水利施工中软土地基处理技术探述

文／甄刚 安徽水安建设集团股份有限公司 安徽合肥 230000

引言：

水利工程能够起到防洪减灾和供水的作用，对于调节地区水资源供给平衡有着重要意义。我国很多城市都在建设水利设施，随着水利项目数量增加和施工规模增大，施工难度也不断提升。软土地基处理是水利施工过程中需要重点做好的工作，只有确保水利设施基础的稳定，才能保障水利设施的安全性，从而为地区经济发展和人民生活改善打下基础。

1、软土地基的主要力学特点

软弱地基力学特点包括压缩性高、透水性低、抗剪度低、触变性、流动性和不均匀性。这些特点决定了软土地基不具有稳定性，在应力条件发生变化的过程中软土层结构也会发生改变，因此在工程施工时需采取措施处理软土地基提升其稳定性。以下将分析软土地基的主要力学特点。

1.1 压缩性强

软弱的孔隙比大于1，颗粒间存在着大量的水分、微生物和腐殖质等物质。过大的孔隙比导致软土颗粒间无法形成稳定的结构，在力学条件发生变化时软土结构也会发生变化。因为软土在组成结构上具有以上的特点，所以软土的压缩性非常强，对软土层施加压力能将软土颗粒压缩在一起形成坚实的结构，因此工程建设过程中常常利用软土的这种特点对软土地基进行处理。此外，由于软土中含有微生物和腐殖质物质，所以很多软土层在长时间的积累过程中都无法形成稳定的结果，微生物的生命活动改变了软土的结构组成，导致软土间隙变大，从而影响了软土的稳定性。

1.2 透水性低

软土颗粒间的孔隙非常大，水分子能够随意通过软土颗粒孔隙，在软弱结构内部进行自由运动，使大量的水分停留在软土中，无法有效进行渗透。研究发现在软土的垂直面透水性非常差，水分基本不会穿过软土层渗透到下层，大量的水分停留在软土结构中，如果温度降低水分子变成固体，软土内部受力增加，软土体积将会变大。低透水性对于工程施工而言非常不利，施工人员不仅无法有效地对软土地基进行排水，而且也很难保障软土地基结构的稳定性，施工的安全风险也很大。

1.3 抗剪度低

软土的抗剪性非常低，无法承受较大的重量，在建筑物重力的作用下能够出现明显的变形情况。建筑物的主要组成是钢筋和混凝土，这类材料自身就具备很大的重量，在建筑物重力作用下软土地层必然发生变化，这种变化对于建筑物基础的稳定性造成了巨大影响。此外，抗剪度低也决定了施工过程中无法采取常规的方法对其结构进行控制，需要适应特殊的方法进行处理，处理后方可在软土地基上进行施工作业。

1.4 触变性

软土层结构中沉积的絮状物较多，这类物质的特点是无法形成一体结构，在土层中以部分絮状物的形式存在，如果受到外力作用絮状物结构发生改变，形成分散的液状物质。施工过程中需要使用大型的机械设备，设备运动产生的振动很容易改变软土层物质结构，导致软土层出现沉降。软土的这种触变性也增加了施工的风险，施工时市场遇到软土层倾斜运动的现象，易导致施工机械设备和人员生命安全受到影响。

1.5 不均匀性

软土层中含有多种物质，这些物质的颗粒大小和结构构成存在差异，无法形成牢固的整体，受力条件改变后不同的软土结构将会发生不同程度的形变，因此导致软土地基出现沉降。不均匀性还体现在软土层级分布方面，很多软土层都是分层存在，但层与层之间的排列方式并不规律，所以层级之间的稳定性相对较差。

2、水利施工中软土层施工常见的问题

水利施工前需要对施工地区的土层进行勘察，如果发现软土层需要采取措施处理，在处理过程中经常遇到软土地基沉降和位移问题，这是影响施工质量的重要因素。以下将分析软土地基施工时常见的问题。

