水利施工中軟土地基處理技術探述

文／甄剛 安徽水安建設集團股份有限公司 安徽合肥 230000

引言：

水利工程能夠起到防洪減災和供水的作用，對于調節地區水資源供給平衡有著重要意義。我國很多城市都在建設水利設施，隨著水利項目數量增加和施工規模增大，施工難度也不斷提升。軟土地基處理是水利施工過程中需要重點做好的工作，只有確保水利設施基礎的穩定，才能保障水利設施的安全性，從而為地區經濟發展和人民生活改善打下基礎。

1、軟土地基的主要力學特點

軟弱地基力學特點包括壓縮性高、透水性低、抗剪度低、觸變性、流動性和不均勻性。這些特點決定了軟土地基不具有穩定性，在應力條件發生變化的過程中軟土層結構也會發生改變，因此在工程施工時需采取措施處理軟土地基提升其穩定性。以下將分析軟土地基的主要力學特點。

1.1 壓縮性強

軟弱的孔隙比大于1，顆粒間存在著大量的水分、微生物和腐殖質等物質。過大的孔隙比導致軟土顆粒間無法形成穩定的結構，在力學條件發生變化時軟土結構也會發生變化。因為軟土在組成結構上具有以上的特點，所以軟土的壓縮性非常強，對軟土層施加壓力能將軟土顆粒壓縮在一起形成堅實的結構，因此工程建設過程中常常利用軟土的這種特點對軟土地基進行處理。此外，由于軟土中含有微生物和腐殖質物質，所以很多軟土層在長時間的積累過程中都無法形成穩定的結果，微生物的生命活動改變了軟土的結構組成，導致軟土間隙變大，從而影響了軟土的穩定性。

1.2 透水性低

軟土顆粒間的孔隙非常大，水分子能夠隨意通過軟土顆粒孔隙，在軟弱結構內部進行自由運動，使大量的水分停留在軟土中，無法有效進行滲透。研究發現在軟土的垂直面透水性非常差，水分基本不會穿過軟土層滲透到下層，大量的水分停留在軟土結構中，如果溫度降低水分子變成固體，軟土內部受力增加，軟土體積將會變大。低透水性對于工程施工而言非常不利，施工人員不僅無法有效地對軟土地基進行排水，而且也很難保障軟土地基結構的穩定性，施工的安全風險也很大。

1.3 抗剪度低

軟土的抗剪性非常低，無法承受較大的重量，在建筑物重力的作用下能夠出現明顯的變形情況。建筑物的主要組成是鋼筋和混凝土，這類材料自身就具備很大的重量，在建筑物重力作用下軟土地層必然發生變化，這種變化對于建筑物基礎的穩定性造成了巨大影響。此外，抗剪度低也決定了施工過程中無法采取常規的方法對其結構進行控制，需要適應特殊的方法進行處理，處理后方可在軟土地基上進行施工作業。

1.4 觸變性

軟土層結構中沉積的絮狀物較多，這類物質的特點是無法形成一體結構，在土層中以部分絮狀物的形式存在，如果受到外力作用絮狀物結構發生改變，形成分散的液狀物質。施工過程中需要使用大型的機械設備，設備運動產生的振動很容易改變軟土層物質結構，導致軟土層出現沉降。軟土的這種觸變性也增加了施工的風險，施工時市場遇到軟土層傾斜運動的現象，易導致施工機械設備和人員生命安全受到影響。

1.5 不均勻性

軟土層中含有多種物質，這些物質的顆粒大小和結構構成存在差異，無法形成牢固的整體，受力條件改變后不同的軟土結構將會發生不同程度的形變，因此導致軟土地基出現沉降。不均勻性還體現在軟土層級分布方面，很多軟土層都是分層存在，但層與層之間的排列方式并不規律，所以層級之間的穩定性相對較差。

2、水利施工中軟土層施工常見的問題

水利施工前需要對施工地區的土層進行勘察，如果發現軟土層需要采取措施處理，在處理過程中經常遇到軟土地基沉降和位移問題，這是影響施工質量的重要因素。以下將分析軟土地基施工時常見的問題。

