農(nóng)田水利工程地基處理方法研究進(jìn)展

收稿日期：2024-02-04

作者簡(jiǎn)介：周永平（1988—），男，甘肅定西人，工程師，主要從事農(nóng)田水利工程研究。

摘 要：農(nóng)田水利工程通常位于河谷、平原和盆地地區(qū)，其地質(zhì)條件比較復(fù)雜，針對(duì)不同的地基類型有不同的處理方式。只有加強(qiáng)農(nóng)田水利工程地基處理，提高地基的承載力，保證地基的穩(wěn)定性，才能更好地發(fā)揮農(nóng)田水利工程的作用。重點(diǎn)研究不同地基類型的處理方法，以供相關(guān)單位參考借鑒。

關(guān)鍵詞：農(nóng)田水利工程；地基處理；方法

中圖分類號(hào)：TV223 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：2095–3305（2024）04–0-03

農(nóng)田水利工程是農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要基礎(chǔ)設(shè)施，地基處理則是農(nóng)田水利工程建設(shè)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，地基處理的目的是提高地基的穩(wěn)定性、防止不均勻沉降和降低水對(duì)地基的滲透壓力[1-2]。對(duì)于農(nóng)田水利工程來(lái)說(shuō)，地基處理成功與否直接關(guān)系到工程的穩(wěn)定性和使用壽命，也直接關(guān)系到廣大農(nóng)民的生命財(cái)產(chǎn)安全和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展。不良地基會(huì)導(dǎo)致水利工程出現(xiàn)裂縫、下沉等現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)甚至可能引發(fā)工程坍塌等安全事故，通過(guò)科學(xué)的地基處理，可以顯著提高農(nóng)田水利工程的安全性和穩(wěn)定性，降低工程風(fēng)險(xiǎn)。

1 農(nóng)田水利工程地基處理的必要性

1.1 提高地基承載力

地基是支撐整個(gè)農(nóng)田水利工程的基石，其承載力直接決定工程的穩(wěn)定性，經(jīng)過(guò)有效的地基處理，可以提高地基的承載力。如通過(guò)加深地基深度，將荷載傳遞到承載能力更強(qiáng)的深層土壤，或者在地基中加入水泥、石灰等加固材料，提高地基的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，或者設(shè)計(jì)合理的排水系統(tǒng)，保證地基在受到荷載作用時(shí)能夠快速排水，避免地基變形。地基承載力得到保障，能夠防止因地基沉降或變形而導(dǎo)致的工程破壞，也可以促使農(nóng)田水利工程在長(zhǎng)期使用過(guò)程中保持穩(wěn)定，延長(zhǎng)工程使用壽命。

1.2 防止工程下沉和裂縫產(chǎn)生

不良地基往往存在土壤松軟、不均勻等問(wèn)題，這些問(wèn)題會(huì)導(dǎo)致農(nóng)田水利工程在使用過(guò)程中下沉或產(chǎn)生裂縫。裂縫的產(chǎn)生會(huì)影響工程的外觀質(zhì)量，嚴(yán)重的可能對(duì)工程的結(jié)構(gòu)安全造成威脅。而通過(guò)地基處理，可以改善土壤條件，提高地基的均勻性和穩(wěn)定性，從而有效防止工程下沉和裂縫的產(chǎn)生。在地基處理中先會(huì)先對(duì)地質(zhì)條件進(jìn)行詳細(xì)勘察，了解土層厚度、土質(zhì)、地下水位等情況，并且根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的處理方法，如加固、排水、換填等，以此來(lái)防止工程下沉和裂縫的產(chǎn)生。

1.3 保障農(nóng)田灌溉和排水系統(tǒng)的有效運(yùn)行

農(nóng)田灌溉和排水系統(tǒng)是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)設(shè)施，對(duì)于保障糧食安全、促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。灌溉系統(tǒng)能夠?yàn)檗r(nóng)作物提供必要的水分，確保其正常生長(zhǎng)；而排水系統(tǒng)則能夠有效控制農(nóng)田的積水，防止土壤鹽堿化，保障農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的安全。而農(nóng)田水利工程的主要功能之一是保障農(nóng)田灌溉和排水，如果地基不穩(wěn)定，就會(huì)導(dǎo)致灌溉或排水管道出現(xiàn)變形、移位等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。通過(guò)地基處理，可以提供穩(wěn)定的支撐，確保灌溉和排水系統(tǒng)的管道、設(shè)施正常運(yùn)行，保證農(nóng)田及時(shí)得到充足的灌溉水源，并排除多余的水分。

