水利工程施工中軟土地基處理技術(shù)分析

湯紹坤

廣東珠基工程技術(shù)有限公司 廣東 廣州 510800

引言

現(xiàn)階段，隨著現(xiàn)代化建設(shè)進(jìn)程的不斷推進(jìn)，水利工程建設(shè)也進(jìn)入到新的階段。在水利工程施工中，地基處理屬于極為關(guān)鍵的內(nèi)容，軟土地基由于其特殊性質(zhì)和水利工程的高要求，使得針對(duì)軟土地基的處理一直都屬于重要的難題。軟土自身的性質(zhì)決定其無(wú)法擁有較高的承載力，也給處理帶來(lái)了一系列的難題，加上工程規(guī)模較大，環(huán)境、地質(zhì)等方面因素的影響，使得相關(guān)處理技術(shù)的實(shí)施面臨著一定的難題。故而就軟土地基的處理技術(shù)進(jìn)行積極的探討和分析是非常關(guān)鍵的，對(duì)更好地掌握軟土地基處理辦法，提升地基處理質(zhì)量而言，有著非常積極的現(xiàn)實(shí)意義。

1 軟土地基及其特性分析

1.1 孔隙較大

孔隙大是軟土地基的重要特性，主要是由于其含水量較大，土壤顆粒之間產(chǎn)生膠結(jié)的效果，形成了較為松散的顆粒，無(wú)法像普通泥土一樣擁有可靠的可壓實(shí)性。孔隙較大的特性使得軟土地基的密度和強(qiáng)度均比較低，不采取措施進(jìn)行壓實(shí)，會(huì)直接影響到地基的承載能力與穩(wěn)定性，因此水利工程中需要對(duì)軟土地基進(jìn)行特殊處理。

1.2 透水性差

軟土地基表現(xiàn)出明顯的透水性差的特性，其垂直方向上的滲透系數(shù)一般只有10cm/s，幾乎很難有水滲透出來(lái)，而這也容易導(dǎo)致水分在土壤中積聚，使得軟土地基在受到外力作用時(shí)容易發(fā)生液化、流動(dòng)等現(xiàn)象。透水性差也給排水固結(jié)作業(yè)的進(jìn)行帶來(lái)了極大的難度，通常需要施加額外壓力，才能保證一定的排水固結(jié)效果[1]。

1.3 水敏感性

軟土地基對(duì)水分的敏感性較高，當(dāng)其在吸水或者排水的情況下，土體的力學(xué)性質(zhì)也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的變化，導(dǎo)致土體強(qiáng)度和剛度發(fā)生變化。最為明顯的是，地基吸水后容易產(chǎn)生膨脹和軟化問(wèn)題，使得地基承載能力下降，對(duì)水利工程相關(guān)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性帶來(lái)不利影響。

1.4 流變性

軟土地基具備一定的流變性，在外力作用下容易產(chǎn)生變形和流動(dòng)的情況，并隨著時(shí)間的持續(xù)增長(zhǎng)，流變性特征表現(xiàn)得也就越為明顯，反映到水利工程實(shí)際中，則體現(xiàn)為邊坡、堤岸容易在荷載作用下產(chǎn)生失穩(wěn)問(wèn)題，對(duì)水利工程的穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響。

2 水利工程施工中的軟土地基處理技術(shù)

2.1 換填墊層處理技術(shù)

換填墊層處理技術(shù)指的是將軟土地基中的軟弱土層進(jìn)行清理，而后以性能良好的填料來(lái)改善地基的承載能力和穩(wěn)定性的一種辦法。

軟土地基換填墊層前需要對(duì)換填區(qū)域進(jìn)行詳細(xì)的勘查，這包括軟土地基的性質(zhì)、厚度、含水量等參數(shù)的測(cè)定，調(diào)查地下水活動(dòng)情況。尤其是軟土層的厚度的測(cè)定，這直接決定了換填的工程量，若是厚度較大，將會(huì)增加換填成本，最佳厚度一般在200～300cm之間，超出這一厚度，需要考慮其他處理辦法。