2.1 軟土沉降

沉降是軟土地層災害之一，由于軟土結構、顆粒大小和分布方式都存在差異，所以在改變應用條件后軟土地層將可能發生沉降。施工時隨著開挖作業進行，土層結構發生變化，在水利沖擊下、機械振動作用下和軟土自身重力的影響下，軟土地基可能出現沉降。除了這些因素之外，地下水運動也會導致軟土地層發生沉降，因為地下水流動能夠改變軟土層的受力分布，當地下水流速增加時，軟土層對水流產生的壓力增加，由于壓力超過了軟土結構能夠承受的范圍，所以軟土層出現塌陷。這種問題在水利施工中較為常見，因為水利項目附近的地下水活動較為頻繁，季節變化和施工作業都會影響地下水運動，從而導致軟土層發生沉降。

2.2 軟土位移

軟土位移問題也很常見，這種問題出現在地上軟土層。水利施工過程中隨著下層軟土挖掘作業進行，上層軟土在重力的作用下發生位移。施工時需要對河道兩岸下層土進行清理，然后進行打樁施工作業，所以需要將兩岸下層的軟土挖出，隨著下層軟土不斷減少，河水對土層的沖擊力不斷增加，上層軟土的重力對土層產生的壓力增加，土層結構的承受能力無法支撐較大的軟土層，所以出現了軟土位移的情況。還有一種情況是施工過程中部分軟土層施工活動較為頻繁，軟土層的受力不夠均勻，受力較大的一側出現沉降，軟土層兩側出現高度差，較高一側的軟土無法在自身重力下發生位移，部分軟土流動到受力較大的一層，從而給施工作業帶來一定的危險。

2.3 其他問題

沉降和位移常見的軟土層施工時常見的問題，除了這2種主要的問題，還存在其他的次要問題。例如，施工時機械設備陷入軟土層、軟土層發生嚴重的滲水、腐殖質含量過多出現可燃氣體等，這些問題也會影響施工質量。如滲水問題可能導致施工作業無法順利進行，需要使用排水裝置進行排水處理，如果排水方法無法切實解決滲水問題，需設計其他方法，從而浪費了大量的施工時間。針對軟土層存在的多種問題，應該提前做好預防措施，結合軟土結構特點和施工要求設計處理方法，從而將軟土結構對施工造成的影響降低。

3、軟土層的存在對施工作業的影響

軟土層的主要特點是力學條件不穩定，這也是影響施工作業安全性和質量的重要因素。軟土層沉降導致施工安全風險增加、滲水問題導致施工難度增加、位移問題導致施工環境穩定性受到影響，這些問題對于整個施工作業的有序進行都產生了不利的影響。

3.1 影響施工作業安全性

水利工會施工對于施工環境穩定性的要求較高，如果施工環境發生改變，施工安全風險也會增加。例如，如果施工前未能做好地質勘察作業，無法全面掌握軟土的結構特點，在這樣的施工前提下設計施工方案，施工時可能發生安全事故。軟土層結構的直接變化和間接變化都會影響施工環境的穩定性，軟土層大面積地流動對施工的威脅最大，因此需要通過科學的方法對軟土層進行處理，提升軟土層的穩定性，防止安全事故發生。

3.2 影響施工作業的效率

施工時遇到軟土層后需要采取措施處理軟土層，這一過程需要花費大量的人力和物力，直接影響到施工進程。處理軟土層需要的時間較多，具體時間需要結合軟土層的規模和特點決定，而且如果處理效果不佳在后續依然需要投入一定的資源進行處理，進而影響施工效率。例如，施工時需要對軟土進行加固處理，這項工作需要調用大量的機械設備和施工人員，處理后需要進行質量檢測，在確保處理質量達標后方可開展施工作業，這一過程投入的時間和資源較多，對后續施工作業將會產生一定的影響。

3.3 影響施工作業的質量

軟土地基處理工作復雜且難度大，若處理不當可能影響施工作業質量。水利設施長期處于復雜的水環境下，如果水利設施的基礎穩定性較差，在受到水利沖擊力的作用后容易出現結構問題，進而演化成質量問題。例如，如果處理方法缺乏科學性，施工過程中軟土地基發生沉降，上層建筑的穩定性變差，不僅給施工作業帶來一定的危險，而且無法保障施工作業如期進行。軟土層的存在增加了施工作業的不確定性和施工難度，控制不當必將帶來各類質量問題，導致水利項目的施工進程和質量同時受到影響。

4、水利施工中軟土地基處理技術的應用

水利施工作業中，科學地處理軟土地基能夠確保施工質量，提升水利設施的安全性。常見的軟土處理技術包括壓實處理法、注漿處理法、固結處理法、排水處理法和注樁處理法等。以下將對這些處理方法的應用進行分析。

