水利施工中軟土地基處理技術研究

王長波

摘 要：水利工程是我國重要的基礎設施，對促進國家經濟發展和保障人民生活質量具有深遠意義。在水利工程建設中，軟土地基處理問題始終未得到有效解決，給施工帶來了較大難度。為此，根據軟土地基的主要特征，對水利施工中軟土地基處理技術進行詳細論述，以期為相關部門提供參考。

關鍵詞：水利施工;軟土地基;換填法;打樁置換法;預壓法

中圖分類號：TV551.4 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2021）28-00-03

Abstract： Water conservancy project is an important infrastructure in China， which is of far-reaching significance to promote national economic development and guarantee people’s quality of life. In the construction of water conservancy projects， the problem of soft land base treatment has not been effectively solved， which brings great difficulty to the construction. In this regard， according to the main characteristics of soft land base， to discusse the soft land base treatment technology in water conservancy construction in detail， with a view to providing reference for relevant departments.

Keywords： water conservancy construction;soft land base;replacement method;piling replacement method;preloading method

軟土一般是指在靜水和緩慢流水環境中沉積，以黏粒為主并伴有微生物的近代沉積物。軟土是一種呈軟塑到流塑狀態，以灰色為主的細土粒，如淤泥和淤泥質土、泥炭土和沼澤土，以及其他高壓縮性飽和黏性土、粉土等。其中，淤泥和淤泥質土是軟土的主要類型。

軟土地基由淤泥、粉土、飽和黃土等含水量大、土質松軟的土體組成，主要分布在沿河沿海區域。水利工程建設主要圍繞著河流、湖泊等開展，經常遇到軟土地基。軟土地基具有觸變性、滲透性等特性，若在施工中不對其進行技術處理，會導致工程項目建設存在較大的安全隱患。因此，加強對軟土地基的處理至關重要。

1 軟土地基的主要特征

軟土是一種常見的土壤結構。在水利工程中，軟土地基處理技術十分重要。軟土地基的主要特征為透水性差、孔隙比大、土層分布復雜、含水量高、易壓縮、靈敏度高及各種物理性質差異大等[1]。其特征對常規施工操作來說極為不利。軟土地基產生的重要原因是當地年降水量大，氣候濕潤。軟土地基主要分布在湖泊、沼澤、河流、濱海的下流沖積扇中。

此外，軟土地基的承載能力極差。相關數據顯示，軟土地基的承載力≤50 kN/m2，孔隙比在1～2，含水量在50%以上。有些軟土地基的含水量遠遠超過200%，透水性差，水分保留在土壤中，飽和度高[2]，滲透指數≤1 mm/d。

軟土中過高的水分導致土壤結構流動性強，不利于開展壓實固結施工操作。同時，軟土抗剪強度低，整體小于30 kN/m2，抗擾性弱，靈敏度較高。在水利工程中，正常狀態下軟土地基的土體結構抗剪強度為30 kN/m2。若受到破壞，抗剪強度甚至可以忽略。

2 軟土地基的勘查技術

在水利工程施工中，要對軟土地基進行詳細勘查，記錄相應的數據，從而選擇有針對性的處理方案，確保工程施工正常進行。對于軟土地基的勘查，可以從軟土分布區域及其范圍、物理特性、軟土深度和對工程施工的影響這幾個方面展開，以獲取所需數據。具體來說，勘查工作主要包括以下3部分。

2.1 地面測繪調查

在施工前，開展地面測繪調查工作，完成地形地質的5個測量任務：①運用儀器對軟土地基的地形地貌進行測量和分析;②對軟土地基的形成原因進行分析，并測量分布深度，繪出分布范圍，展開地基層性質研究和分析;③根據軟土地基的組成結構，對砂夾層的厚度、顆粒大小、結構形態、性能等展開研究和分析[3];④土層性質分析，對軟土的上下層土壤結構進行測繪，并得出軟土層的埋深;⑤根據所得數據確定最終地下水水位、結構類型等。

2.2 確定勘查點和勘查手段

2.2.1 勘查點。不同勘查點測繪得出的數據存在一定差異，不具代表性，因此需要選擇合適的勘查點。一般來說，需要結合地形組織結構和施工地基位置確定勘查點，勘查點的間距通常在30 m之內[4]。若是施工環境較為復雜，可以調整勘查點的分布，適當增減，避免出現個別土層沒有測量的情況而影響整個水利工程的施工。同時，確定勘查點的深度，結合施工要求，對軟土的底基性質進行分析和研究，保證其能滿足施工要求。