2.1 软土沉降

沉降是软土地层灾害之一，由于软土结构、颗粒大小和分布方式都存在差异，所以在改变应用条件后软土地层将可能发生沉降。施工时随着开挖作业进行，土层结构发生变化，在水利冲击下、机械振动作用下和软土自身重力的影响下，软土地基可能出现沉降。除了这些因素之外，地下水运动也会导致软土地层发生沉降，因为地下水流动能够改变软土层的受力分布，当地下水流速增加时，软土层对水流产生的压力增加，由于压力超过了软土结构能够承受的范围，所以软土层出现塌陷。这种问题在水利施工中较为常见，因为水利项目附近的地下水活动较为频繁，季节变化和施工作业都会影响地下水运动，从而导致软土层发生沉降。

2.2 软土位移

软土位移问题也很常见，这种问题出现在地上软土层。水利施工过程中随着下层软土挖掘作业进行，上层软土在重力的作用下发生位移。施工时需要对河道两岸下层土进行清理，然后进行打桩施工作业，所以需要将两岸下层的软土挖出，随着下层软土不断减少，河水对土层的冲击力不断增加，上层软土的重力对土层产生的压力增加，土层结构的承受能力无法支撑较大的软土层，所以出现了软土位移的情况。还有一种情况是施工过程中部分软土层施工活动较为频繁，软土层的受力不够均匀，受力较大的一侧出现沉降，软土层两侧出现高度差，较高一侧的软土无法在自身重力下发生位移，部分软土流动到受力较大的一层，从而给施工作业带来一定的危险。

2.3 其他问题

沉降和位移常见的软土层施工时常见的问题，除了这2种主要的问题，还存在其他的次要问题。例如，施工时机械设备陷入软土层、软土层发生严重的渗水、腐殖质含量过多出现可燃气体等，这些问题也会影响施工质量。如渗水问题可能导致施工作业无法顺利进行，需要使用排水装置进行排水处理，如果排水方法无法切实解决渗水问题，需设计其他方法，从而浪费了大量的施工时间。针对软土层存在的多种问题，应该提前做好预防措施，结合软土结构特点和施工要求设计处理方法，从而将软土结构对施工造成的影响降低。

3、软土层的存在对施工作业的影响

软土层的主要特点是力学条件不稳定，这也是影响施工作业安全性和质量的重要因素。软土层沉降导致施工安全风险增加、渗水问题导致施工难度增加、位移问题导致施工环境稳定性受到影响，这些问题对于整个施工作业的有序进行都产生了不利的影响。

3.1 影响施工作业安全性

水利工会施工对于施工环境稳定性的要求较高，如果施工环境发生改变，施工安全风险也会增加。例如，如果施工前未能做好地质勘察作业，无法全面掌握软土的结构特点，在这样的施工前提下设计施工方案，施工时可能发生安全事故。软土层结构的直接变化和间接变化都会影响施工环境的稳定性，软土层大面积地流动对施工的威胁最大，因此需要通过科学的方法对软土层进行处理，提升软土层的稳定性，防止安全事故发生。

3.2 影响施工作业的效率

施工时遇到软土层后需要采取措施处理软土层，这一过程需要花费大量的人力和物力，直接影响到施工进程。处理软土层需要的时间较多，具体时间需要结合软土层的规模和特点决定，而且如果处理效果不佳在后续依然需要投入一定的资源进行处理，进而影响施工效率。例如，施工时需要对软土进行加固处理，这项工作需要调用大量的机械设备和施工人员，处理后需要进行质量检测，在确保处理质量达标后方可开展施工作业，这一过程投入的时间和资源较多，对后续施工作业将会产生一定的影响。

3.3 影响施工作业的质量

软土地基处理工作复杂且难度大，若处理不当可能影响施工作业质量。水利设施长期处于复杂的水环境下，如果水利设施的基础稳定性较差，在受到水利冲击力的作用后容易出现结构问题，进而演化成质量问题。例如，如果处理方法缺乏科学性，施工过程中软土地基发生沉降，上层建筑的稳定性变差，不仅给施工作业带来一定的危险，而且无法保障施工作业如期进行。软土层的存在增加了施工作业的不确定性和施工难度，控制不当必将带来各类质量问题，导致水利项目的施工进程和质量同时受到影响。

4、水利施工中软土地基处理技术的应用

水利施工作业中，科学地处理软土地基能够确保施工质量，提升水利设施的安全性。常见的软土处理技术包括压实处理法、注浆处理法、固结处理法、排水处理法和注桩处理法等。以下将对这些处理方法的应用进行分析。

