水利工程软土地基处理施工质量管理

2022-02-07李珊珊LIShanshan

价值工程 2022年1期

关键词：软土孔隙土体

李珊珊LI Shan-shan

（河南省豫东水利工程管理局，开封 475000）

0 引言

水利工程可能会深入软土地基开展施工工作，由于软土地基的性能比较差，必须使用专业的施工技术提升软土地基的性能，满足工程建设要求。由于相关使用技术具有一定复杂性，因此施工中需要严格管理施工质量，采取严格的质量控制措施，确保工程施工顺利进行。

1 软土地基概述

随着对水利工程需求量的提升，以及技术水平的提升，越来越多的水利工程开始在软土地基上建设，施工人员和技术人员对软土地基的重视水平相比过去明显提高，必须了解软土地基的性质，才能确保软土地基上水利工程的有效性。

1.1 软土地基概念

土体是砂粒、粉粒、粘粒的混合物，软土的形成来自于第四纪后期地表流水形成的近代沉积物质，其中超过总质量50%的颗粒粒径都在0.1 毫米以下。软土的含水量很高，因此一般在地势低洼、周围水体比较丰富的位置分布。比如海滨、河流、湖滨、沿岸等等，这些地区有地表常年湿润积水的特点，使得其生态系统十分发达和健全，在地表通常会有很多芦苇、叶樟等水生植物分布，由于这些植物的生长循环，使得软土中包含了很多腐蚀质等其他有机物[1]。

多数软土都是饱和的，使得软土中的天然含水量远大于液限，所以软土的孔隙比都大于1，如果孔隙比超过1.5，则将其称之为淤泥，在孔隙比处于1 和1.5 之间时，则将其称为淤泥质土。工程中将淤泥、泥炭、杂填土、饱和性粘土总称为软土，软土地层除了包括软土，还含有一定沙土和碎石土，会合其他不同种类的土体构成互层。

软土地基就是以软土为主的地基，软土和粉砂、泥炭等土层相间，其中还包括弃土、吹填土等构成的地基，如果地基的土质比较均匀，软土地基可以达到近百米的深度。

1.2 软土地基工程性质分析

1.2.1 高压缩性

软土地基的孔隙比非常高，一般都在1.0 以上，并且软土中还有大量微生物存在，并蕴含很多腐殖质，因此其具有非常强的高压缩性。软土地基的压缩系数一般在0.5-1.5 之间，在一些孔隙比非常高的软土地基中，压缩性甚至能达到4.5，弹性模量在4MPa 以下[2]。同时，软土地基当中的颗粒矿物成分对软土地基的压缩性也有非常大的影像，如果物理性质和指标不变，在软土的液限指数非常大的情况下，会具有非常高的压缩性。

1.2.2 抗剪强度低

在软土不排水的情况下，抗剪强度一般为5-25kPa，但通常情况下，抗剪强度都在20kPa 以下；软土的内摩擦角一般为30°左右，随着地表深度增加，将会导致正常固结的软土层的不排水抗剪强度增大，每米可以增加1-2kPa，因此在软土层固结速度增加的情况下，软土层的抗剪特性也能得到改善。

1.2.3 透水性差

由于软土的结构，使得土体的竖向透水系数很低，如果软土中还含有大量的有机质，软土的透水系数将会更低。透水性差导致软土地基在荷载作用下固结速度较慢，达到固结状态所需要的时间会很长，所以软土地基强度的增长速度十分缓慢，压实加固并不能有效改善软土地基的强度。

1.2.4 触变性

从本质上看，软土地基属于絮凝状结构性沉积物，原状土在没有受到破坏时还会有比较强的结构强度，但由于地质活动、地表作用，以及施工过程中的影响，软土地基的强度可能会明显降低，迅速变为流动态，这就是软土地基的触变性。软土地基受到扰动荷载之后，容易出现侧向滑动、沉降、底面从两侧挤出等问题，随着静止时间的增加，其强度可能恢复，但是恢复的过程比较缓慢，很难重新达到原来的强度[3]。

1.2.5 流变性

在软土荷载的作用下，剪应力所产生的剪切作用会让软土地基缓慢变形，在荷载不变的情况下，软土的骨架会骨架粘糯蠕变，土体也将同时变形，随着黏土颗粒的增大，流变性会更加明显。

2 软土地基常用处理方法

2.1 换土垫层法

换土垫层法也被称为换填法，该方法根据设计标准，将不符合强度要求的弱土层挖除，然后选择具有较好气密性的土料作为持力层，为了保证换填涂料所具有的性能，一般选择素土、卵石、砂、砾、矿渣、灰土等材料，可以比较好地提升强度，也能控制垫土层的侵蚀性，是一种比较稳定的材料。填土过程中使用分层填筑的方法，完成一层填筑后使用人工或者机械方法夯实土体，提升地基的稳定性和保证抗变形能力，保证地基的承载力能达到设计要求。

