由于软土地基的组成成分主要有淤泥质粘性土、淤泥质粉土、泥炭、富含大量颗粒的松软土、较为松散的砂质土以及孔隙较大的有机质土,土质富含大量的水分、过于松软、空隙过大,这使得软土地基强度过低,压缩性极大,难以承受水利工程的巨大压力,易导致大面积沉降、倒塌、溃坝等现象的发生。
在水利工程软土地基处理中,通常有以下几种方法:
1.换填管理法
换填管理法是软土地基处理中常用的方法之一,原理是换用符合施工要求的土质来取代软土,从而使得土地满足水利工程建筑的地基设计要求。在进行换填管理法施工过程中,先用大型机械设备将不符合水利工程建筑的地基设计要求的软土质全部挖出,根据相应的水利工程质量等级要求,填入恰当的能够满足水利工程建筑的地基设计要求的土质,并对所填充的地基进行夯实,确保水利施工的顺利进行。一般而言,填充土质由多种土质组成,包括碎石、粗砂、鹅卵石等成分,为保证填充地基的稳固性,通常填充地基分为多层,第一层为碎石和矿渣垫层,这对增加地基透水性十分重要,高缝隙、高强度的碎石、矿渣在确保地基高强度的前提下,实现了地基的高透水,从而确保了地基的质量,保证了水利工程的施工质量;第二层为灰土和素土垫层,这个垫层在平衡桩体和桩间土在荷载情况下共同承担荷载中起着十分重要的作用,确保了地基的受力平衡,加强了地基的稳固性;第三层是砂和砂垫层,砂和砂垫层有助于淤泥土质的水和气体的排出,促进土质结固,提高地基的承载力。在具体实践中,要根据不同的情况,适当变通换填管理法,充分做好软土地基处理工作。
2.排水砂垫层法
在软土地基处理中,排水砂垫层法也是重要方法之一。排水砂垫层法通常运用于富含大量水分的淤泥质粘性土、淤泥质粉土、泥炭等土质,通过对土质进行排水,以增加土质强度、减缓土质压缩性,从而使得土质满足水利工程建筑的地基设计要求。在施工过程中,通常在软土地基底部填充一层高渗水的砂垫层,随着水利工程施工的进行,富含水分的软土层受力越来越大,水分不断不排挤出来,通过砂垫层渗透出去,从而加强软土地基的结固,提高软土地基的强度,确保土质满足水利工程建筑的地基设计要求。为有效防止地下水反渗,通常还要在砂垫层上面铺设隔水性能良好的粘土层。在砂垫层选材上,通常选取粗砂、鹅卵石等具有高强度、高缝隙的透水材料,在保证透水情况下,提高地基的强度。在砂垫层填充时,要做好地基基坑的固定工作,并将砂垫层材料充分搅拌均匀,铺设于地基底部,并夯实、夯平。同时,要做好地基底部排水工作,做引水槽,将渗透下来的水有效排放出去,并做好防止倒流工作,加快排水固结速度。
3.化学固结法
在常规的软土地基处理方法难以奏效的情况下,化学固结法应运而生。所谓的化学固结法,是指用一定的化学材料,对软土地基进行填充、改造,加强软土地基强度、有效减缓软土地基压缩性、提高软土地基承载能力,从而使得软土土质满足水利工程建筑的地基设计要求。常见的化学固结法有灌浆法、人工合成材料加筋加固法、硅化加固法、深层搅拌法。(1)灌浆法所谓的灌浆法,是指运用气压、电化学原理,利用木质素类、石灰石等化学材料对软土地基进行填充、灌浆,发生化学发应,从而实现对淤泥质粘性土、淤泥质粉土的加固,确保软土地基能够承载水利工程的巨大压力。(2)人工合成材料加筋加固法在软土地基处理中,将高强度、高韧性的人工合成材料填充于软土之中,高压产生的高摩擦使得人工合成材料与软土紧密结合在一起,从而加强了软土质的强度和韧性,有效防止了软土地基的变形与触变,同时,高韧性的人工合成材料在软土地基发生小面积沉降、断裂时可以有效减缓、阻止沉降范围、沉降面积,从而保证了软土地基的稳固性。(3)硅化加固法所谓的硅化加固法是利用硅酸钠和氯化钙发生化学反应,生成胶状凝聚物,黏合软土组织,从而加强软土强度,提高软土硬度,以满足水利工程建筑的地基设计要求。(4)深层搅拌法深层搅拌法与灌浆法类似,即将水泥等物质通过深层搅拌机与软土组织进行充分搅拌,使得水泥与软土混拌均匀,待水泥凝固,从而实现加强软土强度,提高软体硬度。
4.物理旋喷法
物理旋喷法是软土地基处理中的常用方法,在软土地基处理过程中,将喷头深入软土组织底部,并缓慢提升,利用高速旋喷将适当浓度的混合加固物喷射出,形成旋喷桩,这可以有效提高软土地基的切向硬度,有效防止软土地基发生横向扭动,从而加强软土地基的强度。
水利施工中软土地基处理时应注意的问题
1.注意施工准备工作
在进行水利施工软土地基处理前,要做好施工设备的检修工作,确保施工设备的正常工作;做好施工场地的清理工作,便于施工的顺利进行;做好施工材料的检查工作,保证高水平的施工质量。
2.注意施工过程中的相关事项
在水利工程软土地基施工过程中,要注意施工中的相关事项,严格按照软土地基施工工序进行施工,做好安全防护工作,加强对施工设备的维护工作,保证设备的正常使用。
3.注意水利工程的相关要求
在进行水利工程施工时,要根据相应的水利工程的实际用途以及规划的建设级别,选取性价比最高的建设方案进行施工建设。我国水利工程通常按照实际用途的不同,有不同的质量标准以及施工等级,在进行国家级水利工程建设(如小浪底水利工程、三峡水利工程)时,要制定高质量的施工标准,在软土地基处理中,尽量做到完美施工;在进行小型的水利工程建设时,对施工质量要求不是很高,这时,就要充分考虑工程造价与施工质量的关系,选取性价比最高的方案进行软土地基处理工作。
4.注意软土地基的施工量
在进行软土地基处理过程中,要充分考虑到软土地基的施工量,根据工作量大小的不同,选取不同的处理方案,以确保软土地基的高效施工。例如在进行大型工程时,通常不会采用换填管理法进行软土地基处理,因为这需要大量人力、物力的支持,从而使得工程造价成本提升,通常会采用砂垫层法,铺平软土地基。
5.注意软土地基的施工工期
在软土地基处理过程中,要充分考虑软土地基的施工时间限制,根据时间限制选取最合适的处理方法。在软土地基处理过程中,要考虑到工程建造时间以及软土地基加固时间,选取恰当的软土地基处理方法,确保在规定时间内,保质保量的完成软土地基处理工作。
6.注意软土地基的施工环境
在水利工程软土地基处理过程中,要充分考虑到相应的施工环境,根据不同的施工环境、不同的施工标准,因地制宜,选择不同的软土地基处理方法、恰当的施工方案,从而确保软土地基处理的质量。