水利工程项目软土地基处理技术探讨

水利工程项目软土地基处理技术探讨

王 静

中国水利水电第十一工程局有限公司 河南省郑州市 450001

摘要：为了更好实现对现有水资源的利用配置和确保区域经济发展，国家大力发展水利工程建设,在水利工程建设方面投入了大量人力、物力，因此作为相关水利工程施工单位，也应该不断提高自身的施工质量和施工水平，建设出更加高质量、高水准的水利工程项目。在水利工程中地基处理极其重要，它直接关系着水利工程在投入使用后的安全性和稳定性，其中尤其以软土地基处理的难度最大，对施工单位和施工人员的技术要求相对较高，要求其必须有效掌握各种软土地基处理技术，并能有效应用到工程建设中，切实保证水利工程质量的合格达标。基于此，文章就对当下水利工程中的软土地基处理技术进行了研究和总结，并结合相关具体项目进行了进一步的分析，提出了相关水利工程软土地基处理质量提升策略，以供借鉴。

关键词：水利工程;施工;软土地基;处理技术

引言

在具体的水利工程建设中，软土地基的含水量较高，土质结构疏松，承载力和稳定性都非常差，会严重影响水利工程建筑结构的承载力和稳定性，只有按照软土地基施工技术要求做好对软土地基的处理后，才能够进行水利工程建设。因此，研究水利工程建设中的软土地基处理技术，对于促进水利工程施工质量和施工安全的提高有着极其重要的意义和作用。

1软土地基的定义

软土地基是指强度低，压缩量较高的软弱土层，多数含有一定的有机物质。水利工程建设是为了提高对水资源的利用率，保证区域经济发展和民生需求，因此水利工程多是建设在水流存在的区域，所以在施工中经常会遇到黏土、粉土和松软土等软土地质。软土地质的基础稳定性较差，土壤颗粒之间的结构空隙非常大，在受到外界作用力的影响时，极易出现迅速压缩问题。

所以在具体水利工程建设时，必须事先对软土地基进行排水处理，以此来提高地层土质结构的稳固性。

2软土地基的基本特征

软土地基具有以下几项特征：（1）压缩性强。软土地基中的结构孔隙非常大，含水量也相对较高，并且土层中存在较多有机质成分。当外界作用力超过软土地基所能承受压力上限后，地基就会出现迅速沉降。同时，由于软土地基的压缩性比较强，所以软土地基的塑性也相对较好，容易在外界作用力影响下出现各种形变。（2）孔隙较大。软土土层中含水量较高，土层中各土壤颗粒间的孔隙相对较大，并且土壤颗粒还会在水的作用下出现胶结情况，所以土层的压实度也相对较低，结构比较松软。（3）触变性。在软土地基结构受到外界作用力破坏或者扰动时，结构就会被破坏，强度也会不断降低，同时在受到振动荷载影响时，还会产生侧向滑动、沉降等问题。这就会严重影响软土地基上构筑物的稳定性和安全性。（4）透水性较差。软土自身的透水性非常差，所以软土地基上的构筑物需要经过一个非常长的时间才能达到稳定成效，并且在受到地基荷载作用时，软土地基孔隙水压力会不断增加，会导致地基结构强度降低。除此以外，软土的抗碱强度也相对较小，均匀性也比较差。在具体施工中必须做好现场抗剪强度检测，根据检测结果采取相应的处理方法，这样才能确保软土地基的承载力、结构稳固性和安全性[1]。

3影响水利施工中软土地基处理技术

3.1施工时间因素的影响

在水利工程规划时，施工人员需要有效结合工程工期要求，确保工程能够在既定工程工期时间内完成。工程工期控制效果与工程的质量和安全绩效也密切相关，在具体水利工程建设中，不同软土地基处理技术的复杂性、所需时间都会有所差异，因此在进行施工技术选择时，要考虑到技术的复杂性和所需时间，确保其不会影响工程既定进度计划目标的达成。

