水利工程中軟土地基處理技術要點分析

◎李學奎 興義市水務局

軟土地基處理是現代水利工程的施工難點，部分工程現場分布低強度、高壓縮量軟弱土層，如果盲目開展現場施工作業，選擇不適合的軟基處理技術，將會影響地基結構的穩定性和安全性，從而引發地基不均勻沉降、水工建筑物結構開裂等問題。因此，應通過科學的方式進行軟土地基的勘探分析，采取合適的工藝方式，這樣才可以有效地提升水利工程的整體質量。

1.水利工程中軟土地基處理技術要點

1.1 換填法

換填法是挖除工程現場分布的軟弱土層，原位回填夯實質地堅硬的材料，通過置換地基墊層方式改善地基承載力特性。此項技術工藝簡單、易于操作、地基處理效果顯著，但需要使用到大量的換填材料，施工成本與墊層換填深度保持正比關系，如果換填深度較大，將會產生過高的施工成本。目前，換填法多用于淺層分布軟弱土層的水利工程，把開挖換填深度控制在3.0m內。

在應用換填法時，重點掌握材料檢查、軟基開挖、墊層回填、質量檢驗四道步驟的操作要點。第一，材料檢查。根據軟基處理要求來選用粉質粘土、灰土、粉煤灰、水泥土等作為換填材料。檢查換填材料的質量狀態，篩除雜質，比如，把粉質黏土的有機質含量控制在5%以內，篩除灰土中粒徑超過5mm的顆粒，把水泥土中的水泥摻入量控制在8%-15%以內[1]。第二，軟基開挖。在墊層底面設置標高，施工人員采取機械開挖或是人工開挖方式，按順序開挖作業面中的軟弱土層，檢查墊層底面平整度與標高偏差是否超標，對超挖部位開展補挖作業，對欠挖部位進行回填夯實處理。第三，墊層回填。分層開展回填作業，把回填層厚度控制在15-30cm內，各層回填完畢后使用平板振搗器等機具進行壓實，檢查回填層厚度、壓實度與平整度是否達標，重復操作，直至完成墊層回填作業。同時，在回填首層墊層時，禁止使用振動能力過大的機具設備。第四，質量檢驗。運用環刀法、靜載荷試驗、靜力觸探試驗等方法，檢查地基質量是否達標。以環刀法為例，在換填墊層中壓入環刀，環刀底部壓入到墊層2/3深度處，采集墊層樣品后測定干密度。

1.2 排水預壓法

排水預壓法是在軟土地基部位鋪設砂漿層與豎向設置排水體，后續在墊層表面鋪設薄膜進行密封處理，薄膜上方長時間堆放重物，或是人為營造真空負壓環境，憑借上部重力或負壓力來擠壓地基土體中所含水分，再把水分通過排水體向上排出，以此來實現軟基強制固結的處理目的。此項技術多用于處理飽和性軟弱地基，根據工藝做法可分為堆載預壓、真空預壓、降水預壓等方法，真空預壓法有著工期時間短的優勢，應用頻次較高。

在應用真空預壓法時，重點掌握墊層鋪設、真空泵安裝、真空抽壓三道步驟的操作要點。第一，墊層鋪設。提前在現場劃出預壓區邊線，清理邊線范圍內的地面垃圾雜質，將地面整平。在地面上均勻鋪設厚度在0.5―0.8m內的砂墊層，分層鋪設砂墊層，在墊層內放置土工格柵與插設塑料排水板，將排水板間距控制在1.5―1.5m內。第二，真空泵安裝。在墊層沒埋設管路和濾管，將管路間距控制在6m內，檢查接頭連接情況。隨后在墊層內安裝真空泵，在泵體周邊放置若干數量的真空表測頭。最后在墊層表面鋪設塑料膜進行密封處理，將邊線處膜材牢固壓入墊層內并堆放重物固定，仔細檢查膜面是否存在裂縫、孔洞等缺陷部位[2]。第三，真空抽壓。啟動真空泵，持續抽排膜下空間內的空氣，并使用測頭檢測，直到膜下整體真空度超過75kpa、泵口與主管部位真空度超過90kpa后，即可進入預壓固結階段，始終維持恒定的膜下真空度，最終在持續固結時間到達預期、地基平均固結度超過80%后，完成軟基處理作業。

1.3 化學固結法

化學固結法是在地基中采取強制攪拌或是壓力灌注等手段，在軟弱土層內摻加適量的化學固結劑，固結劑與土體顆粒接觸后產生一系列化學反應，最終使地基土層強制固結，改善地基承載性能。根據工藝做法，可以把化學固結法分為高壓旋噴樁、粉體噴射攪拌樁、硅化加固等軟基處理技術。

