水利施工中软土地基处理技术研究

王长波

摘 要：水利工程是我国重要的基础设施，对促进国家经济发展和保障人民生活质量具有深远意义。在水利工程建设中，软土地基处理问题始终未得到有效解决，给施工带来了较大难度。为此，根据软土地基的主要特征，对水利施工中软土地基处理技术进行详细论述，以期为相关部门提供参考。

关键词：水利施工;软土地基;换填法;打桩置换法;预压法

中图分类号：TV551.4 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2021）28-00-03

Abstract： Water conservancy project is an important infrastructure in China， which is of far-reaching significance to promote national economic development and guarantee people’s quality of life. In the construction of water conservancy projects， the problem of soft land base treatment has not been effectively solved， which brings great difficulty to the construction. In this regard， according to the main characteristics of soft land base， to discusse the soft land base treatment technology in water conservancy construction in detail， with a view to providing reference for relevant departments.

Keywords： water conservancy construction;soft land base;replacement method;piling replacement method;preloading method

软土一般是指在静水和缓慢流水环境中沉积，以黏粒为主并伴有微生物的近代沉积物。软土是一种呈软塑到流塑状态，以灰色为主的细土粒，如淤泥和淤泥质土、泥炭土和沼泽土，以及其他高压缩性饱和黏性土、粉土等。其中，淤泥和淤泥质土是软土的主要类型。

软土地基由淤泥、粉土、饱和黄土等含水量大、土质松软的土体组成，主要分布在沿河沿海区域。水利工程建设主要围绕着河流、湖泊等开展，经常遇到软土地基。软土地基具有触变性、渗透性等特性，若在施工中不对其进行技术处理，会导致工程项目建设存在较大的安全隐患。因此，加强对软土地基的处理至关重要。

1 软土地基的主要特征

软土是一种常见的土壤结构。在水利工程中，软土地基处理技术十分重要。软土地基的主要特征为透水性差、孔隙比大、土层分布复杂、含水量高、易压缩、灵敏度高及各种物理性质差异大等[1]。其特征对常规施工操作来说极为不利。软土地基产生的重要原因是当地年降水量大，气候湿润。软土地基主要分布在湖泊、沼泽、河流、滨海的下流冲积扇中。

此外，软土地基的承载能力极差。相关数据显示，软土地基的承载力≤50 kN/m2，孔隙比在1～2，含水量在50%以上。有些软土地基的含水量远远超过200%，透水性差，水分保留在土壤中，饱和度高[2]，渗透指数≤1 mm/d。

软土中过高的水分导致土壤结构流动性强，不利于开展压实固结施工操作。同时，软土抗剪强度低，整体小于30 kN/m2，抗扰性弱，灵敏度较高。在水利工程中，正常状态下软土地基的土体结构抗剪强度为30 kN/m2。若受到破坏，抗剪强度甚至可以忽略。

2 软土地基的勘查技术

在水利工程施工中，要对软土地基进行详细勘查，记录相应的数据，从而选择有针对性的处理方案，确保工程施工正常进行。对于软土地基的勘查，可以从软土分布区域及其范围、物理特性、软土深度和对工程施工的影响这几个方面展开，以获取所需数据。具体来说，勘查工作主要包括以下3部分。

2.1 地面测绘调查

在施工前，开展地面测绘调查工作，完成地形地质的5个测量任务：①运用仪器对软土地基的地形地貌进行测量和分析;②对软土地基的形成原因进行分析，并测量分布深度，绘出分布范围，展开地基层性质研究和分析;③根据软土地基的组成结构，对砂夹层的厚度、颗粒大小、结构形态、性能等展开研究和分析[3];④土层性质分析，对软土的上下层土壤结构进行测绘，并得出软土层的埋深;⑤根据所得数据确定最终地下水水位、结构类型等。

2.2 确定勘查点和勘查手段

2.2.1 勘查点。不同勘查点测绘得出的数据存在一定差异，不具代表性，因此需要选择合适的勘查点。一般来说，需要结合地形组织结构和施工地基位置确定勘查点，勘查點的间距通常在30 m之内[4]。若是施工环境较为复杂，可以调整勘查点的分布，适当增减，避免出现个别土层没有测量的情况而影响整个水利工程的施工。同时，确定勘查点的深度，结合施工要求，对软土的底基性质进行分析和研究，保证其能满足施工要求。