3.2施工环境影响

施工中的地理地质环境，会直接影响水利工程的施工效率和施工难度。在具体水利工程建设中，会遇到各种各样的地质环境条件，地质环境条件不同，对于施工技术的要求标准也会存在差异。所以在进行软土地基处理方案和处理技术的选择时，施工人员要结合具体软土地基的地质情况和周边环境，选择最适合的软土地基处理技术，制定最科学合理的软土地基处理方案[2]。

3.3软土地基处理中的总施工量影响

通过调查分析发现，在软土地基施工中的总施工量也会对软土地基处理技术的应用产生影响。在具体施工中，如果在软土地基施工环节产生过大的工作量，工程造价和成本就会提高，不利于成本控制目标的实现。再者，如果软土的厚度比较厚，重载法的软土地基处理效果就会相对较差，直接影响地基结构的稳定性和结构强度，进而使软土地基处理技术的效果明显降低。

4水利施工中软土地基技术

4.1排水固结法

排水固结法指的是先在地基中建设砂井等竖向排水体，再根据构筑物的重量来进行负荷加载，这样软土地基中的水分就会在外界负载的作用下沿着孔隙排出，随着地基中含水量的降低，地基就会逐渐固结和沉降，地基结构的稳定性和承载能力便得以提高。同时，为了加快固结速度，还可以通过在土层中增加其他排水途径，缩短排水距离等方法使软土地基快速排水固结，进而有效促进地基抗剪强度和地基承载力的提高。原理如图1所示。

图1排水固结法

在具体施工中根据负载加压方式的不同能够分为以下几种方法：（1）真空预压。该方法在应用中需要在粘土层上部铺设砂垫层，再利用真空棒进行抽气，通过营造真空环境来加速软土地基中水分的排出，进而实现排水固结的目的[3]。（2）堆载预压。该方法是通过在地基表层堆载土方或者石方来加速地基土的固结，在施工中为了满足均匀沉降的要求，还需要控制好土方和石方的堆载量。一般情况下，除了某些特定施工要求外，预压荷载应该与构筑物的荷载相同。该方法一般应用在渗透性较差的软土地基处理中。（3）降水预压。该方法是通过抽取地下水，降低地下水位和减少孔隙水压力来实现对地基的排水和加固，该方法一般多用在细砂地基与饱和粉土类软土地基处理。（4）电渗排水。该方法在应用时，需要在软土地基中插入金属电极，利用电流作用将水从阳极移动到阴极，进而实现对地基水的排出，提高地基的稳固性和承载能力。

4.2换填法

换填法指的是将软土层中的表面土挖出，再重新用稳定性好、强度高、透水性好的材料进行换填，常用的换填材料有卵石、砂石等材料。通过换填后，软土地基的承载力和结构强度就会进一步提高，并且排水固结速度也会加快。在具体换填施工中，粗砂、碎石等质地坚硬的材料都可以用于换填施工，但是不能使用风化料、软岩等强度较低的材料。在选择换填材料时，还必须经过试验检测，检验换填材料的性能和密度是否满足换填标准。需要注意的是，在施工中如果地基坑内存有积水，需要先通过排水技术排除积水，清除坑内浮土，并对基本区域固定后，再将填充材料填入坑内。在完成对换填材料的铺填后，还需要按照要求进行夯实碾压，直到地基的承载力和强度达到预期施工要求。为了进一步确保换填法在软土地基施工中的施工质量，需严格按照既定施工流程有序完成材料的铺平以及接头区的处理，保证层与层之间有序错开。

4.3塑料排水板处理

塑料排水板在软土地基中能够起到排水带骨架和通道的作用，并且其断面呈现并联十字形态，能够把滤层中的水及时排出，从而起到排水固结的作用。在具体应用中，塑料排水板有波浪形、口琴型等多种不同形状。该方法多用于淤泥、淤质土和充填土等饱和性的粘性软土地基的处理。该技术在具体施工中主要通过插板机来完成对塑料排水板的安装，通过施加预压荷载把土层空隙中的水利用塑料排水管迅速排出，其在作用方面与袋砂井相同。塑料排水板处理技术在具体应用中的滤水性非常好，既能够迅速将土层中的水排出，且塑料排水板的强度和延展性也相对较好，能够适用于变形地基的施工中[4]。

