水利工程施工中软土地基处理技术探析

2019-05-09安徽水利开发股份有限公司安徽蚌埠233000

安徽建筑 2019年4期

李健（安徽水利开发股份有限公司，安徽蚌埠 233000）

0 前言

水利工程建设在河流、湖泊等湿度较大的地方，软土地基是其基本特征。由于软土地基的承载性相对较弱，含水率较高，具有一定的空隙，在技术处理不到位的情况下很可能产生地面变形，影响到施工的安全性。因此，加固处理等技术方案应得到高度重视，为水利工程建设奠定良好基础。

1 软土地基的缺陷

软土地基主要由粉土和粘土等细微颗粒含量较多的土层构成，在稳定性方面存在明显缺陷。在土质未受到明显破坏之前，就会呈现出固态形态，当软土地基遭到破坏后，就会从固态转变为流动态。所以软土地基的透水性能相对较差，需要花费一定的时间用于软土地基的排水固结工作，建筑物的沉降时间也相对较长，沉降速度随着负荷的增加逐渐加快，在相同的地基条件之下，建筑物高度越高，其沉降速度也越快[1]。

另一方面，软土地基受到高压影响，压缩系数数值大，建筑物发生沉降的可能性明显增加。例如在垂直压力超过0.1MPa时，地基因压缩出现变形。在实际的工程施工当中，软土地基具有一定的不可预见性，当土层受力不均匀，上部建筑物的荷载作用不仅会导致建筑物的沉降，还会引起建筑物墙体开裂，甚至出现倒塌等。

2 软土地基处理技术

2.1 换填垫层技术

换填垫层技术适用于厚度在2～3cm左右的软土层，在施工时应先将表面的软土层挖除之后再将其更换为稳定性较高的材料。换填垫层的材料可以选择卵石、砂石等，此类材料具有自身密度高、强度高、透水性良好以及压缩性小等特点，不仅在强度上有所保障，在压缩性能与透水性上也能符合技术要求，更好地进行碾压密实，从而提升地基的承载力，减少其沉降程度，促进软土层的排水固结工作。具体来看，质地坚硬的粗砂、碎石都可以进行选择，但不应混入风化料、软岩等其它杂物。如使用顶级砂砾，其颗粒不均匀系数应大于等于10；人工及砂砾石则需要通过密度实验确定填层材料的性能和密度。如果材料储备不足，可以选择细砂作为添增材料，再加入一定量的卵石、碎石，清除杂物后将石量的比例控制在50%以下即可。如果坑内有积水，应采用相应的排水技术先将坑内积水排除，清除浮土，做好地基区域的固定工作后，再加入填充材料铺平[2]。另外，在换填工作结束后需要夯实地基，全面提升地基承载力与抗变性。在底层材料选择上，可以偏向于压缩性小的高强度材料，且当填充过程出现空隙，需选择透水性材料快速排水，促进软土地基凝结的同时，减少冻胀或膨胀土出现的涨缩作用。

在具体的施工过程中，按照标准流程进行，做好材料的铺平工作与接头区域的处理工作，层和层之间错开一定距离。铺设材料方法选择夯实、碾压、水振等多种模式，并修建排水措施保持工地的排水系统处于正常，防止出现冲刷、淤泥堆积等现象。如遭遇雨季，可采取有效的预防措施，将现场清理的废弃材料妥善处理，并推挤在远离河道农田的区域。

2.2 水泥土搅拌桩

水泥土加固的技术机理在于水泥加固土的物理与化学反应过程，它与混凝土的硬化机理存在着一定的差异，混凝土硬化是水泥在填充料中发生的水化作用与水解，凝结速度相对较快。水泥加固土当中，水泥掺量有限，最多占据加固土的20%，水泥的水解和水化反应也围绕一定活性的介质内进行，其强度增长的过程要比混凝土更加缓慢[2]。

当前水泥土搅拌桩常见的布桩形式包括格构式与柱状。以格构式搅拌桩为例，一般在软土地基与粉砂中的效果较好。由于软土地基沉降一般是由于软土侧向变形而导致，有相关研究表明在软土地基中采用悬浮搅拌桩，软土侧向变形可以得到有效控制，减少软土层的沉降量。格构式布桩可以穿透软土层，将软土全部限制在基底范围之内。在实际施工当中还应该考虑到水泥土搅拌桩与其它管桩混合使用时的技术难点。建筑物地基反力差异较大，同一工程可能需要采取多种地基处理方案。为了保障不同建筑物相接处不产生沉降差，也应该在技术上进行优化。在建筑物地基应力相对较小的情况下，水泥土搅拌桩可以不设置褥垫层，对于土沉降计算参数的选择需结合实际工程状况决定，总体来看还应该全面地了解水泥土搅拌桩的质量，采用多种检测方法进行检测。

2.3 排水固结法

排水固结法即在地基中设置好砂井等竖向排水体，然后按照建筑物的重量进行加载，让土体孔隙内的水排出，并逐渐固结后，地基出现沉降，逐渐提升强度，主要用于解决地基的稳定性问题。由于其孔隙比显著减少，建筑物的有效强度得到增加。为了进一步保障固结的效率，最有效的方式就是在天然土层中增加排水途径，缩短排水距离，在短时间内加速地基土抗剪强度的提升，让地基承载力提升的速率大于施工荷载的增长速率。按照加压方式的差异，排水固结法又可以细分为真空预压、堆载预压、降水预压和电渗排水。原理如图1所示。

图1 排水固结法

真空预压通过在粘土层上部铺设砂垫层，并使用真空泵对已经密封的砂垫层抽气，产生负压，地下水可以沿着排水路径排出地表，加速地基的排水固结。换言之，在总压力不变的情况下减少孔隙水压力，促进土体压缩[3]。

堆载预压法顾名思义，通过临时堆填土方、石方来加速地基沉降的速度，通过地基土的固结来提升地基承载力。后续工作中考虑到均匀沉降的要求，会将土方、石方去除。通常来说预压荷载和建筑物荷载保持相同，某些特殊情况视具体工程要求决定。对于一些渗透性较差的软弱粘性土具有较好作用。

降水预压则是将地下水抽出以降低地下水位，减少孔隙水压力的同时保持地基加固作用，适用于细砂地基与饱和粉土。

电渗排水在土中插入金属电极，通直流电，让土中的水从阳极流向阴极，在阴极位将水排出，以降低粘性土中的含水量，提升边坡稳定性，保障地基的承载力。

2.4 灰土密桩法

该方法主要用于处理地下水位中含水量较高的黄土、杂填土等。一般该技术方案的处理深度较浅，处理深度宜为3～15m，过深则压实困难。通过在软土地基中填入灰土桩后，利用锤击将钢管打入土中侧向挤密土体形成桩孔，将管拔出后，在桩孔中分层回填2：8或3∶7灰土并夯实而成，与桩间土共同组成复合地基以承受上部荷载。可选用沉管（振动、锤击）、冲击或爆扩等方法进行成孔，成孔后将孔底夯实，然后用素土或灰土在最佳含水量状态下分层回填夯实。由于灰土质量轻，可以快速进入疏松土层，将其压入软土地基后，再与其它土层相接触后就可以弥补土层空隙，增强软土地基强度。但需要注意的是混合料需要搅拌均匀，并避免处理深度较深的软体地基，保障质量要求符合预期的地基强度数值。