引言:近年来,我国水利工程行业在不断地发展,软土地基处理技术也得以不断创新和进步,新型加固材料不断被研发与投产,这给软土地基的处理提供了有利的外部条件。在水利工程的施工过程中,需要根据实际情况选择适合的软土地基处理技术,才能在保证施工质量的同时,有效解决软土地基导致的问题,避免施工进度发生延误。
1.软土地基的基本特点
我国公路行业规范对软土地基的定义是指强度低,压缩量较高的软弱土层,多数含有一定的有机物质。由于软土强度低,沉隐量大,往往给道路工程带来很大的危害,如处理不当,会给公路的施工和使用造成很大影响。软土地基的物质结构、物理力学性质等具有以下的基本特点:(1)高压缩性:软土由于孔隙比大于1,含水量大,容重较小,且土中含大量微生物、腐植质和可燃气体,故压缩性高,且长期不易达到稳定。在其它相同条件下,软土的塑限值愈大,压缩性亦愈高。(2)抗剪强度低:因此软土的抗剪强度最好在现场作原位试验。(3)透水性低:软土的透水性能很低,垂直层面几乎是不透水的,对排水固结不利,反映在建筑物沉降延续时间长。同时,在加荷初期,常出现较高的孔隙水压力,影响地基的强度。(4)触变性:软土是絮凝状的结构性沉积物,当原状土未受破坏时常具一定的结构强度,但一经扰动,结构破坏,强度迅速降低或很快变成稀释状态。软土的这一性质称触变性。所以软土地基受振动荷载后,易产生侧向滑动、沉降及其底面两侧挤出等现象。(5)流变性:是指在一定的荷载持续作用下,土的变形随时间而增长的特性。使其长期强度远小于瞬时强度。这对边坡、堤岸、码头等稳定性很不利。因此,用一般剪切试验求得抗剪强度值,应加适当的安全系数。(6)不均匀性:软土层中因夹粉细砂透镜体,在平面及垂直方向上呈明显差异性,易产生建筑物地基的不均匀沉降。
2.水利工程施工的软土地基处理技术
2.1化学固结法
化学固结法技术在软土地基的处理中被广泛应用。在施工过程中,可以根据实际的情况选用灌浆法、高压喷射注浆法或深层搅拌法等施工方法。灌浆法一般利用液压将浆液注入缝隙中进行填充,缝隙可以是自然的,也可人为制造,通过浆液的固化使软土地基的物理性质得到改善,进而加强地基的稳定性;高压喷射注浆法的原理与灌浆法相似,不同之处在于将浆液注入裂缝中的手段是通过高压气流而非液压;深层搅拌法则是使用深层搅拌机械将固化剂与软土在地基中强制拌和,固结软土基础。相较于其他处理方法,运用化学固结法的软土地基施工虽然成本比较高,但整体应用的效果比较好,能够最大程度上减少软土地基的沉降。化学固结法的浆液除选用水泥浆液外,还常选用硅酸钠溶液,即硅化加固法。硅化加固有单液硅化和双液硅化两种方式,前者是把硅酸钠溶液通过带孔的金属灌注管,加压注入到软土层中;后者则是先后将氯化钙溶液和硅酸钠溶液注入到软土层中,两种溶液发生化学反应,与泥土颗粒一并胶结,使软土地基得到加固,渗水性能得到提高。硅化加固法能够明显地提高软土地基的渗透系数,加强软土渗水的性能,还能使泥土颗粒半径增大,从而缩小空隙、加固地基[1]。
2.2软土地基换填法
换填管理法是比较常见的软土地基处理方法,能够有效提高软土地基的稳定性和承载力。这一处理方法是将原有的软土基础进行清除,换填为符合施工标准的土质,并进行夯实工作。实际施工过程中一般可采用碎石或是砂卵石等有着低压缩性特点的建筑材料进行换填,并通过不断地加固使得填充材料与土层融合。相较于其他处理技术,这种处理方法不但周期短、见效快,还有操作简单、成本较低的优点。换填地基是软土地基处理过程中经常用到的地基处理技术,是指将软弱土层按照一定的深度挖出,将挖出的土层换填成碎石、粗砂、软石或者是中砂等低压缩性的散体材料,并对换填的材料进行夯实。地基换填技术需要大量的人力和物力,对于施工规模较大的水利工程地基处理不宜采用。由于换填土的性质不同,施工人员对不同深度的土体要使用性质不同的换填材料,加速地下水的排出,进一步固结软土地基。由于换填法的技术要求较低,成本花费较小,地基加固效果较好,因此地基换填法在地基处理中取得了一定范围的应用。但是该技术施工的速度较慢,施工单位要根据工程设计和施工要求以及工程量的大小来决定该技术的应用,取得较好的施工效果。
2.3排水固结法
排水固结法指通过排水设施排除掉软土地基中的多余水分,使软土地基孔隙比减小、强度与固结能力得到提高,从而增强软土地基的整体稳定性。软土地基排水固结主要有两种排水方式,一种是通过砂井或水管来排水,方法是在地基中设置砂井或水管等竖向排水体,然后根据建筑物本身的重量进行加载,使孔隙水排出、地基固结。在水利工程软土地基的施工中,排水砂垫层法是使用频率较高的一种方法,在泥炭、淤泥质粉土、淤泥质黏土等含水量高的土中常常会使用这一处理方法,将软土地基中的软土换填后,软土地基的压缩性便会降低,土层和土质的强度以及承载性能也会有明显的提升,更好地保证水利工程的质量。除此之外,施工企业在确定软土地基砂垫层的材料时,要尽可能使用强度和缝隙都比较高的材料,可以是鹅卵石、粗砂等。在保证软土地基的透水性符合要求后,便可以更好的提升土层的强度。对砂垫层进行填充工作时,必须先将地基基坑固定好,并保证砂垫层材料得到了充分的搅拌,这样才能够保证地基土层铺设的均匀性,还要多次开展夯平和夯实工作。另外,要对水利工程软土地基进行排水处理,并进行引水槽的施工,这样才能够确保水分的及时渗透,并预防水分倒流问题的出现。另一种方式是堆载预压排水,方法是建筑物施工前,提前在软土地基上进行加载预压,其压力超过要求的承载额度,从而排出软土中的孔隙水,使软土地基在施工之前提前沉降与固结。排水固结法可以有效地解决施工后软土地基的沉降问题,被运用来处理饱和与软弱的软土地基,但并不适合用于渗透性极低的泥炭土地基。堆载预压处理的水平排水系统大多采用水平中粗砂层收水,并靠重力将水排入四周的排水沟[2]。然而,由于堆载预压处理大多为矩形面积均布荷载作用,地基的附加应力存在地基中同一深度处中心点最大,离中心线越远其附加应力越小这一规律,即处理区域内的中间位置沉降量大,往处理边界逐渐变小。
结论:综上所述,地基的处理是水利工程施工的基础,同时也是施工中最为重要的一个环节。在水利工程的施工过程中常常遇到软土地基的情况,其土质松软、抗压能力较差,容易发生坍塌,甚至导致建筑物倒塌,造成施工难度骤增,进而影响施工质量和拖慢工程进度。只有因地制宜地开展水利工程软土地基的处理工作,才能更加有效地提升软土地基的承载力和结构的稳定性,从而使水利工程施工的效率和质量得以提高。
参考文献:
[1]荣庆. 水利工程软土地基处理施工质量管理探讨[J]. 居业,2021,(11):198-199.
[2]尹晓元. 水利工程施工中软土地基处理技术[J]. 建筑与预算,2021,(06):80-82.