談水利工程軟土地基處理技術(shù)
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摘要:穩(wěn)定安全的地基作為水利工程施工的重要基礎(chǔ)，其質(zhì)量狀況直接關(guān)系著工程項目的服役年限和建設(shè)質(zhì)量。其中，軟基為水利工程最為常見的問題之一，往往存在強度低、空隙大、含水量高、承載性差等特點，若未能有效處理軟基將對水利施工安全、周邊地面變形產(chǎn)生不利影響。文章結(jié)合軟基特性及其危害，系統(tǒng)闡述了軟基處理的關(guān)鍵部位和技術(shù)措施，可為其他類似工程的軟基處理提供科學指導。
關(guān)鍵詞:軟基特性;地基處理;技術(shù)措施;水利工程
水利工程功能的特殊性決定了其施工環(huán)境的復(fù)雜性，大多數(shù)水利項目建設(shè)于濕度較大的河流、沿海等區(qū)域［1］。因此，水利施工的安全性和整體質(zhì)量在很大程度上取決于軟土地基的處理情況，實踐工程中軟基處理應(yīng)引起技術(shù)部門的重點關(guān)注。建筑物上部結(jié)構(gòu)的承載力完全由水利工程地基承擔，若未能實施地基處理很容易引起明顯的地基土沉降。軟基處理能夠顯著改善地基的透水性，其原因為地層以上地基受建筑物地層下部水流運動影響產(chǎn)生一定壓力，為降低建筑結(jié)構(gòu)受壓力作用的影響程度必須實施有效的處理措施［2］。通過采取有效的處理技術(shù)可以提高地基模量、減緩基土下沉速度以及改善地基壓縮特性;地基穩(wěn)定性與地基抗剪強度密切相關(guān)，所以地基處理還可減輕壓力和剪力破壞，改善地基剪切特性及增強地基抗壓力;此外，地基處理還可減少或消除膨潤土及濕陷土的特性，降低地震液化的不利影響，提高地基抗震強度和改善地基的動力特性。
1軟土地基特性及危害
1.1軟土地基特性
水利工程施工中遇到的泥炭、松散砂、淤泥、雜填土、沖填土、松軟土及淤泥質(zhì)土等土層，通常為軟土地基［3］。一般條件下，軟基土壤的孔隙度高、穩(wěn)定性差，含水量通常大于液限土，歸納總結(jié)其特性如下:①觸變性:從未受到破壞到發(fā)生破壞的過程，軟土地基自固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱鲃討B(tài)，該特性即為觸變性;②不均勻性:高分散顆粒和微細顆粒為組成軟基的主要成分，因兩者土質(zhì)密度的不同使得構(gòu)筑物沉降時的受力情況存在較大差異，水利工程整體受力也不同，軟基上的建筑物受這種不均勻性作用往往會出現(xiàn)各式各樣的裂縫，嚴重時還會發(fā)生損壞;③沉降速度快:隨著荷載的增加軟基上的構(gòu)筑物沉降速度不斷加快，保持地基條件不變時，沉降速度隨構(gòu)筑物高度的增加而加快;④高壓縮性:受高承載力作用，軟基上的構(gòu)筑物隨著壓縮系數(shù)的增大越易發(fā)生沉降，地基在垂直壓力超過0.1MPa的情況下發(fā)生壓縮變形，從而使得軟基上的構(gòu)筑物發(fā)生明顯的沉降;⑤低透水性:水利工程施工中軟基的透水性很差，軟基排水固結(jié)往往需要較長時間，所以要投入大量的精力完成軟基的排水固結(jié)作業(yè)，水利工程沉降時間一般超過10a［4］。
1.2軟土地基危害
水利施工過程中軟基具有較大的不可預(yù)見性，若未能做好相應(yīng)的處理很容易對構(gòu)筑物產(chǎn)生破壞，因無法保證路基穩(wěn)定性而出現(xiàn)沉降的現(xiàn)象十分常見［5］。軟土層受上部構(gòu)筑物不均勻荷載作用，極易引起構(gòu)筑物墻體開裂、基礎(chǔ)沉降和倒塌等危害。
2水利工程軟土地基處理技術(shù)
2.1作業(yè)前準備
