农田水利工程地基处理方法研究进展

收稿日期：2024-02-04

作者简介：周永平（1988—），男，甘肃定西人，工程师，主要从事农田水利工程研究。

摘 要：农田水利工程通常位于河谷、平原和盆地地区，其地质条件比较复杂，针对不同的地基类型有不同的处理方式。只有加强农田水利工程地基处理，提高地基的承载力，保证地基的稳定性，才能更好地发挥农田水利工程的作用。重点研究不同地基类型的处理方法，以供相关单位参考借鉴。

关键词：农田水利工程；地基处理；方法

中图分类号：TV223 文献标志码：B 文章编号：2095–3305（2024）04–0-03

农田水利工程是农业发展的重要基础设施，地基处理则是农田水利工程建设中的关键环节，地基处理的目的是提高地基的稳定性、防止不均匀沉降和降低水对地基的渗透压力[1-2]。对于农田水利工程来说，地基处理成功与否直接关系到工程的稳定性和使用寿命，也直接关系到广大农民的生命财产安全和农业生产的发展。不良地基会导致水利工程出现裂缝、下沉等现象，严重时甚至可能引发工程坍塌等安全事故，通过科学的地基处理，可以显著提高农田水利工程的安全性和稳定性，降低工程风险。

1 农田水利工程地基处理的必要性

1.1 提高地基承载力

地基是支撑整个农田水利工程的基石，其承载力直接决定工程的稳定性，经过有效的地基处理，可以提高地基的承载力。如通过加深地基深度，将荷载传递到承载能力更强的深层土壤，或者在地基中加入水泥、石灰等加固材料，提高地基的强度和稳定性，或者设计合理的排水系统，保证地基在受到荷载作用时能够快速排水，避免地基变形。地基承载力得到保障，能够防止因地基沉降或变形而导致的工程破坏，也可以促使农田水利工程在长期使用过程中保持稳定，延长工程使用寿命。

1.2 防止工程下沉和裂缝产生

不良地基往往存在土壤松软、不均匀等问题，这些问题会导致农田水利工程在使用过程中下沉或产生裂缝。裂缝的产生会影响工程的外观质量，严重的可能对工程的结构安全造成威胁。而通过地基处理，可以改善土壤条件，提高地基的均匀性和稳定性，从而有效防止工程下沉和裂缝的产生。在地基处理中先会先对地质条件进行详细勘察，了解土层厚度、土质、地下水位等情况，并且根据实际情况选择合适的处理方法，如加固、排水、换填等，以此来防止工程下沉和裂缝的产生。

1.3 保障农田灌溉和排水系统的有效运行

农田灌溉和排水系统是农业生产的基础设施，对于保障粮食安全、促进农业可持续发展具有重要意义。灌溉系统能够为农作物提供必要的水分，确保其正常生长；而排水系统则能够有效控制农田的积水，防止土壤盐碱化，保障农业生态环境的安全。而农田水利工程的主要功能之一是保障农田灌溉和排水，如果地基不稳定，就会导致灌溉或排水管道出现变形、移位等现象，严重影响系统的正常运行。通过地基处理，可以提供稳定的支撑，确保灌溉和排水系统的管道、设施正常运行，保证农田及时得到充足的灌溉水源，并排除多余的水分。

2 常见的地基类型及其处理方法

2.1 湿陷性黄土地基

湿陷性黄土广泛分布于我国西北、华北和东北地区，是一种在一定压力下受水浸湿后，土的结构迅速被破坏并发生显著的附加下沉的黄土。这类土壤具有明显的大孔结构、较强的压缩性和低承载能力，给农田水利工程建设带来了挑战。

等级判定：湿陷性黄土等级划分的主要依据包括土壤湿陷系数、自重湿陷系数、湿陷起始压力等。同时，根据土壤的颗粒组成、含水量、密度、有机质含量等可以将湿陷性黄土分为轻微、中等、严重3个等级。

处理方法：针对不同等级的湿陷性黄土问题有不同的处理方法。如果是轻微等级可采用换填砂石、夯实等简单处理方法，提高地基的承载力[3]；如果是中等等级可采用桩基、水泥搅拌桩等处理方法，提高地基的稳定性和承载力；如果是严重等级可采用桩基、换填砂石、水泥搅拌桩等多种处理方法相结合的方式，并根据具体情况进行个性化处理[4]。