2 常見(jiàn)的地基類型及其處理方法

2.1 濕陷性黃土地基

濕陷性黃土廣泛分布于我國(guó)西北、華北和東北地區(qū)，是一種在一定壓力下受水浸濕后，土的結(jié)構(gòu)迅速被破壞并發(fā)生顯著的附加下沉的黃土。這類土壤具有明顯的大孔結(jié)構(gòu)、較強(qiáng)的壓縮性和低承載能力，給農(nóng)田水利工程建設(shè)帶來(lái)了挑戰(zhàn)。

等級(jí)判定：濕陷性黃土等級(jí)劃分的主要依據(jù)包括土壤濕陷系數(shù)、自重濕陷系數(shù)、濕陷起始?jí)毫Φ?。同時(shí)，根據(jù)土壤的顆粒組成、含水量、密度、有機(jī)質(zhì)含量等可以將濕陷性黃土分為輕微、中等、嚴(yán)重3個(gè)等級(jí)。

處理方法：針對(duì)不同等級(jí)的濕陷性黃土問(wèn)題有不同的處理方法。如果是輕微等級(jí)可采用換填砂石、夯實(shí)等簡(jiǎn)單處理方法，提高地基的承載力[3]；如果是中等等級(jí)可采用樁基、水泥攪拌樁等處理方法，提高地基的穩(wěn)定性和承載力；如果是嚴(yán)重等級(jí)可采用樁基、換填砂石、水泥攪拌樁等多種處理方法相結(jié)合的方式，并根據(jù)具體情況進(jìn)行個(gè)性化處理[4]。

2.2 飽和土地基

飽和土地基是指土壤中的水分接近或達(dá)到飽和狀態(tài)的地基。這類地基在受到外部壓力時(shí)，土壤顆粒之間的孔隙水壓力增加，導(dǎo)致地基承載力降低，甚至可能出現(xiàn)土壤液化現(xiàn)象[5]。而土壤液化是飽和土地基中一個(gè)嚴(yán)重的問(wèn)題，會(huì)導(dǎo)致地基沉陷、建筑物損壞，因此必須對(duì)其進(jìn)行快速地處理。常見(jiàn)處理方法有3種：第一種是排水預(yù)壓法。該方法簡(jiǎn)單有效，但需較長(zhǎng)時(shí)間才能達(dá)到預(yù)期效果，主要通過(guò)在地基中設(shè)置排水通道，將孔隙水排出，以降低孔隙水壓力，提高地基的承載力[6]。第二種是真空預(yù)壓法。該方法施工速度快，但需要完善的排水系統(tǒng)，主要通過(guò)在地表鋪設(shè)不透氣的密封膜，抽出地基中的空氣，使土壤顆粒更加緊密，從而提高地基的承載力。第三種是微動(dòng)力法。這種方法雖然對(duì)土壤擾動(dòng)小，但對(duì)施工設(shè)備要求較高，主要通過(guò)在地基中施加微小的振動(dòng)或沖擊，使土壤顆粒重新排列，形成更加穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。

2.3 砂礫石地基

砂礫石地基是農(nóng)田水利工程中常見(jiàn)的一種地基類型，具有松散、多孔、透水性強(qiáng)等特點(diǎn)，需要采取相應(yīng)的處理措施以保證工程的安全性和穩(wěn)定性。砂礫石地基主要由砂、礫石、卵石等松散顆粒組成，具有以下特點(diǎn)：（1）松散。砂礫石顆粒之間存在較大的空隙，使地基較為松散、多孔，進(jìn)而形成多孔結(jié)構(gòu)，透水性強(qiáng)。（2）不均勻性。砂礫石顆粒大小不一，導(dǎo)致地基土層分布不均，承載力差異較大。（3）壓縮性。在外力作用下，砂礫石地基容易發(fā)生壓縮變形。（4）地震液化可能性。在地震作用下，砂礫石地基容易發(fā)生液化現(xiàn)象。

