浅谈水利施工中软土地基处理的方法

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  摘要:伴随着社会生产水平的不断提升,水利工程的建设施工价值越来越高,并且逐渐发展成为满足社会生产需求条件的基础性建筑工程。但在实际的水利工程施工过程中,经常会面临软土地基问题,如果处理不当,不仅会降低整个工程的施工质量,还会为工程的后续施工埋下安全隐患。基于此,对水利工程施工中软土地基处理的方法进行探讨具有一定的现实意义。
  关键词:水利施工;软土地基;定义;特征;意义;处理方法
  引 言
  我国很多地区都存在着大面积的软土地基,在水利工程施工过程中也经常会需要在软土地基上进行。实际施工期间,必须根据软土地基的具体特征以及水利工程施工的设计规定,确定最佳的软土地基处理工艺。只有因地制宜的开展软土地基处理工作,才能够使软土地基的承载性以及稳定性得到显著的提升,更好地提高水利工程施工的质量。
  1 软土地基概述
  1.1 软土地基的定义
  水利工程和民生社稷存在很大的关联,在进行选点的过程中往往是在河、海岸边湿度比较高的地方。通常是以软土地基为基础,其中涵盖了比较多的黏土、粉土和松软土。同时,也拥有一定的细微颗粒有机土,泥炭和松散的砂石也是其中的一部分。软土地基并没有良好的稳定性,内部有比较大的空隙。如果接触了水分的侵蚀,就会出现土质下降的问题。在进行水利工程建设的过程中,对软土地基,就应该进行长时间的排水准备,让地基得到固结处理。
  1.2 软土地基的特征
  第一,低透水。软土地基往往是由淤泥质黏性土构成。这样的地基性质并不能在渗水层面有很大的效果。在开展施工之前,要对软土地基进行处理,主要是从排水性能层面出发。其中经常受到关注的便是排水固结方法。在进行软土地基排水的过程中,往往要涉及很大的精力。地基在沉降上会花费比较多的时间。第二,高压缩。软土地基自身并没有较强的强度。这样,就会有一定的压缩空间。在增加工程的质量时,软土地基就会受到工程的影响,受到一定的压力。压力的大小和塌陷之间是处于正比的关系。在其中有一个临界值,那就是在压力超过0.1MPa的时候,软土地基就会发生变形,严重的可能会出现塌陷的问题。第三,沉降速度快。通常情况下,我们从建筑的地面层面着手。如果地面建筑高,就会加剧软土地基的沉降速度。在相同的软土地基条件下,工程的总体质量就会出现很大的沉降。第四,拥有不均匀的特点。一般来说,软土地基在密度上存在很大的不同。同时,还会涉及不同强度的土质。在软土地基接受不同力度的时候,地面建筑的作用导致地面建筑出现裂缝的问题。在长时间压力下,就会出现坍塌的问题。
  2 水利工程施工中对软土地基进行处理的意义
  对水利工程中的地基进行处理,可以有效改善地基透水性。这是因为在建筑物下部结构地层下面存在一定水流运动,所以会对地层以上地基结构产生一定压力,为降低压力对建筑物结构带来的影响,就必须要采取相应措施对地基进行处理。建筑物地基需要承受来自上部结构的承载力,如果不进行地基处理,就可能会产生严重的地基土沉降。所以采取相应措施可以改善地基压缩特性,降低地基土沉降速度,同时可提高地基模量。地基抗剪强度关系着地基稳定性,所以对地基进行处理可以增加地基抗压力,改善地基剪切特性,从而减少剪切破坏和压力破坏。此外,地基处理还可以提高地基抗震强度,减少地震液化作用带来的不利影响,改善地基动力特性,消除或减少湿陷性土和膨胀性土的特性。
  3 水利工程施工中软土地基处理关键环节
  3.1 做好软土地基勘察工作
  1)做好地面测绘调查工作
