軟土地基處理技術(shù)在水利施工中的應(yīng)用

□張蔚雯

軟土地基是經(jīng)過長期水流的浸泡而形成的，其組分一般由有機質(zhì)土、粉質(zhì)沙土、泥炭黏土等不同土質(zhì)結(jié)構(gòu)組成，軟土地基土壤含水量較大，地下水位較高，其承載能力較低，土層結(jié)構(gòu)極易松動發(fā)生變形，而大多數(shù)水利工程建設(shè)均會涉及到軟土地基，由于軟土地基自身的不穩(wěn)定性特點，經(jīng)常導(dǎo)致地基下沉或變形，造成建筑物穩(wěn)定性差，甚至造成建筑體撕裂，嚴(yán)重威脅群眾生命財產(chǎn)安全。因此，在施工前，相關(guān)單位必須加強對施工地進(jìn)行勘查，深入了解施工地土體地質(zhì)類型，針對不同軟土地基采用科學(xué)合理的處理技術(shù)，以確保施工區(qū)地基穩(wěn)定，進(jìn)而保證水利工程施工質(zhì)量和安全。

1.軟土地基特點

1.1 孔隙度大

通常軟土地基中土壤的含水量較大，土壤顆粒的交接處存在難膠結(jié)現(xiàn)象，導(dǎo)致土壤之間孔隙度較大，在施工時影響夯實效果。

1.2 壓縮性強

由于軟土地基的土壤含水量大，在施工時地基在承載一定壓力后，會出現(xiàn)快速排水的現(xiàn)象，導(dǎo)致土壤體積快速縮小并出現(xiàn)凹陷或下沉等問題，表現(xiàn)出較強的可壓縮性，嚴(yán)重影響軟土地基的施工。

1.3 透水性差

相比其他地基，軟土地基土層地下水位較高，土壤透水性較差，據(jù)相關(guān)研究表明軟土地基的垂直滲透參數(shù)僅為10-4～10-8cm/s，其水分難以下沉或者下沉需要漫長的時間完成，期間大部分的水被地表和地上建筑物吸收，甚至產(chǎn)生復(fù)雜的生化反應(yīng)，直接降低各建筑物的使用壽命。因此在軟土地基施工前必須花費大量的精力物力對其進(jìn)行排水固結(jié)工作。

1.4 擾動性強

軟土地基地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，極易受外界環(huán)境的影響，如發(fā)生洪災(zāi)、泥石流或者地震等災(zāi)害，軟土地基極易發(fā)生變形，加之建筑物的施壓，軟土地基的沉陷速度會越來越快，最終導(dǎo)致建筑物直接坍塌。

1.5 觸變性強

觸變性是指物體自身出現(xiàn)某種形式的觸發(fā)而引起自身性質(zhì)發(fā)生變化，軟土地基具有這種特性，在未發(fā)生觸變時軟土地基呈固態(tài)形式，但在受到間斷性外力或者振動時，會使原有的固態(tài)形式轉(zhuǎn)變?yōu)榱黧w形式，這一特性嚴(yán)重影響水利工程的建設(shè)和已建工程的安全穩(wěn)定性。

1.6 土壤分布復(fù)雜

軟土地基土層一般由多層土層組成，且每一土層的特性均不相同，同時與周邊土壤的性質(zhì)也不同，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣，分布錯亂極不均勻，同一塊軟土地基上，土壤可能緊實可能松散，在受力時緊實的土壤會向受力點外擠壓，而松散的土壤則會垂直擠壓，導(dǎo)致軟土地基呈現(xiàn)不規(guī)則沉陷的特點。

2.軟土地基處理技術(shù)在水利施工中的應(yīng)用

2.1 換土處理法

水利工程建設(shè)軟土地基換土處理法是操作工藝最為簡單、效果最為明顯直接的技術(shù)，它可以直接改變施工區(qū)域的土壤性質(zhì)。軟土地基換土處理法是直接用大量的沙壤土、水泥或灰土等替換軟土，直接改變軟土土質(zhì)性質(zhì)，以滿足水利工程建設(shè)地基的施工要求，例如南水北調(diào)臨清魏灣節(jié)制閘軟土地基處理中采取的就是水泥土置換，經(jīng)過換土處理后該區(qū)域地基承載力得到極大的提高。但是此方法也存在一定的局限性，例如此方法僅適用于軟土土層較薄的施工區(qū)域，而且要求置換土質(zhì)距離施工區(qū)域較近，一旦置換土質(zhì)需要長距離運輸則極大的增加換土成本，同時施工區(qū)域地形和氣候等外界因素也會影響換土法的施工質(zhì)量，此外換土后土質(zhì)的壓實度也同樣重要，若未達(dá)到相應(yīng)的緊實度，極易造成施工后期土層沉陷，因此在軟土地基換土處理時，首先應(yīng)深入調(diào)查施工區(qū)域的地形、氣候和施工區(qū)周邊置換土質(zhì)分布范圍等，選擇最優(yōu)的換土方案，在換土后應(yīng)采用專門的機械振動進(jìn)行壓實，充分降低沉陷的風(fēng)險，提高地基整體的承壓能力。