4.4水泥土搅拌桩法

软土地基的承载性和透水性都相对较差，难以承载较大的负荷，一旦负荷超过既定限度，就会产生明显下沉，所以需要通过相应的地基处理方法来对其进行加固。水泥土搅拌桩法作为当下极其常用的一种方法，在施工中通过将水泥与软土土壤进行强制搅拌，就可以将水泥作为固化剂来对软土进行加固，进而实现地基加固的目的。需要注意的是，在采用水泥搅拌法时，需要确保所选用机械设备、钻杆等的性能良好，避免影响加固处理的效果。与此同时，在施工中还可以将水泥土搅拌桩和预压砂井法联合使用，先通过预压砂井法进行排水，再进行水泥土搅拌桩施工，这样就可以进一步加快施工效率，缩短工期，提高软土地基加固效果。

4.5化学固结法

化学固结法也是当下设计施工中极其常用的软土地基加固方法，其在具体应用中分为以下几种：（1）灌浆法。将化学固结浆液，利用填充、渗透和挤密等方法注入地层中，使软土中的土壤在化学浆液的作用下形成稳固防水的结石体，进而提高地基的承载强度和稳定性。（2）人工合成材料加筋加固法。该方法在应用中是通过合成材料来实现对软土地基的加固，减轻地基的沉降度，提高地基的承载力。（3）硅化加固法。该方法在具体施工中分为单液硅化和双液硅化两种不同方法。其区别在于前者在灌注中仅采用硅酸钠，后者在施工中需要先后将硅酸钠和氯化钙溶液注入到土中。与此同时，单液硅化多适用于黄土湿陷性软土地基的处理，而双液硅化加固则多用于砂性土软土地基的处理。

4.6强夯法

强夯法作为极其常用的一种软土地基处理方法，工艺简单，对于施工人员以及施工设备的要求非常低，并且加固效果也非常好，不仅在水利工程建设中得到了广泛应用，同时也在房屋建筑、交通工程建设发挥了极其重要的作用。该方法在具体应用中的基本方法如下：使用10～40t重锤，不断冲击需要压实的软土地面，使地面下降10～40cm。当第1次夯实完成后，需要对施工场地进行整平，工程开始前需要测量锤顶高程，然后将起重机就位，夯锤放回原位，结合具体施工要求设计夯实锤高度，并将其吊起到既定位置，打开脱钩设备；先将夯锤放下，然后再把吊钩放下，并测量锤顶高度和检测夯实效果，如果存在夯实不均匀的问题，则需要重新整平坑底。需要注意的是，如果软土地基中有超过1/3的土壤含水量超过60%，并且多是粒径超过0.005毫米的黏粒，则不能采用强夯法加固施工。

4.7旋喷法

旋喷法多用于软黏土、冲填土等软土地基的加固处理，在具体的施工中，需要详细考察软土地基的地质情况，再决定是否需要采用旋喷法来进行地基加固。施工原理是通过旋喷机将混凝土浆液注入地基中形成旋喷桩，进而实现对软土地基的加固。方法：在软土地基中插入带有特殊喷嘴的注浆管，然后启动旋喷机，在喷嘴的旋转和提升作用下，水泥浆液就能够与土体进行融合，在水泥浆液凝固后就形成高强度的旋喷桩。除此以外，该方法还能够用于地面防渗施工，比如地下连续墙施工。