2.2.2 勘查手段。勘查手段有钻探式勘查、室内土工试验、原位测试等[5]。其中，最为常用的勘查手段为原位测试。原位测试指在施工位置进行原地勘查，用十字板剪切试验和静力触探等方式了解软土地基的状况，掌握其各项数据。钻探式勘查手段是划分土壤层次的一种关键手段，通过钻探获取样本，对所得砂石样本进行研究和分析。操作时，要避免钻探产生的物理性改变软土地基性质，进而影响数据的精准性和代表性。室内土工试验主要用于检验施工区域软土地基的物理化学性和力学性。通常情况下，必须进行无侧限抗压强度试验、直剪试验、固结且不排水抗剪试验、固结试验等得出试验数据，制定相关标准，规范软土地基上的水利工程建设[6]。

2.3 软土地基的分析和评价

按照收集所得的数据进行软土地基性质分析和评价。评价内容主要包括均匀度、灵敏度、承载力、沉降性能这4个方面。具体而言：均匀度指软土地基的整体压缩程度和强度;灵敏度指结构变化状态，灵敏度越高变化程度越大，需要利用科学的持力层进行加固和稳定，而选择地表硬壳不仅可以实现稳定的效果，而且有利于节省施工成本;对于承载力，需要根据软土地基的性质、结构等进行全面分析和评定;对于沉降性能，需要利用特殊计算模式，将地区经验系数和地质沉降模式结合起来，推算出软土地基的沉降性能。待到测量结束后，汇总室内试验、勘探和地面测绘的数据并将其制作成表格，从而为施工设计师开展图纸设计提供参考。在整理地质勘查报告时，要将工程地质类型、规模、可行性预测等纳入其中，并给出软土地基的处理方法和应对措施。

3 水利施工中软土地基处理技术

3.1 换填法

在水利工程施工过程中，采用换填法对软土地基进行处理。通过挖除软土基层中的浅层土块，填入矿渣、素土、灰土、砂石、卵石等稳定性高、性质生硬、强度高且抗侵蚀性强的物料，再根据土层的具体情况，往软土层中填入不同类型的物料或者进行分层填充，利用机械碾压加固其密度和强度，挤出空气和水分，从而使其整体土质满足施工要求。从根本上来说，换填法的目的是打造人工地基。通过改造土层结构，改造软土组成物质，使其具备较强的稳定性和强度，提升适用性。研究显示，换填技术可以大幅度减轻沉降量，增强土壤持力层的承载力，提升土层稳定性，并有效控制软土地基的湿陷性和胀缩性[7]。作为一种常用的处理技术，换填法适用性较强，能有效解决大面积软土地质施工问题。因而，其经常被用于处理低洼区域、湿陷性黄土、季节性冻胀土及膨胀土等。一般处理的软土地基深度为2～3 m。

3.2 打桩置换法

由于软土地基很难承受工程施工强度，因而需要进行加固和压实，此时可通过打桩置换法将软土地基置换为强度较大的人工复合地基。通过填充碎石、砂等材料，对软土地基进行加固，增强地基强度。利用置换法处理软土地基的过程如图1所示。

在置换理念下衍生出了一系列施工方法，如碎石桩法、石灰桩法等。工作人员要结合实际施工需求选择合适的置换技术。

碎石桩法指利用振冲器向软土地基中喷射高压水，将地基空出一个孔，接着向孔中填入碎石、砂等坚硬的物料，形成一个柱状体。同时，根据施工需要，科学布置桩体数量和位置。这种由土质和碎石桩结合而成的复合地基，强度和稳定性都较高，能满足施工需求。该处理技术可以有效避免地基坍陷等问题，减少不良地基的存在。在置换技术中，碎石桩法的最大优势在于成本低，不受地下水位影响，在以往应用过程中呈现出较好的效果，一般用于淤泥砂土和粉土地基。

对于柔软性过高的黏土地基，一般选用石灰桩法。通过利用机械在黏土地基内部打孔，构建一个中空地带，然后向中空地带填充生石灰，并用机器进行压制，形成一个地下桩。借助生石灰遇水发生化学反应这一特性，改变黏土性质，并通过生石灰和土的物理反应改变土层结构，以提高整个土体的性能。此外，还可以结合实际情况，在生石灰中添加其他物料发生相应反应，满足施工要求。

