水利工程中软土地基处理技术要点分析

◎李学奎 兴义市水务局

软土地基处理是现代水利工程的施工难点，部分工程现场分布低强度、高压缩量软弱土层，如果盲目开展现场施工作业，选择不适合的软基处理技术，将会影响地基结构的稳定性和安全性，从而引发地基不均匀沉降、水工建筑物结构开裂等问题。因此，应通过科学的方式进行软土地基的勘探分析，采取合适的工艺方式，这样才可以有效地提升水利工程的整体质量。

1.水利工程中软土地基处理技术要点

1.1 换填法

换填法是挖除工程现场分布的软弱土层，原位回填夯实质地坚硬的材料，通过置换地基垫层方式改善地基承载力特性。此项技术工艺简单、易于操作、地基处理效果显著，但需要使用到大量的换填材料，施工成本与垫层换填深度保持正比关系，如果换填深度较大，将会产生过高的施工成本。目前，换填法多用于浅层分布软弱土层的水利工程，把开挖换填深度控制在3.0m内。

在应用换填法时，重点掌握材料检查、软基开挖、垫层回填、质量检验四道步骤的操作要点。第一，材料检查。根据软基处理要求来选用粉质粘土、灰土、粉煤灰、水泥土等作为换填材料。检查换填材料的质量状态，筛除杂质，比如，把粉质黏土的有机质含量控制在5%以内，筛除灰土中粒径超过5mm的颗粒，把水泥土中的水泥掺入量控制在8%-15%以内[1]。第二，软基开挖。在垫层底面设置标高，施工人员采取机械开挖或是人工开挖方式，按顺序开挖作业面中的软弱土层，检查垫层底面平整度与标高偏差是否超标，对超挖部位开展补挖作业，对欠挖部位进行回填夯实处理。第三，垫层回填。分层开展回填作业，把回填层厚度控制在15-30cm内，各层回填完毕后使用平板振捣器等机具进行压实，检查回填层厚度、压实度与平整度是否达标，重复操作，直至完成垫层回填作业。同时，在回填首层垫层时，禁止使用振动能力过大的机具设备。第四，质量检验。运用环刀法、静载荷试验、静力触探试验等方法，检查地基质量是否达标。以环刀法为例，在换填垫层中压入环刀，环刀底部压入到垫层2/3深度处，采集垫层样品后测定干密度。

1.2 排水预压法

排水预压法是在软土地基部位铺设砂浆层与竖向设置排水体，后续在垫层表面铺设薄膜进行密封处理，薄膜上方长时间堆放重物，或是人为营造真空负压环境，凭借上部重力或负压力来挤压地基土体中所含水分，再把水分通过排水体向上排出，以此来实现软基强制固结的处理目的。此项技术多用于处理饱和性软弱地基，根据工艺做法可分为堆载预压、真空预压、降水预压等方法，真空预压法有着工期时间短的优势，应用频次较高。

在应用真空预压法时，重点掌握垫层铺设、真空泵安装、真空抽压三道步骤的操作要点。第一，垫层铺设。提前在现场划出预压区边线，清理边线范围内的地面垃圾杂质，将地面整平。在地面上均匀铺设厚度在0.5―0.8m内的砂垫层，分层铺设砂垫层，在垫层内放置土工格栅与插设塑料排水板，将排水板间距控制在1.5―1.5m内。第二，真空泵安装。在垫层没埋设管路和滤管，将管路间距控制在6m内，检查接头连接情况。随后在垫层内安装真空泵，在泵体周边放置若干数量的真空表测头。最后在垫层表面铺设塑料膜进行密封处理，将边线处膜材牢固压入垫层内并堆放重物固定，仔细检查膜面是否存在裂缝、孔洞等缺陷部位[2]。第三，真空抽压。启动真空泵，持续抽排膜下空间内的空气，并使用测头检测，直到膜下整体真空度超过75kpa、泵口与主管部位真空度超过90kpa后，即可进入预压固结阶段，始终维持恒定的膜下真空度，最终在持续固结时间到达预期、地基平均固结度超过80%后，完成软基处理作业。

1.3 化学固结法

化学固结法是在地基中采取强制搅拌或是压力灌注等手段，在软弱土层内掺加适量的化学固结剂，固结剂与土体颗粒接触后产生一系列化学反应，最终使地基土层强制固结，改善地基承载性能。根据工艺做法，可以把化学固结法分为高压旋喷桩、粉体喷射搅拌桩、硅化加固等软基处理技术。