4.1 壓實處理法

壓實處理一般用于結構相對較為穩定的軟土地基中。使用壓實處理方法的前提是軟土層顆粒打下和結構組分較為一致，這樣在處理過程中不會出現不均勻沉降的物體。首先在施工區域開辟一塊場地，然后將壓實機械裝置運輸到施工場地，之后在施工場地上進行壓實處理，最后進行平整工作即可。壓實過程中需要應用夯實機械，通過重錘對軟土施加壓力，在高強度的壓力下軟土發生收縮，軟土顆粒間隙減少，并形成牢固的整體，最后使用壓平機械設備進行多次碾壓。在壓實過程中也會使用振動裝置，這種裝置的作用是破壞軟土的絮狀結構，使軟土顆粒能夠分散，進而創造良好的壓實作業環境，提升壓實作業的效果。實際施工中壓實處理法常與其他方法一同使用，這種方法處理效果好，但受軟土結構限制且處理效率低。

4.2 注漿處理法

注漿處理的原理是通過混凝土漿體改變軟土的內部結構，使軟土內部形成牢固的結構。處理過程中硅酸鹽混合漿體應用廣泛，這種漿體能夠與軟土物質發生反應，并在軟土內部形成堅硬的物質，提升軟土的穩定性。注漿前需要了解軟土的結構組成和各類成分的比重，合理地選擇漿體，施工時借助于導管將漿體注入到軟土內部，等到漿體在軟土內部完全反應后就能得到見過的地基。這種處理方法的優勢是處理效率高、效果好，無需花費大量的時間，但成本費用很高，前期需要對軟土組分和結構進行了解。由于很多水利項目軟土中含有大量的水分和細砂顆粒，所以施工時通常使用注漿處理方法，因為其能夠借助于細砂和水分的作用與漿液進行充分混合和反應，生成結構穩定的物質。

4.3 固結處理法

固結處理需要使用固結劑，在軟土層中添加固結劑，固結劑與空氣和水分發生反應后生成穩定的物質，從而提升軟土層的穩定性。這種方法一般用于土層較薄的軟土層中，優勢是能夠在短時間內完成加固處理，缺點是成本投入較高，而且無法保障整個土層都得到有效的處理，部分土層可能存在沉降區。固結法的關鍵在于固結劑，如果固結劑的效果不理想，處理的效果必然也達不到要求，目前市場上存在很多固結劑，雖然這些固結劑的效果較為理想，但是成本也很高，如果想要大規模使用，需要施工單位投入大量的成本，因此需要結合施工成本、收益和技術要求等進行綜合考慮。

4.4 排水處理法

排水處理方法主要應用于含水量加高的軟土地基中，借助于排水裝置將軟土中多余的水分抽干，隨著軟土中水分減少，軟弱的孔隙不斷減下，進行加固處理后形成牢固的整體。排水處理法往往與壓實處理法協同使用，在完成排水工作后，使用機械設備進行加固。排水處理方法的優勢是能夠將軟土內部的水分排干，防止軟土在水分流動的作用下發生結構變化，但是處理周期較長，而且水利施工現場附近的軟土中水分含量較大，排水過程中水分可能繼續增加，因此需要做到一邊排水一邊加固處理，這樣能夠保障處理的效率和質量。此外，排水處理方法能夠為施工人員提供穩定的施工環境，避免軟土發生位移影響施工環境的安全性，帶來人員和設備的損失。

4.5 注樁處理法

注樁處理方法是一種先進的處理方法，主要通過加固樁體的方法提升建筑物基礎的穩定性。在一些水利施工過程中，軟土面積較大，處理程序十分復雜，為縮短工期和節約施工成本，可使用注樁處理方法進行處理。使用機械設備在軟土層中進行打樁，將樁體打到地下巖層區域，在地上將樁體連接在一起，對樁體區域的軟土進行加固處理，獲得穩定的地基。這種處理方法的優勢是能夠確保建筑物地基的穩定性，且不會受到地下軟土運動的影響，缺點是施工成本相對較高，但是能夠縮短施工周期，節省人力資源成本，在一定程度上可適當減少施工成本。注樁處理方法在很多水利工程施工中都有著廣泛應用，特別是一些大型的水利工程施工作業普遍使用這種方法。