軟基上建設(shè)水利項目要重點關(guān)注許多關(guān)鍵部位，其中施工準備為保證項目按預(yù)期完工的基本條件。為做好準備工作應(yīng)全面檢查所有施工設(shè)備，保證各項設(shè)備可以合理、正常的使用，相關(guān)管理人員還應(yīng)記錄各類設(shè)備的型號，為準確快速的選擇設(shè)備型號投入使用提供支持，從而保證水利項目按預(yù)期完工。此外，要嚴格檢查與篩選水利施工所需材料，全面檢驗各類材料質(zhì)量確保其符合水利施工要求，最大限度的降低因材料質(zhì)量問題帶來的不利影響，保證水利施工安全和工程建設(shè)效果。2.2施工處理細節(jié)施工處理細節(jié)為建設(shè)過程中軟基處理的關(guān)鍵內(nèi)容，在軟基處理細節(jié)上應(yīng)結(jié)合水利工程實際情況，選擇合適的軟基加固技術(shù)提高其整體穩(wěn)定性［6］。此外，軟基施工工程量預(yù)算要充分考慮工程現(xiàn)場的具體情況，科學確定工程周期和制定施工規(guī)劃，為合理安排施工、管理和技術(shù)人員工作提供依據(jù)。然后結(jié)合施工量預(yù)算合理選擇相應(yīng)的處理技術(shù)，例如工程量較小的情況下軟基處理宜選取換填法，工程量較大的情況下軟基處理宜選取砂墊層作業(yè)方式，由此以來可以合理控制工程建設(shè)成本，對調(diào)控水利項目建設(shè)資金發(fā)揮著積極作用。
2.3軟土地基施工技術(shù)
2.3.1換填法軟土層厚度為2－3cm時比較適用砂石換填墊層法，施工過程中先對表層軟土挖除，并利用穩(wěn)定性好、強度高的材料加以更換。其中，卵石、砂、砂石等為工程中常用的換填墊層材料，以上墊層石料存在容易碾壓密實、透水性良好、壓縮性小及強度高等特點，能夠明顯加快軟土層的固結(jié)排水速度以及顯著增強地基抗變形能力，大大降低沉降程度和消除膨脹土漲縮，有效防止基土出現(xiàn)凍脹破壞。完成換填施工后還需夯實此處地基，從而增強地基的整體抗變形、穩(wěn)定性、承載力以及維持良好的持力層。施工過程中底層材料的選擇應(yīng)符合壓縮性小、強度高等要求，若發(fā)現(xiàn)填充過程出現(xiàn)空隙應(yīng)利用透水材料排水，加快軟基凝結(jié)防止發(fā)生凍脹現(xiàn)象。完成換填施工后還要做好后續(xù)的夯實處理，施工過程中砂石與砂換填處理應(yīng)關(guān)注以下技術(shù)要點:1)施工材料的合理選擇。換填施工時應(yīng)盡可能選擇質(zhì)地堅硬的粗砂、碎石、沙礫和中砂等，防止出現(xiàn)風化料、軟巖及雜物的混入。其中，頂級沙礫的選用要滿足顆粒不均勻系數(shù)不低于10的要求;人工砂礫石的選用應(yīng)盡可能保持填層材料密度最大，采取密實度試驗合理選擇最優(yōu)的砂石;在沒有人工沙礫與頂級沙礫的情況下，填層材料可以選用細砂混入一定量碎石、卵石的方法，并且確保墊層含石量不超過50%，填充前清理干凈材料中混入的枯草、雜質(zhì)等。2)施工準備工作。換填層施工前清理干凈坑內(nèi)的樹葉、枯草等雜質(zhì)，若坑內(nèi)存在積水要利用排水技術(shù)排除干凈，并對坑內(nèi)浮土進行全面清理，同時確保地基周邊土的牢固穩(wěn)定，均勻攪拌填充材料后鋪平。3)施工過程控制。施工時材料的搗實與鋪平工作應(yīng)按照標準流程開展，為保持接頭的斜坡性質(zhì)還要處理好接頭位置，按照一定的距離錯開相鄰層級。然后選用合適的方法進行材料的鋪設(shè)施工，比較常見的有水振法、插振法、平振法、碾壓法及夯實法等。另外，修建排水設(shè)施保證施工期間工地的正常排水，防止出現(xiàn)淤泥與沖刷破壞，如雨季施工時要實行挖、運、填、壓同步實施的方法，通過有效的預(yù)防措施避免雨水對施工土地的沖刷破壞，最大程度的保持排水設(shè)施暢通;此外，要合理處置廢料，選擇遠離農(nóng)田、河流的區(qū)域作為廢料堆放地，且廢料放置要盡量選擇荒地而不應(yīng)壓蓋林草地，盡可能避免因廢棄材料堆積造成的河流、農(nóng)田污染問題。