第一，高压旋喷桩。该技术适用于处理淤泥质土、粉土、素填土、流塑土等类型软基，通过喷嘴向土层内高压喷射水泥浆，最终形成水泥加固体。施工人员需要提前在现场标记各处桩孔位置，启动钻机向土层内钻进钻头，待钻头深度到达孔底标高后，通过喷嘴向外喷射水泥浆，喷浆过程同步旋转上提钻杆，要求所使用水泥浆的容重控制在1.1―1.25h/cm3内。随后，按照从下到上顺序完成高压旋喷作业，直至水泥浆与土体颗粒凝固成型后，在桩孔内充填回灌少量水泥浆来保持孔口浆面饱满状态，清洗喷头与输浆管路，将设备挪移至下处桩孔，重复上述操作，完成剩余高压旋喷桩作业[3]。

第二，粉体喷射搅拌桩。该技术利用深层喷射搅拌机向土层内喷射水泥材料，使用叶片把水泥与土体颗粒进行强制搅拌，二者进行一系列物化反应后形成柱状竖向增强体，与桩间土组成复合地基体系。施工人员需要提前将现场地表平整，把钻机、空气压缩机等机具设备运输就位，保持钻头与桩位二者中心点对准状态，调整导轨垂直度。启动钻机、搅拌机等设备，开展预搅下沉作业，控制钻头沿导轨下沉钻进，直至钻头钻进深度略超过粉喷桩底设计标高后，通过喷灰口向钻孔周边土层喷射水泥材料，同步开展搅拌与喷射作业，严格控制粉喷量与钻杆上提速度，在喷灰口到达地面下方0.5m处结束喷射，再把钻杆下沉至桩底后开展复拌作业，搅拌提升至地面。最后，施工人员把钻机移至下处桩位，重复上述操作。

第三，硅化加固技术。在软基土层内打入金属灌注管，通过灌注管向土层压力注入硅酸钠或是氯化钙溶液，溶液产生一系列化学反应后生成氢氧化钙、硅胶等产物，起到填充土层孔隙、增强土体颗粒连结效果的作用。在应用此项技术时，施工人员应根据现场地基条件来选择溶液品种，如处理粉砂地基与湿陷性黄土地基时，使用硅酸钠溶液作为化学加固剂即可，而在处理砂性土等类型软基时，则在土层内按顺序依次灌注硅酸钠溶液和氯化钙溶液。同时，严格控制金属灌注管的打入数量与间隔距离。正常情况下，把灌注管间距值控制在0.7m内，沿软基边线周边额外布置排灌注管，按照从上到下顺序分层开展硅化加固作业，灌注管压入首层土层一定深度后立即灌注溶液，再将灌注管压至下一土层，重复上述操作。

1.4 挤淤抛填法

挤淤抛填法是在软土地基中抛填碎石或片石，在重力作用下使抛填材料沉入软弱土层底部，强制将淤泥挤出地基范围。此项技术适用于处理淤泥质土软基，或现场分布积水洼地的水利工程，施工简单，成本低。

在应用挤淤抛填法时，提前在工程现场准备尺寸超过0.3m的碎石料，在软基周边部位平整地面与施作搭接台阶，把各级台阶宽度控制在0.5m以上，并保持台阶顶面向内侧倾斜状态。以软基中心部位为起始点，向两侧延伸抛填石料，率先抛填重量较大的毛石，再开展碾压左后抛填粒径较小的碎石，将表层进行整平处理。同时，在碾压步骤，施工人员重复开展4-5遍振动碾压作业，碾压期间持续向石料空隙部位铺投碎石块或是石屑，直至抛石层表面处于平整状态。最后，清理抛填期间所挤出的淤泥，运用沉降观测法等方法来观察抛石层工后沉降量、压实度是否达标，对不达标部位额外开展振动压实作业。

2.水利工程软土地基处理的注意事项

2.1 施工导流

相比于其他类型建设工程，水利工程现场地形条件复杂、水网河道密布的特点，部分软土地基位于河道区域，无法直接开展软基处理作业。因此，施工单位需要提前做好施工导流作业，采取土石围堰、土袋围堰、钢板桩围堰等工艺做法，临时拦截河道水流进入软基作业区域。