第一，高壓旋噴樁。該技術適用于處理淤泥質土、粉土、素填土、流塑土等類型軟基，通過噴嘴向土層內高壓噴射水泥漿，最終形成水泥加固體。施工人員需要提前在現場標記各處樁孔位置，啟動鉆機向土層內鉆進鉆頭，待鉆頭深度到達孔底標高后，通過噴嘴向外噴射水泥漿，噴漿過程同步旋轉上提鉆桿，要求所使用水泥漿的容重控制在1.1―1.25h/cm3內。隨后，按照從下到上順序完成高壓旋噴作業，直至水泥漿與土體顆粒凝固成型后，在樁孔內充填回灌少量水泥漿來保持孔口漿面飽滿狀態，清洗噴頭與輸漿管路，將設備挪移至下處樁孔，重復上述操作，完成剩余高壓旋噴樁作業[3]。

第二，粉體噴射攪拌樁。該技術利用深層噴射攪拌機向土層內噴射水泥材料，使用葉片把水泥與土體顆粒進行強制攪拌，二者進行一系列物化反應后形成柱狀豎向增強體，與樁間土組成復合地基體系。施工人員需要提前將現場地表平整，把鉆機、空氣壓縮機等機具設備運輸就位，保持鉆頭與樁位二者中心點對準狀態，調整導軌垂直度。啟動鉆機、攪拌機等設備，開展預攪下沉作業，控制鉆頭沿導軌下沉鉆進，直至鉆頭鉆進深度略超過粉噴樁底設計標高后，通過噴灰口向鉆孔周邊土層噴射水泥材料，同步開展攪拌與噴射作業，嚴格控制粉噴量與鉆桿上提速度，在噴灰口到達地面下方0.5m處結束噴射，再把鉆桿下沉至樁底后開展復拌作業，攪拌提升至地面。最后，施工人員把鉆機移至下處樁位，重復上述操作。

第三，硅化加固技術。在軟基土層內打入金屬灌注管，通過灌注管向土層壓力注入硅酸鈉或是氯化鈣溶液，溶液產生一系列化學反應后生成氫氧化鈣、硅膠等產物，起到填充土層孔隙、增強土體顆粒連結效果的作用。在應用此項技術時，施工人員應根據現場地基條件來選擇溶液品種，如處理粉砂地基與濕陷性黃土地基時，使用硅酸鈉溶液作為化學加固劑即可，而在處理砂性土等類型軟基時，則在土層內按順序依次灌注硅酸鈉溶液和氯化鈣溶液。同時，嚴格控制金屬灌注管的打入數量與間隔距離。正常情況下，把灌注管間距值控制在0.7m內，沿軟基邊線周邊額外布置排灌注管，按照從上到下順序分層開展硅化加固作業，灌注管壓入首層土層一定深度后立即灌注溶液，再將灌注管壓至下一土層，重復上述操作。

1.4 擠淤拋填法

擠淤拋填法是在軟土地基中拋填碎石或片石，在重力作用下使拋填材料沉入軟弱土層底部，強制將淤泥擠出地基范圍。此項技術適用于處理淤泥質土軟基，或現場分布積水洼地的水利工程，施工簡單，成本低。

在應用擠淤拋填法時，提前在工程現場準備尺寸超過0.3m的碎石料，在軟基周邊部位平整地面與施作搭接臺階，把各級臺階寬度控制在0.5m以上，并保持臺階頂面向內側傾斜狀態。以軟基中心部位為起始點，向兩側延伸拋填石料，率先拋填重量較大的毛石，再開展碾壓左后拋填粒徑較小的碎石，將表層進行整平處理。同時，在碾壓步驟，施工人員重復開展4-5遍振動碾壓作業，碾壓期間持續向石料空隙部位鋪投碎石塊或是石屑，直至拋石層表面處于平整狀態。最后，清理拋填期間所擠出的淤泥，運用沉降觀測法等方法來觀察拋石層工后沉降量、壓實度是否達標，對不達標部位額外開展振動壓實作業。

2.水利工程軟土地基處理的注意事項

2.1 施工導流

相比于其他類型建設工程，水利工程現場地形條件復雜、水網河道密布的特點，部分軟土地基位于河道區域，無法直接開展軟基處理作業。因此，施工單位需要提前做好施工導流作業，采取土石圍堰、土袋圍堰、鋼板樁圍堰等工藝做法，臨時攔截河道水流進入軟基作業區域。