2.2 排水固結(jié)技術(shù)

排水固結(jié)技術(shù)是目前應(yīng)用最普遍的軟土地基處理技術(shù)，其主要是通過外部擠壓將土層中的多余水分通過相關(guān)排水模式科學(xué)排出土壤，并使軟土地基的其他性能保持完善。當(dāng)前軟土地基的排水技術(shù)采用最多的方式是水管排水和砂井排水，水管排水主要應(yīng)用于地下水位淺或者施工工程戰(zhàn)線長的軟土地基，此方法排水速度快、排水效果好；砂井排水主要適宜在地下水位較深的施工區(qū)域使用，此方法的缺點是排水需要耗費大量時間。軟土地基排水固結(jié)技術(shù)中的外部壓力系統(tǒng)主要采取超載真空加壓的方式，該方法可以顯著加快排水效率。大量實踐研究表明排水固結(jié)技術(shù)能夠有效排除軟土地基中的水分，保證水利工程建筑物的順利施工，但是部分專家對此技術(shù)存在不同的見解，他們認(rèn)為通過排水固結(jié)僅能在短時間內(nèi)改善軟土地基性質(zhì)，在經(jīng)過一段時間的積累后水分還會流回地基，這樣無法保證軟土地基的長期穩(wěn)定性。

2.3 化學(xué)固結(jié)技術(shù)

化學(xué)固結(jié)法是將硅酸鹽類、水泥、聚氨酯類或石灰等化學(xué)物質(zhì)加入軟土地基中，并將其物質(zhì)與軟土土壤充分混均，使這些材料與軟土土壤發(fā)生一系列物理、化學(xué)生物反應(yīng)，最終形成一種穩(wěn)定堅硬的復(fù)合地基，此方法常用于水利工程的邊坡處理等。此外，目前軟土地基邊坡處理中還有化學(xué)硅化技術(shù)，其以電滲法為原理，以注漿完成初步化電動硅化的施工工序，然后在各化學(xué)參數(shù)的影響下發(fā)生反應(yīng)，使軟土地基中水分逐步膠狀化，進(jìn)而改善地基的柔軟度，增加軟土地基的載荷。

2.4 加筋填土技術(shù)

加筋填土技術(shù)是是由加筋技術(shù)和填土技術(shù)結(jié)合形成的。加筋技術(shù)是在軟土地基中添加一層具有抗拉力的金屬板或其他土工合成材料，通過加筋材料和軟土土壤的高強度摩擦力，促使軟土地基和加筋材料形成一個結(jié)實的整體，加筋材料的填入可以改善地基的應(yīng)力分布，降低地基的側(cè)向位移和整體變形的風(fēng)險，進(jìn)而提高軟土地基的穩(wěn)定性。填土技術(shù)是將軟土地基下層部分比較潮濕柔軟的土壤清除，然后采用一些抗拉能力強、韌性高、穩(wěn)定效果好的廉價材料進(jìn)行填充，填充材料可以選擇碎煤灰、碎石子或者尾礦等廢棄材料，在填充材料時，需要合理控制填充厚度和材料緊實度，以保證填土技術(shù)的處理效果，通常墊層厚度需大于地面厚度的0.3%。加筋填土技術(shù)的特點是軟土地基施工期短、施工效率高，但是操作過程較為繁瑣，此項技術(shù)的應(yīng)用需要清除部分土壤，然后采用回填技術(shù)進(jìn)行分層回填，然后利用專門的壓實設(shè)備進(jìn)行分層壓膜處理。

2.5 樁基處理技術(shù)

樁基處理技術(shù)主要應(yīng)用于軟土地基較厚的工程，當(dāng)軟土地基存在較厚的淤泥時就無法采用大面積深埋或者其他方式，只有借助樁基技術(shù)才能進(jìn)行深層土壤固結(jié)，且起到良好的軟土地基處理效果。樁基技術(shù)的應(yīng)用也較為成熟，其主要樁基技術(shù)包括砂石樁、木樁和混凝土樁等，目前主要采用混凝土樁，混凝土樁技術(shù)是通過機械成孔的方式，將適量的混凝土等化學(xué)材料通過樁孔注入到軟土地基深處，同時依據(jù)混凝土等化學(xué)材料的放熱或離子交換等物理化學(xué)作用，使得軟土地基的性質(zhì)發(fā)生改變形成統(tǒng)一穩(wěn)定的復(fù)合土體地基。通常混凝土樁基處理技術(shù)有多種方式，包括鉆孔灌漿法和鉆孔旋噴法等，鉆孔灌漿法是直接鉆孔，然后在常壓條件下通過鉆孔將混凝土注入其中，而鉆孔旋噴法是將帶有噴嘴的鉆管鉆到預(yù)定深度，然后采用高壓脈沖泵或氣壓液壓將灌漿向預(yù)定土層四周高速旋噴，高速旋噴即可以壓實土層，又可以將漿液與土壤充分混勻，在混凝土固結(jié)后在軟土地基深層形成一層堅硬穩(wěn)定的樁體，但是當(dāng)土層中有機質(zhì)含量較高時，會影響旋噴法的應(yīng)用效果。樁基處理技術(shù)可以有效降低軟土地基變形或沉降的風(fēng)險，在施工時應(yīng)嚴(yán)格遵循施工工藝，避免管道堵塞，嚴(yán)格控制灌漿壓力和深度，以保證工程的長期穩(wěn)定性。