2.2.2 勘查手段。勘查手段有鉆探式勘查、室內土工試驗、原位測試等[5]。其中，最為常用的勘查手段為原位測試。原位測試指在施工位置進行原地勘查，用十字板剪切試驗和靜力觸探等方式了解軟土地基的狀況，掌握其各項數據。鉆探式勘查手段是劃分土壤層次的一種關鍵手段，通過鉆探獲取樣本，對所得砂石樣本進行研究和分析。操作時，要避免鉆探產生的物理性改變軟土地基性質，進而影響數據的精準性和代表性。室內土工試驗主要用于檢驗施工區域軟土地基的物理化學性和力學性。通常情況下，必須進行無側限抗壓強度試驗、直剪試驗、固結且不排水抗剪試驗、固結試驗等得出試驗數據，制定相關標準，規范軟土地基上的水利工程建設[6]。

2.3 軟土地基的分析和評價

按照收集所得的數據進行軟土地基性質分析和評價。評價內容主要包括均勻度、靈敏度、承載力、沉降性能這4個方面。具體而言：均勻度指軟土地基的整體壓縮程度和強度;靈敏度指結構變化狀態，靈敏度越高變化程度越大，需要利用科學的持力層進行加固和穩定，而選擇地表硬殼不僅可以實現穩定的效果，而且有利于節省施工成本;對于承載力，需要根據軟土地基的性質、結構等進行全面分析和評定;對于沉降性能，需要利用特殊計算模式，將地區經驗系數和地質沉降模式結合起來，推算出軟土地基的沉降性能。待到測量結束后，匯總室內試驗、勘探和地面測繪的數據并將其制作成表格，從而為施工設計師開展圖紙設計提供參考。在整理地質勘查報告時，要將工程地質類型、規模、可行性預測等納入其中，并給出軟土地基的處理方法和應對措施。

3 水利施工中軟土地基處理技術

3.1 換填法

在水利工程施工過程中，采用換填法對軟土地基進行處理。通過挖除軟土基層中的淺層土塊，填入礦渣、素土、灰土、砂石、卵石等穩定性高、性質生硬、強度高且抗侵蝕性強的物料，再根據土層的具體情況，往軟土層中填入不同類型的物料或者進行分層填充，利用機械碾壓加固其密度和強度，擠出空氣和水分，從而使其整體土質滿足施工要求。從根本上來說，換填法的目的是打造人工地基。通過改造土層結構，改造軟土組成物質，使其具備較強的穩定性和強度，提升適用性。研究顯示，換填技術可以大幅度減輕沉降量，增強土壤持力層的承載力，提升土層穩定性，并有效控制軟土地基的濕陷性和脹縮性[7]。作為一種常用的處理技術，換填法適用性較強，能有效解決大面積軟土地質施工問題。因而，其經常被用于處理低洼區域、濕陷性黃土、季節性凍脹土及膨脹土等。一般處理的軟土地基深度為2～3 m。

3.2 打樁置換法

由于軟土地基很難承受工程施工強度，因而需要進行加固和壓實，此時可通過打樁置換法將軟土地基置換為強度較大的人工復合地基。通過填充碎石、砂等材料，對軟土地基進行加固，增強地基強度。利用置換法處理軟土地基的過程如圖1所示。

在置換理念下衍生出了一系列施工方法，如碎石樁法、石灰樁法等。工作人員要結合實際施工需求選擇合適的置換技術。

碎石樁法指利用振沖器向軟土地基中噴射高壓水，將地基空出一個孔，接著向孔中填入碎石、砂等堅硬的物料，形成一個柱狀體。同時，根據施工需要，科學布置樁體數量和位置。這種由土質和碎石樁結合而成的復合地基，強度和穩定性都較高，能滿足施工需求。該處理技術可以有效避免地基坍陷等問題，減少不良地基的存在。在置換技術中，碎石樁法的最大優勢在于成本低，不受地下水位影響，在以往應用過程中呈現出較好的效果，一般用于淤泥砂土和粉土地基。

