水利工程施工中软土地基处理技术

崔金刚,陈又贵

(中国水利水电第六工程局有限公司,沈阳 110000)

通过软土地基处理技术提高地基承载能力和稳定性、减少建筑物的沉降和倾斜、确保施工质量和安全。近年来,随着科技的不断进步和施工经验的积累,软土地基处理技术也在不断发展和完善。目前,常用的软土地基处理方法包括堆载法、减压法、注水法、充气法、振动法、喷射法等。这些方法的选择应根据场地条件、工程要求和处理方法的效果等因素综合考虑。

1 软土地基概述

1.1 概念

软土地基是指在土壤中含有大量软弱颗粒,含水量较高,压缩性较大,强度较低的土层。这种土层往往会给道路、桥梁、港口、水利工程等工程带来很大的危害。目前,国内软土地基处理技术现状与发展趋势已经得到了广泛关注和研究,未来随着工程实践的不断深入和技术的不断进步,软土地基处理技术将会取得更大的进展[1]。

1.2 危害性

由于软土地基中含有大量的水分,地基的承载能力较低,当建筑物施加过大的荷载时,会导致地基土的压缩和沉降,使得地基中的水流速度变慢,排水不畅,建筑物出现不均匀沉降,影响建筑物的地基稳定性,可能导致建筑物的倾斜和倒塌,造成建筑物的开裂和破坏,影响建筑物的正常使用。

2 软土地基处理技术

2.1 强夯施工技术

强夯施工技术是一种常用的软土地基处理技术,其主要原理是通过高强夯击能将土体打入深层,形成密实的地基。强夯施工技术一般适用于处理深度较浅、土质较为柔软的地基,例如鱼塘、沼泽等地区的软土地基。

2.1.1 施工原理

首先,在强夯施工前需要对地基进行测量和评估以确定地基的承载能力和稳定性等因素,并为强夯施工提供依据。其次,需要准备强夯设备,包括强夯锤、起重设备、钢丝绳、缓冲器等,这些设备需要经过调试和验收以确保施工质量。接下来,强夯施工时需要将强夯锤提升到预定高度,然后将其自由落体夯击地基,经过多次夯击直至达到所需的密实度。最后,强夯施工结束后,需要对地基进行填充和平整,以确保地基的稳定性和承载能力;还要需要对地基进行质量检测和评估,以确保地基的质量和稳定性[2]。

2.1.2 优缺点

强夯施工技术主要有3方面的优点:①高效:强夯施工技术可以快速处理地基,通常可以在几天内完成一个大规模的地基处理工程;②经济:强夯施工技术的成本相对较低,是一种经济的地基处理方法;③有效:强夯施工技术可以有效地增强地基的承载能力和稳定性,从而减少建筑物的沉降和变形。

强夯施工技术也有一些缺点,例如施工过程中会产生振动和噪音,可能会对周围的建筑物和居民造成影响。同时,强夯施工需要消耗大量的能源和材料,可能会对环境造成一定影响。因此,在实际应用中需要根据具体情况进行选择,综合考虑施工成本、施工质量和环境影响等因素[3]。

2.2 排水固结法

排水固结法是一种常用的软土地基处理技术,主要通过在地基中设置排水系统,使地下水位下降,改变地基的排水条件,加速软土的固结过程,从而提高地基的强度和质量。排水固结法包括砂井排水固结、塑料排水板排水固结、真空预压排水固结等不同类型,其中真空预压排水固结法是一种比较新的加固软土技术,属于排水固结法的一种。

2.2.1 施工原理与步骤

排水固结法的工作原理是通过在软土地基中设置真空室,在地下水位下降的情况下,通过控制压力泵将空气压入软土中,使软土中形成许多小气泡,从而使软土的密度增加,强度提高。

首先,施工人员需要根据工程需要设计合适的排水系统,包括竖向排水体和水平排水体的设置。其次,将塑料排水板或砂井等排水材料铺设在地基底部,形成排水通道。接下来,在排水材料上方填充软土或砂土等排水材料,以加速排水固结过程。最后,在排水固结过程中逐步施加荷载,使软土地基逐渐排水固结,达到加固效果[4]。

2.2.2 优缺点

排水固结法施工简单、工期短,且成本相对较低,是一种经济有效的软土地基处理方法。但施工过程中需要注意控制地下水位和压力泵的工作压力,以避免对周围环境造成负面影响。

2.3 高压喷射注浆法

高压喷射注浆法是一种常用的软土地基处理技术,它通过将浆液通过高压泵打入土层中,使其在土层中形成喷射流,使土层间隙内部产生反浆,从而达到加固土层的目的。该方法适用于处理淤泥、淤泥质土、黏性土、粉土、砂土、黄土、素填土和碎石土等地基,具有良好的处理效果。

2.3.1 施工原理与步骤

在高压喷射流的作用下,浆液会迅速渗透到土层间隙中,形成大量的凝胶物质,凝胶物质会在短时间内硬化,形成一个坚固的实体,从而有效地提高地基的承载力和抗渗能力。

首先,要准备设备,包括高压泵、浆液制备设备、喷射枪、注浆管等。其次,要确定喷射压力、喷射角度、浆液浓度、注浆量等施工参数。接下来,根据工程需要将浆液通过喷射枪打入土层中,以达到加固地基的目的。最后,还要根据工程对处理后的地基进行回填、夯实、碾压等处理,以保证地基的稳定性和承载能力。