合理選擇填料是提高換填墊層處理技術(shù)應(yīng)用效果的關(guān)鍵所在，一般選擇質(zhì)地堅(jiān)硬的中粗砂及沙礫，不得使用風(fēng)化巖石等其他軟弱材料進(jìn)行換填。同時(shí)要考慮填料的顆粒大小、形狀、密實(shí)度和排水性能等因素，力求實(shí)現(xiàn)最佳的換填效果。填料顆粒、形狀不均的情況下，可通過(guò)人工篩選的辦法，保證其均勻系數(shù)滿(mǎn)足換填要求，同時(shí)也將填料中的枯草和垃圾清理干凈，避免影響到地基處理效果[2]。

填料鋪設(shè)前，宜將坑內(nèi)雜物清理干凈，去除浮土，而后以分層填筑的方式，將填料均勻攤鋪在坑內(nèi)。每層厚度宜控制在30cm以?xún)?nèi)，填筑過(guò)程中使用壓實(shí)機(jī)械對(duì)填料進(jìn)行壓實(shí)，保證填筑效果滿(mǎn)足要求。待填筑完成后，應(yīng)實(shí)施質(zhì)量檢驗(yàn)，明確地基密實(shí)度等指標(biāo)是否符合要求，以進(jìn)一步保障換填質(zhì)量。

2.2 堆載預(yù)壓處理技術(shù)

堆載預(yù)壓處理技術(shù)是通過(guò)土石料的堆載產(chǎn)生荷載，對(duì)軟土進(jìn)行預(yù)壓，促使軟土提前固結(jié)并發(fā)生沉降，而后使得施工后的沉降得到有效的控制。堆載預(yù)壓處理技術(shù)的原理較為簡(jiǎn)單，對(duì)技術(shù)及機(jī)械的依賴(lài)性較低，通常與排水固結(jié)處理辦法進(jìn)行聯(lián)合應(yīng)用，以取得更好的處理效果。經(jīng)過(guò)堆載預(yù)壓處理后的軟土地基，一般不會(huì)再產(chǎn)生較大的沉降，解決了軟土地基在施工后所產(chǎn)生的不均勻沉降問(wèn)題，保證了處理效果。堆載預(yù)壓處理的持續(xù)時(shí)間也比較長(zhǎng)，在工期不緊張的情況下，可考慮對(duì)這一辦法進(jìn)行應(yīng)用。

堆載預(yù)壓處理的關(guān)鍵在于根據(jù)設(shè)計(jì)要求，選擇合適的預(yù)壓荷載，并以科學(xué)的方式施加在軟土地基上。荷載大小控制方面，原則上不得小于地基設(shè)計(jì)的荷載，施加方式上則可根據(jù)實(shí)際情況采用均勻荷載、不均勻荷載或者變荷載的方式進(jìn)行施加。荷載施加時(shí)間和持續(xù)時(shí)間關(guān)系到預(yù)壓效果，應(yīng)當(dāng)根據(jù)地基的性質(zhì)和設(shè)計(jì)要求，確定這一參數(shù)，以確保地基在荷載作用下，產(chǎn)生充分的壓縮變形，并達(dá)到穩(wěn)定的狀態(tài)。在施加荷載時(shí)，應(yīng)采取合理的措施，如使用合適的載荷傳遞板或墊層，以確保荷載能夠均勻地傳遞到地基中，避免局部過(guò)載或不均勻沉降的問(wèn)題。

預(yù)壓荷載施加期間，需要進(jìn)行監(jiān)測(cè)和調(diào)整。監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括地表沉降觀測(cè)、孔隙水壓力監(jiān)測(cè)、應(yīng)力監(jiān)測(cè)等，以評(píng)估軟土地基的固結(jié)和沉降情況。根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果，可以進(jìn)行預(yù)壓荷載的調(diào)整，以達(dá)到預(yù)期的固結(jié)和沉降效果。待軟土地基沉降與固結(jié)達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，方可卸去荷載作用，避免長(zhǎng)時(shí)間的荷載壓力導(dǎo)致地基產(chǎn)生過(guò)大的變形。預(yù)壓過(guò)程中應(yīng)當(dāng)注意堆載的方式方法，以分層、分級(jí)的策略逐步增加荷載，以避免荷載加載過(guò)度而超出地基承載極限，產(chǎn)生剪切破壞，無(wú)法滿(mǎn)足施工質(zhì)量[3]。

2.3 排水固結(jié)處理技術(shù)

