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探究水利施工中软土地基的处理

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随着科学技术的不断进步,我国的水利工程建设水平也在不断提高。软土地基处理是水利施工中的难点,与整个水利工程施工质量的优劣有极其密切的联系。为此,要关注和重视软土地基的处理,针对软土地基的具体情况,分析软土地基的含水量大、孔隙率高、压缩性强、强度较差等特点,采用切实有效的措施做好软土地基的处理,更好地保障水利工程施工的安全和质量。

一、软土地基的特点

软土地基是一种由软土构成的地基,它的主要成分为淤泥质黏性土、泥炭、松散的砂质土等,表现为相当松软、强度极低的土体状态,难以承受较大的压力。在水利工程施工之中,软土地基具有较大的危害,会对建筑物造成较大程度的损坏,使上层建筑物在软土层受力不均衡的状态下出现沉降现象,甚至会导致上方建筑物墙体开裂、倒塌。软土地基的特点具体表现为以下方面:(1)透水性差。软土地基的主要构成物是淤泥质黏性土,其本身的属性导致排水困难,容易出现大量积水,极大影响了水利工程的施工质量。(2)沉降速度较快。软土地基的压缩性较强,尤其是当上层建筑物的重量日益增加的条件下,软土地基会出现快速下降的趋势和状态。(3)压缩明显。软土地基具有极强的压缩性,增加了水利工程施工的风险和难度,尤其是在上层建筑物不断增多的条件下,软土地基会难于承受上部的压力,而容易出现地基塌陷的风险。(4)均匀度较低。软土地基内部含有不同类型的土质,这些土质在硬度、强度等方面都表现出较大的差异性,显现出分布不均匀的状态,这就使上层建筑物因地基受力不均而引发的塌陷等问题。(5)易变性。软土地基在施工之前呈现出固态的特点,而在施工之后要承受各种压力,容易出现损坏,导致其属性由固态性转变为流动性。软土地基处理在水利工程施工中是一个热点课题,其松软的状态难以承受水利工程施工的压力,会导致其出现地基形变的问题,降低水利工程施工的稳定性,增大了水利工程施工的难度。为此,要重视水利工程施工软土地基的处理,及时针对软土流失的状态进行补救,使之处于稳定、优化的状态,以提升水利工程施工质量。

二、水利工程施工中软土地基处理技术的应用

1.替换土法在水利工程施工过程中,对于软土地基的处理通常采用替换土法,使土质的本身特性得以改变,从而较好地提升软土地基的质量。该技术采用施工机械设备将软土部分全部挖出,用水泥、灰土、中砂、粗砂、碎石、卵石等相对稳定的土质替代软土。这些替代土质符合水利工程施工的要求,属于没有侵蚀性的压缩散体材料。换填完成后还要夯实换填地基,降低地基中软土的含量。根据水利工程施工的要求,换填土一般铺设三层,即砂和砂垫层、灰土和素土垫层、碎石和矿渣垫层。在具体的施工过程中要结合实际情况进行材料选择,充分发挥换填土的作用和效能。通过换填土,提升软土地基的抗剪强度、降低软土地基的压缩性能。施工的要点是要在填土层中预留一定的空隙,通过这些孔隙进行排水,以达到地基快速固结的效果和目的,较好地预防和规避低温季节地基冻胀的问题。

2.排水固结法该方法也是应用极其广泛的一种软土地基处理技术,具体操作施工方式是通过排水设施将软土地基中多余的水分排出,较好地增强软土地基的稳定性,提升其承载能力。通常来说,排水固结法适用于含水量较大、强度及硬度偏弱的软土地基,具体的实施方法主要有:(1)堆载预压法。在软土地基中预先设置部分砂井,在塑料排水带及上层建筑物的压力之下,挤压软土地基中的水分,以增强软土地基的强度。(2)真空预压法。预先在软土地基的内部设置横向排水设施,然后在其上铺设砂层并覆盖塑料薄膜,使软土地基的土体处于真空状态,在负压载荷的作用之下排挤出软土中的水分。(3)降水预压法。通过井点抽水的方式降低下水水位,在软土地基自身的质量压力下将水分排挤出来。相较换填土法而言,排水固结法相对复杂,要考虑水利施工的特点进行选择和应用,应注意以下几点:(1)堆载预压法可以采用上层建筑物自重进行预压或施工预压、部分超载预压的方式,实现排水固结。然而这些预压方法的选择要结合残余沉降量、固结值等情况确定。(2)真空预压法要注意使真空预压的边缘超出上层建筑物的基础,以确保预压效果。(3)降水预压法仅适用于含水量较小的软土地基,适用面有一定的局限性。为此要预先采集相关的地质勘测资料,获取真实全面的地质数据,制定切实可行、便于操作的降水预压方案,以达到预期的排水固结效果。