2.3.2 优缺点

在具体应用中,高压喷射注浆法具有以下4个优点:①高压喷射注浆法可以在较短的时间内完成加固过程,可以更快地恢复土地的使用;②高压喷射注浆法可以有效地增加地基的承载力和稳定性;③高压喷射注浆法适用于各种类型的软土地基,包括深厚软土地基、填土土地基等;④高压喷射注浆法不需要进行复杂的基础处理,也不需要进行大量的挖掘和搬运工作,因此施工非常方便。然而,高压喷射注浆法也存在一些缺点,如高压喷射注浆法需要较高的设备和材料成本,因此施工成本相对较高;高压喷射注浆法会产生一些噪音和粉尘污染,可能会对周围环境产生影响;高压喷射注浆法存在一定的安全风险,如施工过程中可能出现爆炸、泄漏等问题[5]。

2.4 换土垫层法

换土垫层法是一种常用的软土地基处理技术,它的主要原理是将软弱土层挖除,然后填入强度较大的土、砂、碎石等材料,形成一个新的地基,以提高地基的承载能力和稳定性。

2.4.1 施工步骤

首先,根据工程需要,确定需要进行软土地基处理的范围;接下来,采用挖掘机等设备将施工范围内的软弱土层挖除,一般需要挖至硬土层或基岩;其次,再将强度较大的土、砂、碎石等材料填入挖除的软弱土层下方,分层填入,并采用压路机等设备进行压实;同时,对于填入的垫层材料,需要进行加固处理,以提高其承载能力和稳定性。可以采用分层压实、加筋材、桩基等方法进行加固处理;最后,完成加固处理后将原软弱土层进行回填,以形成一个新的地基。

2.4.2 优缺点

换土垫层法具有以下3个优点:①可迅速提高地基承载力,减少地基沉降量;②施工工艺简单,施工方便简单快捷,造价低;③可就地取材,适用于软弱地基的浅层处理。但同时,换土垫层法存在一定缺点,例如适用范围有限,不适用于软土厚度较大的地基;需要挖除软弱土层,可能会对周围环境造成一定影响;填入材料需要严格控制,否则可能会对地基稳定性产生不利影响。

因此,换土垫层法是一种有效的软土地基处理方法,但需要严格掌握适用范围和施工要点,以避免不必要的风险和损失。

2.4.3 具体案例

某大型水利工程位于沿海地区,其地基土壤属于典型的软土地基。在施工初期,由于地基土壤质地松散、含水量高,导致了建筑物出现了不同程度的沉降和变形。这些问题严重影响了工程的稳定性和安全性,需要采取有效的措施进行处理。为了解决这个问题,工程人员采用了换土垫层法对软土地基进行处理(如图1所示)。具体来说,是将不符合水利工程建设的软土地基中的土质更换为适合水利工程的土质。工程人员选用了经过处理的粗颗粒土作为换填材料,同时在换填过程中加入了膨润土、石灰等化学材料,以增强换填材料的物理性能和化学稳定性。经过换填管理的处理,地基土壤的承载能力得到了显著提升,建筑物的沉降和变形问题也得到了有效解决。

图1 换土垫层法

3 软土地基施工影响因素

3.1 环境因素

1)软土地基在湿润和温暖的气候条件下易于施工,而在干燥和寒冷的气候条件下难以施工。因此,在水利工程中,需要根据当地的气候情况来选择适当的施工时间和方式。

2)水利工程中的软土地基往往位于地质条件复杂的地区,如滑坡、泥石流、洪水等灾害区域。在施工前需要对地质条件进行详细的调查和分析,以确保施工的安全性。

3)地下水位对软土地基的施工具有重要的影响。如果地下水位较高,需要采取降水措施以确保施工场地的干燥和稳定。第四,水利工程中软土地基的土壤类型也是施工的重要因素之一。不同土壤类型的承载能力和变形性能不同,需要根据土壤类型选择适当的施工方法和材料。

3.2 技术因素

一方面,地基处理方法是影响水利工程中软土地基施工的重要因素之一。不同的地基处理方法会影响到地基的承载能力、稳定性和排水性能等方面。例如,换土法、排水固结法、石灰土法等不同类型的地基处理方法,都有其优缺点和适用范围,需要根据具体情况选择。水利工程中软土地基施工的设备和技术要求较高,需要采用先进的施工设备和技术,以保证施工质量和安全。例如,振动压路机、挖掘机、装载机等不同类型的施工设备,都需要具有较高的技术水平和可靠性。水利工程中软土地基施工的方法较多,例如,置换法、下沉法、挤密法等。不同的施工方法会影响到地基的稳定性、承载能力和排水性能等方面。因此,需要根据具体情况选择适当的施工方法[6]。

4 结 语

在水利工程施工中,软土地基处理技术的合理应用有利于促进水利工程实现高效、稳定、安全的运行。随着社会经济的不断进步和施工技术的不断发展,新型材料、新型工艺、新型设备的涌现将大幅提高软土地基处理的技术水平和效果;人们环保意识的不断提高将持续推动软土地基处理技术的绿色、环保发展;智能化技术的发展将有效推动软土地基处理技术的自动化、智能化。只有相关研究人员继续加强对该技术的研究和探索,不断提高其技术水平和实际应用效果,才能为水利工程的高效、稳定、安全运行提供有力的支持。