水利工程中的軟基處理工藝探討

陳智　郭亨　宋何　袁睿

摘要：地基建設(shè)是水利工程建設(shè)的重中之重，只有地基建設(shè)得牢固可靠，才能保證地上建筑穩(wěn)定、耐用。軟土地基是水利工程建設(shè)中經(jīng)常遇到的地基類型。軟土地基具有土質(zhì)松軟、抗壓能力弱等缺點(diǎn)，無法直接使用，必須要經(jīng)過一系列的處理工藝才可以使用。文章分析了幾種處理軟土地基的技術(shù)工藝，闡述了在運(yùn)用這些處理工藝中的注意事項(xiàng)。

關(guān)鍵詞：水利工程；地基建設(shè)；軟土地基；硅化加固；添加劑 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TV551 文章編號(hào)：1009-2374（2015）35-0108-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.35.053

1 概述

在我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的迅猛發(fā)展中，對(duì)水利水電資源提出了越來越高的要求。現(xiàn)階段的水利水電設(shè)施已經(jīng)不能滿足日益加快的經(jīng)濟(jì)發(fā)展步伐需求，這就要求興建更多的水利水電設(shè)施。在水利水電項(xiàng)目施工的過程中，地基的好壞直接決定了整個(gè)工程質(zhì)量的好與壞。只有地基打得好，才能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，保證工程項(xiàng)目建設(shè)的順利進(jìn)行。地基的種類大致分為天然地基和人工地基。天然地基就是利用天然的地層作為承受基礎(chǔ)，將建筑直接建在其之上。而人工地基則是指通過人為加固后，將其作為建筑的承壓基礎(chǔ)。地基需要承受建筑的所有重量與載荷，因此地基的牢固性直接決定了建筑的可靠性與穩(wěn)定性，必須將地基作為水利工程的首要考慮因素，提高對(duì)其的重視程度。有些水利工程在建設(shè)的時(shí)候，考慮到經(jīng)濟(jì)性要求，會(huì)將地址選在土層松軟的地方，但是同時(shí)這也給工程的建設(shè)增加了難度。這就要求工程建設(shè)單位采用特殊的地基施工工藝，以達(dá)到使用要求。

2 軟土地基的施工技術(shù)分類準(zhǔn)則

軟土地基一般是指由軟弱黏性土所構(gòu)成的地基。簡(jiǎn)單地說，就是一種軟土層。軟土地基具有其自身的特點(diǎn)，其構(gòu)成要素主要是淤泥以及壓縮比較高的淤泥質(zhì)土，壓縮層主要是黏性沉淀物。這就造成了軟土地基空隙大、抗剪強(qiáng)度低、透水性強(qiáng)的特點(diǎn)，此外，它承受載荷的能力也較低。在具體施工過程中，為提高其承受載荷的能力，必須要對(duì)軟土地基進(jìn)行處理。處理軟土地基的工藝有很多，但是對(duì)待不同的軟土情況要采取不同的處理方法。具體施工工藝參考條件如下：

2.1 施工總量

當(dāng)工程量較大，需要處理的軟土地基的總量也較大的時(shí)候，換填法是施工工藝的首要之選。換填法的特點(diǎn)就是：投入的人力和物力較多，導(dǎo)致施工成本增大，給成本控制帶來一定的困難。此外，當(dāng)軟土地基的土層具有一定厚度的時(shí)候，重壓法也是非常合適的。重壓法的缺點(diǎn)就是，無法確保軟土地基底部的堅(jiān)固性與穩(wěn)定性。

2.2 水利工程的質(zhì)量要求標(biāo)準(zhǔn)

對(duì)于不同的水利工程而言，會(huì)有不同的質(zhì)量要求標(biāo)準(zhǔn)，這是由于地區(qū)差異、實(shí)際用途差異、預(yù)算差異等造成的。因此，在施工過程中，遇到軟土地基的時(shí)候，應(yīng)該根據(jù)實(shí)際的工程質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求、施工具體用途以及建設(shè)等級(jí)等因素選擇合適的軟土地基處理方法。

2.3 水利工程的施工環(huán)境

不同的水利工程往往都具有其獨(dú)特的地理位置特點(diǎn)，在施工的時(shí)候，也會(huì)受到當(dāng)?shù)氐匦巍⒌孛驳拳h(huán)境因素的影響。因此，在施工的過程中，必須根據(jù)當(dāng)?shù)氐淖匀画h(huán)境來選擇合適的處理方法。例如在平原地區(qū)進(jìn)行水利工程施工時(shí)，其施工工藝應(yīng)該明顯區(qū)別于山區(qū)及盆地的施工工藝。

2.4 施工工期及進(jìn)度安排

工程的建設(shè)工期也對(duì)軟土地基處理工藝的選擇產(chǎn)生影響。施工工期及進(jìn)度安排是關(guān)系到工程能否順利按時(shí)完工交付客戶使用的重要保障，也是在施工中必須考慮的因素。例如在利用添加劑法或者重壓法進(jìn)行軟土地基處理的時(shí)候，添加劑的反應(yīng)時(shí)間和重壓后的沉淀時(shí)間是我們必須要考慮的。如果某項(xiàng)處理工藝所需時(shí)間較長(zhǎng)，就會(huì)影響工程整體進(jìn)度，造成不必要的損失。