2.2 饱和土地基

饱和土地基是指土壤中的水分接近或达到饱和状态的地基。这类地基在受到外部压力时，土壤颗粒之间的孔隙水压力增加，导致地基承载力降低，甚至可能出现土壤液化现象[5]。而土壤液化是饱和土地基中一个严重的问题，会导致地基沉陷、建筑物损坏，因此必须对其进行快速地处理。常见处理方法有3种：第一种是排水预压法。该方法简单有效，但需较长时间才能达到预期效果，主要通过在地基中设置排水通道，将孔隙水排出，以降低孔隙水压力，提高地基的承载力[6]。第二种是真空预压法。该方法施工速度快，但需要完善的排水系统，主要通过在地表铺设不透气的密封膜，抽出地基中的空气，使土壤颗粒更加紧密，从而提高地基的承载力。第三种是微动力法。这种方法虽然对土壤扰动小，但对施工设备要求较高，主要通过在地基中施加微小的振动或冲击，使土壤颗粒重新排列，形成更加稳定的结构。

2.3 砂砾石地基

砂砾石地基是农田水利工程中常见的一种地基类型，具有松散、多孔、透水性强等特点，需要采取相应的处理措施以保证工程的安全性和稳定性。砂砾石地基主要由砂、砾石、卵石等松散颗粒组成，具有以下特点：（1）松散。砂砾石颗粒之间存在较大的空隙，使地基较为松散、多孔，进而形成多孔结构，透水性强。（2）不均匀性。砂砾石颗粒大小不一，导致地基土层分布不均，承载力差异较大。（3）压缩性。在外力作用下，砂砾石地基容易发生压缩变形。（4）地震液化可能性。在地震作用下，砂砾石地基容易发生液化现象。

砂砾石地基处理方法：（1）挖填法，对于较浅的沙砾石层，可以采用挖除后回填和填充的方法，以提高地基的承载力和稳定性。（2）压实法，通过机械压实或振动压实等方法，使砂砾石颗粒之间更加紧密，减少空隙，提高地基的承载力。（3）排水法，设置排水通道或排水垫层，将地基中的水分排出，减少地基变形和液化风险。（4）灌浆法，将浆液注入砂砾石地基，浆液会渗入砂砾石颗粒之间的空隙，形成坚实的整体，提高地基的承载力和稳定性[7]。

2.4 基岩

基岩处理的目的是提高基岩的稳定性，减少渗漏，降低地震或其他地质灾害对工程的影响[8]。在农田水利工程中，基岩处理的质量直接关系到水利设施的正常运行和使用寿命，是保障农业生产和国家粮食安全的重要环节。按照基础形式分类，地基可以分为普通地基和特殊地基。普通地基通常采用简单的基础形式，如浅基础、扩大基础等，适用于一般建筑物，而特殊地基则适用于特殊建筑物，如高层建筑、大型桥梁等，需要更加复杂和专业的基础设计。按照地理条件分类，地基又可以分为河滩地基、山区地基和湿地地基，其中河滩地基需要考虑水流冲刷和地下水位等因素，通常采用深基础、悬挂基础等形式；山区地基需要考虑山体稳定性和土壤侵蚀等因素，通常采用桩基础、悬挂基础等形式；湿地地基则需要考虑土壤湿度和稳定性等因素，通常采用沉降式基础、浮动式基础等形式。

常用的基岩处理方法：（1）灌浆法，通过将浆液注入基岩缝隙，提高岩体的整体性和防渗性能。在具体的灌浆过程中，可以根据不同的灌浆目的和要求，选择不同的灌浆方式，如可以选择单液浆、双液浆或多级注浆等。（2）排水法，设置排水系统，使地下水位下降，降低基岩的渗水压力。常用的排水设施包括排水沟、排水井等。（3）防渗法，通过铺设防渗材料或采取防渗墙等措施，降低渗透系数，防止水分进入工程结构[9]。

3 农田水利工程不良物理地质现象

不良物理地质现象是自然界中常见的地质灾害，对人类工程设施构成严重威胁。这些现象包括地基失稳、岩质滑坡、泥石流等，成因复杂，往往由自然因素和人为活动共同作用引发。

3.1 常见的不良物理地质现象

地基失稳：地基失稳表现为地层移动、沉降或倾斜，对建筑物安全造成影响[10]。例如，1975年河南板桥水库溃坝引发的山体滑坡，造成2.3万人死亡，主要原因是水库库区地基失稳。

岩质滑坡：滑坡是指斜坡上的岩土体在重力作用下沿一定滑动面整体下滑的现象，通常发生在山区，由于岩石的剪切力超过其抗剪强度，导致滑坡发生。

泥石流：泥石流是山区沟谷中由暴雨、冰雪融水等激发的含有大量泥沙石块的特殊洪流，具有突发性、流量大、冲刷能力强等特点，会对沟谷中的建筑物、道路和农田造成巨大破坏。

3.2 不良物理地质现象的影响因素

自然因素：地震、降雨、风化作用等自然因素均可导致不良物理地质现象发生，发生后会使地层产生裂缝，降雨会使松散物质饱和，提高滑坡和泥石流发生的可能性。人为因素：不合理的工程活动如大规模开挖、水库蓄水等，也可能引发不良物理地质现象发生。环境因素：全球气候变化导致极端天气事件增加，是不良物理地质现象发生的重要因素之一。