排水固結(jié)處理技術(shù)顧名思義，指的是通過(guò)在軟土中設(shè)置排水設(shè)施，促使土體中的水體被排出，而后實(shí)現(xiàn)土體的壓縮固結(jié)效果，提高地基的承載能力與穩(wěn)定性。排水固結(jié)處理技術(shù)屬于常見(jiàn)的一種地基處理辦法，尤其是在含水量較大的軟土地基處理中，效果較為明顯。其利用了地層本身的透水性，通過(guò)排水設(shè)施和預(yù)壓作用，來(lái)加速軟土的固結(jié)，促使軟土地基盡快達(dá)到預(yù)期的固結(jié)效果。

利用排水固結(jié)處理技術(shù)對(duì)軟土地基進(jìn)行處理，除了基礎(chǔ)的排水設(shè)施以外，還需要加壓系統(tǒng)的支持來(lái)加快排水效果。排水目的的實(shí)現(xiàn)，主要利用了土層自有的透水性，通過(guò)設(shè)置砂井、塑料排水板等豎向排水體，促使水體從土體中滲透出來(lái)并被排出去。加壓系統(tǒng)則包括堆載預(yù)壓、真空預(yù)壓等辦法，其中真空預(yù)壓是通過(guò)真空裝置進(jìn)行抽氣，形成氣壓差，將土體中的水體快速?gòu)目紫吨信懦?，加快土體的固結(jié)。

排水固結(jié)處理技術(shù)在施工前需要進(jìn)行嚴(yán)密的勘查和設(shè)計(jì)，確定合理的排水系統(tǒng)和加壓系統(tǒng)，并根據(jù)實(shí)際需要，選擇排水設(shè)施和加壓設(shè)備，以保證排水固結(jié)效果。作業(yè)過(guò)程中，需要對(duì)排水速度及排水量進(jìn)行控制，避免過(guò)快排水導(dǎo)致軟土地基產(chǎn)生剪切破壞。地基的固結(jié)時(shí)間與排水體的設(shè)置、荷載大小等因素密切相關(guān)，應(yīng)在作業(yè)完成后，通過(guò)檢測(cè)作用來(lái)明確地基的固結(jié)效果，促使其承載能力和穩(wěn)定性滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

2.4 深層水泥攪拌樁處理技術(shù)

深層水泥攪拌樁處理技術(shù)是水利工程地基處理中的常用技術(shù)，在泵站、水閘等結(jié)構(gòu)的施工中應(yīng)用極為普遍。這一技術(shù)表現(xiàn)出適應(yīng)性強(qiáng)的特性，尤其是針對(duì)淤泥質(zhì)土、粉質(zhì)土等軟土，有著良好的處理效果。其利用水泥作為固化材料，通過(guò)深層攪拌機(jī)械在地層深處鉆進(jìn)并攪拌，促使水泥與軟土充分混合在一起，待其固化后便形成整體性和抗水性良好的樁體結(jié)構(gòu)，并與周?chē)耐馏w之間，形成復(fù)合性質(zhì)的地基，滿(mǎn)足水利工程對(duì)承載力的要求。

深層水泥攪拌樁處理技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程中，為確保處理效果，需要通過(guò)試驗(yàn)的方式，對(duì)水泥摻入量進(jìn)行確定，這將決定處理后地基的抗壓強(qiáng)度等指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。同時(shí)需要通過(guò)試樁的辦法，來(lái)對(duì)攪拌工藝進(jìn)行試驗(yàn)，進(jìn)一步驗(yàn)證最佳的泵送壓力與時(shí)間、攪拌機(jī)提升和下鉆速度、攪拌速度等參數(shù)，確保水泥攪拌樁的施工質(zhì)量符合施工要求。攪拌過(guò)程中，攪拌器應(yīng)當(dāng)逐漸提升，確保攪拌范圍覆蓋整個(gè)鉆孔長(zhǎng)度。對(duì)于攪拌不到位的情況，可對(duì)需要的樁體進(jìn)行復(fù)攪，以確保水泥和土體之間的充分混合，確保成樁質(zhì)量[4]。