  第一步是采取测绘手段对地基所处区域的地质情况进行调查研究,比如要对软土地基所在范围内的地形地貌进行分析评价,了解地层沉积关系;然后对软土地基的形成以及软土地基的广度、深度和地基地层的性质等进行测量分析,做出合理判定;另外还要对软土地基砂夹层深度、构成原因和地基排水条件以及地基埋藏深度等进行充分分析。由于软土地基上部建筑物对其产生影响,可能会使地基变形或强度发生变化,所以还要采取措施来解决这些问题。同时还应充分了解地表水和地下水水力之间的关系,对地下水埋藏条件、水位变化幅度和补给情况等进行充分分析,这样才能做好勘察工作。
  2)确定勘察点
  在开展地基地质勘察工作中,应该根据地基所在范围内的地形地貌等特征和情况来合理选择勘察点。一般勘察点之间的距离保持在30m左右,如果该区域范围内的情况比较复杂,则需要适当地增加勘察点密度,避免因为存在疏漏而影响整个勘察数据的准确性和有效性。此外,在进行勘察点的深度确定时除要考虑地基压缩层深度外,还要根据建筑物具体情况和软土地基特点来分析确认。软土地基相关的处理方案也要提前制定好,之后根据该方案做出相应布设和调整。
  3)勘探手段的选择
  根据上文對勘探手段的分析,在进行地质勘察时一般会采用原位测试与钻探取样相结合的方式。原位测试是通过该十字板剪切和静力触探试验的方式取代钻孔,这样不仅可以有效缩短作业时间,而且还可以减少土工试验和钻研取样工作量,提高勘察工作质量。在对软土地基地质勘察中,并不适合使用标准贯入试验的方法,选择钻探取样方式会更适合,而且在岩土工程土层划分上具有重要意义。在钻探取样中,主要采用的方式是薄壁取土器静压法,在软土取样过程中必须要保证从取样到试验这一段时间内样本不会受到任何外界因素的影响。此外,除了要对软土取样外,还要对细沙层取样。
  3.2 施工处理环节
  在进行软土地基处理时,软土地基加固方法应根据工程实际情况选择加固技术,还应该充分考量整个工程施工现场的施工环境,同时预算工程的施工量。例如,在进行比较大型的软土地基施工时,应该采用砂垫层作业方法,降低工程投入成本,而比较小型的施工项目则可以使用换填法进行软土地基施工。另一方面,作为水利工程施工中最为重要的一项施工任务,软土地基的处理直接决定了水利工程的整体性能和质量,所以一定要在施工处理过程中,将各类施工隐患存在概率降至最低。   4 水利施工软土地基处理方法
  在水利工程开展施工的过程中,就应该针对软土地基实行针对性的处理技术。在其中要关注土质的硬度和强度,对材料进行重点选择。通常,水利工程施工中软土地基处理技术涉及了排水砂垫层技术、换填垫层处理技术、化学固结处理技术和物理旋喷处理技术。下面对水利工程施工所运用的处理技术进行一一阐释,具体如下:
  4.1 换填垫层处理技术
  对于软土地基而言,在完成勘察工作之后会获取重要的结果,应根据实际情况编制科学的处理计划。目前水利工程软土地基处理中,换填技术受到广泛应用,此类技术的应用较为便利,技术要求较低,操作程序很简单。施工部门在工作中根据软土地基的情况,挖去软弱部分,填入新的材料,然后进行地基的夯实处理。一般情况下,在交通较为拥堵的区域中,采用换填技术应全面考虑填充物进入问题,以免影响区域交通安全。与此同时,在填充材料选择工作中,应按照建筑工程施工标准针对填充材料进行合理的选择,可以利用砂石材料进行换填处理,先去除表面的软土部分,然后换填砂石混合料,保证稳定性与强度。在换填的过程中,可以将卵石、砂石等材料混合在一起,主要因为其强度较高,容易碾压,透水性能很高,压缩性很低,在换填之后除了可以提升地基强度之外,还能预防沉降问题。在完成换填工作之后,应当重视夯实处理,选择夯实设备,使得地基可以形成质量较高的持力层,增强承载能力以及稳定性。如若在换填施工环节发现有空隙问题,那么,就要选择透水性能很高的原材料,并做好排水工作,加快软土地基的凝结速度,预防膨胀问题。在结束换填工作之后,应继续进行夯实处理,以免影响地基稳定性。需要注意的是,换填施工技术应用之前,应彻底的对杂草或是其他垃圾进行清理,如若填坑之内存在积水,就要做好排水工作,在清理之后才能将换填材料融入其中。
