水利工程軟土地基的處理分析

劉書江

(新疆水利水電勘測設(shè)計研究院，烏魯木齊 830091)

水利工程軟土地基的處理分析

劉書江

(新疆水利水電勘測設(shè)計研究院，烏魯木齊 830091)

隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，對于水利工程的需求越來越大。在進行水利施工的工程中，地基的建設(shè)質(zhì)量關(guān)乎整個工程的質(zhì)量與安全。在進行水利工程施工時，往往會遇到很多的軟土地基，軟土地基由于不能改成熟較大的施工壓力，容易造成倒塌，嚴重影響施工的安全。所以在進行水利施工地基處理過程中，特別是對于軟土地基的處理要格外小心。文章從軟土地基的結(jié)構(gòu)與通過對軟土地基對施工的影響分析，闡述了水利施工過程中的處理方法，并通過具體施工實例，對處理方法的應(yīng)用進行舉例與分析。

水利工程；軟土地基；施工；處理技術(shù)

0 引 言

水利工程是指建設(shè)中江河湖海等濕度比較大的位置的工程項目，也就是說水利工程的建設(shè)離不開對軟土地基的設(shè)計，軟土地基由于特殊的結(jié)構(gòu)性質(zhì)，往往強度較低、含水量大、承壓能力弱，在進行施工過程中，往往需要進行特殊的設(shè)計，否則會發(fā)生塌陷以及斷裂等事故，威脅工程質(zhì)量與安全。所以在進行水利施工過程中，必須重視對軟土地基的處理與設(shè)計，確保施工的質(zhì)量。

1 水利工程中軟土地基的定義及影響

1.1 軟土地基的定義

軟土地基是指在水利工程施工過程中面對的強度低、含水量大、壓縮量高的軟土層地基，我國對于軟土層的相關(guān)技術(shù)指標如表1所示。例如我國珠江三角洲地區(qū)軟土具有高含水量、高壓縮性、高黏粒含量、低強度、低透水性的典型超軟弱軟土的工程特性，如圖1所示。軟土層一般都是在水域的附近位置出現(xiàn)，特殊的結(jié)構(gòu)性質(zhì)加大了施工的難度，造成極大的安全隱患。而且軟土層成分組成比較復(fù)雜，往往及時在同一地層，也會出現(xiàn)土壤性質(zhì)的極大差異，嚴重制約著工程的發(fā)展。

1.2 軟土地基對水利工程的影響

軟土地基對于水利工程施工的影響主要是體現(xiàn)在2個方面。

1)軟土地基的自身結(jié)構(gòu)以及性質(zhì)造成的，由于軟土地基自身性質(zhì)的影響，含水量高、耐壓性能差、流動性強等對水利工程的施工造成極大困難，水利工程施工過程中會出現(xiàn)許多安全隱患。此外由于軟土地基本身性質(zhì)，也給整個施工過程造成極大障礙，在進行施工過程中，就必須重視軟土地基的設(shè)計，造成施工成本上升。

2)由于施工過程的影響。在部分水利工程設(shè)計過程中，由于未能充分考慮軟土地基可能對施工過程造成的影響，工程在設(shè)計過程中未能引起足夠重視，施工過程對于施工的具體操作條件并不了解，未能將軟土地基對工程質(zhì)量影響進行充分的分析，造成整個施工過程出現(xiàn)安全問題，嚴重影響施工質(zhì)量。對于未經(jīng)過細致設(shè)計的軟土地基不能滿足水利工程設(shè)計的要求，在未經(jīng)過細致論證設(shè)計的地基進行施工，極易造成安全隱患，影響施工進程，甚至有可能造成大面積安全事故的發(fā)生。此外，也有可能在對軟土地基進行一定程度的勘測但是未能給予充分的處理，有些工程項目為了過度追求成本最低化，忽略了對軟土地基的設(shè)計處理，自欺欺人，這樣也為工程建設(shè)埋下安全隱患，水利工程即使完成了建設(shè)，也很容易出現(xiàn)安全問題，威脅周圍群眾的安全[1-3]。

表1 我國關(guān)于軟土層的相關(guān)指標

(a)珠三角地區(qū)軟土天然含水量與液限的比較 (b)珠三角地區(qū)自然孔隙比的值

圖1 珠江三角洲地區(qū)軟土物理力學(xué)性質(zhì)

2 水利工程軟土地基施工處理技術(shù)

軟土地基由于自身性質(zhì)原因，在進行水利工程建設(shè)過程中，很容易出現(xiàn)安全問題。通過實際的研究表明，軟土層地基在建設(shè)過程中，能夠承受的最大壓力為50kN/m2，為了確保水利工程的施工安全與工程質(zhì)量，必須對軟土地基進行處理。