深層水泥攪拌樁處理技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中需要注意，漿液配置完成后應(yīng)當(dāng)盡快使用，不得長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行存放，以避免其相關(guān)指標(biāo)下降，無(wú)法滿(mǎn)足施工要求。原則上漿液存放超過(guò)有效時(shí)間后，就不得再行使用。攪拌過(guò)程中若是遇到硬土導(dǎo)致攪拌阻力較大，可通過(guò)加壓的辦法確保攪拌效果。攪拌過(guò)程中應(yīng)保持連續(xù)噴漿，因?yàn)閭€(gè)別原因?qū)е聺{液無(wú)法及時(shí)供應(yīng)，應(yīng)立即停止施工并將攪拌頭下放約50cm，待來(lái)漿液后再繼續(xù)進(jìn)行施工，以避免因供漿不及時(shí)而導(dǎo)致斷樁問(wèn)題的發(fā)生。

2.5 硅化處理技術(shù)

硅化處理技術(shù)指的是通過(guò)硅化物溶液來(lái)對(duì)軟土進(jìn)行加固，提高其穩(wěn)定性和承載能力的一種辦法。硅化處理技術(shù)本質(zhì)上屬于一種化學(xué)固結(jié)處理，利用了硅化物溶液與土壤顆粒之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成硅酸鹽膠結(jié)體，從而提高地基的強(qiáng)度和剛度。有著加固作用快、工期短的特點(diǎn)，但同時(shí)其成本也比較高，對(duì)于滲透系數(shù)較小的軟土，表現(xiàn)出一定的不適應(yīng)性，需要根據(jù)水利工程實(shí)際情況，進(jìn)行合理應(yīng)用。

硅化處理技術(shù)需要在前期進(jìn)行地質(zhì)上的勘查和設(shè)計(jì)，根據(jù)軟土特性，來(lái)進(jìn)一步確定硅化物溶液的類(lèi)型、濃度、用量和施工方案等，為施工活動(dòng)的展開(kāi)提供基本的指導(dǎo)作用。硅化物溶液通常由硅酸鹽或硅酸鹽前驅(qū)體、水和其他添加劑組成，其具體的配比應(yīng)根據(jù)軟土地基的特性和設(shè)計(jì)要求確定。硅化物溶液可通過(guò)鉆孔、噴射及壓力注入的辦法注入土體中，其中鉆孔注入是在軟土地基中鉆孔后，通過(guò)注入管將硅化物溶液注入孔洞中；噴射注入是將硅化物溶液通過(guò)噴射設(shè)備噴射到軟土地基中；壓力注入是通過(guò)注入管施加壓力，將硅化物溶液注入軟土地基中。這一過(guò)程應(yīng)注意注入的速度和注入量，以確保硅化物溶液分布上的均勻性，促使其可以同軟土地基中的顆粒充分發(fā)生反應(yīng)，形成硅酸鹽膠結(jié)體[5]。

硅化處理的反應(yīng)時(shí)間通常比較長(zhǎng)，在等待充分反應(yīng)膠結(jié)的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)注意保持軟土地基的穩(wěn)定狀態(tài)，盡可能避免外部因素的干擾或承受過(guò)度的荷載。在硅化反應(yīng)完全后，需要對(duì)處理的效果進(jìn)行檢測(cè)和驗(yàn)收，這包括地基承載性試驗(yàn)，硅酸鹽膠結(jié)體強(qiáng)度試驗(yàn)等，以全面評(píng)估硅化處理的效果，了解軟土地基相關(guān)指標(biāo)的改善情況，判斷其是否滿(mǎn)足水利工程的施工要求。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，水利工程施工中，軟土地基的處理極為關(guān)鍵，一旦處理不到位，很容易因?yàn)檐浲列阅苤笜?biāo)的不足，而對(duì)水利工程的穩(wěn)定性和安全性帶來(lái)威脅，因此采取合適的軟土地基處理技術(shù)，以保證軟土處理效果是非常有必要的。常見(jiàn)的軟土地基處理技術(shù)包括排水固結(jié)、堆載預(yù)壓等辦法，這些辦法能夠有效對(duì)軟土地基的相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行改善，提高地基的承載力和穩(wěn)定性。在應(yīng)用相關(guān)處理技術(shù)的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)考慮工程的實(shí)際情況，選擇合適的處理辦法，并嚴(yán)格控制質(zhì)量，以確保軟土地基的處理效果，保證水利工程的安全性。