4.8灰土密桩法

若软土地基的地下水位相对较高，且土质为黄土或者杂填土，就可以通过灰土密桩法来进行软土地基的加固。该方法的处理深度一般为3~15米，否则难以进行压实作业，处理效果相对较差。在具体施工中，需要先把灰土桩埋入待处理地基中，再通过锤击把钢管打入土中，使其产生侧向挤密力，进而形成桩孔，之后再把钢管拔出，并用2：8或3∶7的灰土进行分层回填并夯实，这样回填桩就能够与桩间土组成复合地基，以促进地基承载力的提升，实现加固地基的目的。在施工中成孔方法有很多，比如沉管、冲击或爆扩等等，之后再用素土或灰土进行分层回填和夯实。灰土的质量比较轻，能够与软土地基进行迅速结合，填入软土地基的空隙中，进而促进地基承载强度的提升。但在用该方法时，必须按照施工要求控制好混合料的含水量，保证搅拌均匀性，同时尽量不要处理深层软土地基，充分确保地基的加固效果。

5实例分析

5.1工程简介

在某水利枢纽工程建设中，施工项目包括船闸、水闸、泵站等，建设区域位于三角洲冲积平原，多数施工区都属于软土地质，并且软土层厚度较深，含水量高，地基的压缩性比较强，承载力非常差。在工程建设中要求不能断流，并且河道需要设置超过100m²的过水断面，因此在水闸施工中选择钢板桩围堰，分三期来开展施工。在2期施工中，已完工水闸底板产生渗漏，通过调查发现是因为基础地质条件较差，在水流的高速冲击下，闸下软土地基产生形变，加上工程钢板和水闸底板没有结合，进而导致产生沉降问题。

5.2处理及效果评价

通过调查分析工程具体情况后，选择以旋喷桩来进行软土地基的加固处理，该方法不仅操作简单，施工效率高，并且对于环境的影响相对较小，能够避免工程进度的影响。利用旋喷桩建成连续墙体，不仅能够具备非常好的防渗效果，同时还可以对地基的水力渗透性进行进一步改善，提高地基承载力和稳定性。在施工中旋喷桩需要超过防渗钢板桩底部3m，桩位偏差和垂直度偏差分别不能超过10厘米和1%，相邻孔间的距离需要控制在0.8m左右，同时在施工中为了不影响邻近桩体，施工采用跳打方式。在完成高压旋喷桩建设后，围堰基坑涌水情况得到显著改善，基本无涌水存在，同时开挖基槽可见旋喷桩形成的墙体，桩基附近土体结构极其稳固。

6有效提高软土地基处理质量的具体策略

（1）处理深层搅拌桩。尽可能不要在温度较低情况下进行工程建设，以免影响深层搅拌桩的应用效果，所以在施工中，施工人员要做好对天气情况和环境因素的全面考量。（2）强化试验数据分析处理。施工人员要做好对软土地基试验数据的采集、分析和处理，以此为基础才能制定出科学有效的软土地基施工方案，保证软土地基的加固效果。（3）做好现场环境勘察。工程开始前，施工人员需要全面细致的勘察工程现场，明确掌握软土地基施工现场的地质地貌等情况，并对其进行进一步的分析研究，从而为方案设计、工程优化提供相关依据。（4）科学测量评估软土地基的承载力。施工人员需要按照实验要求准确测量软土地基的水平剪切力、承载力等相关指标参数，以此为依据来对施工方案进行优化设计，提高方案的可行性和加固效果[5]。

结束语

总而言之，软土地基处理直接关系着水利工程的安全性和稳定性，因此作为相关施工单位和施工人员，需要有效掌握各种软土地基处理技术的应用要点和应用关键，并将其有效落实到具体水利工程建设中，不断提高水利工程施工水平和施工质量。

参考文献：

[1]崔志鹏.水利工程施工中软土地基处理方法探讨[J].地下水，2019，41(01):240-241.

[2]吴瑕婷.水利工程施工中软土地基处理技术分析[J].科技创新导报，2019，16(03):13-14.

[3]王树东.水利工程施工中软土地基处理的方法探讨[J].工程建设与设计，2018(22)：121-122.

[4]汪晓明.软土地基处理技术在水利工程施工中应用的探索和实践——以安徽省繁昌县综合工业园河沿山泵站扩建工程为例[J].科学技术创新，2018，（17）：85-86.

[5]贾秀娟.基于改进有限强度折减法的闸坝软土地基加筋挡土墙变形特征分析[J].水利技术监督，2017，25（06）：125-128.