水利施工中軟地基處理技術的應用

胡世沖

(江西洪都建筑工程有限公司，南昌 330038)

1 軟基處理基礎性研究

1.1 軟基特征

軟土地基是粒徑小的顆粒狀土的集合體，整體的含水量高，空隙較大，在力學性能方面表現為抗剪強度低，土層在承受高壓強壓的情況下極易壓縮，在土層面產生較大的變形。在高溫情況經過暴曬的軟地基土層由于含水量高土壤水分快速蒸發，土層空隙增多，土體疏松，這一特征給水利施工帶來相當大的難度。具體來說軟土地基通常具有以下特點：

1)整體強度低:軟土地基大多由處于軟塑或者流塑狀態下的黏性土構成。黏性土含水量大，較為疏松，整體強度低，導致無法負荷工程壓力，易造成崩裂和塌陷等工程問題。

2)透水性差:軟土地基土體中結合水量較自由水量多，在一般情況下水力梯度較小時只有自由水滲出，所以透水性較差。在施工過程中土體中有大量水分以結合水的形式賦存在土體中，影響水利施工工程的整體質量。

3)壓縮性高:軟土均屬于高壓縮性土，一方面軟土的含水量高，另一方面軟土的空隙多，對土體施加強荷載作用土體極易壓縮。在水利工程施工中，隨著工程進度的推進地基承受荷載量加大，工程風險增大，極易造成軟地基塌陷，給工程帶來巨大損失。

4)沉降速度快:由于軟土地基的高壓縮性，在土體縱向的表征是沉降大且速度快。因此，隨著水利施工作業的進行軟土地基上覆荷載的增大沉降速度會進一步加快，極度影響施工工程上覆構筑物的穩定性。

5)不均勻性:軟基的構成成分往往多樣化，通常是由不同土質的土體構成，不同土質其強度和硬度有很大的差別。因此，在水利施工過程中，軟基易發生不均勻沉降，進而引起施工建筑物的塌陷。

1.2 軟基處理工作流程

1)施工環境的勘測。

施工環境是水利施工的基礎背景，不同的施工環境對應不同的施工條件，為了提高施工的速度同時保證施工的質量，應對施工進行合理規劃，以趨利避害。例如，旋噴法在高有機質軟土地基上的應用并沒有顯著的加固效果，若在有機質含量高的土層使用旋噴法，就會給工程帶來巨大損失。在水利工程軟地基的實際施工前，應做好地質條件的勘測，掌握地基處理的范圍以及目標。

2)施工條件的確定。

施工單位應掌握軟基處理的施工方法，并對現有的技術水平有準確的定位評估，以現有的施工條件為依據做以往工程的類比分析。

3)擬定可行方案。

根據施工環境和施工條件初步選出幾種可行方案，在這幾個可行方案中再進行綜合考慮擬定一個合理方案。

4)地基施工和檢測。

對軟地基進行施工，施工后對軟地基進行檢測、檢測和反分析確定工程是否符合要求，若不符合要求，則需要進行對之前的工序進行調整直至工程合格。詳細流程見圖1。

圖1 軟基處理工作流程

2 水利施工中軟地基處理技術應用方法

2.1 換土法

換土法是將原軟基中的軟土層開挖后用強度較大的填埋層進行替代的一種方法。這一方法適合軟土層厚度在0.5-3m的情況，若墊層太厚會加大施工成本，墊層太薄對于施工后的土層強度增加效果不顯著。一般采用的墊層有砂墊層、碎石墊層、灰土墊層等，這些材料強度較高、性能穩定且無侵蝕性，能夠保證換土后的地基達到工程標準。對于不同的墊層，經過試驗結果分析得到的應力分布情況較接近，沉降特點也是基本相似，所以在進行計算的時候可以按照砂墊層的計算方法來進行確定。需要特別注意的是當處理特殊土采用換土法處理時，在設計中要因所需解決的問題不同而要經過特殊設計，例如對于季節性凍土采用換土法主要目的是解決凍脹性，在施工設計中應著重考慮凍脹問題。常用墊層的選材如表1所示。

表1 常見墊層的選材表

2.2 排水固結法

排水固結法主要有兩種形式：①對于含水量較小的軟地基，對地基進行預熱使得土層通過加速蒸發的方式排除水分，提高地基的強度。②在軟地基土層排設排水管道，通過對上層土層加壓將土層中的水分排入排水管道，進而排出地基，降低土層的含水量，增強地基的穩定性。排水固結法的應用關鍵點在于加壓和排水兩個程序的結合使用。加壓可以采用軟土預壓，通過預壓地基提高土層的承載力和強度，在水利施工中，對軟基預壓所施加的壓力應等于或大于公路的承載力。目前應用較為廣泛的是真空預壓排水法。具體分類施工情況如表2所示。

