水库工程软土地基处理方法

2016-10-17岳玉文山西省水利建筑工程局

河南水利与南水北调 2016年8期

□岳玉文（山西省水利建筑工程局）

水库工程软土地基处理方法

□岳玉文（山西省水利建筑工程局）

水利施工中对于软土地基处理，有着多样的地基处理方式。其中最关键的技术包括：换土法、排水固结法、旋喷注浆法、加筋法、强夯施工法等多种方法。强夯施工法能够有效提升土地自身强度与地基荷载能力，产生良好的施工效果。文章主要探讨水利施工软土地基处理技术，通过分析软土地基的主要特征，给出软土地基施工的不同方法。

水利施工；软土地基；处理技术；分析

0　前言

水利工程是中国公共设施建设的主要工程，但水利工程由于自身的软土特质，所以在工程施工中存在很多问题。对于土质较差的软土，需要采用不同的方式进行加固处理，使其的强度与密度显著提升，更能适应现代水利工程的发展要求。在具体施工过程中，需要根据软土地基的不同形变采取不同方式进行处理，通过加固使地基更加坚固与稳定。

1　软土地基的特征

水资源丰富的地区存在着多数的软土地基，软土地基的土质疏松、软土中含有大量水分、承载力较差、压缩性强，因此对软土地基的处理成为水利工程的主要内容。软土地基具有以下几方面特点：①同一地区的土层中，软土地基的孔隙远远大于其他土质的孔隙；相同质量下，软土地基比其他土质疏松30%左右，软土地基的体积更大。软土地质的形成经历漫长的过程，通过长时间不断堆积软土地基的土体颗粒逐渐粘结起来，粘结后的土体没有经过压密处理。②软土土质孔隙大直接导致它的压缩性也高，压缩性可以用具体的压缩曲线来表示。我们在分析软土的压缩特性曲线后，得出以下结论：开始时施加较小的压力对软土土质进行压缩，在这个过程中压缩曲线的变化较小；随后逐渐施加大的压力，压缩曲线会出现迅速的下降趋势；最后再继续加大压力，压缩曲线还会经历一次较大的下降阶段，最后逐渐趋于平缓。③软土土质抗剪强度较低，抗剪强度指的是土体剪切面能够承受的最大剪应力。软土能够承受的抗剪强度远远小于其他土质，而由于软土土质透水性较低的特性，使得软土土质的抗剪强度不断下降。软土土质透水性较低的情况，会增加软土自身的排水时间，所以需要对其施加压力加快排水。④软土土质会由于轻微的储配而改变自身的形状，所以软土土质具有较高的形变灵敏度。而在水利施工过程中，大幅度的震动会改变软土的结构，导致软土强度的降低与地基的下沉。

2　软土地基施工对水利施工的重要性

软土层是构成软土地基的主要要素，软土层的土质主要为粘结度不大的破碎土，土层的主要成分为粉状土，还有少量的沙石、泥炭包含在其中。而在水利施工过程中，这种不稳定的粉状土、沙石、泥炭会随着剧烈的震动发生下沉或者移动，从而影响整个施工中建筑物的稳定性。因此水利施工单位要采取的最主要措施为：通过一系列的方式加固地基，以保证水利施工过程中土体的稳定性。同时在对软土土质进行加固过程中还需要考虑自身的特性，需要在保证软土荷载能力的前提下，提高软土的排水性与强度。我国不同地区的软土土质也不尽相同，因此施工人员在进行软土地基施工过程中，要结合当地土质特性应用最适合的软土地基施工方式，还要在保证施工质量的同时，尽量减少施工费用、缩短施工周期。

3　水利施工中软土地基处理技术

3.1换土法

换土法适用于软土土质较薄的地区，软土土质较薄地区的水利工程建设通过更换软土能够达到施工的强度要求。目前大多采用水泥混合砂土的地基更换较薄的软土，水泥混合砂土能够显著增强土体的强度与密度，土体的承载能力也显著提高。在运用换土法进行施工过程中，应该采用当地的水泥和砂土，施工完成后还要进行回填土的施工处理。在填土工作完成后，要对整个地基进行夯实处理，以保证地基强度与承载能力符合国家标准。在对回填土体进行分层夯实处理后，也能够显著增强地基的稳定性、减弱地基的形变。

