水利施工中軟土地基處理技術探述

文／甄剛 安徽水安建設集團股份有限公司 安徽合肥 230000

引言：

水利工程能夠起到防洪減災和供水的作用，對于調節(jié)地區(qū)水資源供給平衡有著重要意義。我國很多城市都在建設水利設施，隨著水利項目數量增加和施工規(guī)模增大，施工難度也不斷提升。軟土地基處理是水利施工過程中需要重點做好的工作，只有確保水利設施基礎的穩(wěn)定，才能保障水利設施的安全性，從而為地區(qū)經濟發(fā)展和人民生活改善打下基礎。

1、軟土地基的主要力學特點

軟弱地基力學特點包括壓縮性高、透水性低、抗剪度低、觸變性、流動性和不均勻性。這些特點決定了軟土地基不具有穩(wěn)定性，在應力條件發(fā)生變化的過程中軟土層結構也會發(fā)生改變，因此在工程施工時需采取措施處理軟土地基提升其穩(wěn)定性。以下將分析軟土地基的主要力學特點。

1.1 壓縮性強

軟弱的孔隙比大于1，顆粒間存在著大量的水分、微生物和腐殖質等物質。過大的孔隙比導致軟土顆粒間無法形成穩(wěn)定的結構，在力學條件發(fā)生變化時軟土結構也會發(fā)生變化。因為軟土在組成結構上具有以上的特點，所以軟土的壓縮性非常強，對軟土層施加壓力能將軟土顆粒壓縮在一起形成堅實的結構，因此工程建設過程中常常利用軟土的這種特點對軟土地基進行處理。此外，由于軟土中含有微生物和腐殖質物質，所以很多軟土層在長時間的積累過程中都無法形成穩(wěn)定的結果，微生物的生命活動改變了軟土的結構組成，導致軟土間隙變大，從而影響了軟土的穩(wěn)定性。

1.2 透水性低

軟土顆粒間的孔隙非常大，水分子能夠隨意通過軟土顆?？紫叮谲浫踅Y構內部進行自由運動，使大量的水分停留在軟土中，無法有效進行滲透。研究發(fā)現在軟土的垂直面透水性非常差，水分基本不會穿過軟土層滲透到下層，大量的水分停留在軟土結構中，如果溫度降低水分子變成固體，軟土內部受力增加，軟土體積將會變大。低透水性對于工程施工而言非常不利，施工人員不僅無法有效地對軟土地基進行排水，而且也很難保障軟土地基結構的穩(wěn)定性，施工的安全風險也很大。

1.3 抗剪度低

軟土的抗剪性非常低，無法承受較大的重量，在建筑物重力的作用下能夠出現明顯的變形情況。建筑物的主要組成是鋼筋和混凝土，這類材料自身就具備很大的重量，在建筑物重力作用下軟土地層必然發(fā)生變化，這種變化對于建筑物基礎的穩(wěn)定性造成了巨大影響。此外，抗剪度低也決定了施工過程中無法采取常規(guī)的方法對其結構進行控制，需要適應特殊的方法進行處理，處理后方可在軟土地基上進行施工作業(yè)。

1.4 觸變性

軟土層結構中沉積的絮狀物較多，這類物質的特點是無法形成一體結構，在土層中以部分絮狀物的形式存在，如果受到外力作用絮狀物結構發(fā)生改變，形成分散的液狀物質。施工過程中需要使用大型的機械設備，設備運動產生的振動很容易改變軟土層物質結構，導致軟土層出現沉降。軟土的這種觸變性也增加了施工的風險，施工時市場遇到軟土層傾斜運動的現象，易導致施工機械設備和人員生命安全受到影響。

1.5 不均勻性

軟土層中含有多種物質，這些物質的顆粒大小和結構構成存在差異，無法形成牢固的整體，受力條件改變后不同的軟土結構將會發(fā)生不同程度的形變，因此導致軟土地基出現沉降。不均勻性還體現在軟土層級分布方面，很多軟土層都是分層存在，但層與層之間的排列方式并不規(guī)律，所以層級之間的穩(wěn)定性相對較差。

2、水利施工中軟土層施工常見的問題

水利施工前需要對施工地區(qū)的土層進行勘察，如果發(fā)現軟土層需要采取措施處理，在處理過程中經常遇到軟土地基沉降和位移問題，這是影響施工質量的重要因素。以下將分析軟土地基施工時常見的問題。