换土垫层法要求处理地基的软土层厚度比较薄，所以地基的深度一般控制在3 米以内，但需要保证在0.5 米以上，如果垫层比较薄，则换填土层很难达到支撑效果。对膨胀土地基、湿陷性黄土、季节性冻土的处理中，也可以使用该方法，使用之前需要做好设计工作，有效就地取材和控制施工时间。由于施工中不需要使用特殊的机械设备，因此换土垫层法的施工费用要求很低。

2.2 排水固结法

排水固结法是解决淤泥软粘土地基沉降问题的重要措施，该方法会在饱和软土地基设置竖向排水体，通过排除饱和软土中的孔隙水，可以将孔隙水的压力转化成软土的应力，从而提升地基的固结速度，并且提升软土地基的密实度和强度，让软土地基承载力增加，降低软土地基的沉降。使用该方法时，应该根据透水性等因素选择排水体，科学设置排水体系。

堆载预压法。该方法通过在外部设置荷载增加土体内部的总应力，使软土内部能产生更强的附加应力，用该方法处理淤泥质土、冲填土等堆载材料，拥有非常大的软土地基处理面积。

真空预压法。真空预压法在加固土体表面和周围安装封膜，使之与大气隔绝然后抽成真空，利用孔隙水上流体作用，降低土体内部的孔隙水压力，依靠原有孔隙水压力和现有孔隙水压力形成的压力差作用产生渗流，让土体实现排水固结，有效增加效应力，提升土体的承载能力。使用这种方法适合处理在加固区形成稳定负压界面的软土地基，尤其在超软土地基和危险边坡附近软土地基的处理中有很好的效果。

真空预压综合应用。该方法通过增加土体的总应力、降低孔隙中的水压力，通过叠加使用两种有效应力，获得最佳的处理效果。这种方法一般在软粘土、超软土中使用，可以获得较快的固结速度和非常强的固结效果，必须保证两者同时作用，才能确保叠加水平[4]。该方法一般使用在加固时间很短，而且时间比较紧迫的工程，适合在软土厚度5 米以下的地基中，要进行超过半年以上的预压工作。该方法具有经济实用的优势，而且施工比较方便。

2.3 加筋法

加筋法会将抗压能力比较强的钢片、土工聚合物等加筋材料埋设入土层，随着土体颗粒的位移，会与拉筋之间产生摩擦，然后构成一个整体。随之粘土地基的整体性会明显提升，让地基承载力更强，极大程度上提升土体的抗剪强度，控制地基沉降，并保证地基的稳定性。

土工合成材料法。该方法根据软土的强度、韧性等力学特性，通过在软土地基中扩大应力提升土体的抗拉强度，改善软土的复合土工结构，也具有排水、隔离、补强等作用，在砂土、黏土中有比较好的应用效果。

加筋土。加筋土会在土层中埋设抗拉性能比较强的拉筋，土体通过和拉筋摩擦、接触构成整体，进而提升土体的稳定性。

2.4 重压平台法

重压平台法会将堤坝两侧的土、砂、土渣等在软土地基上堆放，通过建立一个重压平台将软土压实固结。在重压的过程中，固结的软土地基会形成反压荷载，地基软土压密后，可以将荷载移除，然后就可以提升软土地基的抗剪强度，避免软土地基出现侧向破坏的情况，并且可以保证地基承载力满足要求，降低工程建设过程中的沉降量。

2.5 挤密砂桩

挤密砂桩会使用振动气管机、水冲等设备进行处理，软土地基经过钻孔后，砂石、土、灰等粗砂材料会被灌入到孔中，之后就可以构成密实的桩体结构。该施工方法可以进一步分为振冲挤密桩和振动挤密桩；也可以根据所选用的填充材料分为灰土桩、碎石桩等等。

3 水利工程软土地基施工质量管理措施

3.1 施工前做好组织策划

软土地基处理时，需要做好对现场状况的勘察，了解当地的地形地势，以及进行外部环境的勘察和分析，然后在此基础上制定施工计划，防止负面施工因素影响，以便保证地基处理工作可以顺利完成。施工人员需要进行勘察和分析工作，通过勘察水利工程施工地区域的地貌，分析地下水文地质特点和地质构造，研究水利工程周边建筑物的建设状况[5]。完成对相关内容的勘察工作，分析获得到的勘察资料，分析当地的地质结构特点，将分析结果作为施工措施优化的指导，提升工程施工方案设计的科学性和可行性。

水利工程建设应该避免在寒冷天气中开展施工建设工作，如果外部的气温比较低，会导致深层搅拌桩的施工很难保证，因此，施工人员需要做好对气象条件的检查，保证工程施工的顺利进行。

3.2 制定合理的施工工艺和流程

为了确保水利工程软土地基的施工质量，施工中必须制定合适的施工工艺和施工流程，并在施工中严格落实，以保证对软土地基的有效控制，满足工程施工的质量要求。例如采取抛石挤淤施工之前，就要设定严格的施工工序，并在工程施工中严加管理。施工前应该确认施工边线，做好地表清理和排水工作，加强淤泥开挖，设然后再经过清表之后，进行抛填作业，并使用机械碾压。每一道工序完成后，都要进行质量检查，保证施工质量能达到设计要求。