3 軟土地基的具體施工工藝

對(duì)軟土地基進(jìn)行處理的施工工藝有很多，下面一一進(jìn)行詳述。

3.1 換填法

換填法簡(jiǎn)單來說就是用其他材料換掉原有的軟土層，再通過人工加固，從而形成新的地基層的施工工藝。具體實(shí)施方式為，將基礎(chǔ)地面以下一定深度范圍內(nèi)的軟土層挖出，然后采用不同材料（一般包括灰土、水泥、沙土等等）進(jìn)行分層填充。同時(shí)再通過不同的加固方式，例如人工或者機(jī)械方式振動(dòng)、夯實(shí)等，以實(shí)現(xiàn)一定的地層密度要求，最終形成滿足設(shè)計(jì)要求的施工地層。墊層設(shè)計(jì)是實(shí)施換填法時(shí)首先要考慮的步驟，主要內(nèi)容包括對(duì)墊層材料、寬度、厚度的設(shè)計(jì)和計(jì)算。墊層具有其自身的設(shè)計(jì)原則，包括：所計(jì)算的墊層寬度應(yīng)防止墊層發(fā)生側(cè)移，在承壓的時(shí)候，能保持墊層形狀的完整性。墊層的強(qiáng)度一定要能夠承載上層建筑的壓載荷。注意墊層的排水性能，開通排水溝渠，保證墊層排水通暢，防止淤積。

3.2 硅化加固法

軟土層土質(zhì)疏松、穩(wěn)定性差是其最大的缺點(diǎn)，因此要想在其基礎(chǔ)上興建水利工程，就必須將軟土層變成“硬土層”。硅化加固的方法就是基于這一思想，通過化學(xué)方法將松軟的軟土層變成堅(jiān)硬的“硬土層”。具體的實(shí)施方式為在一定壓力條件下，將兩種能夠發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的溶液（一般為硅酸鈉溶液）依次注射到軟土層。在發(fā)生化學(xué)反應(yīng)之后，能夠使土壤顆粒表面產(chǎn)生一層膠凝物質(zhì)，這種膠凝物質(zhì)可以讓相互接觸的土壤顆粒聚集在一起，強(qiáng)化它們之間的連接，達(dá)到加固土層的目的，可以有效地降低軟土層的形變，提高強(qiáng)度。

3.3 添加劑法

添加劑法也是基于通過物理或者化學(xué)方法將軟土變硬的思想。在具體實(shí)施過程中，將各種添加劑，例如水泥、生石灰等外來物混入土層中，在改變?cè)凶匀煌寥莱煞值幕A(chǔ)上，改變土壤的物理性能，從而提高其強(qiáng)度。在運(yùn)用添加劑法之后，軟層土壤會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)閺?qiáng)度高或者凝固性強(qiáng)的硬土層，有效提高其堅(jiān)固性和穩(wěn)定性。在實(shí)際使用添加劑的過程中，添加劑的種類、數(shù)量以及比例關(guān)系是非常重要的考慮因素，一定要根據(jù)原有土層的實(shí)際情況，做到具體問題具體分析，保證添加劑發(fā)揮最大的功效。

3.4 樁基法

樁基法一般針對(duì)軟土層較厚、面積較大、無法一次性大面積處理的情況。利用樁基法進(jìn)行軟土層加固的時(shí)候，也有很多種選擇。最開始的時(shí)候，一般采用砂石樁、水泥土攪拌樁等進(jìn)行打樁。這些傳統(tǒng)技術(shù)有其自身的缺點(diǎn)，例如控制系統(tǒng)不完善，自動(dòng)化程度低；控制精度不高，難以定量控制攪拌次數(shù)、輸漿量、水灰比等數(shù)據(jù)。此外，傳統(tǒng)工藝設(shè)備陳舊，故障頻發(fā)，嚴(yán)重影響工程的施工進(jìn)度。利用砂石樁處理深度淤泥的時(shí)候，存在變形量大、施工工期長(zhǎng)、難以控制等問題。在面對(duì)現(xiàn)代施工工藝提出更高的施工要求面前，傳統(tǒng)樁基法已經(jīng)滿足不了。目前樁基法中應(yīng)用較多的樁基包括預(yù)應(yīng)力管樁和鋼筋混凝土管樁（鋼筋混凝土預(yù)制樁）。這些管樁相比于傳統(tǒng)的施工工藝，具有質(zhì)量高、強(qiáng)度大、承載力好、成本低、生產(chǎn)周期短等優(yōu)點(diǎn)，因此得到了廣泛的使用。在遇到一些特殊的情況，比如軟土層較厚、淤泥較多的時(shí)候，也可以采用沖鉆孔灌注樁和沉管灌裝柱技術(shù)。

