水利工程软土地基处理技术研究

赵 越

(岫岩满族自治县水利事务服务中心，辽宁 鞍山 114300)

水利工程功能的特殊性决定了其施工环境的复杂性，大多数水利项目建设于湿度较大的河流、沿海等区域[1]。因此，水利施工的安全性和整体质量在很大程度上取决于软土地基的处理情况，实践工程中软基处理应引起技术部门的重点关注。

建筑物上部结构的承载力完全由水利工程地基承担，若未能实施地基处理很容易引起明显的地基土沉降。软基处理能够显著改善地基的透水性，其原因为地层以上地基受建筑物地层下部水流运动影响产生一定压力，为降低建筑结构受压力作用的影响程度必须实施有效的处理措施[2]。通过采取有效的处理技术可以提高地基模量、减缓基土下沉速度以及改善地基压缩特性；地基稳定性与地基抗剪强度密切相关，所以地基处理还可减轻压力和剪力破坏，改善地基剪切特性及增强地基抗压力；此外，地基处理还可减少或消除膨润土及湿陷土的特性，降低地震液化的不利影响，提高地基抗震强度和改善地基的动力特性。

1 软土地基特性及危害

1.1 软土地基特性

水利工程施工中遇到的泥炭、松散砂、淤泥、杂填土、冲填土、松软土及淤泥质土等土层，通常为软土地基[3]。一般条件下，软基土壤的孔隙度高、稳定性差，含水量通常大于液限土，归纳总结其特性如下：①触变性：从未受到破坏到发生破坏的过程，软土地基自固态转变为流动态，该特性即为触变性；②不均匀性：高分散颗粒和微细颗粒为组成软基的主要成分，因两者土质密度的不同使得构筑物沉降时的受力情况存在较大差异，水利工程整体受力也不同，软基上的建筑物受这种不均匀性作用往往会出现各式各样的裂缝，严重时还会发生损坏；③沉降速度快：随着荷载的增加软基上的构筑物沉降速度不断加快，保持地基条件不变时，沉降速度随构筑物高度的增加而加快；④高压缩性：受高承载力作用，软基上的构筑物随着压缩系数的增大越易发生沉降，地基在垂直压力超过0.1MPa的情况下发生压缩变形，从而使得软基上的构筑物发生明显的沉降；⑤低透水性：水利工程施工中软基的透水性很差，软基排水固结往往需要较长时间，所以要投入大量的精力完成软基的排水固结作业，水利工程沉降时间一般超过10a[4]。

1.2 软土地基危害

水利施工过程中软基具有较大的不可预见性，若未能做好相应的处理很容易对构筑物产生破坏，因无法保证路基稳定性而出现沉降的现象十分常见[5]。软土层受上部构筑物不均匀荷载作用，极易引起构筑物墙体开裂、基础沉降和倒塌等危害。

2 水利工程软土地基处理技术

2.1 作业前准备

软基上建设水利项目要重点关注许多关键部位，其中施工准备为保证项目按预期完工的基本条件。为做好准备工作应全面检查所有施工设备，保证各项设备可以合理、正常的使用，相关管理人员还应记录各类设备的型号，为准确快速的选择设备型号投入使用提供支持，从而保证水利项目按预期完工。此外，要严格检查与筛选水利施工所需材料，全面检验各类材料质量确保其符合水利施工要求，最大限度的降低因材料质量问题带来的不利影响，保证水利施工安全和工程建设效果。

2.2 施工处理细节

施工处理细节为建设过程中软基处理的关键内容，在软基处理细节上应结合水利工程实际情况，选择合适的软基加固技术提高其整体稳定性[6]。此外，软基施工工程量预算要充分考虑工程现场的具体情况，科学确定工程周期和制定施工规划，为合理安排施工、管理和技术人员工作提供依据。然后结合施工量预算合理选择相应的处理技术，例如工程量较小的情况下软基处理宜选取换填法，工程量较大的情况下软基处理宜选取砂垫层作业方式，由此以来可以合理控制工程建设成本，对调控水利项目建设资金发挥着积极作用。

2.3 软土地基施工技术

2.3.1 换填法

软土层厚度为2-3cm时比较适用砂石换填垫层法，施工过程中先对表层软土挖除，并利用稳定性好、强度高的材料加以更换。其中，卵石、砂、砂石等为工程中常用的换填垫层材料，以上垫层石料存在容易碾压密实、透水性良好、压缩性小及强度高等特点，能够明显加快软土层的固结排水速度以及显著增强地基抗变形能力，大大降低沉降程度和消除膨胀土涨缩，有效防止基土出现冻胀破坏。完成换填施工后还需夯实此处地基，从而增强地基的整体抗变形、稳定性、承载力以及维持良好的持力层。施工过程中底层材料的选择应符合压缩性小、强度高等要求，若发现填充过程出现空隙应利用透水材料排水，加快软基凝结防止发生冻胀现象。完成换填施工后还要做好后续的夯实处理，施工过程中砂石与砂换填处理应关注以下技术要点：