3.3 加强施工中的数据采集和分析

水利工程施工本身就有比较高的安全隐患，软土地基施工让施工安全问题变得更为严重。为了同时解决质量控制和安全管理的要求，需要利用高效率的数据采集和分析，研究现场情况变化，分析施工过程中的安全风险。所以施工前，施工单位应该组织施工人员入场收集工程相关数据，根据数据分析工程施工特点，辨别存在的各种安全隐患，然后在此基础上进行施工设计，保证质量控制和安全管理的两方面效果[6]。

3.4 做好对软土地基的评估工作

由于软土地基普遍存在强度低、稳定性不足的情况，为了能保证处理效果，就需要了解软土地基的实际状况，设置正确的加固方案。施工前，技术人员通过勘察数据，对软土地基的承载力进行科学的分析和评估，以便了解软土地基的各方面性能，确定土体结构承载力、水平剪切力等数据。结合上述数据，再进行软土地基加固工作和使用加固方法。

3.5 现场质量管理

为了确保工程的施工质量，施工单位需要使用合理的质量控制措施，采用规范化的管理思路开展管理工作，最大化控制施工可能存在的质量问题。施工中必须做好对材料的管理工作，为此材料入场之前需要进行质检，如果检测不合格不得进入施工场地。进场之后，要对材料进行分类堆放，避免施工材料因为天气等因素损坏。针对关键施工技术，必须做好对技术人员的培训指导工作，保证施工人员了解技术应用方法。

4 软土地基水利工程施工项目

4.1 项目概况

某沿海城市处在海相、冲击三角洲沉积土，其软土地基包括很多生物矿，当地的天然含水率很高，软土的压缩性强，而且天然孔比较大，抗压强度也比较低。为了满足水利工程的建设要求，需要专门使用技术进行软土地基的处理工作。

4.2 换填垫层技术应用

换填垫层地基处理技术是目前软土地基比较常用的方法，针对厚度相对交底的软土层有比较好的效果。施工中先要将表面的软土全部去除，之后将其换填成具有更高性能的砂石、卵石等材料，提升材料的透水性，并降低材料压缩性，通过该方法可以提升排水固结速度，并且能提升地基的承载力。完成换填工作后，为了保证持力层的稳定性，还需要对地基进行夯实处理。

换填施工的过程中，应该做好对坑内的清理工作，保证所有积水都排放干净，还要加强对地基周边的固定工作，然后选择合适的材料进行搅拌。在该项工作中，需要结合现场状况进行材料选择，在选择顶级砂粒使，应该选择颗粒不均匀度在10 以内的材料；如果使用人工级砂砾，需要在施工前进行密度试验，然后找到最合适的矿石。在没有上述两种材料时，可以使用细砂作为垫层，然后向其中掺入碎石，以控制含石量在50%以下。

施工质量控制过程中，应该严格按照施工工艺流程进行操作，施工前应该做好对材料的铺平和振捣工作，施工过程中应该严格进行接头位置的控制，确保接头的斜坡性质。对于间层可以错开一定距离，满足现场施工需要。对材料机型铺设时，需要使用合理的方法进行铺设，比如使用平振法、碾压法等等。而且，施工过程中必须要保证排水的流畅性，针对现场情况建设排水设施，有效解决现场的冲刷和淤泥问题。施工后遗弃的材料需要清理干净，废弃物的堆放地点必须与河道保持距离。

本工程的提防工程施工中，使用换填垫层进行了软基的处理工作，使用该方法之后可以保证地基的承载能力，可以保证工程建设的顺利进行。

4.3 注浆加固技术应用

注浆加固技术也成为压力注浆法，施工中会使用液压或者气压的方式实现浆液的注浆，推动浆体均匀地进入地层，之后浆液会以填充、渗透等形式，在土体的裂缝和空洞中扩展，然后浆液就会和原来的土体胶粒结合，让软土地基能构成一个整体，极大程度上解决地基强度和稳定性的问题。

施工过程中，浆液一般选择水泥浆或者水泥粉煤灰浆，针对软土地基上的硬壳，也可以将其作为封压层；如果软土地基上并没有形成硬壳体，可以专门进行碾压，以获得封压层。如果软土地基的砂砾比较多，就可以使用分段式注浆的方式，注浆的过程中应该做好对注浆压力的控制，避免注浆压力过大破坏软土地基结构，或者压力过小导致注浆效果不足。虽然注浆压力增大能够获得更大的扩散距离，但是注浆的压力必须控制在土层强幅度以下，为此可以专门开展注浆试验，确定最合适的注浆压力。确定注浆压力之后，应该合理布置注浆孔，成孔之后要使用压缩空气进行清孔，不能用水冲洗，防止破坏钻孔。

为了保证效果，还需要确定合适的加固深度，避免注浆之后出现过于严重的变形或者沉降，制备浆液时，也应该选择合适的材料，保证注浆质量和地基的承载力提升效果。本工程中再对软基加固中，通过使用注浆技术有效提升了承载力，获得了较好的效果。