水利施工中软土地基的处理

岳宇

（广东水电二局股份有限公司，广东 广州 511340）

0 引言

作为工程施工的基础，地基处理的效果直接决定着工程施工的质量及安全。由于水利工程地质环境的特殊性，经常需要在土质松软、荷载力差、极易沉降坍塌的软土地基上进行作业。若不能对软土地基进行恰当的处理，则极易引发安全事故，并造成工期的延长。此外，由于地区间的差异性，不同地区软土地基的特性也有所不同。因此我们需要针对软土地基的各项性质，结合工作经验继续研究软土地基处理技术的应用，并根据实际情况科学地选择处理方法，保障施工条件的稳定性，以及水利施工的效率和质量。

1 水利施工软土地基概述

1.1 形成原因

软土是指湿度大、密度小、水分多、易塌陷的土质，通常为淤泥状态，通常是由于水利工程特殊的建设环境条件形成的。水利工程一般建设在临近水源地区，地层环境湿度较大，土层含水量超过正常值，导致沙土间孔隙扩张，地基承重能力急剧丧失，严重影响对于水利工程的承载能力。此外，若遇到暴雨等严重自然灾害，则地基更加脆弱，不能有效承载地面工程，甚至出现移动、错位等现象，对施工质量造成严重影响。

1.2 特性

软土地基主要有以下几大特性，需要在施工中格外注意，见表1。

表1 软土地基特性及相应工作

2 水利工程施工中的软土地基处理技术

近年来随着水利工程内容的复杂性，传统的软土地基处理技术已经不能满足行业的需求。应该针对软土地基的特性及问题，积极采用新方法、新工艺、新材料，并考虑多工艺联用，保障技术实施的有效性。

2.1 排水固结处理

鉴于软土地基较差透水性的特性，施工前要对现场地层进行全面的排水预处理工作，处理后地基更加牢固、孔隙变小、承载能力增加，因此也称为排水固结处理。水利施工中的排水固结处理是孔隙水排出和地层有效应力增强的过程，主要包括排水系统和加压系统两大部分，两系统共同作用，协同完成排水固结。排水系统分为竖向排水法和水平向排水法两种，加压系统有堆载法、真空法、降水法、电渗法、联合法等。

2.1.1 换填垫层技术

水平向排水处理中换填垫层技术最为常用，即利用设备挖掘地基原本的表面土层，清除软土结构，用符合施工标准的土质换填并夯实。由于需要保证垫层的高强度以及稳定性，换填物质一般运用沙粒、石头、矿渣等低压缩性的疏水颗粒材料，组成排水砂垫层铺设在地基底部，协助地基内部水分的自然排出，将多余水分转移出施工场地环境，提升地基的承载力和稳固性。同时，砂垫层本身可以增加地基强度，提供更大的负载能力。此方法的优点在于周期短，起效快，取材方便，成本极低，操作简单，可以大大节省工程成本，尤其适合低洼或淤泥的地层条件，改良软土地基的稳定性。

2.1.2 砂井排水技术

竖向排水处理中最常用的一种方法是在软土地基中设置竖向砂井（或排水管、排水板），在地面上进行重量加载，地基逐渐压缩，地基中的孔隙水随着竖管排出，从而达到固结地基的目的。

2.1.3 堆载预压排水技术

加压系统中，最常用的一种方法是堆载预压排水。在正式施工开始之前，用堆土模拟构筑物重量，对软土地基进行预压加载，通过压力排出地基中的孔隙水。此技术可以在施工前对地基进行压缩和固结，使地基沉降提前完成，有效解决后期可能沉降问题，加速地基抗剪强度的增加。堆载预压排水技术对软土地基的处理有很好的效果，但并不适于渗透性极低的泥炭土地基，堆载预压式砂井地基排水技术作用示意图，见图1。

