zhì)情況等進(jìn)行詳細(xì)記錄并形成地質(zhì)勘探報(bào)告，用作確定施工方案的科學(xué)有效依據(jù)。

3.2 勘探點(diǎn)布置分析

水利工程施工過(guò)程中開(kāi)展勘察工作，在不同的施工階段所實(shí)施的勘察工作內(nèi)容、關(guān)鍵點(diǎn)等均存在一定的差異性。首先，需要在施工前期做好水利工程涉及的相關(guān)區(qū)域以及類似工程等諸多方面的地質(zhì)資料信息收集、梳理、分類和歸納。其次，結(jié)合具體的水利工程施工內(nèi)容開(kāi)展勘察工作任務(wù)的詳細(xì)制定，確定具體的勘測(cè)點(diǎn)。最后，依據(jù)水利工程具體地理位置、特點(diǎn)等確定勘探點(diǎn)的設(shè)置深度、加深孔的具體深度數(shù)值等。

3.3 物理學(xué)相關(guān)參數(shù)計(jì)算

水利工程施工前期開(kāi)展勘察工作得到的數(shù)據(jù)信息對(duì)于工程施工質(zhì)量、技術(shù)應(yīng)用具有重要的影響作用，因此需要加強(qiáng)勘察數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性管理。需要通過(guò)開(kāi)展多種勘察試驗(yàn)工作，對(duì)于從不同試驗(yàn)所獲取的相關(guān)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，明確施工區(qū)域軟土地基的相關(guān)具體物理力學(xué)參數(shù)值，并在此基礎(chǔ)之上結(jié)合實(shí)際工程環(huán)境、試驗(yàn)條件等進(jìn)行進(jìn)一步分析和總結(jié)。特別是對(duì)于軟土地基的水平、垂直等方向參數(shù)的實(shí)際變化情況，需要加強(qiáng)分析并給出科學(xué)的分段結(jié)論。軟土地基結(jié)構(gòu)會(huì)受到自重、荷載重量等方面的影響發(fā)生沉降固結(jié)現(xiàn)象，通常情況下軟土地基所處的深度越深，土層的穩(wěn)定性會(huì)越好，并且土層中的含水量也越少。開(kāi)展土樣信息數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，盡量不要擾動(dòng)土層，完成取樣工作之后需立即采取密封措施。

4 水利工程軟土地基處理技術(shù)要點(diǎn)探析

4.1 換填技術(shù)要點(diǎn)

水利工程施工過(guò)程中，換填技術(shù)屬于常用的技術(shù)類型。該技術(shù)是指使用抗剪力高、伸縮性差的原材料，對(duì)于原有的軟土層進(jìn)行替換，目的是提升工程地基的荷載承受力。該技術(shù)對(duì)于淤泥土質(zhì)、暗溝、凍土層、古井等區(qū)域內(nèi)的水利施工項(xiàng)目較為適用。換填技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中使用的原材料通常有砂石、墊層、碎石等，由于不同的材料所具有的特性以及用途不同，使用過(guò)程中需要依據(jù)具體工程土質(zhì)特點(diǎn)進(jìn)行合理選擇。

4.2 墊層技術(shù)要點(diǎn)

軟土地基處理技術(shù)除了換填技術(shù)外，還有墊層技術(shù)。該技術(shù)對(duì)于土層較薄的施工項(xiàng)目較為適用。墊層技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中使用的原材料包括水泥土、砂石、沙壤土等，在應(yīng)用之前，需要對(duì)土層進(jìn)行壓實(shí)作業(yè)，以改變?cè)械鼗螤顬槟繕?biāo)，增強(qiáng)地基承載能力和強(qiáng)度，提升軟土地基的抗壓縮性能。應(yīng)用墊層技術(shù)過(guò)程中，首先需要挖掉地基底部較軟土層，選擇具有更高強(qiáng)度且質(zhì)地優(yōu)良的材料進(jìn)行填充，如圖2所示。通常選用抗腐蝕性較強(qiáng)的填充材料，如煤矸石、砂石、碎石等。在填充過(guò)程中，需要平均分布填充材料并不斷壓實(shí)，增加土層密度，使其形成性能更加優(yōu)良的地基結(jié)構(gòu)。該技術(shù)的應(yīng)用具有分解原有軟土地基壓力的效果，可以有效降低土層沉降現(xiàn)象的發(fā)生，提高了地基的承載能力，并且還具有防滲透效果。墊層技術(shù)通常應(yīng)用在土層較薄的軟土地基工程項(xiàng)目之中。

