水利工程施工中软土地基处理技术

2013-08-15冯是明邹福华

水科学与工程技术 2013年2期

关键词：深层垫层软土

冯是明，邹福华

（江西省水利水电建设有限公司，南昌330025）

由于水利工程建设有一定的特殊性，基本都建设在河、海等湿度大的地方，可以说水利工程大多建设在软土地基之上。在对地基进行探讨和管理的过程中，软土地基施工技术就成为决定水利工程施工质量的决定性因素。

软土地基的承载性很差，且含水率较高、空隙大、强度较低，如果没有处理好，就会造成周围地面的变形，影响水利工程施工安全性。因此，在工程施工之前对其进行加固处理，为水利工程的建设奠定良好的基础。

1 软土地基概念及危害

1.1 软土地基的概念

软土地基主要是由粘土和粉土等细微颗粒含量多的松软土、孔隙大的有机质土、泥炭及松散砂等土层构成，稳定性差且容易发生沉降。软体地基一般有以下的特性：

1.1.1 触变性

触变性是指软土在未受到破坏之前，一般呈现出固态的形态，一旦软土地基遭到破坏，就会由固态性变为流动状态。

1.1.2 低透水性

软土地基的透水性很差，在工程建设中，需要较长时间来做软体地基的排水固结。因此，对于软土地基的排水估计作业需要花费大量的精力，且建筑物的沉降时间长，大都在10年以上。

1.1.3 高压缩性

软土地基受到高压的影响，压缩系数的数值越大，软土地基上的建筑物就越容易发生沉降。当垂直压力达0.1MPa时，地基会因压缩产生变形，进而导致地基上的建筑物出现较大的沉降。

1.1.4 沉降速度快

软土地基上的建筑物的沉降速度会随着负荷的增加逐渐加快，在相同的地基条件下，建筑物越高沉降的速度就越快。

1.1.5 不均匀性

软土地基的主要组成部分是微细的颗粒和高分散的颗粒，两者的土质密度不一样，建筑物的受力情况不同，沉降时的受力情况也不同，这种不均匀性常常会导致软土地基上的建筑物出现大小不一的裂缝，甚至出现严重损坏。

1.2 软土地基的危害

软土地基的不可预见性较大，如果在施工过程中没有做好相应的处理，那么在工程使用中很可能会出现建筑受损，路基难以固定及发生沉降，如果软土层受力不均匀，上层建筑物的荷载作用在软土层上，不仅引起建筑物的沉降，甚至建筑物墙体开裂和倒塌。

2 软土地基施工技术

2.1 砂与砂石换填垫层技术

砂石换填垫层技术适用于厚度2～3cm之间的软土层，施工时首先挖除表面的软土层，再将其更换为强度和稳定性高的材料。换填垫层材料主要包括砂石、砂、卵石等，这几种垫层所用的石料具有强度高、压缩性小、透水性良好和容易碾压密实等特点，可以提高地基的承载力，减少地基的沉降程度，加速软土层排水固结速度，防止冻胀和消除膨胀土的胀缩作用。换填完成后，要对此处的地基进行夯实，以便保持良好的持力层，增强整个地基的承载力，提高地基的稳定性和抗变性。施工时注意底层材料的选择，应选择强度高、压缩性小的材料，如果在材料填充时发现有空隙，要利用透水性的材料进行排水工作，加快软土地基的凝结，防止冻胀现象的发生。换填工作完成后，要做好后续的夯实工作。

砂与砂石换填层技术施工要点主要包括以下几种：

（1）合理选择施工材料。砂与砂石换填层施工技术中，选择材料时应选择质地坚硬的粗砂、砂砾、碎石及中砂，不应混入风化料、软岩及其他杂物。采用顶级的砂砾时，要选取颗粒不均匀系数大于等于10以上的材料；采用人工级砂砾石时，应通过相对密度试验进行选择，找出最优的砂石，使填层材料的密度可以达到最大值；如果没有顶级的砂砾和人工级砂砾，可以用细砂作为填层材料，同时混入一定量的卵石和碎石，保证垫层材料含石量的比例在50%以下，填充时应把材料中的杂质、枯草等清理干净。