4.1 压实处理法

压实处理一般用于结构相对较为稳定的软土地基中。使用压实处理方法的前提是软土层颗粒打下和结构组分较为一致，这样在处理过程中不会出现不均匀沉降的物体。首先在施工区域开辟一块场地，然后将压实机械装置运输到施工场地，之后在施工场地上进行压实处理，最后进行平整工作即可。压实过程中需要应用夯实机械，通过重锤对软土施加压力，在高强度的压力下软土发生收缩，软土颗粒间隙减少，并形成牢固的整体，最后使用压平机械设备进行多次碾压。在压实过程中也会使用振动装置，这种装置的作用是破坏软土的絮状结构，使软土颗粒能够分散，进而创造良好的压实作业环境，提升压实作业的效果。实际施工中压实处理法常与其他方法一同使用，这种方法处理效果好，但受软土结构限制且处理效率低。

4.2 注浆处理法

注浆处理的原理是通过混凝土浆体改变软土的内部结构，使软土内部形成牢固的结构。处理过程中硅酸盐混合浆体应用广泛，这种浆体能够与软土物质发生反应，并在软土内部形成坚硬的物质，提升软土的稳定性。注浆前需要了解软土的结构组成和各类成分的比重，合理地选择浆体，施工时借助于导管将浆体注入到软土内部，等到浆体在软土内部完全反应后就能得到见过的地基。这种处理方法的优势是处理效率高、效果好，无需花费大量的时间，但成本费用很高，前期需要对软土组分和结构进行了解。由于很多水利项目软土中含有大量的水分和细砂颗粒，所以施工时通常使用注浆处理方法，因为其能够借助于细砂和水分的作用与浆液进行充分混合和反应，生成结构稳定的物质。

4.3 固结处理法

固结处理需要使用固结剂，在软土层中添加固结剂，固结剂与空气和水分发生反应后生成稳定的物质，从而提升软土层的稳定性。这种方法一般用于土层较薄的软土层中，优势是能够在短时间内完成加固处理，缺点是成本投入较高，而且无法保障整个土层都得到有效的处理，部分土层可能存在沉降区。固结法的关键在于固结剂，如果固结剂的效果不理想，处理的效果必然也达不到要求，目前市场上存在很多固结剂，虽然这些固结剂的效果较为理想，但是成本也很高，如果想要大规模使用，需要施工单位投入大量的成本，因此需要结合施工成本、收益和技术要求等进行综合考虑。

4.4 排水处理法

排水处理方法主要应用于含水量加高的软土地基中，借助于排水装置将软土中多余的水分抽干，随着软土中水分减少，软弱的孔隙不断减下，进行加固处理后形成牢固的整体。排水处理法往往与压实处理法协同使用，在完成排水工作后，使用机械设备进行加固。排水处理方法的优势是能够将软土内部的水分排干，防止软土在水分流动的作用下发生结构变化，但是处理周期较长，而且水利施工现场附近的软土中水分含量较大，排水过程中水分可能继续增加，因此需要做到一边排水一边加固处理，这样能够保障处理的效率和质量。此外，排水处理方法能够为施工人员提供稳定的施工环境，避免软土发生位移影响施工环境的安全性，带来人员和设备的损失。

4.5 注桩处理法

注桩处理方法是一种先进的处理方法，主要通过加固桩体的方法提升建筑物基础的稳定性。在一些水利施工过程中，软土面积较大，处理程序十分复杂，为缩短工期和节约施工成本，可使用注桩处理方法进行处理。使用机械设备在软土层中进行打桩，将桩体打到地下岩层区域，在地上将桩体连接在一起，对桩体区域的软土进行加固处理，获得稳定的地基。这种处理方法的优势是能够确保建筑物地基的稳定性，且不会受到地下软土运动的影响，缺点是施工成本相对较高，但是能够缩短施工周期，节省人力资源成本，在一定程度上可适当减少施工成本。注桩处理方法在很多水利工程施工中都有着广泛应用，特别是一些大型的水利工程施工作业普遍使用这种方法。