砂礫石地基處理方法：（1）挖填法，對(duì)于較淺的沙礫石層，可以采用挖除后回填和填充的方法，以提高地基的承載力和穩(wěn)定性。（2）壓實(shí)法，通過(guò)機(jī)械壓實(shí)或振動(dòng)壓實(shí)等方法，使砂礫石顆粒之間更加緊密，減少空隙，提高地基的承載力。（3）排水法，設(shè)置排水通道或排水墊層，將地基中的水分排出，減少地基變形和液化風(fēng)險(xiǎn)。（4）灌漿法，將漿液注入砂礫石地基，漿液會(huì)滲入砂礫石顆粒之間的空隙，形成堅(jiān)實(shí)的整體，提高地基的承載力和穩(wěn)定性[7]。

2.4 基巖

基巖處理的目的是提高基巖的穩(wěn)定性，減少滲漏，降低地震或其他地質(zhì)災(zāi)害對(duì)工程的影響[8]。在農(nóng)田水利工程中，基巖處理的質(zhì)量直接關(guān)系到水利設(shè)施的正常運(yùn)行和使用壽命，是保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和國(guó)家糧食安全的重要環(huán)節(jié)。按照基礎(chǔ)形式分類，地基可以分為普通地基和特殊地基。普通地基通常采用簡(jiǎn)單的基礎(chǔ)形式，如淺基礎(chǔ)、擴(kuò)大基礎(chǔ)等，適用于一般建筑物，而特殊地基則適用于特殊建筑物，如高層建筑、大型橋梁等，需要更加復(fù)雜和專業(yè)的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。按照地理?xiàng)l件分類，地基又可以分為河灘地基、山區(qū)地基和濕地地基，其中河灘地基需要考慮水流沖刷和地下水位等因素，通常采用深基礎(chǔ)、懸掛基礎(chǔ)等形式；山區(qū)地基需要考慮山體穩(wěn)定性和土壤侵蝕等因素，通常采用樁基礎(chǔ)、懸掛基礎(chǔ)等形式；濕地地基則需要考慮土壤濕度和穩(wěn)定性等因素，通常采用沉降式基礎(chǔ)、浮動(dòng)式基礎(chǔ)等形式。

常用的基巖處理方法：（1）灌漿法，通過(guò)將漿液注入基巖縫隙，提高巖體的整體性和防滲性能。在具體的灌漿過(guò)程中，可以根據(jù)不同的灌漿目的和要求，選擇不同的灌漿方式，如可以選擇單液漿、雙液漿或多級(jí)注漿等。（2）排水法，設(shè)置排水系統(tǒng)，使地下水位下降，降低基巖的滲水壓力。常用的排水設(shè)施包括排水溝、排水井等。（3）防滲法，通過(guò)鋪設(shè)防滲材料或采取防滲墻等措施，降低滲透系數(shù)，防止水分進(jìn)入工程結(jié)構(gòu)[9]。

3 農(nóng)田水利工程不良物理地質(zhì)現(xiàn)象

不良物理地質(zhì)現(xiàn)象是自然界中常見(jiàn)的地質(zhì)災(zāi)害，對(duì)人類工程設(shè)施構(gòu)成嚴(yán)重威脅。這些現(xiàn)象包括地基失穩(wěn)、巖質(zhì)滑坡、泥石流等，成因復(fù)雜，往往由自然因素和人為活動(dòng)共同作用引發(fā)。

3.1 常見(jiàn)的不良物理地質(zhì)現(xiàn)象

地基失穩(wěn)：地基失穩(wěn)表現(xiàn)為地層移動(dòng)、沉降或傾斜，對(duì)建筑物安全造成影響[10]。例如，1975年河南板橋水庫(kù)潰壩引發(fā)的山體滑坡，造成2.3萬(wàn)人死亡，主要原因是水庫(kù)庫(kù)區(qū)地基失穩(wěn)。

巖質(zhì)滑坡：滑坡是指斜坡上的巖土體在重力作用下沿一定滑動(dòng)面整體下滑的現(xiàn)象，通常發(fā)生在山區(qū)，由于巖石的剪切力超過(guò)其抗剪強(qiáng)度，導(dǎo)致滑坡發(fā)生。

泥石流：泥石流是山區(qū)溝谷中由暴雨、冰雪融水等激發(fā)的含有大量泥沙石塊的特殊洪流，具有突發(fā)性、流量大、沖刷能力強(qiáng)等特點(diǎn)，會(huì)對(duì)溝谷中的建筑物、道路和農(nóng)田造成巨大破壞。