表2 排水固結法分類施工情況表

2.3 深層水泥攪拌技術

深層水泥攪拌技術是將固化劑用特殊機械注入軟基中，后將固化劑和軟土進行強制攪拌使得軟土的強度得到提高的一種技術。一般情況的固化劑是以水泥為主要的材料，隨著攪拌的次數的增加，軟土和固化劑結合的越均勻，水泥土的強度也逐漸提高。但是，時間的控制會關系到工程的成本，所以施工前需要進行試樁試驗，試樁試驗在每一標段所選試驗樁應大于7根，試驗7d后開挖得到試樁或是14d后取試樁芯進行無側限抗壓強度，以及在現場進行輕型動力觸探試驗得到攪拌樁與樁土間的承載力，以此為依據判斷設計水泥樁是否達到設計要求。具體的施工流程如圖2所示。

圖2 深層水泥攪拌技術施工流程圖

2.4 化學固結法

添加劑法是將化學試劑添加到軟土土體中，以通過改變土壤結構增強軟土的輕度和承載力的效果。其次，化學添加劑的混入因發生的一系列化學反應改變了軟土的性質，增強軟地基的堅固性和穩定性。較為常用的化學試劑為氯化鈣與水玻璃溶劑。

3 強排水與動力固結法進行軟基處理實現方式

針對軟基處理技術中的強排水與動力固結進行實現流程的論述。

3.1 強排水與動力固結強夯施工實施流程

根據圖3強排水與動力固結強夯施工工藝流程示意圖，施工具有以下過程：

1)準備階段：

施工機具的準備：降水設備和強夯設備。

施工人員的準備：施工人員的培訓和施工人員的組織。

施工現場準備：平整場地、測量防線、施工組織設計、施工總平面圖和進度計劃。

2)施工階段：

排水和夯擊交錯進行，往復三次進行結果檢測。

3)檢測階段：

施工結束后，去相應的試樣或者進行小規模的現場試驗對施工結果進行檢測。一般檢測的項目表面沉降、空隙水壓力、分層沉降、室內土工試驗對比和堆載預壓區沉降等，一般所使用的檢測方法為砂墊層試驗檢測法、厚度檢測法和寬度檢測法等。

圖3 強排水與動力固結強夯施工工藝流程圖

3.2 工程實例

京唐港為唐山港的一個港區，位于渤海灣的北岸，東南方向距離唐山市80km，向東距離秦皇島有64海里，向西距天津新港有70海里。該場地處地基松散、含水量較大，地質條件自上而下依次為吹填土、吹填土前池抗表層、素土層、粉細砂和深層黏土五層。雖然初步擬定選用強夯法處理經濟效益高，效果也較為良好。但是本工程所處的地基是粉砂和粉質黏土且含水量極為豐富，更加適合采用強排水與動力固結強夯法進行現場實際施工。工程設計劃分了5個地基處理區間，表3提供了地基處理的方式。

按照上文已經介紹的強排水與動力固結強夯法進行現場施工后，得到了強夯階段土的強度變化圖如圖4所示。

表3 地基處理的設計標準和要求表

注：a、上述區域劃分是根據現場土質條件及形成的陸域條件劃分的,其中A、B區為堆取料機軌道梁區；C、D區為堆場區域；E區為輔建區域。b、吹填區域地基處理采用強排水與動力固結，面積約為46萬m2。

圖4 強夯階段土的強度變化圖

1)代表夯擊能與時間的關系。

2)代表體積變化與時間的關系。

3)代表孔隙水壓力與完全液化壓力之比隨時間的變化。

4)代表極限壓力與時間的關系。

5)代表液化及強度喪失過程。

6)代表孔隙水壓力消極及強度增長過程。

7)代表觸動的恢復過程。

通過圖4可以分析得出，使用強排水與動力固結強夯法處理粉砂和粉質黏土含量較多的軟基具有可靠的效果，減少了孔隙，增強了軟基的抗承載力，加大了強度，使得工程可以有保證的順利進行。

4 結 論

在水利施工過程中對軟地基進行處理十分重要，若處理不當將會帶來極深遠的負面影響。因此，文章通過對軟地基的特性分析，梳理軟基處理的決策流程同時對強排水與動力固結強夯法的實施流程進行了較為詳細的描述。

通過強夯階段土的強度變化圖的展示簡略分析了工程效果，得到強排水與動力固結強夯法對處理粉砂和粉質黏土含量較多的軟基具有可靠的效果的結論。文章給工程施工提出可靠參考內容，以期軟地基處理技術在應用中起到更好的加固效果，保證水利工程施工的順利進行，提高水利工程的整體質量。

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