3.軟土地基施工注意事項

3.1 施工前注意事項

施工前的調(diào)查和準(zhǔn)備工作對軟土地基的施工質(zhì)量是十分重要的，通過現(xiàn)場深入勘查確定適宜的施工圖紙，進(jìn)而才能確定施工區(qū)域的具體處理方式，在現(xiàn)場勘查中主要注意以下事項：

施工環(huán)境勘查：水文、地形地貌是影響軟土地基施工的主要因素，相關(guān)單位應(yīng)綜合調(diào)查施工區(qū)的外界環(huán)境，并根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)資料對軟土地基進(jìn)行科學(xué)分析，然后根據(jù)勘察和測量的結(jié)果制定科學(xué)的軟土地基處理方案，以避免盲目施工造成經(jīng)濟損失。

施工區(qū)地質(zhì)條件：積極采取螺旋板載荷或靜力觸探等技術(shù)，并結(jié)合工程鉆探等技術(shù)測定不同深度軟土土層的承載力，此外，施工前應(yīng)進(jìn)行預(yù)定施工材料改變軟土土質(zhì)的模擬實驗，確定施工區(qū)軟土地基處理的各項施工參數(shù)，從而避免施工中出現(xiàn)失誤，保證施工的順利安全進(jìn)行。

季節(jié)性氣候變化特點：相關(guān)調(diào)查員必須重視施工中氣候的影響，應(yīng)結(jié)合歷史氣象資料和當(dāng)年氣象局提供的資料綜合考慮計算施工期的氣候條件，盡量避免氣候?qū)μ厥馐┕すに嚨挠绊懀駝t不僅會延長施工周期，還會影響工程質(zhì)量和預(yù)期效果。

3.2 施工時注意事項

在進(jìn)行軟土地基施工時必須嚴(yán)格按照施工方案進(jìn)行，同時結(jié)合實際施工地狀況注重細(xì)節(jié)問題，例如應(yīng)用樁基處理技術(shù)時要保證樁孔的垂直不發(fā)生傾斜，否則造成樁柱在重力作用下發(fā)生塌孔或斷樁等事故；在灌漿時注意灌漿濃度、速度和壓力，防止灌漿不均勻影響最終處理效果，同時要注意樁孔堵塞問題，要合理控制物料比，并定期對其進(jìn)行清孔；在換土法施工時為避免超挖等失誤，在機械挖掘至預(yù)定要求0.5m時采用人工挖掘完成；此外在整個施工過程中應(yīng)設(shè)立嚴(yán)格的監(jiān)督監(jiān)控制度，實時監(jiān)控，并定期對施工者和相關(guān)人員進(jìn)行培訓(xùn)，在保證安全第一的前提下保證施工質(zhì)量和效率。

3.3 施工后注意事項

在施工結(jié)束后應(yīng)介入第三方檢測機構(gòu)進(jìn)行項目建設(shè)質(zhì)量評估，保證后期應(yīng)用的安全性和穩(wěn)定性。同時相關(guān)部門應(yīng)加強施工后期維護(hù)保養(yǎng)工作，制定完善的后期維護(hù)管理制度，引進(jìn)專業(yè)型人才，定期對水利工程建筑物和軟土地基進(jìn)行安全性檢測，確保工程的長期穩(wěn)定運行。

4.結(jié)語

綜上所述，軟土地基作為水利工程建設(shè)的首要解決難題，具有很多處理技術(shù)，不同技術(shù)各有優(yōu)缺點，因此在實際施工中需要結(jié)合該區(qū)域調(diào)研結(jié)果，綜合考慮施工地地質(zhì)環(huán)境、氣候和經(jīng)濟效益等多種因素，選擇科學(xué)的軟土地基處理技術(shù)，在施工時嚴(yán)格遵循施工標(biāo)準(zhǔn)的同時，積極總結(jié)施工經(jīng)驗，大膽創(chuàng)新新型技術(shù)，推動軟土地基處理技術(shù)的高速發(fā)展。