（2）施工准备工作注意事项。在进行换填层施工作业前，应将坑内的枯草、树叶等杂质清理干净，如果坑内有积水，应该采用相应的排水技术将坑内的积水排除干净，清除坑内的浮土，并做好地基周围的固定工作，将填充材料进行均匀搅拌，将其铺平。

（3）施工过程注意事项。在施工过程中，要按照标准流程进行，做好材料的铺平与捣实工作，并做好接头位置的处理工作，保持接头的斜坡性质，层与层之间错开一定的距离。在铺设材料时，要采取合理方法，即夯实法、碾压法、平振法、插振法及水振法。施工期间应修建排水措施，保持工地排水正常，不得引起冲刷和淤泥的情况，如果在雨季修建房屋，应采取随挖随运随填随压的方法，并采取有效的预防方式，防止施工土地受到雨水的冲刷，防止排水设施发生拥堵，同时，将现场清理的废弃材料处理妥善，堆放地点应远离农田和河道，不应将废弃材料压盖在植被上，尽量选择荒地来放置废弃材料，避免由于废弃材料堆积不善，引起附近农田和河道的污染。

2.2 深层水泥搅拌桩施工技术

深层水泥搅拌施工方式是现阶段常用的软土地基处理方式，这种施工技术一般适用于粉土、淤泥土的处理，深层水泥搅拌桩施工技术就是将水泥用作固化剂，通过搅拌机将水泥与地基的软土进行搅拌，提高软土的硬度，从而达到提升体积强度的目的。

2.2.1 施工准备工作注意事项

在进行深层水泥搅拌桩施工前，应将施工现场的杂物清理干净，并做好施工现场的平整工作，选择好水泥，同时确保施工机械的稳定性，做好机械验收工作及试桩工作，确保施工设备在施工中正常、完好地使用。

2.2.2 施工过程中注意事项

在深层水泥搅拌桩施工过程中，除了遵循施工工艺要求之外，还应保持管道畅通无阻，在开钻前采取措施对管道进行疏通，施工中保持好水泥搅拌桩体的垂直度，并加强对成型搅拌桩的检查，成型搅拌桩投入使用之前，应对搅拌桩质量做好严格检查，保证搅拌桩可以正常使用。

2.3 排水固结法施工要点

排水固结法是水利施工软土地基常用的处理方式，可以有效解决软土地基的稳定性问题和地基沉降问题。排水固结系统主要由加压系统及排水系统组成，排水系统可以利用软土地基本身具有的透水性能进行集中排水，这是处理软土地基的最重要方法之一。

根据加压方式的不同，排水固结施工法又可以分为真空预压、联合加压、降水预压、超载预压四种方式。真空预压法是在需要加固的软土地基表面先铺设砂垫层，然后埋设垂直排水管道，再用不透气的封闭膜使其与大气隔绝，薄膜四周埋入土中，通过砂垫层内埋设的吸水管道，用真空装置进行抽气，使其形成真空，增加地基的有效应力。降水预压法是在软粘土中设置竖向塑料排水带或砂井，上铺砂层，再覆盖薄膜封闭，抽气使膜内排水带、砂层等处于部分真空状态，排除土中的水分，使土预先固结以减少地基后期沉降的一种地基处理方法。超载预压法是处理软粘土地基的有效方法之一，但超载预压法的传统设计计算方法对超载比的大小和超载作用时间的长短，即超载预压的阈值问题并没有很好地解决。在水利工程的具体建设过程中，可以根据工程量情况来选择具体的施工技术。

2.4 化学固结法施工技术

化学固结法包括灌浆法、深层搅拌法及高压喷射注浆法3种。灌浆法是用气压、液压或电化学原理，把某些能固化的浆液注入天然和人为的裂缝或孔隙，以改善软土地基的物理力学性质。深层搅拌法就是软土地基中搅拌掺入各类固化剂，使软土固化，深层搅拌法也是一种通用的地基加固方法。这3种方法本质上都是利用石灰、水泥等材料作为固化剂与地基深处的软土进行粘合，使得深层的软土硬化，加强软土地基的承载能力，减少软土地基的沉降，提高整个软土地基的承载能力。与其他的施工方式相比，化学固结法的施工成本相对较高。