2.1 軟土沉降

沉降是軟土地層災害之一，由于軟土結構、顆粒大小和分布方式都存在差異，所以在改變應用條件后軟土地層將可能發(fā)生沉降。施工時隨著開挖作業(yè)進行，土層結構發(fā)生變化，在水利沖擊下、機械振動作用下和軟土自身重力的影響下，軟土地基可能出現沉降。除了這些因素之外，地下水運動也會導致軟土地層發(fā)生沉降，因為地下水流動能夠改變軟土層的受力分布，當地下水流速增加時，軟土層對水流產生的壓力增加，由于壓力超過了軟土結構能夠承受的范圍，所以軟土層出現塌陷。這種問題在水利施工中較為常見，因為水利項目附近的地下水活動較為頻繁，季節(jié)變化和施工作業(yè)都會影響地下水運動，從而導致軟土層發(fā)生沉降。

2.2 軟土位移

軟土位移問題也很常見，這種問題出現在地上軟土層。水利施工過程中隨著下層軟土挖掘作業(yè)進行，上層軟土在重力的作用下發(fā)生位移。施工時需要對河道兩岸下層土進行清理，然后進行打樁施工作業(yè)，所以需要將兩岸下層的軟土挖出，隨著下層軟土不斷減少，河水對土層的沖擊力不斷增加，上層軟土的重力對土層產生的壓力增加，土層結構的承受能力無法支撐較大的軟土層，所以出現了軟土位移的情況。還有一種情況是施工過程中部分軟土層施工活動較為頻繁，軟土層的受力不夠均勻，受力較大的一側出現沉降，軟土層兩側出現高度差，較高一側的軟土無法在自身重力下發(fā)生位移，部分軟土流動到受力較大的一層，從而給施工作業(yè)帶來一定的危險。

2.3 其他問題

沉降和位移常見的軟土層施工時常見的問題，除了這2種主要的問題，還存在其他的次要問題。例如，施工時機械設備陷入軟土層、軟土層發(fā)生嚴重的滲水、腐殖質含量過多出現可燃氣體等，這些問題也會影響施工質量。如滲水問題可能導致施工作業(yè)無法順利進行，需要使用排水裝置進行排水處理，如果排水方法無法切實解決滲水問題，需設計其他方法，從而浪費了大量的施工時間。針對軟土層存在的多種問題，應該提前做好預防措施，結合軟土結構特點和施工要求設計處理方法，從而將軟土結構對施工造成的影響降低。

3、軟土層的存在對施工作業(yè)的影響

軟土層的主要特點是力學條件不穩(wěn)定，這也是影響施工作業(yè)安全性和質量的重要因素。軟土層沉降導致施工安全風險增加、滲水問題導致施工難度增加、位移問題導致施工環(huán)境穩(wěn)定性受到影響，這些問題對于整個施工作業(yè)的有序進行都產生了不利的影響。

3.1 影響施工作業(yè)安全性

水利工會施工對于施工環(huán)境穩(wěn)定性的要求較高，如果施工環(huán)境發(fā)生改變，施工安全風險也會增加。例如，如果施工前未能做好地質勘察作業(yè)，無法全面掌握軟土的結構特點，在這樣的施工前提下設計施工方案，施工時可能發(fā)生安全事故。軟土層結構的直接變化和間接變化都會影響施工環(huán)境的穩(wěn)定性，軟土層大面積地流動對施工的威脅最大，因此需要通過科學的方法對軟土層進行處理，提升軟土層的穩(wěn)定性，防止安全事故發(fā)生。

3.2 影響施工作業(yè)的效率

施工時遇到軟土層后需要采取措施處理軟土層，這一過程需要花費大量的人力和物力，直接影響到施工進程。處理軟土層需要的時間較多，具體時間需要結合軟土層的規(guī)模和特點決定，而且如果處理效果不佳在后續(xù)依然需要投入一定的資源進行處理，進而影響施工效率。例如，施工時需要對軟土進行加固處理，這項工作需要調用大量的機械設備和施工人員，處理后需要進行質量檢測，在確保處理質量達標后方可開展施工作業(yè)，這一過程投入的時間和資源較多，對后續(xù)施工作業(yè)將會產生一定的影響。

3.3 影響施工作業(yè)的質量

軟土地基處理工作復雜且難度大，若處理不當可能影響施工作業(yè)質量。水利設施長期處于復雜的水環(huán)境下，如果水利設施的基礎穩(wěn)定性較差，在受到水利沖擊力的作用后容易出現結構問題，進而演化成質量問題。例如，如果處理方法缺乏科學性，施工過程中軟土地基發(fā)生沉降，上層建筑的穩(wěn)定性變差，不僅給施工作業(yè)帶來一定的危險，而且無法保障施工作業(yè)如期進行。軟土層的存在增加了施工作業(yè)的不確定性和施工難度，控制不當必將帶來各類質量問題，導致水利項目的施工進程和質量同時受到影響。

4、水利施工中軟土地基處理技術的應用

水利施工作業(yè)中，科學地處理軟土地基能夠確保施工質量，提升水利設施的安全性。常見的軟土處理技術包括壓實處理法、注漿處理法、固結處理法、排水處理法和注樁處理法等。以下將對這些處理方法的應用進行分析。