图1 堆载预压式砂井地基排水技术

2.2 化学固结法

化学固结法软土地基处理技术一般分为灌浆法、高压喷射注浆法或深层搅拌法几类，在实际施工过程中需要根据现场情况进行选择。

2.2.1 灌浆法

灌浆法是实际地基加固施工中最常用的一种方法。向自然裂缝或人为裂缝中灌注液压浆液，浆液一般选用水泥。若地基环境缺少自然裂缝，则考虑通过人工方式增加裂缝数量。此方法主要是通过浆液的固化使软土地基的孔隙度、应力、强度等物理性质改善，提升进地基的稳固性。此外，还可以采用高压喷射注浆法，通过高压气流将浆液灌注到孔隙中，达到同样的固化效果，高压喷射注浆法操作流程，见图2。

2.2.2 深层搅拌法

在施工现场借助深层搅拌机械，使将固化剂与软土在地基中强制拌和，固结软土基础。此方法最大的优势在于对于软土地基的固化效果很好，最大程度地减少沉降可能性，但是存在成本较高的问题，需要做好工程预算。

图2 高压喷射注浆法操作流程

2.2.3 硅化加固法

硅化加固法是指浆液选用硅酸钠溶液作为黏合剂和固化剂，代替传统的水泥，一般加固深度在0.4～0.7m 左右。硅化加固法基本分为单液硅化、双液硅化两类。单液硅化单液硅化适用于渗透系数0.1-2.0m/d 的湿陷性黄土，或渗透系数0.3-5.0m/d 的粉砂软土地基的加固，用管壁作开孔处理金属管道将硅酸钠溶液加压灌注到地基土层中。双液硅化适用于渗透系数为2.0-8.0m/d 的砂性软土地基的加固，是指将硅酸钠溶液与氯化钙溶液混合依次灌入到地基土层中，两者发生的化学反应可以将黏合效果发挥到最大，将周围砂砾与泥土胶结在一起，进一步加固地层结构。

硅化加固法的最大优势就在于对软土地层孔隙度和渗水力的有效改善，能够快速抑制地基形变，并能利用胶结土层颗粒增加地基颗粒大小，提供更强的地基承载能力。在实际应用中，单液硅化法处理后的软土地基极限抗压强度可以达到0.4～0.5MPa，双液硅化法处理后的软土地基极限抗压强度可以达到1.5～6.0MPa。

2.3 桩基法

在换填法、化学加固法由于施工环境条件受限而不能使用时，例如软土土层较厚的施工现场，可以考虑使用桩基法进行地基处理。近年来，桩基材料已经从传统的木桩、砂砾预制桩转变为钢筋混凝土预制桩。先对土层进行打孔处理，再将钢筋混凝土注入孔洞，通过钢筋混凝土的固化带动和促进周围土层的固化，作为土层结构的骨架，使地基结构更加稳定，并减少沉降和坍塌的可能性。此方法的优势在于施工简便、成本较低、效果稳定，因此得到广泛应用。

3 软土地基处理注意事项

在对软土地基常用处理技术进行技术性分析后，实际应用时仍需要注意以下几点，来保证处理技术的有效性：

3.1 数据调研及处理

施工初期要运用各类先进测绘技术和数据统计方法，做好施工现场勘测调研，特别是对于地基含水度、承载强度、应变能力等关键参数的获取。根据现场实际情况及数据进行科学性分析和预判，选择适当的处理方法。

3.2 施工分析与规划

在处理方法选择完毕后，需要对调研数据进行分析，并对可能出现的意外干扰情况进行预案设计，将可能的影响因素考虑在内，作详细、科学的施工内容及进度规划。

3.3 极端环境条件预测

由于软土地基处理工作对于外界环境的敏感性，需要谨慎选择施工季节，做好天气预测和特殊气象预警工作，防止多雨、多雪的自然天气条件造成软土地基含水量的进一步增加，或加固施工因为特殊天气推迟或失效，影响水利施工进程。

4 结语

在水利施工项目中，必须给予软土地基处理技术足够高的重视，，正确使用各项处理技术对软土地基进行改良工作，保障水利施工的质量稳定性。除了对处理技术进行研究外，还要重视专业技术人员的培训工作，对其职业素质和专业素养提出更严格的要求，并在实践中积极总结新问题，思考新方法，促进整个行业的技术进步。