水利工程施工中软基基础处理技术的分析

2022-04-28张晓斌

大科技 2022年15期

张晓斌

（湖南百舸水利建设股份有限公司，湖南长沙 410000）

0 引言

社会经济的不断发展，以及城镇用水需求量的持续增多，使得我国水利工程建设规模进一步扩大。为保证工程整体稳定性，能够发挥工程运行作用，就需重视软基基础的处理与施工。根据工程所处地质条件以及建设需求，合理选用软基处理技术，降低基础对水利工程稳定性的影响，确保工程施工与使用安全。

1 软基基础特征分析

1.1 低透水性

由于软基基础内部的空隙较大，因此含水量较多，可达70%，数值直接反映出软土在透水方面的能力不强，且也在这一特点的作用下，严重影响地基排水效果。若水利工程建设于软基基础上，极易出现因地基长时间不凝固导致建筑下沉的问题。此外，低透水性会增大地基水压，工程施工初期不利于其沉降，若不加以及时处理，便会延长建筑下沉时间[1]。

1.2 高压缩性

当软基基础的压力值远大于标准范围时，将会使压缩曲线发生改变即由平缓至陡降。水利工程建设期间，软基基础的高压缩性特点呈现并不明显，且不会引发施工质量问题，但随着施工的不断推进，亦或是工程使用年限的增加，便会增大对软基基础的压力值，从而导致基础出现变化。起初，这一变化并不显著，且较为平稳，但会突然骤变，增大水利工程坍塌风险。

1.3 高灵敏度

当软基基础受到震动的影响后，基础的土质结构便会发生变化，相较于原有结构，改变后的基础在质量、稀释状况等方面也会出现显著变化，无法保证水利工程整体质量。因此，执行工程施工设计作业时，便需充分考虑软基基础高灵敏度的特征，并制定可行的处理措施，避免发生基础侧向滑动问题，致使水利工程使用年限受到影响。

2 水利工程软基基础处理技术研究

2.1 桩基处理技术

开展水利工程软基基础施工作业时，常应用的施工处理技术为水泥搅拌桩（图1），通过深层搅拌的方式，有机结合固化剂和软土，并将其整合为一个整体，以此增强软土结构完整性，同时，还可大幅提高结构的水稳性，通常被用于土质为粉土、淤泥的软基基础处理工作中。水泥搅拌桩处理技术操作时，不会发出较大噪声，且振动幅度较小，而施工结束后，也不需执行建筑垃圾外运工作。水泥搅拌桩结构可以相互搭接，也可彼此独立，由于桩基本身的渗透性较小，因此，水泥搅拌桩的使用能够从根本上优化软基基础各项力学性质，还有助于基础承载力的进一步提高。工程建设时，还应合理运用钢筋混凝土预制桩处理技术。这是因为软基基础土层较厚，若使用传统的处理方式无法起到增强基础结构承载力的作用，为获得较为理想的处理效果，应搭配机械成孔方法，将混凝土注入到孔洞中，实现基础结构承载力的提升，以此规避结构下沉现象的发生[2]。此外，也可运用水泥土固化技术。水泥土的主要原料为沙壤土或当地特细砂，混合约13%的水泥，再加入适量水、外加剂，充分搅拌后得到的水泥固化土。技术操作原理如下：在水泥中加入固化材料，做好搅拌工作，促使水、水泥、固化料彼此间发生水化反应与水解反应，此时的水泥颗粒表面便会生成胶状凝结物，增强水泥颗粒整体稳定性。而凝胶物质彼此间构成网状结构，使用结晶类水化产物填充结构空隙，待其固化后，可大幅提高水泥结构强度，实现对软基的有效处理。

图1 水泥搅拌桩施工作业

2.2 换填处理技术

水利工程软基基础结构内部有较多的水分，为规避软土结构对工程整体稳定性的不良影响，需使用更具稳定性、高强度的材料替换软土，再借助施工设备夯实处理区域。但不同水利工程的施工要求不同，对此，施工人员需全方位分析当地地基情况。若软基淤泥较薄，便需应用换土回填处理技术（图2），以此强化软基抗压能力以及紧密性。技术实施前，应组织专业人员细致检查软基材料，对于腐蚀性的材料应及时去除，常采用的替换土为卵石、砂石等，这类土层材料具备极强的承载性能，且强度较大，能够大幅提高土壤结构稳定性。