  4.2 排水砂垫层法
  排水砂垫层法适用于水分含量较大的淤泥性土和泥炭土,其施工原理也十分简单,主要是利用砂垫层促进地基水分的排除,但砂垫层要填充在地基的底部,是为了增强地基的防水性,也会将砂垫层铺在黏土层。砂垫层一般选用鹅卵石和粗砂作为原料,鹅卵石和粗砂能够最大限度的保证材料之间留有较大缝隙,帮助地基内部气体的排出。在使用排水砂垫层法时,一定要留出排水槽,从而有效的提升排水速度,加快地基的固结速度。
  4.3 化学固结法
  化学固结法一般被应用于比较特殊的软土地基当中,化学固结法较之前的几种方法更为复杂,不仅要改变地基的结构,还要选用相关的化学材料进行填充,在使用化学固结方法的过程中,一共分三个步骤:一是灌浆,灌浆工作需要利用相关的电化学和气压的原理来完成,并向軟土地基中加入石灰石,通过其中的反应来加固地基;二是合成材料填充,这些合成材料一般都是由人工制成,将合成材料填入软土地基中,将其与软土紧密结合在一起,不仅能够增强软土地基的韧性,还能够减缓软土地基的沉降速度;三是硅化加固,硅化加固主要是为了能够将软土组织更好的黏合在一起,这个过程是利用硅酸钠和氯化钙的反应而生产胶装凝聚物,使其增加软土底层的硬度和抗压强度,进而增强软土地基的强度,为水利工程的后续施工奠定基础。
  4.4 振动水冲法
  振动水冲法一定要遵循严格的施工程序来进行施工,首先要做的就是钻孔作业,然后才能利用相关的水泥和砂石等材料来加固软土地基,但在施工过程中,一定要确保施工顺序的合理性,在机械设备的选择上要符合国家生产标准,要满足工程设计要求。最为关键的是,在使用振动水冲法之前,一定不要采取任何的排水作业,否则可能会影响到工程质量,如果软土地基的强度降低,后续的水利工程施工环节和最终的施工质量都会受到严重的影响。
  4.5 旋喷注浆处理技术
  旋喷注浆处理技术就是利用气压、液化等方法进行,在高速旋转状态下,将通过排水固化的浆液灌输到地基的缝隙中。在运用该项技术处理软土地基时,一般固化的浆液分别是水泥浆、水泥砂等。运用高速旋转的方法不断将浆液渗透到护岸地基中,通过这样的方式能够很大程度的提升软土地基的承受能力,从而能够降低软土地基沉降现象发生。旋喷注浆的处理技术具有一定专业性,操作人员要规范的操作设备,根据施工的具体步骤和流程对软土地基进行处理。在实际工作中,施工人员要依据高压设备进行合理的水泥喷射,这样能够帮助浆液和软土层固结之后出现旋喷柱,能够对护岸工程中的软土地基起到加固稳定的作用。
  结束语
  总而言之,在水利工程施工中,企业应制定完善的施工方案,重点关注软土地基处理工作,筛选最佳技术措施进行软土地基的处理,全面提升整体结构的稳定性以及承载力,通过科学化以及合理化的施工方法,增强软土地基施工效果,优化各方面的工作模式以及体制,满足目前时代发展需求,形成与时俱进的软土地基施工观念,充分发挥相关技术的积极作用。
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  (作者单位:中国水利水电第十一工程局有限公司)
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