水利施工中软地基处理技术的应用

2017-03-08胡世冲

黑龙江水利科技 2017年12期

胡世冲

(江西洪都建筑工程有限公司，南昌 330038)

1 软基处理基础性研究

1.1 软基特征

软土地基是粒径小的颗粒状土的集合体，整体的含水量高，空隙较大，在力学性能方面表现为抗剪强度低，土层在承受高压强压的情况下极易压缩，在土层面产生较大的变形。在高温情况经过暴晒的软地基土层由于含水量高土壤水分快速蒸发，土层空隙增多，土体疏松，这一特征给水利施工带来相当大的难度。具体来说软土地基通常具有以下特点：

1)整体强度低:软土地基大多由处于软塑或者流塑状态下的黏性土构成。黏性土含水量大，较为疏松，整体强度低，导致无法负荷工程压力，易造成崩裂和塌陷等工程问题。

2)透水性差:软土地基土体中结合水量较自由水量多，在一般情况下水力梯度较小时只有自由水渗出，所以透水性较差。在施工过程中土体中有大量水分以结合水的形式赋存在土体中，影响水利施工工程的整体质量。

3)压缩性高:软土均属于高压缩性土，一方面软土的含水量高，另一方面软土的空隙多，对土体施加强荷载作用土体极易压缩。在水利工程施工中，随着工程进度的推进地基承受荷载量加大，工程风险增大，极易造成软地基塌陷，给工程带来巨大损失。

4)沉降速度快:由于软土地基的高压缩性，在土体纵向的表征是沉降大且速度快。因此，随着水利施工作业的进行软土地基上覆荷载的增大沉降速度会进一步加快，极度影响施工工程上覆构筑物的稳定性。

5)不均匀性:软基的构成成分往往多样化，通常是由不同土质的土体构成，不同土质其强度和硬度有很大的差别。因此，在水利施工过程中，软基易发生不均匀沉降，进而引起施工建筑物的塌陷。

1.2 软基处理工作流程

1)施工环境的勘测。

施工环境是水利施工的基础背景，不同的施工环境对应不同的施工条件，为了提高施工的速度同时保证施工的质量，应对施工进行合理规划，以趋利避害。例如，旋喷法在高有机质软土地基上的应用并没有显著的加固效果，若在有机质含量高的土层使用旋喷法，就会给工程带来巨大损失。在水利工程软地基的实际施工前，应做好地质条件的勘测，掌握地基处理的范围以及目标。

2)施工条件的确定。

施工单位应掌握软基处理的施工方法，并对现有的技术水平有准确的定位评估，以现有的施工条件为依据做以往工程的类比分析。

3)拟定可行方案。

根据施工环境和施工条件初步选出几种可行方案，在这几个可行方案中再进行综合考虑拟定一个合理方案。

4)地基施工和检测。

对软地基进行施工，施工后对软地基进行检测、检测和反分析确定工程是否符合要求，若不符合要求，则需要进行对之前的工序进行调整直至工程合格。详细流程见图1。

图1 软基处理工作流程

2 水利施工中软地基处理技术应用方法

2.1 换土法

换土法是将原软基中的软土层开挖后用强度较大的填埋层进行替代的一种方法。这一方法适合软土层厚度在0.5-3m的情况，若垫层太厚会加大施工成本，垫层太薄对于施工后的土层强度增加效果不显著。一般采用的垫层有砂垫层、碎石垫层、灰土垫层等，这些材料强度较高、性能稳定且无侵蚀性，能够保证换土后的地基达到工程标准。对于不同的垫层，经过试验结果分析得到的应力分布情况较接近，沉降特点也是基本相似，所以在进行计算的时候可以按照砂垫层的计算方法来进行确定。需要特别注意的是当处理特殊土采用换土法处理时，在设计中要因所需解决的问题不同而要经过特殊设计，例如对于季节性冻土采用换土法主要目的是解决冻胀性，在施工设计中应着重考虑冻胀问题。常用垫层的选材如表1所示。

表1 常见垫层的选材表

2.2 排水固结法

排水固结法主要有两种形式：①对于含水量较小的软地基，对地基进行预热使得土层通过加速蒸发的方式排除水分，提高地基的强度。②在软地基土层排设排水管道，通过对上层土层加压将土层中的水分排入排水管道，进而排出地基，降低土层的含水量，增强地基的稳定性。排水固结法的应用关键点在于加压和排水两个程序的结合使用。加压可以采用软土预压，通过预压地基提高土层的承载力和强度，在水利施工中，对软基预压所施加的压力应等于或大于公路的承载力。目前应用较为广泛的是真空预压排水法。具体分类施工情况如表2所示。

表2 排水固结法分类施工情况表

2.3 深层水泥搅拌技术

深层水泥搅拌技术是将固化剂用特殊机械注入软基中，后将固化剂和软土进行强制搅拌使得软土的强度得到提高的一种技术。一般情况的固化剂是以水泥为主要的材料，随着搅拌的次数的增加，软土和固化剂结合的越均匀，水泥土的强度也逐渐提高。但是，时间的控制会关系到工程的成本，所以施工前需要进行试桩试验，试桩试验在每一标段所选试验桩应大于7根，试验7d后开挖得到试桩或是14d后取试桩芯进行无侧限抗压强度，以及在现场进行轻型动力触探试验得到搅拌桩与桩土间的承载力，以此为依据判断设计水泥桩是否达到设计要求。具体的施工流程如图2所示。

图2 深层水泥搅拌技术施工流程图

2.4 化学固结法

添加剂法是将化学试剂添加到软土土体中，以通过改变土壤结构增强软土的轻度和承载力的效果。其次，化学添加剂的混入因发生的一系列化学反应改变了软土的性质，增强软地基的坚固性和稳定性。较为常用的化学试剂为氯化钙与水玻璃溶剂。

3 强排水与动力固结法进行软基处理实现方式

针对软基处理技术中的强排水与动力固结进行实现流程的论述。

3.1 强排水与动力固结强夯施工实施流程

根据图3强排水与动力固结强夯施工工艺流程示意图，施工具有以下过程：

1)准备阶段：

施工机具的准备：降水设备和强夯设备。

施工人员的准备：施工人员的培训和施工人员的组织。

施工现场准备：平整场地、测量防线、施工组织设计、施工总平面图和进度计划。

2)施工阶段：

排水和夯击交错进行，往复三次进行结果检测。

3)检测阶段：

施工结束后，去相应的试样或者进行小规模的现场试验对施工结果进行检测。一般检测的项目表面沉降、空隙水压力、分层沉降、室内土工试验对比和堆载预压区沉降等，一般所使用的检测方法为砂垫层试验检测法、厚度检测法和宽度检测法等。

图3 强排水与动力固结强夯施工工艺流程图

3.2 工程实例

京唐港为唐山港的一个港区，位于渤海湾的北岸，东南方向距离唐山市80km，向东距离秦皇岛有64海里，向西距天津新港有70海里。该场地处地基松散、含水量较大，地质条件自上而下依次为吹填土、吹填土前池抗表层、素土层、粉细砂和深层黏土五层。虽然初步拟定选用强夯法处理经济效益高，效果也较为良好。但是本工程所处的地基是粉砂和粉质黏土且含水量极为丰富，更加适合采用强排水与动力固结强夯法进行现场实际施工。工程设计划分了5个地基处理区间，表3提供了地基处理的方式。

按照上文已经介绍的强排水与动力固结强夯法进行现场施工后，得到了强夯阶段土的强度变化图如图4所示。