3.旋喷法旋喷法是借助于旋喷机具等相关设备,产生旋喷桩进行定向喷射形成连续墙,以提升地基承载力。旋喷法还可以应用于联桩施工。其应用原理和操作步骤为:将有特殊喷嘴的注浆管放置在土层中,使之达到预先设定的深度;然后喷嘴在一定的速度下旋转并提升,高压喷射出水泥固化浆液,并使之与土体相混合,在其凝固硬化之后成为强度极高、压缩性极低的桩体。旋喷法适用于冲填土、软黏土的加固处理,对有机质含量高的地基土质进行处理时要详细进行勘察之后才能确定是否使用;不适用于泥炭土和有机质含量高的土层。

4.化学固结法该方法目前尚未得到广泛应用,但具有良好的发展前景。主要是通过加入部分化学材料,如水泥、石灰等作为固化剂,用深层搅拌机将软土与水泥、石灰等固化剂黏合,产生化学反应,可较好地增强软土地基的强度、硬度,减少地基沉降量,确保地基边坡的稳定性。化学固结法在软土地基中的应用分为以下几种:(1)灌浆法。这是利用木质素等化学材料进行填充、灌浆施工,在气压、电化学的反应原理之下,实现对软土地基的加固处理,增强软土地基的荷载力。(2)人工合成材料加筋加固法。这是在软土地基中填充高强度、高韧性的人工合成材料,在高压的摩擦作用条件下,人工合成材料与软土深度结合,使软土地基的稳定性、韧性得到极大增强,减少了软土地基的形变及触变现象。(3)硅化加固法。这是利用硅酸钠与氯化钙的化学反应,生成一定胶状凝聚物的产物,较好地提升软土地基的强度和硬度。(4)深层搅拌法。类似于灌浆法,也是应用最为广泛的一种软土处理方法。它是用搅拌机设备搅拌水泥、石灰等材料和软土,使之充分混合并保持均匀性,较好地增强软土地基的强度。深层搅拌法要注意选取适宜的搅拌机械,并注意搅拌的时间、均匀度等。

5.预压砂井法该方法是利用水平排水、垂直排水系统与加压系统,排挤出软土地基中的孔隙水。排水系统包扩水平排水垫层、排水砂沟、塑料排水板等;加压系统主要包括堆载预压、真空预压、降低地下水位等。以真空联合堆载预压法为例,具体操作步骤为:(1)清理预加固土体周边的植被,并在其表层铺垫砂层。(2)将塑料排水板插进土体之中,并在砂垫层中横向铺设排水管,以增强排水效果。(3)将密封膜铺设于砂垫层之上,并用真空泵抽空软土地基的气压,使之超过80kPa。施工操作要注意保持较长时间的加固,适用于工期要求相对宽松的软土地基处理工程。

6.加筋技术该方法适用于沉降并不严重的软土地基。施工操作流程为:(1)采用布垫固定软土地基,防止整体地基位移。(2)排水并保持软土地基的载荷受力分布均匀。(3)在地基的表面加铺土工布,不仅可保证软土地基的清洁,还可提升软土地基的强度。

7.强夯技术该方法借助于一系列的强夯设备,在充分考虑软土地基特性的前提下,科学合理地设置强夯参数,并进行强夯实验,准确全面地采集和记录相关数据,确保软土地基的稳定性和强度。

三、结语

软土地基处理直接影响水利工程施工质量和进度,关系到水利工程的稳定性,必须加以关注和重视。施工中要全面分析和勘察软土地基的特性,采用适宜的软土地基处理技术和方法,较好地提升软土地基的稳定性和强度,使之满足水利工程施工的要求,避免软土地基对水利工程的干扰和影响,更好地促进水利工程施工的质量和效率。

作者:李坤 单位:蚌埠市江河水利工程建设有限责任公司

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