圖2 墊層施工圖

4.3 加筋技術(shù)要點(diǎn)

水利工程施工項(xiàng)目中存在的軟土地基通常具有的共性特點(diǎn)就是含砂礫材料的土層較多，使得砂礫不斷隨地基土質(zhì)的變形而變化，隨著時(shí)間的推移造成工程變形。鑒于上述原因，需要在水利工程軟土地基中添加具有更高強(qiáng)度的材料，來(lái)提升地基強(qiáng)度。當(dāng)更高強(qiáng)度的材料被填充到地基土層之后，填充材料和原有的砂礫兩者間會(huì)產(chǎn)生摩擦力，最終是兩種材料進(jìn)行融合，形成新的土層物質(zhì)。該新土層物質(zhì)具有更強(qiáng)的穩(wěn)定性和更高的強(qiáng)度，不容易發(fā)生變形，進(jìn)而可以達(dá)到國(guó)家相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求。除此之外，還可以在軟土地的上層表面鋪填一層新的砂石，然后再將其他原材料鋪設(shè)在砂石層上面，這樣當(dāng)水利工程遭受到更大的外力作用后，其作用力主要改變的是砂石層的形狀，從而對(duì)下方的地基起到保護(hù)作用。

4.4 加載預(yù)壓技術(shù)要點(diǎn)

水利工程項(xiàng)目中常用的軟土地基處理技術(shù)還有加載預(yù)壓技術(shù)，該技術(shù)的應(yīng)用需要在施工前期實(shí)施，可使軟土地基在預(yù)壓力的作用下變得更加緊密，從而提高土層強(qiáng)度。使用該技術(shù)之后，軟土地基的土層變形承受力變強(qiáng)，強(qiáng)度更高。該技術(shù)通常應(yīng)用于建筑設(shè)施的施工方面，利用建筑物自身重量實(shí)施加壓。同時(shí)，需要要采取對(duì)土層加固的方法，來(lái)減少土體排水位置，具體實(shí)施操作是在土層部位架設(shè)排水管道，利用排水板或者普通的砂井來(lái)實(shí)施排水，如圖3所示。

圖3 加載預(yù)壓技術(shù)圖

5 結(jié)束語(yǔ)

水利工程施工具有一定的復(fù)雜性，軟土地基是常見(jiàn)情況之一。將軟土地基勘察以及處理技術(shù)應(yīng)用在水利工程施工中，對(duì)于降低水利工程安全隱患、提升工程質(zhì)量起到了重要的作用。通過(guò)本文分析可以得知，開(kāi)展軟土地基勘察作業(yè)需要加強(qiáng)地質(zhì)測(cè)繪、勘探點(diǎn)布置、物理學(xué)相關(guān)參數(shù)計(jì)算等方面的工作。另外，本文通過(guò)對(duì)換填技術(shù)、墊層技術(shù)、加筋技術(shù)、加載預(yù)壓技術(shù)四種技術(shù)的分析，進(jìn)行了水利工程軟土地基處理技術(shù)的應(yīng)用探析。加強(qiáng)對(duì)水利工程軟土地基處理環(huán)節(jié)的技術(shù)管理與質(zhì)量控制，可以有效提升水利工程后期使用效果，保障水利工程質(zhì)量。