1)施工材料的合理选择。换填施工时应尽可能选择质地坚硬的粗砂、碎石、沙砾和中砂等，防止出现风化料、软岩及杂物的混入。其中，顶级沙砾的选用要满足颗粒不均匀系数不低于10的要求；人工砂砾石的选用应尽可能保持填层材料密度最大，采取密实度试验合理选择最优的砂石；在没有人工沙砾与顶级沙砾的情况下，填层材料可以选用细砂混入一定量碎石、卵石的方法，并且确保垫层含石量不超过50%，填充前清理干净材料中混入的枯草、杂质等。

2)施工准备工作。换填层施工前清理干净坑内的树叶、枯草等杂质，若坑内存在积水要利用排水技术排除干净，并对坑内浮土进行全面清理，同时确保地基周边土的牢固稳定，均匀搅拌填充材料后铺平。

3)施工过程控制。施工时材料的捣实与铺平工作应按照标准流程开展，为保持接头的斜坡性质还要处理好接头位置，按照一定的距离错开相邻层级。然后选用合适的方法进行材料的铺设施工，比较常见的有水振法、插振法、平振法、碾压法及夯实法等。另外，修建排水设施保证施工期间工地的正常排水，防止出现淤泥与冲刷破坏，如雨季施工时要实行挖、运、填、压同步实施的方法，通过有效的预防措施避免雨水对施工土地的冲刷破坏，最大程度的保持排水设施畅通；此外，要合理处置废料，选择远离农田、河流的区域作为废料堆放地，且废料放置要尽量选择荒地而不应压盖林草地，尽可能避免因废弃材料堆积造成的河流、农田污染问题。

2.3.2 桩基法

目前，工程实践中常用的软基处理方式是深层水泥搅拌桩技术，对于淤泥土、粉土的处理这种施工技术具有较强的适用性[7]，其施工工艺就是将地基与水泥利用搅拌机均匀混合，充分发挥水泥的固化作用提高软土印度，最终实现地基强度的整体提升。

1)施工准备。施工前要全面清理深层水泥搅拌桩施工现场的杂物，结合工程设计资料合理选择水泥，并做好试桩、机械验收及场地平整等工作，确保施工机械及施工设备的稳定运行、功能正常和及时使用。

2)施工过程控制。深层水泥搅拌桩施工应保持管道的畅通无阻，同时符合施工规范相关要求，采取有效措施疏通管道并保证桩体垂直度，投入使用之前加强成桩检查，严格检查搅拌桩质量保证其正常投入使用。

2.3.3 排水固结法

水利施工软基处理中排水固结法比较常用，该方法能够有效解决地基沉降及软基稳定性差的问题，也是工程实践中最为重要的软基处理方法之一。排水与加压系统为该技术的主要构成，可以利用软基自身的透水性实现系统的集中排水。

排水固结施工法按照不同的加压方式可以划分为联合加压、超载、真空和降水预压等，其中软黏土地基处理时比较适用超载预压法，然而对超载比和超载作用时间的计算难以准确获取，所以还没有很好的解决超载预压阈值的问题；采用降水预压法应先将排水带或砂井安放于软土内，然后覆盖砂层与封闭薄膜，将膜内排水带、砂层通过抽气达到真空状态，从而达到排除土体水分的目的，以预先固结土体的方式减少后期地基的沉降；联合加压法使用过程中应严格控制预压气密性，做好地表处理和管路系统布设等相关工作，其工艺技术复杂且施工质量影响因素较多，水泥浆初凝前应在同一孔内完成二次注浆，还需要进一步完善该技术的施工工艺；真空预压法主要是将砂垫层先铺于软基上，并利用封闭膜将大气环境与排水管道隔绝，保持薄膜埋入土体一定的距离，并用真空装置和埋设于砂垫层内的吸水管道抽气形成真空，从而达到有效增加地基应力的目的，该方法具有省去堆载环节、节省材料和预压时间等优势，同时可以大范围同步实施及技术设备简单的优点。所以，实际工程中应结合工程量情况，选取合适的水利施工软基处理技术[9]。

2.3.4 化学固结法

水利施工中常用的化学固结法有深层搅拌、高压喷射和灌浆法三种方式，其中灌浆法主要是将固化浆液利用液压、电化学或气压等方式注入孔隙及裂缝内，从而改善软基力学性能；深层搅拌法属于工程实践中软基处理的常见方式，主要通过添加固化剂固化软基，终提升地基强度。实质上，这些方法都是将地基深处的软土与水泥、石灰等固化材料黏合，从而达到提高软基承载能力和硬化深层软土的目的，最大限度的降低软基沉降。化学固结法较其其它施工方式，其综合成本较高[10]。

3 结 论

总体而言，水利施工软基处理应充分考虑各方面因素，结合工程量情况选择合适的技术方案，切实提升软基的稳定性、承载力和工程建设质量。不同方案的成本、工艺、适用范围存在差异，应考虑施工现场具体情况选择相应的技术方案。