例如，在工程现场河道水深值不足1.5m、河道流速不足0.5m/s的情况下，可采取土石围堰做法，提前在现场准备砂质黏土、黏性土等作为筑堰材料，施工人员以河道上游作为起始点，向下游延伸开展筑堰、合龙作业，把堰顶宽度控制在1.0―2.0m内、围堰外边坡迎水侧和背水侧坡度分别控制在1.2―1.3与1.2以内。而在工程现场河道水深不足3.0m、河道流速不足1.5m/s情况下，则采取土袋围堰做法，施工人员在草袋或是无纺布袋内装填黏性土，再把土袋以河道上游为起始点向下游延伸堆码，保持上下层、内外层土袋相互错缝状态，必要时在围堰中心部位填筑黏性土芯墙[4]。

2.2 施工方案比选

考虑到水利工程现场环境条件与地基构造复杂，软基施工技术方案的实际处理效果存在不确定性，无法保障处理后的地基状态完全达到施工要求。因此，施工单位需要根据工程勘察报告，从技术实操、施工成本、工期时间等多个层面来比选软基处理技术，从中挑选恰当的软基处理形式。随后，在现场挑选一处具有代表性的软基开展试验段施工，根据施工情况与软基处理效果，着手修改施工技术方案中的不合理部位，准确计算垫层换填厚度、排水固结时间、强夯遍数等工艺参数的最佳值。同时，也可选择应用BIM技术，在软件中构建模型、导入技术方案开展模拟施工试验，根据试验结果来发现技术问题、改进施工技术方案。

2.3 工艺问题处理

在软土地基处理期间，受到现场条件、工艺操作等因素影响，偶尔出现各类工艺问题，如果发现、处理不及时则会影响到软基处理效果。因此，施工人员需要持续观察软基状态和处理情况，如果出现各类异常状况，及时分析问题原因、采取改进措施或是开展返工作业。

例如，在采取垫层换填处理形式时，常见工艺问题包括下卧土层扰动、分层填筑密实度不达标。对于下卧土层扰动问题，施工人员在地基开挖至垫层底面标高上方0.3m处切换为人工开挖作业，如果垫层超挖，则对超挖部位进行人工回填夯实处理，必要情况下清理坑底扰动软土和调整垫层标高。对于分层填筑密实度不达标问题，适当增加垫层压实遍数，如果重复碾压后的压实度仍未达到设计标准，则将垫层挖除后将含水量超标的回填材料进行翻晒晾干处理，重复开展垫层回填夯实作业[5]。

在应用真空预压法时，常见工艺问题包括边界地表裂缝、真空度不足。其中，对于边界地表裂缝问题，施工人员在预压区域边界外侧额外挖设土沟，利用土沟来释放真空预压期间形成的应力，以此来预防边界裂缝形成，并起到减少附加沉降量与水平位移量的作用。对于真空度不足问题，施工人员在预压期间持续观测膜下环境真空度与检查膜材质量状态，如果出现膜材裂缝等缺陷部位，则采取直接胶补法对缺陷部位膜材进行修补处理，并启动真空泵抽排膜下空气。

在采取挤淤抛填法时，常见工艺问题包括心墙与反压平台接触部位局部沉陷、反压平台不均匀沉陷。其中，对于心墙与反压平台接触部位局部沉陷问题，形成原主要包括挤淤强度不足、反压平台厚度不达标、间隙部位遗留淤泥软弱夹层，施工人员需要在裂缝部位开展堆料预压作业来挤出遗留淤泥，静置一段时间等待平台恢复平衡状态，再挖移堆料体与开挖芯墙裂缝部位土料，原位重新开展碾压作业[6]。对于反压平台不均匀沉陷问题，形成原因包括抛填方量不足、反压平台外侧违规堆方淤泥，施工人员需要操纵挖掘机将平台周边淤泥向外挖移，开挖裂缝后向外推移原有填料，在裂缝部位重新填筑风化料与开展碾压作业。

3.结语

综上所述，软基处理是水利工程施工活动的关键，应分析施工现场具体水文地质条件及特征，选择科学的地基处理方法，为工程建设质量与水利设施使用安全提供有力保障。为此，相关人员必须提高对软基处理技术的重视，明确各项软基处理技术的操作要点，根据工程情况选择恰当软基处理形式，严格把控软土地基处理作业过程，明确施工导流、施工方案比选、工艺问题处理等环节的质量把控，保证水利工程软土地基得到高效处理。