3.3 水泥搅拌桩和注浆法

水泥搅拌桩法应用的关键在于固化剂。通过在软土层添加固化剂改变软土性能，起到加固的效果。一般来说，固化剂的组成物质主要是石灰和水泥。操作过程为利用搅拌机将水泥或石灰和其他物质混合形成固化剂送入软土层中，接着进行二次搅拌，使固化剂和土层融为一体，从而发挥固化剂的加固和稳定作用，提升土体的强度和硬度。水泥搅拌桩法多应用于含水量较高的土层，如黄土、粉土和淤泥等。

注浆法是处理软土地基的一种重要技术。用注浆管将钻土设置带入软土土层中，再将调制好的高压制备材料注入土体。一般而言，高压材料为水泥或者水泥混合物[8]。对于注浆技术，所用的注浆管道需要经过定制，保证在应用过程中可以进行地下土层的提升和旋转，完成注浆工作。提升时要不停地旋转，保证高压制备材料充分融合，否则容易形成一面浆墙。

3.4 预压法

预压法是通过排水系统和加压系统的配合，将软土地基中多余的水分排出，进而提升软土地基的固态。排水系统不仅可以将水平垫层和排水砂沟中的水分排出，而且可以通过塑料排水板进行垂直和水平方向的排水。加压系统可以降低水位、强载预压及真空预压等。通过两者的联合应用，能发挥更大的排水效应。具体操作为将需要加固的软土地基周围的杂草和岩石清理干净，在土层上铺一层水平垫层，往下铺设塑料排水板，让垫层能横向放置排水管道，之后利用加压系统开展强压，将软土中含有的水分通过排水管排出。软土地基中使用预压法的技术要点如图2所示。

预压技术可以充分降低软土地基中的含水量，提高软土层的稳定性。但是，该技术不能完全使软土层干燥，满足施工要求，因而目前水利施工中很少应用。

3.5 加筋法和强夯法

加筋法主要是利用一些具有超强抗拉力的合成材料，将其放置在软土层中，通过拉力产生摩擦力，引发土壤结构位移，从而使合成材料在土层中融合，进而提升软土地基的性能。

强夯法即动力固结法，原理是利用起重设备将夯锤提升到一定高度，后使其自由下落，以一定的冲击力作用在地基上，在地基土里产生极大的冲击波，以克服土颗粒间的各种阻力，使地基密实，从而提高强度，减少沉降，消除湿陷性或者提高抗液化能力。强夯技术主要用于提升土质紧密度，增强土层结构。

3.6 松木桩处理技术

松木桩处理技术也是软土地基处理的一项重要技术。根据软土地基的范围，选用合适的松木，一般直径在20 cm即可。在打桩之前，需要把松木的一端削尖成一个标准的锥形，接着将锥形一端打入土层。在打桩过程中，可以利用人工打桩，也可以通过挖掘机打桩，但目前还没有专门的小型打桩机。桩体一般围绕地基四周布置，从外向内打，桩体预留长度在10～15 cm。打桩结束后，要根据实际施工情况适当锯掉一部分桩头，确保所有桩体水平相同。之后铺上硬质物料，如煤渣、矿渣、石块等，厚度在30 cm左右。硬质物料将桩体盖住后，铺平压实，上面浇灌混凝土，待混凝土凝固后就可以开展后续的施工作业。

4 结语

软土是水利施工工程中经常会遇到的土层类型，其处理效果会直接影响水利工程的施工质量。如果没有对软土地基进行科学处理会造成水利工程下沉，影响整體应用效益。因此，施工前需要进行详细勘测，选择合适的处理技术，提升水利工程的稳定性和安全性，以保证施工效果。

参考文献：

[1]裴娜.水利施工中软土地基处理技术研究[J].经济技术协作信息，2020（31）：87.

[2]张彩哲.水利工程施工中软土地基处理技术研究[J].绿色环保建材，2019（5）：179.

[3]米吉提买买提.水利工程施工中软土地基处理技术研究[J].水电水利，2021（11）：116-117.

[4]赵文欣.水利施工中软土地基处理技术的分析[J].建筑·建材·装饰，2020（6）：105.

[5]赵韬.探析水利工程建设中的软土地基处理施工质量管理[J].建筑技术研究，2020（6）：83-84.

[6]马国兵.水利施工中的软土地基处理技术研究[J].智能城市，2020（12）：208-209.

[7]崔循臻.基于水利施工中软土地基处理技术的分析[J].科学技术创新，2020（24）：239.

[8]李恩祥.水利工程施工中软土地基处理技术分析[J].建筑技术研究，2020（1）：114-115.

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