2.3.2樁基法目前，工程實踐中常用的軟基處理方式是深層水泥攪拌樁技術(shù)，對于淤泥土、粉土的處理這種施工技術(shù)具有較強的適用性［7］，其施工工藝就是將地基與水泥利用攪拌機均勻混合，充分發(fā)揮水泥的固化作用提高軟土印度，最終實現(xiàn)地基強度的整體提升。1)施工準備。施工前要全面清理深層水泥攪拌樁施工現(xiàn)場的雜物，結(jié)合工程設(shè)計資料合理選擇水泥，并做好試樁、機械驗收及場地平整等工作，確保施工機械及施工設(shè)備的穩(wěn)定運行、功能正常和及時使用。2)施工過程控制。深層水泥攪拌樁施工應(yīng)保持管道的暢通無阻，同時符合施工規(guī)范相關(guān)要求，采取有效措施疏通管道并保證樁體垂直度，投入使用之前加強成樁檢查，嚴格檢查攪拌樁質(zhì)量保證其正常投入使用。
2.3.3排水固結(jié)法水利施工軟基處理中排水固結(jié)法比較常用，該方法能夠有效解決地基沉降及軟基穩(wěn)定性差的問題，也是工程實踐中最為重要的軟基處理方法之一。排水與加壓系統(tǒng)為該技術(shù)的主要構(gòu)成，可以利用軟基自身的透水性實現(xiàn)系統(tǒng)的集中排水。排水固結(jié)施工法按照不同的加壓方式可以劃分為聯(lián)合加壓、超載、真空和降水預(yù)壓等，其中軟黏土地基處理時比較適用超載預(yù)壓法，然而對超載比和超載作用時間的計算難以準確獲取，所以還沒有很好的解決超載預(yù)壓閾值的問題;采用降水預(yù)壓法應(yīng)先將排水帶或砂井安放于軟土內(nèi)，然后覆蓋砂層與封閉薄膜，將膜內(nèi)排水帶、砂層通過抽氣達到真空狀態(tài)，從而達到排除土體水分的目的，以預(yù)先固結(jié)土體的方式減少后期地基的沉降;聯(lián)合加壓法使用過程中應(yīng)嚴格控制預(yù)壓氣密性，做好地表處理和管路系統(tǒng)布設(shè)等相關(guān)工作，其工藝技術(shù)復(fù)雜且施工質(zhì)量影響因素較多，水泥漿初凝前應(yīng)在同一孔內(nèi)完成二次注漿，還需要進一步完善該技術(shù)的施工工藝;真空預(yù)壓法主要是將砂墊層先鋪于軟基上，并利用封閉膜將大氣環(huán)境與排水管道隔絕，保持薄膜埋入土體一定的距離，并用真空裝置和埋設(shè)于砂墊層內(nèi)的吸水管道抽氣形成真空，從而達到有效增加地基應(yīng)力的目的，該方法具有省去堆載環(huán)節(jié)、節(jié)省材料和預(yù)壓時間等優(yōu)勢，同時可以大范圍同步實施及技術(shù)設(shè)備簡單的優(yōu)點。所以，實際工程中應(yīng)結(jié)合工程量情況，選取合適的水利施工軟基處理技術(shù)［9］。
2.3.4化學固結(jié)法水利施工中常用的化學固結(jié)法有深層攪拌、高壓噴射和灌漿法三種方式，其中灌漿法主要是將固化漿液利用液壓、電化學或氣壓等方式注入孔隙及裂縫內(nèi)，從而改善軟基力學性能;深層攪拌法屬于工程實踐中軟基處理的常見方式，主要通過添加固化劑固化軟基，終提升地基強度。實質(zhì)上，這些方法都是將地基深處的軟土與水泥、石灰等固化材料黏合，從而達到提高軟基承載能力和硬化深層軟土的目的，最大限度的降低軟基沉降?；瘜W固結(jié)法較其其它施工方式，其綜合成本較高［10］。
3結(jié)論
總體而言，水利施工軟基處理應(yīng)充分考慮各方面因素，結(jié)合工程量情況選擇合適的技術(shù)方案，切實提升軟基的穩(wěn)定性、承載力和工程建設(shè)質(zhì)量。不同方案的成本、工藝、適用范圍存在差異，應(yīng)考慮施工現(xiàn)場具體情況選擇相應(yīng)的技術(shù)方案。
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作者：趙越 單位：岫巖滿族自治縣水利事務(wù)服務(wù)中心