5、提升水利工程軟土地基處理技術應用質量的措施

水利工程是重要的民生基礎工程，如果出現質量問題將會影響水利設施的安全性，從而造成安全事故發生。想要提升水利工程施工質量，必須對每一項施工技術進行控制，制定合理的技術控制方法，實現預期的控制目標。對軟土地基處理技術的應用進行控制對于提升軟土地基施工質量發揮著重要作用。以下將研究提升軟土地基技術應用效果的方法。

5.1 施工前做好地質勘察

地質勘察能夠為施工人員提供完整的和可靠的地質數據，這些數據能夠反映出軟土地層的結構特點和變化規律，為施工人員合理選擇軟土處理技術提供有效的參考。施工前勘察人員應對施工區域的軟土地質進行考察，借助先進的勘察儀器收集軟土地層的數據，在計算機系統中進行建模，將軟土地層的主要結構特征展示出來，從而科學地設計施工處理方案。地質勘察時也需要對河流流速、地下水運動和軟土層體積和面積等數據進行分析，特別是河流的運動特點，因為河流運動對軟土層力學環境產生影響，掌握河流運動規律后能夠采取措施防止相關問題出現，進而確保軟土層處理的質量。此外，進行地質勘察時也需要掌握當地的氣候變化特點，氣候變化也是影響處理效果的因素，如強降雨、溫度降低等，掌握這些數據后可以選擇合理的時間對軟土地基進行處理，確保處理質量。

5.2 強化處理技術創新

施工人員應總結各類軟土的特點，并結合各項技術優點對軟土技術進行創新，設計出更加可靠的軟土處理方法。目前很多企業在處理軟土地基時都會應用多種處理技術，這種處理方法的優勢是能夠發揮各項技術的優勢，提升軟土地基處理質量，但是投入的成本較大、資源較多。技術人員可以將各項技術進行融合，設計出新的處理方法，借助于更少的設備和人員就能完成軟土地基處理工作，并且能夠縮短處理周期。例如，將固結法和排水法混合使用，在排水的過程中應用固結劑對軟土地基進行加固，這樣能夠防止水分滲透，提升處理的質量。施工單位也需要投入更多的資源用于技術研發，建立專業的技術研發團隊，通過技術創新提升軟土地基處理質量。

5.3 做好人員技術培訓

施工人員技術水準與施工質量存在直接聯系，如果施工人員技術水平無法達到施工要求，很難保障軟土地基處理效果。施工單位要持續加大技術人員培養工作，為技術人員提供更多技術學習的機會，提升技術人員技術水準，需做好以下三方面：

（1）做好崗前培訓，施工前組織施工人員學習軟土地基處理技術，將各項技術要求說明，并對技術人員進行技術考核。

（2）擴大技術人才隊伍，組建專業的技術團隊，通過技術團隊帶動整個施工團隊的進步，減少技術人員操作不當問題。

（3）做好現場技術指導，通過技術指導的方式為技術人員提供技術服務，從而規范技術人員的技術操作。開展人員技術培訓可以提升技術人員的整體專業能力，防止技術人員出現更多技術操作不當問題，進入保障軟土地基的處理效果。

5.4 引入先進處理技術

施工企業需要加強技術引入工作，將先進的軟土處理技術引入并應用，可提升自身競爭力。目前一些智能化的處理技術在軟土地基處理中有著重要應用，這些裝置能夠對軟土地層構造進行分析，判斷軟土地基可能出現的災害，計算機可自動設計處理方法，施工單位可對相關方法進行試驗，不斷完善技術方法，從而提升處理效果。施工單位應投入更多資金用于引入技術，在使用施工中對技術應用過程中出現的問題進行總結，不斷優化相關技術，進而更好地改技術，通過先進的處理技術提升軟土地基處理質量，確保水利工程施工作業質量，通過技術更新和優化能夠有效地實現預期的控制目標，最大限度保障水利工程軟土地基的穩定性和可靠性，推動施工作業有序進行。

結語：

水利施工過程中需要對軟土地基進行處理，結合軟土地基的特點和性質等制定合理的處理方法，提升軟土地基的穩定性，繼而保障施工作業順利進行。研究土地基處理技術在水利工程中的應用和各項技術的注意事項，對于提升軟土路基使用質量發揮著重要意義，施工單位應進一步優化與改進相關施工技術，提升軟土地基處理質量，推動施工作業有序進行。