3.5 強(qiáng)壓法

強(qiáng)壓法是以物理方法對(duì)軟土層進(jìn)行加固，具體形式又分為夯實(shí)法和機(jī)械碾壓法。夯實(shí)法一般采用由鋼筋混凝土澆筑而成一定規(guī)格的圓錐體，在重力作用下對(duì)軟土層產(chǎn)生一定的沖擊，從而將軟土層進(jìn)行壓實(shí)，提高了軟土層的密度，進(jìn)而提高其強(qiáng)度和承載力。機(jī)械碾壓法主要使用工程機(jī)械例如壓路機(jī)等設(shè)備，對(duì)軟土層進(jìn)行多次、重復(fù)碾壓，直到軟土層的物理性能達(dá)到設(shè)計(jì)使用要求。在使用機(jī)械碾壓法的時(shí)候，保證每層土層分別達(dá)到所規(guī)定的使用要求。

3.6 灌漿法

灌漿法就是利用具有固化作用的黏液填充到土壤縫隙中，從而達(dá)到增大土層穩(wěn)定性的方法。填充方式有很多，包括注射、滲透、擠壓等，最終目的就是把漿液送到指定的區(qū)域，占據(jù)土層顆粒之間縫隙，排走水分和空氣，在漿液硬化之后就會(huì)形成一個(gè)防水性能高和化學(xué)穩(wěn)定性良好的結(jié)石體，具有減少地基沉陷，提高地基承載力的作用。常用的灌漿液包括水泥砂漿、黏土水泥漿、黏土漿等。

4 軟土地基施工工藝注意事項(xiàng)

在運(yùn)用以上各種軟土地基處理工藝的時(shí)候，還應(yīng)該注意以下一些事項(xiàng)：

4.1 詳細(xì)勘察、測(cè)量當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)條件

按照工程的設(shè)計(jì)要求，對(duì)建筑地點(diǎn)的地質(zhì)條件進(jìn)行詳細(xì)的勘察和測(cè)量。參考?xì)v史資料，利用現(xiàn)有數(shù)據(jù)，對(duì)當(dāng)?shù)剀浲翆拥牧W(xué)性能、承載力、抗剪切力等做到心中有數(shù)，避免因?yàn)椴涣私鈱?shí)際情況而造成決策失誤。

4.2 制定合理的施工計(jì)劃和進(jìn)度安排

任何建筑工程都離不開施工計(jì)劃的指導(dǎo)，軟基處理也不例外。在進(jìn)行軟土層地基處理的時(shí)候，要根據(jù)當(dāng)?shù)剀浲翆拥膶?shí)際分布情況、力學(xué)性能，結(jié)合工程的設(shè)計(jì)要求、承載能力，選擇合適的軟基處理工藝，并制定合理的施工方案和進(jìn)度安排。充分考慮到各種突發(fā)狀況，制定應(yīng)急措施，全面把控軟基處理的全過程。

4.3 重視樁基的保護(hù)

在應(yīng)用樁基法的時(shí)候，特別是有深層樁基的時(shí)候，要注意對(duì)樁基的保護(hù)，避免在惡劣的環(huán)境條件下處理軟土層。尤其是在低溫環(huán)境下，軟土層地基的力學(xué)性能變差，樁基的力學(xué)性能也變差，給軟基處理增加了難度。

4.4 參考實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

在實(shí)際施工過程中，要根據(jù)軟土層的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)展開工作。在真實(shí)數(shù)據(jù)的指導(dǎo)下，才能提高對(duì)軟基處理的有效性，提高工作效率與質(zhì)量，保證設(shè)施的使用壽命滿足要求。

5 結(jié)語

水利水電工程不僅關(guān)系著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展腳步，也關(guān)乎廣大人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全。地基又是水利水電工程的根本，在遇到軟土地基的時(shí)候，我們更要加大重視力度，不能掉以輕心。在面對(duì)軟土地基的時(shí)候，可以采用多種施工工藝進(jìn)行處理，例如換填法、硅化加固法、添加劑法、樁基法、強(qiáng)壓法、灌漿法等。在采用這些方法時(shí)，要因地制宜，具體問題具體分析。在充分了解當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)情況的基礎(chǔ)上，結(jié)合設(shè)計(jì)要求和施工進(jìn)度要求，選擇合適的施工工藝。在軟基施工的過程中，施工質(zhì)量管理與施工技術(shù)同樣重要，二者缺一不可。只有將二者結(jié)合起來，才能確保水利水電工程建設(shè)的順利完成。

參考文獻(xiàn)

[1] 吳天意.水利水電工程地基施工技術(shù)[J].黑龍江水利科技，2012，（11）.

[2] 石梅紅.水利施工中軟土地基的處理方法探析[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2014，（23）.

[3] 賈飛宇.水利工程施工中軟基基礎(chǔ)處理技術(shù)[J].黑龍江水利科技，2015，（1）.

[4] 陳德華.軟土地基基礎(chǔ)上水利施工處理方法[J].廣東科技，2014，（20）.

[5] 劉飛.關(guān)于水利工程軟基處理技術(shù)的探討[J].科技風(fēng)，2013，（21）.

（責(zé)任編輯：黃銀芳）