3.2 不良物理地質(zhì)現(xiàn)象的影響因素

自然因素：地震、降雨、風(fēng)化作用等自然因素均可導(dǎo)致不良物理地質(zhì)現(xiàn)象發(fā)生，發(fā)生后會(huì)使地層產(chǎn)生裂縫，降雨會(huì)使松散物質(zhì)飽和，提高滑坡和泥石流發(fā)生的可能性。人為因素：不合理的工程活動(dòng)如大規(guī)模開(kāi)挖、水庫(kù)蓄水等，也可能引發(fā)不良物理地質(zhì)現(xiàn)象發(fā)生。環(huán)境因素：全球氣候變化導(dǎo)致極端天氣事件增加，是不良物理地質(zhì)現(xiàn)象發(fā)生的重要因素之一。

3.3 防治措施

預(yù)防措施：針對(duì)不同類型的不良物理地質(zhì)現(xiàn)象，應(yīng)采取相應(yīng)的預(yù)防措施。例如，為防止地基失穩(wěn)，需對(duì)建筑物地基進(jìn)行穩(wěn)定性評(píng)估和加固；為預(yù)防滑坡和泥石流，應(yīng)采取水土保持措施，減少斜坡侵蝕，并對(duì)潛在滑坡和泥石流區(qū)域進(jìn)行預(yù)警監(jiān)測(cè)。

治理方法：對(duì)于已經(jīng)發(fā)生的不良物理地質(zhì)現(xiàn)象，應(yīng)采取有效的治理方法。例如，對(duì)滑坡和泥石流災(zāi)害，可采用排導(dǎo)、攔截、減載、壓腳等治理措施；對(duì)于地基失穩(wěn)問(wèn)題，需要進(jìn)行地基加固、糾偏或重建。在進(jìn)行農(nóng)田水利工程地基處理時(shí)，必須遵守相關(guān)法規(guī)與標(biāo)準(zhǔn)要求，如《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》《水利工程建設(shè)安全生產(chǎn)管理規(guī)定》等，以此來(lái)保證地基處理符合法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)要求，保證工程質(zhì)量和安全。

4 農(nóng)田水利工程地下水開(kāi)采對(duì)環(huán)境的影響

地下水是農(nóng)田水利灌溉的重要水源，過(guò)度的地下水開(kāi)采可能對(duì)環(huán)境造成負(fù)面影響，具體表現(xiàn)如下：（1）地表水下降。地下水與地表水相互關(guān)聯(lián)，過(guò)度開(kāi)采地下水可能導(dǎo)致地下水位下降，進(jìn)而影響地表水的水量和水質(zhì)，嚴(yán)重時(shí)還可能引發(fā)地面塌陷等地質(zhì)災(zāi)害。（2）土壤鹽堿化。長(zhǎng)期依賴地下水灌溉可能導(dǎo)致土壤鹽堿化，這是因?yàn)檫^(guò)度抽取地下水會(huì)導(dǎo)致地下水位下降，地表水和雨水難以滲透土壤，從而增加土壤鹽分。（3）生態(tài)系統(tǒng)。地下水是生態(tài)系統(tǒng)中不可或缺的組成部分，過(guò)度開(kāi)采可能破壞生態(tài)系統(tǒng)。例如，地下水位下降可能導(dǎo)致濕地萎縮、水生生物棲息地喪失等。

對(duì)地基的影響：地下水開(kāi)采會(huì)導(dǎo)致地下水位下降，孔隙水壓力減少，土層在不排水條件下發(fā)生壓縮，引發(fā)地面沉降，進(jìn)而可能會(huì)引發(fā)農(nóng)田水利工程設(shè)施損壞、建筑物產(chǎn)生裂縫等問(wèn)題。在極端氣候條件下，過(guò)度開(kāi)采地下水還可能提高地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的概率，如山體滑坡、泥石流等。同時(shí)，長(zhǎng)期大量抽取地下水可能導(dǎo)致巖土體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，如砂土液化、軟土層壓縮等，從而影響地基的穩(wěn)定性。