2.1 填墊法軟土地基處理技術(shù)

填墊層法主要是針對軟土層厚度在2-3cm范圍之內(nèi)的軟土地基，將該軟土層除去，然后全部替換為具有更高穩(wěn)定性的材料，一般選用高強度的材料，例如砂石、卵石等，這種類型的材料具有比較高的強度以及密度，而且具有很好地透水性能，能夠極大的提高地基的抗壓能力，避免地基的沉降，其橫截面如圖2所示。除此之外，替換后的地基對于維持地基的凍脹具有較好的穩(wěn)定作用。完成地基的替換后，將地基進一步的夯實，能夠最大化的提高地基的穩(wěn)定性，提高抗壓能力。在提花過程中，對于縫隙較大的材料，使用具有較好透水性能材料進行填充，能夠更好的避免凍脹的發(fā)生。

圖2 填墊法軟土地基橫截面圖

2.2 樁基法軟土地基處理技術(shù)

樁基法是目前處理軟土地基經(jīng)常使用的方法之一，使用最多的就是鋼筋混凝土樁基，該樁基具有很好的穩(wěn)定性與強度，可以在含水量較高的地基中使用，樁基法軟土地基處理橫截面如圖3所示。例如在南水北調(diào)工程中，就較多的使用了樁基法處理軟土地基。在現(xiàn)場勘查中發(fā)現(xiàn)，軟土地基多為黏質(zhì)砂土多層結(jié)構(gòu)，透水性中等，承壓能力弱，采用樁基法加固。在施工前，首先對樁位進行復(fù)核，確保樁位準確。施工過程中間隔進行，由兩邊向中間完成試樁。完成打樁后要做好檢查維護工作，對樁位的詳細參數(shù)進行復(fù)核，確保樁位的垂直度、成空深度、有效樁長等符合標準。

圖3 樁基法軟土地基處理橫截面圖

2.3 排水法軟土地基處理技術(shù)

排水法多適用于軟土層較厚以及路肩比較高的地基施工中。排水法主要是對地基表面的淤泥進行排除，從而降低路基的含水量，增加地基的穩(wěn)定性，提高承載能力，從而達到地基快速沉降的目的，排水法軟土地基橫截面如圖4所示。排水法地對于水利工程中的軟土地基具有十分明顯的改善作用，能夠達到軟土地基完全固結(jié)的目的，但是排水法相對耗費時間比較長，施工成本比較高。

圖4 排水法軟土地基橫截面圖

2.4 化學(xué)固結(jié)法軟土地基處理技術(shù)

化學(xué)固結(jié)法通常是水利工程軟土地基處理的最后一步，對于施工有著十分重要的作用，通常包括灌漿法、高壓噴射注漿法和深層攪拌法3種。其中灌漿法主要是利用氣壓與液壓的原理完成，將固化的漿液通過施加一定壓力灌入縫隙，從而達到軟土地基固化的目的，提高地基的穩(wěn)定性能。高壓噴射注漿法與灌漿法原理十分相似，高壓噴射注漿法一般是通過氣流將漿液灌入縫隙，完成填充。深層攪拌法是將固化劑灌入軟土地基，從而提高地基的承壓能力。以上3種軟土地基的處理方法都是通過注入其他材料來提高地基的承壓能力，從而避免地基的沉降，維持地基的溫蒂。但是化學(xué)固結(jié)法相對來說需要較高的施工成本，但是效果最為理想，能夠最大化的改善軟土地基的施工條件。

3 軟土地基處理技術(shù)在水利工程中的實際應(yīng)用舉例

3.1 貴州地區(qū)軟土以及軟土地基的特點

貴州地處云貴高原，屬于高山地貌，全年降水量大，屬于亞熱帶高原氣候，具有降水充沛，濕度大。四季分明，地勢起伏明顯等氣候地質(zhì)特征。由于貴州省特殊的氣候地質(zhì)特點，該區(qū)域軟土厚度有限但是分布相對分散，軟土性質(zhì)收到氣候的影響，性質(zhì)變化明顯。在比較干旱少雨的時期，強度相對較高，而在降雨充沛的季節(jié)，軟土強度變得很低[4-6]。所以，貴州地區(qū)的軟土為水利工程的建設(shè)帶來了極大的困難。

3.2 貴州地區(qū)軟土地基處理方法的實際調(diào)查分析

針對貴州地區(qū)軟土地基的性質(zhì)，根據(jù)軟土地基的處理方法以及工程建設(shè)要求，文章通過實際的施工實例，對軟土地基的處理方式進行分析，目前對于水利工程軟土地基處理規(guī)劃一般程序如圖5所示。