3.3 防治措施

预防措施：针对不同类型的不良物理地质现象，应采取相应的预防措施。例如，为防止地基失稳，需对建筑物地基进行稳定性评估和加固；为预防滑坡和泥石流，应采取水土保持措施，减少斜坡侵蚀，并对潜在滑坡和泥石流区域进行预警监测。

治理方法：对于已经发生的不良物理地质现象，应采取有效的治理方法。例如，对滑坡和泥石流灾害，可采用排导、拦截、减载、压脚等治理措施；对于地基失稳问题，需要进行地基加固、纠偏或重建。在进行农田水利工程地基处理时，必须遵守相关法规与标准要求，如《建筑地基基础设计规范》《水利工程建设安全生产管理规定》等，以此来保证地基处理符合法规和标准要求，保证工程质量和安全。

4 农田水利工程地下水开采对环境的影响

地下水是农田水利灌溉的重要水源，过度的地下水开采可能对环境造成负面影响，具体表现如下：（1）地表水下降。地下水与地表水相互关联，过度开采地下水可能导致地下水位下降，进而影响地表水的水量和水质，严重时还可能引发地面塌陷等地质灾害。（2）土壤盐碱化。长期依赖地下水灌溉可能导致土壤盐碱化，这是因为过度抽取地下水会导致地下水位下降，地表水和雨水难以渗透土壤，从而增加土壤盐分。（3）生态系统。地下水是生态系统中不可或缺的组成部分，过度开采可能破坏生态系统。例如，地下水位下降可能导致湿地萎缩、水生生物栖息地丧失等。

对地基的影响：地下水开采会导致地下水位下降，孔隙水压力减少，土层在不排水条件下发生压缩，引发地面沉降，进而可能会引发农田水利工程设施损坏、建筑物产生裂缝等问题。在极端气候条件下，过度开采地下水还可能提高地质灾害发生的概率，如山体滑坡、泥石流等。同时，长期大量抽取地下水可能导致岩土体结构发生变化，如砂土液化、软土层压缩等，从而影响地基的稳定性。

应对策略：首先，合理开采，制定科学、合理的地下水开采方案，控制开采量，避免过度开采，严厉打击非法开采行为。其次，进行有效监测，建立完善的地下水动态监测网络，实时掌握地下水位变化情况，为预防和应对措施制定提供科学依据。再次，加强防护加固，对存在安全隐患的地基进行加固处理，如采用桩基、扩基等措施提高地基的承载力。最后，生态修复，通过植被恢复、土壤改良等生态修复手段，提高土壤持水能力，减少地下水开采量。以某地区农田水利工程为例，由于长期大量开采地下水，该地区地面沉降严重，多处农田水利设施出现裂缝。经调查分析，该地区地下水开采量超过当地资源承载能力，且缺乏有效监管措施。针对这一问题，当地采取了一系列预防和应对措施，包括限制开采量、加强监测和修复受损设施等。经过一段时间的努力，该地区地基稳定性得到有效提高，农田水利工程设施恢复正常运行。

5 农田水利工程地基处理诱发地震

不当的地基处理方法可能引发地震，给人们的生命财产安全带来严重威胁。农田水利工程地基处理诱发地震的原因：首先，地下水开采过度。农田水利工程通常需要大量抽取地下水，导致地下水位下降，从而增加地壳的应力，当地壳应力积累到一定程度时，可能引发地震。其次，地质条件复杂。一些地区的地质条件较为复杂，如存在断裂带等。如果在这些地区进行不适当的地基处理，可能会诱发地震。最后，施工方法不当。在农田水利工程地基处理过程中，如果施工方法不当，如大规模的土方开挖、填筑等，可能会改变地壳的应力状态，进而诱发地震。

应对措施：首先，科学评估地质条件。在工程建设前，对项目所在地区的地质条件进行详细调查和评估，充分了解地壳应力分布等情况，制定科学、合理的地基处理方案。其次，控制地下水开采。合理控制农田水利工程中的地下水开采量，避免过度开采导致地壳应力增加。再次，选择适当的施工方法。在地基处理过程中，选择适当的施工方法，避免大规模的土方开挖、填筑等作业，减少对地壳应力状态的干扰。最后，建立完善的地震监测网络，对地壳应力变化和地震活动进行实时监测。通过数据分析和技术预警，及时发现潜在的地震风险，采取应对措施。

6 结束语

地基处理是农田水利工程的基础和关键。在农田水利工程施工过程中应该重视地基处理，针对不同的地基类型，采取合适的处理方法。同时，还要关注地下水过度开采以及可能诱发地震的问题，需要提高重视程度并制定相应的措施，避免不良情况的出现。

参考文献

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