例如，在工程現場河道水深值不足1.5m、河道流速不足0.5m/s的情況下，可采取土石圍堰做法，提前在現場準備砂質黏土、黏性土等作為筑堰材料，施工人員以河道上游作為起始點，向下游延伸開展筑堰、合龍作業，把堰頂寬度控制在1.0―2.0m內、圍堰外邊坡迎水側和背水側坡度分別控制在1.2―1.3與1.2以內。而在工程現場河道水深不足3.0m、河道流速不足1.5m/s情況下，則采取土袋圍堰做法，施工人員在草袋或是無紡布袋內裝填黏性土，再把土袋以河道上游為起始點向下游延伸堆碼，保持上下層、內外層土袋相互錯縫狀態，必要時在圍堰中心部位填筑黏性土芯墻[4]。

2.2 施工方案比選

考慮到水利工程現場環境條件與地基構造復雜，軟基施工技術方案的實際處理效果存在不確定性，無法保障處理后的地基狀態完全達到施工要求。因此，施工單位需要根據工程勘察報告，從技術實操、施工成本、工期時間等多個層面來比選軟基處理技術，從中挑選恰當的軟基處理形式。隨后，在現場挑選一處具有代表性的軟基開展試驗段施工，根據施工情況與軟基處理效果，著手修改施工技術方案中的不合理部位，準確計算墊層換填厚度、排水固結時間、強夯遍數等工藝參數的最佳值。同時，也可選擇應用BIM技術，在軟件中構建模型、導入技術方案開展模擬施工試驗，根據試驗結果來發現技術問題、改進施工技術方案。

2.3 工藝問題處理

在軟土地基處理期間，受到現場條件、工藝操作等因素影響，偶爾出現各類工藝問題，如果發現、處理不及時則會影響到軟基處理效果。因此，施工人員需要持續觀察軟基狀態和處理情況，如果出現各類異常狀況，及時分析問題原因、采取改進措施或是開展返工作業。

例如，在采取墊層換填處理形式時，常見工藝問題包括下臥土層擾動、分層填筑密實度不達標。對于下臥土層擾動問題，施工人員在地基開挖至墊層底面標高上方0.3m處切換為人工開挖作業，如果墊層超挖，則對超挖部位進行人工回填夯實處理，必要情況下清理坑底擾動軟土和調整墊層標高。對于分層填筑密實度不達標問題，適當增加墊層壓實遍數，如果重復碾壓后的壓實度仍未達到設計標準，則將墊層挖除后將含水量超標的回填材料進行翻曬晾干處理，重復開展墊層回填夯實作業[5]。

在應用真空預壓法時，常見工藝問題包括邊界地表裂縫、真空度不足。其中，對于邊界地表裂縫問題，施工人員在預壓區域邊界外側額外挖設土溝，利用土溝來釋放真空預壓期間形成的應力，以此來預防邊界裂縫形成，并起到減少附加沉降量與水平位移量的作用。對于真空度不足問題，施工人員在預壓期間持續觀測膜下環境真空度與檢查膜材質量狀態，如果出現膜材裂縫等缺陷部位，則采取直接膠補法對缺陷部位膜材進行修補處理，并啟動真空泵抽排膜下空氣。

在采取擠淤拋填法時，常見工藝問題包括心墻與反壓平臺接觸部位局部沉陷、反壓平臺不均勻沉陷。其中，對于心墻與反壓平臺接觸部位局部沉陷問題，形成原主要包括擠淤強度不足、反壓平臺厚度不達標、間隙部位遺留淤泥軟弱夾層，施工人員需要在裂縫部位開展堆料預壓作業來擠出遺留淤泥，靜置一段時間等待平臺恢復平衡狀態，再挖移堆料體與開挖芯墻裂縫部位土料，原位重新開展碾壓作業[6]。對于反壓平臺不均勻沉陷問題，形成原因包括拋填方量不足、反壓平臺外側違規堆方淤泥，施工人員需要操縱挖掘機將平臺周邊淤泥向外挖移，開挖裂縫后向外推移原有填料，在裂縫部位重新填筑風化料與開展碾壓作業。

3.結語

綜上所述，軟基處理是水利工程施工活動的關鍵，應分析施工現場具體水文地質條件及特征，選擇科學的地基處理方法，為工程建設質量與水利設施使用安全提供有力保障。為此，相關人員必須提高對軟基處理技術的重視，明確各項軟基處理技術的操作要點，根據工程情況選擇恰當軟基處理形式，嚴格把控軟土地基處理作業過程，明確施工導流、施工方案比選、工藝問題處理等環節的質量把控，保證水利工程軟土地基得到高效處理。