圖5 軟土地基處理規(guī)劃一般程序

杭瑞高速貴州境遵義至畢節(jié)段跨河橋：該路段的軟土主要是粉質(zhì)黏土與淤泥的混合，含水量比較大，地基土壤空隙較大，承載能力差，透水性能差。此外該路段由于處于低洼地勢，很容易在降雨過程中造成積水，從而進一步影響軟土地基結(jié)構(gòu)特性，給施工造成困難。路段軟土厚度在2-5cm。針對該路段軟土地基性質(zhì)，由于軟土的分布并不集中，大型設(shè)備不易進入，所以采取添墊層技術(shù)處理，就地取材使用粉煤灰進行填墊，填墊深度在3cm以上。

黔南州鳳山水庫項目：該區(qū)域軟土類型為灰色的淤泥質(zhì)亞黏土，此外該區(qū)域的位置相對較低，容易造成表面積水，而且不容易排除，造成該區(qū)域的軟土長時間的浸泡在水中，進一步影響該區(qū)域地基的承載能力，加大了含水量。該區(qū)域的軟土厚度在3-8cm。針對該區(qū)域的軟土特性與施工特點，結(jié)合整個工程的造價預(yù)算，考慮采用填墊層與拋石擠淤泥法相結(jié)合的處理方案，從而提高該區(qū)域軟土地基的承載能力，確保工程的施工安全，軟土的填墊厚度在4cm左右。

水城縣彭州橋水庫：彭州橋水庫地區(qū)軟土地基承載能力相對較弱，該區(qū)域地基含水量大，透水性強。此外該區(qū)域由于受到周圍地勢的影響，地基容易造成腐蝕，進一步增加了施工的難度。該區(qū)域軟土層厚度5-10cm。針對該水庫的軟土性質(zhì)以及具體地貌特征，結(jié)合施工規(guī)劃以及施工條件，選擇采用震動碎石樁法對該區(qū)域的軟土地基進行處理，碎石樁呈三角形分布。

國家重點工程，馬嶺大型水利樞紐工程部分區(qū)域：該區(qū)域由于地勢特點，部分區(qū)域位于斜坡上，地基呈現(xiàn)半填半挖的狀態(tài)，而且該區(qū)域的軟土分布十分分散，不集中。該區(qū)域的軟土厚度在1.2-15cm，厚度不均勻，變化較大，進一步增加了施工難度，給施工造成極大的苦難。依據(jù)現(xiàn)場勘查結(jié)果與設(shè)計方案，結(jié)合該區(qū)域軟土性質(zhì)，采用化學(xué)估計法處理，使用路堤固結(jié)灌漿處理軟土地基，結(jié)合填墊層法，增加地基的承載能力，確保工程質(zhì)量[7-8]。

4 結(jié) 語

隨著我國經(jīng)濟以及綜合國力的不斷上升，越來越多的匯集民生民愿的工程項目開始實施，尤其是水利工程得到了國家的大力支持。在進行水利工程施工過程中往往會面對軟土地基帶來的使用困難，由于軟土地基特殊的結(jié)構(gòu)性質(zhì)，必須采取一定的處理措施，才能確保施工的正常進行。文章通過對軟土地基處理方式的分析，并且結(jié)合具體的實例分析了軟土地基處理方式在水利工程的實際應(yīng)用，進一步說明了軟土地基處理方式在確保工程質(zhì)量上的重要作用。

[1]張曉昕.試析水利工程軟土地基處理措施在南灣灌區(qū)的應(yīng)用[J].中國科技縱橫，2014(23)：67-68.

[2]楊路平.論水利工程施工中軟土地基處理技術(shù)[J].建材與裝飾，2015(13)：11-14.

[3]金梁瑜,王飛.水利工程施工中軟土地基處理技術(shù)[J].城市建設(shè)理論研究：電子版，2014(04)：20-22.

[4]郭自發(fā).淺析水利工程施工中軟土地基處理技術(shù)[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計，2014(27)：69-70.

[5]陳俊勇.探討水利工程施工中軟土地基處理技術(shù)的應(yīng)用[J].城市建設(shè)理論研究：電子版，2015(19)：41-45.

[6]陶忠平.水利水電工程建設(shè)中不良地基基礎(chǔ)處理方法研究[J].水利水電技術(shù)，2007(12)：66-69.

[7]徐艷云.淺談水利施工中軟土地基處理的方法[J].中國水運，2013(10)：12-14.

[8]顧紅明.加強水利工程軟土地基質(zhì)量管理工作的若干思考[J].環(huán)境研究與監(jiān)測，2011(04)：68-72.

1007-7596(2017)07-0153-04

2017-06-18

劉書江(1977-)，男，新疆哈密人，工程師，從事工程地質(zhì)工作。

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