图2 换土垫层施工结构

换填处理技术操作如下：组织换填软基开挖施工，明确工程建设面积，预估工程重量，以此为依据，合理规划软基换土范围，并剔除软土层，通常为淤泥软土，替换土选用天然砂砾。软土挖除工作需在挖掘机设备的帮助下执行，根据工程实际需求，确定开挖深度，一般小于2m。开展换填施工时，要求施工人员始终遵循分层填筑、逐层压实处理原则，依托于水利工程在施工强度方面的要求，对各层的压实程度进行检测。换填处理技术选用的置换土壤以及换填材料的含量、粒径、级配均需结合工程建设标准来确定，在此之前，还应对各种要素进行试验检测，并做好地基结构的勘察工作，尽可能排除换填、换填后地基基础潜在的各类问题，针对性地给出合理、可靠的地基基础维护措施。同时，还需加强对施工人员的管理，确保其严格按照施工流程以及技术要求开展换土施工，规避人为因素导致地基沉降问题的发生。

2.3 化学固结技术

化学固结法是利用胶结剂、化学溶剂等化学材料，采用压力灌注或搅拌混合的方式，实现软基土粒的相互胶结。较为常见的化学固结技术包括粉体喷射搅拌技术、高压旋喷技术。

（1）粉体喷射搅拌技术：向软基中加入适量的加固材料，比如粉柱体，做好充分搅拌工作，确保材料和软基原有土质有效混合，并产生化学反应，有助于土基整体强度的提升。技术操作原理是利用空气压缩设备，当设备搅拌叶片旋转时会产生空隙，以此喷出加固材料，同时，随着叶片的长时间旋转，加固材料会与软基中原有土层进行充分混合，而与加固材料分离后的空气会顺着搅拌轴缝隙排出。粉体喷射搅拌技术的固结原理如下：通过使用固化剂来提高土基强度，固化剂的组成有石灰、水泥、矿渣等，若对软基基础处理时有特殊要求，也可混合适量粉煤灰。所有材料均是通过固结反应形成石灰粉体，再向软基中加入生石灰，并与软基中含有的水分进行反应，形成熟石灰，此时的水分被尽数吸收，而生石灰则起到固结的作用[3]。

（2）高压旋喷技术（图3）：通常被用于土质为粉土、黄土、淤泥软基固结工作中，利用液压、气压等技术原理，先将固化浆液注入到软基中，紧接着在闸基中执行高压旋喷灌浆，以此打造成水泥土摩擦桩，可实现闸基承载力的进一步提高，规避地基沉降的问题发生。施工前，需做好施工设备的选用与检修工作，主要设备有高压柱塞泵、旋喷桩机、排污泵、浆液搅拌机、空压机等。技术操作工艺程序如下：先组织施工人员开展桩位放样工作，结合施工现场实际情况，以及软基基础固结需求，合理设置钻机位置，再对垂向的喷嘴进行封堵，完成浆液的充分搅拌，遵循由上自下施工原则执行高压旋喷，直至旋喷作业到达设计顶层后，对施工部位进行冲洗与移位。高压旋喷技术适用于软塑、粉土、淤泥、素填土、可塑黏土等土层，若检测到土层中含有较多的大粒径块石与植物根茎，特别是地下水流速较大的软基，都需先安排专业人员对施工现场进行试验，依托于试验所得结果，合理设计加固深度，一般大于5m。

图3 高压旋喷施工

2.4 堆载预压技术

堆载预压技术（图4）通常被用于含水量较多的软基处理工作中，而这类软基土层可视为淤泥类型，在对其进行处理前，要求施工人员尽数排出土层中的水分，从而达到提高土层硬度的效果。堆载预压技术的操作原理是先预压软基，将较大的作用力施加在地基的软土上，以此排出内部多余水分，通过压缩的方式实现地基的凝固，并利用产生的沉降提高土质强度指标。一般来说，这类软基基础位于湖、海等水文条件丰富的地区，而水利工程的施工均需在淤泥上进行。这就需要施工人员有效运用堆载预压技术，将大量水分从工程建设区域中排出，为后续施工创设良好环境。技术操作流程如下：首先，执行软基基础垫层工作，要求施工人员使用强度较高的土工原料，如复合型土工布，厚度为2层左右，而垫层材料为中粗砂，着手于垫层工序的实施。在此期间，应根据软基实际情况确定中粗砂垫层厚度，一般不超过2m，且粗砂含泥量应低于5%，有机物含量需小于1%。其次，按照竖直的方向将排水板材设置于砂层顶端，塑料板材以三角形设置的方式穿透淤泥。水平方向的排水系统则分为三部分，包括集水井、盲沟、砂垫层，其中，盲沟的坡度需始终超过2%，横竖间距应控制在30～40m。最后，采用堆载预压的方式将土层中水分排出，整个施工工序的完成时间大约为180d。通过对技术操作原理及流程进行分析，能够发现堆载预压技术可有效排出软基中的水分，实现土层抗压效果的进一步提升，确保水利工程最终施工质量达到所要求标准。但由于堆载预压技术的实现需要花费较多施工时间，因此，该技术通常被用于周期较为充裕的水利工程建设作业中[4]。