對于柔軟性過高的黏土地基，一般選用石灰樁法。通過利用機械在黏土地基內部打孔，構建一個中空地帶，然后向中空地帶填充生石灰，并用機器進行壓制，形成一個地下樁。借助生石灰遇水發生化學反應這一特性，改變黏土性質，并通過生石灰和土的物理反應改變土層結構，以提高整個土體的性能。此外，還可以結合實際情況，在生石灰中添加其他物料發生相應反應，滿足施工要求。

3.3 水泥攪拌樁和注漿法

水泥攪拌樁法應用的關鍵在于固化劑。通過在軟土層添加固化劑改變軟土性能，起到加固的效果。一般來說，固化劑的組成物質主要是石灰和水泥。操作過程為利用攪拌機將水泥或石灰和其他物質混合形成固化劑送入軟土層中，接著進行二次攪拌，使固化劑和土層融為一體，從而發揮固化劑的加固和穩定作用，提升土體的強度和硬度。水泥攪拌樁法多應用于含水量較高的土層，如黃土、粉土和淤泥等。

注漿法是處理軟土地基的一種重要技術。用注漿管將鉆土設置帶入軟土土層中，再將調制好的高壓制備材料注入土體。一般而言，高壓材料為水泥或者水泥混合物[8]。對于注漿技術，所用的注漿管道需要經過定制，保證在應用過程中可以進行地下土層的提升和旋轉，完成注漿工作。提升時要不停地旋轉，保證高壓制備材料充分融合，否則容易形成一面漿墻。

3.4 預壓法

預壓法是通過排水系統和加壓系統的配合，將軟土地基中多余的水分排出，進而提升軟土地基的固態。排水系統不僅可以將水平墊層和排水砂溝中的水分排出，而且可以通過塑料排水板進行垂直和水平方向的排水。加壓系統可以降低水位、強載預壓及真空預壓等。通過兩者的聯合應用，能發揮更大的排水效應。具體操作為將需要加固的軟土地基周圍的雜草和巖石清理干凈，在土層上鋪一層水平墊層，往下鋪設塑料排水板，讓墊層能橫向放置排水管道，之后利用加壓系統開展強壓，將軟土中含有的水分通過排水管排出。軟土地基中使用預壓法的技術要點如圖2所示。

預壓技術可以充分降低軟土地基中的含水量，提高軟土層的穩定性。但是，該技術不能完全使軟土層干燥，滿足施工要求，因而目前水利施工中很少應用。

3.5 加筋法和強夯法

加筋法主要是利用一些具有超強抗拉力的合成材料，將其放置在軟土層中，通過拉力產生摩擦力，引發土壤結構位移，從而使合成材料在土層中融合，進而提升軟土地基的性能。

強夯法即動力固結法，原理是利用起重設備將夯錘提升到一定高度，后使其自由下落，以一定的沖擊力作用在地基上，在地基土里產生極大的沖擊波，以克服土顆粒間的各種阻力，使地基密實，從而提高強度，減少沉降，消除濕陷性或者提高抗液化能力。強夯技術主要用于提升土質緊密度，增強土層結構。

3.6 松木樁處理技術

松木樁處理技術也是軟土地基處理的一項重要技術。根據軟土地基的范圍，選用合適的松木，一般直徑在20 cm即可。在打樁之前，需要把松木的一端削尖成一個標準的錐形，接著將錐形一端打入土層。在打樁過程中，可以利用人工打樁，也可以通過挖掘機打樁，但目前還沒有專門的小型打樁機。樁體一般圍繞地基四周布置，從外向內打，樁體預留長度在10～15 cm。打樁結束后，要根據實際施工情況適當鋸掉一部分樁頭，確保所有樁體水平相同。之后鋪上硬質物料，如煤渣、礦渣、石塊等，厚度在30 cm左右。硬質物料將樁體蓋住后，鋪平壓實，上面澆灌混凝土，待混凝土凝固后就可以開展后續的施工作業。

4 結語

軟土是水利施工工程中經常會遇到的土層類型，其處理效果會直接影響水利工程的施工質量。如果沒有對軟土地基進行科學處理會造成水利工程下沉，影響整體應用效益。因此，施工前需要進行詳細勘測，選擇合適的處理技術，提升水利工程的穩定性和安全性，以保證施工效果。

參考文獻：

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[2]張彩哲.水利工程施工中軟土地基處理技術研究[J].綠色環保建材，2019（5）：179.

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[4]趙文欣.水利施工中軟土地基處理技術的分析[J].建筑·建材·裝飾，2020（6）：105.

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