5、提升水利工程软土地基处理技术应用质量的措施

水利工程是重要的民生基础工程，如果出现质量问题将会影响水利设施的安全性，从而造成安全事故发生。想要提升水利工程施工质量，必须对每一项施工技术进行控制，制定合理的技术控制方法，实现预期的控制目标。对软土地基处理技术的应用进行控制对于提升软土地基施工质量发挥着重要作用。以下将研究提升软土地基技术应用效果的方法。

5.1 施工前做好地质勘察

地质勘察能够为施工人员提供完整的和可靠的地质数据，这些数据能够反映出软土地层的结构特点和变化规律，为施工人员合理选择软土处理技术提供有效的参考。施工前勘察人员应对施工区域的软土地质进行考察，借助先进的勘察仪器收集软土地层的数据，在计算机系统中进行建模，将软土地层的主要结构特征展示出来，从而科学地设计施工处理方案。地质勘察时也需要对河流流速、地下水运动和软土层体积和面积等数据进行分析，特别是河流的运动特点，因为河流运动对软土层力学环境产生影响，掌握河流运动规律后能够采取措施防止相关问题出现，进而确保软土层处理的质量。此外，进行地质勘察时也需要掌握当地的气候变化特点，气候变化也是影响处理效果的因素，如强降雨、温度降低等，掌握这些数据后可以选择合理的时间对软土地基进行处理，确保处理质量。

5.2 强化处理技术创新

施工人员应总结各类软土的特点，并结合各项技术优点对软土技术进行创新，设计出更加可靠的软土处理方法。目前很多企业在处理软土地基时都会应用多种处理技术，这种处理方法的优势是能够发挥各项技术的优势，提升软土地基处理质量，但是投入的成本较大、资源较多。技术人员可以将各项技术进行融合，设计出新的处理方法，借助于更少的设备和人员就能完成软土地基处理工作，并且能够缩短处理周期。例如，将固结法和排水法混合使用，在排水的过程中应用固结剂对软土地基进行加固，这样能够防止水分渗透，提升处理的质量。施工单位也需要投入更多的资源用于技术研发，建立专业的技术研发团队，通过技术创新提升软土地基处理质量。

5.3 做好人员技术培训

施工人员技术水准与施工质量存在直接联系，如果施工人员技术水平无法达到施工要求，很难保障软土地基处理效果。施工单位要持续加大技术人员培养工作，为技术人员提供更多技术学习的机会，提升技术人员技术水准，需做好以下三方面：

（1）做好岗前培训，施工前组织施工人员学习软土地基处理技术，将各项技术要求说明，并对技术人员进行技术考核。

（2）扩大技术人才队伍，组建专业的技术团队，通过技术团队带动整个施工团队的进步，减少技术人员操作不当问题。

（3）做好现场技术指导，通过技术指导的方式为技术人员提供技术服务，从而规范技术人员的技术操作。开展人员技术培训可以提升技术人员的整体专业能力，防止技术人员出现更多技术操作不当问题，进入保障软土地基的处理效果。

5.4 引入先进处理技术

施工企业需要加强技术引入工作，将先进的软土处理技术引入并应用，可提升自身竞争力。目前一些智能化的处理技术在软土地基处理中有着重要应用，这些装置能够对软土地层构造进行分析，判断软土地基可能出现的灾害，计算机可自动设计处理方法，施工单位可对相关方法进行试验，不断完善技术方法，从而提升处理效果。施工单位应投入更多资金用于引入技术，在使用施工中对技术应用过程中出现的问题进行总结，不断优化相关技术，进而更好地改技术，通过先进的处理技术提升软土地基处理质量，确保水利工程施工作业质量，通过技术更新和优化能够有效地实现预期的控制目标，最大限度保障水利工程软土地基的稳定性和可靠性，推动施工作业有序进行。

结语：

水利施工过程中需要对软土地基进行处理，结合软土地基的特点和性质等制定合理的处理方法，提升软土地基的稳定性，继而保障施工作业顺利进行。研究土地基处理技术在水利工程中的应用和各项技术的注意事项，对于提升软土路基使用质量发挥着重要意义，施工单位应进一步优化与改进相关施工技术，提升软土地基处理质量，推动施工作业有序进行。