應(yīng)對(duì)策略：首先，合理開(kāi)采，制定科學(xué)、合理的地下水開(kāi)采方案，控制開(kāi)采量，避免過(guò)度開(kāi)采，嚴(yán)厲打擊非法開(kāi)采行為。其次，進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)，建立完善的地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)掌握地下水位變化情況，為預(yù)防和應(yīng)對(duì)措施制定提供科學(xué)依據(jù)。再次，加強(qiáng)防護(hù)加固，對(duì)存在安全隱患的地基進(jìn)行加固處理，如采用樁基、擴(kuò)基等措施提高地基的承載力。最后，生態(tài)修復(fù)，通過(guò)植被恢復(fù)、土壤改良等生態(tài)修復(fù)手段，提高土壤持水能力，減少地下水開(kāi)采量。以某地區(qū)農(nóng)田水利工程為例，由于長(zhǎng)期大量開(kāi)采地下水，該地區(qū)地面沉降嚴(yán)重，多處農(nóng)田水利設(shè)施出現(xiàn)裂縫。經(jīng)調(diào)查分析，該地區(qū)地下水開(kāi)采量超過(guò)當(dāng)?shù)刭Y源承載能力，且缺乏有效監(jiān)管措施。針對(duì)這一問(wèn)題，當(dāng)?shù)夭扇×艘幌盗蓄A(yù)防和應(yīng)對(duì)措施，包括限制開(kāi)采量、加強(qiáng)監(jiān)測(cè)和修復(fù)受損設(shè)施等。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的努力，該地區(qū)地基穩(wěn)定性得到有效提高，農(nóng)田水利工程設(shè)施恢復(fù)正常運(yùn)行。

5 農(nóng)田水利工程地基處理誘發(fā)地震

不當(dāng)?shù)牡鼗幚矸椒赡芤l(fā)地震，給人們的生命財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)嚴(yán)重威脅。農(nóng)田水利工程地基處理誘發(fā)地震的原因：首先，地下水開(kāi)采過(guò)度。農(nóng)田水利工程通常需要大量抽取地下水，導(dǎo)致地下水位下降，從而增加地殼的應(yīng)力，當(dāng)?shù)貧?yīng)力積累到一定程度時(shí)，可能引發(fā)地震。其次，地質(zhì)條件復(fù)雜。一些地區(qū)的地質(zhì)條件較為復(fù)雜，如存在斷裂帶等。如果在這些地區(qū)進(jìn)行不適當(dāng)?shù)牡鼗幚?，可能?huì)誘發(fā)地震。最后，施工方法不當(dāng)。在農(nóng)田水利工程地基處理過(guò)程中，如果施工方法不當(dāng)，如大規(guī)模的土方開(kāi)挖、填筑等，可能會(huì)改變地殼的應(yīng)力狀態(tài)，進(jìn)而誘發(fā)地震。

應(yīng)對(duì)措施：首先，科學(xué)評(píng)估地質(zhì)條件。在工程建設(shè)前，對(duì)項(xiàng)目所在地區(qū)的地質(zhì)條件進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查和評(píng)估，充分了解地殼應(yīng)力分布等情況，制定科學(xué)、合理的地基處理方案。其次，控制地下水開(kāi)采。合理控制農(nóng)田水利工程中的地下水開(kāi)采量，避免過(guò)度開(kāi)采導(dǎo)致地殼應(yīng)力增加。再次，選擇適當(dāng)?shù)氖┕し椒?。在地基處理過(guò)程中，選擇適當(dāng)?shù)氖┕し椒?，避免大?guī)模的土方開(kāi)挖、填筑等作業(yè)，減少對(duì)地殼應(yīng)力狀態(tài)的干擾。最后，建立完善的地震監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)地殼應(yīng)力變化和地震活動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。通過(guò)數(shù)據(jù)分析和技術(shù)預(yù)警，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的地震風(fēng)險(xiǎn)，采取應(yīng)對(duì)措施。

6 結(jié)束語(yǔ)

地基處理是農(nóng)田水利工程的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。在農(nóng)田水利工程施工過(guò)程中應(yīng)該重視地基處理，針對(duì)不同的地基類型，采取合適的處理方法。同時(shí)，還要關(guān)注地下水過(guò)度開(kāi)采以及可能誘發(fā)地震的問(wèn)題，需要提高重視程度并制定相應(yīng)的措施，避免不良情況的出現(xiàn)。

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