3.2排水固结法

排水固结法的主要作用为：将软土土质中的水分有效排出，达到加固地基的效果。软土土质具有土层中的孔隙大、孔隙中的水压大等多方面的缺点，而在水分排出后水压会逐渐减小、地基结构也会发生不确定的形变。这种变化会使土层迅速凝固结为一体，土层的抗剪强度、荷载能力也会随着不断增强。软豁土的情况使用堆载预压法，堆载预压法是在建筑物施工前进行的土质处理方法。堆载预压法能够使软豁土土质迅速凝固结为一体，在很短时间内完成地基沉降的工作，但其在施工过程中的耗时较长，不适宜在短工期施工中使用。同时在使用堆载预压法施工时候，要保持施工加载速度的均匀，一层一层进行逐层加载以保证整体地基的稳固。若软土土质中的透水性较差，则使用砂井法对其进行处理。砂井法主要是对地基中的孔洞进行砂土灌注，在加快排水速度的同时，保证整体地基的稳固。砂井法施工步骤简单，而且能使用少量原材料达到较好的施工效果，施工过程中也不容易出现低级变形的情况。若软土土质中不存在透水性问题，则使用真空预压法对其进行处理。真空预压法是把砂井放置在软土图层上进行砂土铺设工作，然后用塑料薄膜封闭砂土表面，达到隔绝空气的效果；最后抽取薄膜内的空气，使内外产生压强差以完成地基凝结工作。

3.3旋喷注浆法

旋喷注浆法在软土地基处理中应用广泛，它能应用于多种不同情况的软土土质。旋喷注浆法中的浆液也有着不同的组合方式，常见的旋喷注浆浆液为：水泥浆、豁土浆、硅酸盐浆液等。旋喷注浆法通过气压、液压与化学融合等多种方式，将调理好的浆液灌入软土地基中，灌注过程中运用旋转的方式摆喷、旋喷和定喷，使浆液均匀分布于地基中形成稳固的形式。浆液喷注可应用于豁性土、粉土、淤泥质土等土质的处理中，能够达到土质强度增强与土质迅速沉降的效果。淤泥质土质中浆液喷注的运用，能够使土质迅速完成沉降工作。

3.4桩基法

桩基法适用于情况较为复杂的软土地基处理，通过一系列的桩基操作达到加固地基的效果。软土土层面积大、含水量多、土层较厚的情况，需要使用钢筋混凝土桩进行桩基的处理。钢筋混凝土桩主要工作步骤为：首先运用机械打孔技术对软土土层进行打孔操作，随后向孔中灌入混凝土，混凝土会与软土土质发生化学反应，特别是混凝土的放热效应能使软土迅速凝固，最终使软土土质改变为混凝土土质。桩基法所耗费的成本较低、施工也较为方便，能够有效控制地基的沉降与增强地基的荷载能力。

3.5强夯法

强夯法是对软土土质进行压缩的良好方法，通过强夯法地基处理技术的应用，能够有效减小土层的密度指标。在对软土土质进行强夯法处理前，需要使用夯具先进行试夯，试夯的时候要依据施工方案规定的指标执行，并在执行后进行夯土的检测。只有试夯结果与国家标准基本一致的时候，才能进行正式的强夯法地基处理。在正式进行强夯的施工过程中，要按照顺序由浅到深的处理所有夯土，将所有夯土的密度控制在合理范围内。在夯土工作进行完毕后，要使用推土机将已经夯实的平面进行填补。在所有的夯土平面被填平后，还要对所有的平面进行一次最后的满夯，满夯的力度要小要均匀。满夯工作进行完毕仍旧要进行检测，只有软土土质表面密度与下层密度一致的时候，才说明施工质量达到要求。但使用强夯法进行软土加固的过程中，会存在很多不确定的影响因素对其产生影响，所以应该采取各种措施控制强夯法加固有效深度的影响因素。

根据强夯法加固有效深度计算公式，得出强夯法有效加固深度,见表1。

表1　强夯法有效加固深度表

4　工程实例

根据建于中游平原河流流域的水库施工为例，得出：该水库处于周边多个城镇的交集地带，为城镇居民提供需要的工业用水、农业用水等资源，能够产生较好的经济效益。但该水库的土质为砂质软土土质，在受到流水不断侵蚀的过程中，土质逐渐变得疏松破碎，不能满足水库的建设需求。在对其他的周边地域进行土质勘察后，发现在水库施工地点的3km处，上游土质情况与中游土质大不相同。上游的土质类型为坚固的灰土土质，通过强夯法进行打击后具有极强的强度与承载力，能够满足工程建设的需求。所以运用土层置换法，将砂质软土土质置换为坚固的灰土土质，从而使水库建设顺利完工。