4.1 壓實處理法

壓實處理一般用于結構相對較為穩(wěn)定的軟土地基中。使用壓實處理方法的前提是軟土層顆粒打下和結構組分較為一致，這樣在處理過程中不會出現不均勻沉降的物體。首先在施工區(qū)域開辟一塊場地，然后將壓實機械裝置運輸到施工場地，之后在施工場地上進行壓實處理，最后進行平整工作即可。壓實過程中需要應用夯實機械，通過重錘對軟土施加壓力，在高強度的壓力下軟土發(fā)生收縮，軟土顆粒間隙減少，并形成牢固的整體，最后使用壓平機械設備進行多次碾壓。在壓實過程中也會使用振動裝置，這種裝置的作用是破壞軟土的絮狀結構，使軟土顆粒能夠分散，進而創(chuàng)造良好的壓實作業(yè)環(huán)境，提升壓實作業(yè)的效果。實際施工中壓實處理法常與其他方法一同使用，這種方法處理效果好，但受軟土結構限制且處理效率低。

4.2 注漿處理法

注漿處理的原理是通過混凝土漿體改變軟土的內部結構，使軟土內部形成牢固的結構。處理過程中硅酸鹽混合漿體應用廣泛，這種漿體能夠與軟土物質發(fā)生反應，并在軟土內部形成堅硬的物質，提升軟土的穩(wěn)定性。注漿前需要了解軟土的結構組成和各類成分的比重，合理地選擇漿體，施工時借助于導管將漿體注入到軟土內部，等到漿體在軟土內部完全反應后就能得到見過的地基。這種處理方法的優(yōu)勢是處理效率高、效果好，無需花費大量的時間，但成本費用很高，前期需要對軟土組分和結構進行了解。由于很多水利項目軟土中含有大量的水分和細砂顆粒，所以施工時通常使用注漿處理方法，因為其能夠借助于細砂和水分的作用與漿液進行充分混合和反應，生成結構穩(wěn)定的物質。

4.3 固結處理法

固結處理需要使用固結劑，在軟土層中添加固結劑，固結劑與空氣和水分發(fā)生反應后生成穩(wěn)定的物質，從而提升軟土層的穩(wěn)定性。這種方法一般用于土層較薄的軟土層中，優(yōu)勢是能夠在短時間內完成加固處理，缺點是成本投入較高，而且無法保障整個土層都得到有效的處理，部分土層可能存在沉降區(qū)。固結法的關鍵在于固結劑，如果固結劑的效果不理想，處理的效果必然也達不到要求，目前市場上存在很多固結劑，雖然這些固結劑的效果較為理想，但是成本也很高，如果想要大規(guī)模使用，需要施工單位投入大量的成本，因此需要結合施工成本、收益和技術要求等進行綜合考慮。

4.4 排水處理法

排水處理方法主要應用于含水量加高的軟土地基中，借助于排水裝置將軟土中多余的水分抽干，隨著軟土中水分減少，軟弱的孔隙不斷減下，進行加固處理后形成牢固的整體。排水處理法往往與壓實處理法協同使用，在完成排水工作后，使用機械設備進行加固。排水處理方法的優(yōu)勢是能夠將軟土內部的水分排干，防止軟土在水分流動的作用下發(fā)生結構變化，但是處理周期較長，而且水利施工現場附近的軟土中水分含量較大，排水過程中水分可能繼續(xù)增加，因此需要做到一邊排水一邊加固處理，這樣能夠保障處理的效率和質量。此外，排水處理方法能夠為施工人員提供穩(wěn)定的施工環(huán)境，避免軟土發(fā)生位移影響施工環(huán)境的安全性，帶來人員和設備的損失。

4.5 注樁處理法

注樁處理方法是一種先進的處理方法，主要通過加固樁體的方法提升建筑物基礎的穩(wěn)定性。在一些水利施工過程中，軟土面積較大，處理程序十分復雜，為縮短工期和節(jié)約施工成本，可使用注樁處理方法進行處理。使用機械設備在軟土層中進行打樁，將樁體打到地下巖層區(qū)域，在地上將樁體連接在一起，對樁體區(qū)域的軟土進行加固處理，獲得穩(wěn)定的地基。這種處理方法的優(yōu)勢是能夠確保建筑物地基的穩(wěn)定性，且不會受到地下軟土運動的影響，缺點是施工成本相對較高，但是能夠縮短施工周期，節(jié)省人力資源成本，在一定程度上可適當減少施工成本。注樁處理方法在很多水利工程施工中都有著廣泛應用，特別是一些大型的水利工程施工作業(yè)普遍使用這種方法。

5、提升水利工程軟土地基處理技術應用質量的措施

水利工程是重要的民生基礎工程，如果出現質量問題將會影響水利設施的安全性，從而造成安全事故發(fā)生。想要提升水利工程施工質量，必須對每一項施工技術進行控制，制定合理的技術控制方法，實現預期的控制目標。對軟土地基處理技術的應用進行控制對于提升軟土地基施工質量發(fā)揮著重要作用。以下將研究提升軟土地基技術應用效果的方法。

5.1 施工前做好地質勘察

地質勘察能夠為施工人員提供完整的和可靠的地質數據，這些數據能夠反映出軟土地層的結構特點和變化規(guī)律，為施工人員合理選擇軟土處理技術提供有效的參考。施工前勘察人員應對施工區(qū)域的軟土地質進行考察，借助先進的勘察儀器收集軟土地層的數據，在計算機系統中進行建模，將軟土地層的主要結構特征展示出來，從而科學地設計施工處理方案。地質勘察時也需要對河流流速、地下水運動和軟土層體積和面積等數據進行分析，特別是河流的運動特點，因為河流運動對軟土層力學環(huán)境產生影響，掌握河流運動規(guī)律后能夠采取措施防止相關問題出現，進而確保軟土層處理的質量。此外，進行地質勘察時也需要掌握當地的氣候變化特點，氣候變化也是影響處理效果的因素，如強降雨、溫度降低等，掌握這些數據后可以選擇合理的時間對軟土地基進行處理，確保處理質量。

5.2 強化處理技術創(chuàng)新

施工人員應總結各類軟土的特點，并結合各項技術優(yōu)點對軟土技術進行創(chuàng)新，設計出更加可靠的軟土處理方法。目前很多企業(yè)在處理軟土地基時都會應用多種處理技術，這種處理方法的優(yōu)勢是能夠發(fā)揮各項技術的優(yōu)勢，提升軟土地基處理質量，但是投入的成本較大、資源較多。技術人員可以將各項技術進行融合，設計出新的處理方法，借助于更少的設備和人員就能完成軟土地基處理工作，并且能夠縮短處理周期。例如，將固結法和排水法混合使用，在排水的過程中應用固結劑對軟土地基進行加固，這樣能夠防止水分滲透，提升處理的質量。施工單位也需要投入更多的資源用于技術研發(fā)，建立專業(yè)的技術研發(fā)團隊，通過技術創(chuàng)新提升軟土地基處理質量。

5.3 做好人員技術培訓

施工人員技術水準與施工質量存在直接聯系，如果施工人員技術水平無法達到施工要求，很難保障軟土地基處理效果。施工單位要持續(xù)加大技術人員培養(yǎng)工作，為技術人員提供更多技術學習的機會，提升技術人員技術水準，需做好以下三方面：

（1）做好崗前培訓，施工前組織施工人員學習軟土地基處理技術，將各項技術要求說明，并對技術人員進行技術考核。

（2）擴大技術人才隊伍，組建專業(yè)的技術團隊，通過技術團隊帶動整個施工團隊的進步，減少技術人員操作不當問題。

（3）做好現場技術指導，通過技術指導的方式為技術人員提供技術服務，從而規(guī)范技術人員的技術操作。開展人員技術培訓可以提升技術人員的整體專業(yè)能力，防止技術人員出現更多技術操作不當問題，進入保障軟土地基的處理效果。

5.4 引入先進處理技術

施工企業(yè)需要加強技術引入工作，將先進的軟土處理技術引入并應用，可提升自身競爭力。目前一些智能化的處理技術在軟土地基處理中有著重要應用，這些裝置能夠對軟土地層構造進行分析，判斷軟土地基可能出現的災害，計算機可自動設計處理方法，施工單位可對相關方法進行試驗，不斷完善技術方法，從而提升處理效果。施工單位應投入更多資金用于引入技術，在使用施工中對技術應用過程中出現的問題進行總結，不斷優(yōu)化相關技術，進而更好地改技術，通過先進的處理技術提升軟土地基處理質量，確保水利工程施工作業(yè)質量，通過技術更新和優(yōu)化能夠有效地實現預期的控制目標，最大限度保障水利工程軟土地基的穩(wěn)定性和可靠性，推動施工作業(yè)有序進行。

結語：

水利施工過程中需要對軟土地基進行處理，結合軟土地基的特點和性質等制定合理的處理方法，提升軟土地基的穩(wěn)定性，繼而保障施工作業(yè)順利進行。研究土地基處理技術在水利工程中的應用和各項技術的注意事項，對于提升軟土路基使用質量發(fā)揮著重要意義，施工單位應進一步優(yōu)化與改進相關施工技術，提升軟土地基處理質量，推動施工作業(yè)有序進行。