◎李學(xué)奎 興義市水務(wù)局

軟土地基處理是現(xiàn)代水利工程的施工難點，部分工程現(xiàn)場分布低強(qiáng)度、高壓縮量軟弱土層，如果盲目開展現(xiàn)場施工作業(yè)，選擇不適合的軟基處理技術(shù)，將會影響地基結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性，從而引發(fā)地基不均勻沉降、水工建筑物結(jié)構(gòu)開裂等問題。因此，應(yīng)通過科學(xué)的方式進(jìn)行軟土地基的勘探分析，采取合適的工藝方式，這樣才可以有效地提升水利工程的整體質(zhì)量。

1.水利工程中軟土地基處理技術(shù)要點

1.1 換填法

換填法是挖除工程現(xiàn)場分布的軟弱土層，原位回填夯實質(zhì)地堅硬的材料，通過置換地基墊層方式改善地基承載力特性。此項技術(shù)工藝簡單、易于操作、地基處理效果顯著，但需要使用到大量的換填材料，施工成本與墊層換填深度保持正比關(guān)系，如果換填深度較大，將會產(chǎn)生過高的施工成本。目前，換填法多用于淺層分布軟弱土層的水利工程，把開挖換填深度控制在3.0m內(nèi)。

在應(yīng)用換填法時，重點掌握材料檢查、軟基開挖、墊層回填、質(zhì)量檢驗四道步驟的操作要點。第一，材料檢查。根據(jù)軟基處理要求來選用粉質(zhì)粘土、灰土、粉煤灰、水泥土等作為換填材料。檢查換填材料的質(zhì)量狀態(tài)，篩除雜質(zhì)，比如，把粉質(zhì)黏土的有機(jī)質(zhì)含量控制在5%以內(nèi)，篩除灰土中粒徑超過5mm的顆粒，把水泥土中的水泥摻入量控制在8%-15%以內(nèi)[1]。第二，軟基開挖。在墊層底面設(shè)置標(biāo)高，施工人員采取機(jī)械開挖或是人工開挖方式，按順序開挖作業(yè)面中的軟弱土層，檢查墊層底面平整度與標(biāo)高偏差是否超標(biāo)，對超挖部位開展補(bǔ)挖作業(yè)，對欠挖部位進(jìn)行回填夯實處理。第三，墊層回填。分層開展回填作業(yè)，把回填層厚度控制在15-30cm內(nèi)，各層回填完畢后使用平板振搗器等機(jī)具進(jìn)行壓實，檢查回填層厚度、壓實度與平整度是否達(dá)標(biāo)，重復(fù)操作，直至完成墊層回填作業(yè)。同時，在回填首層墊層時，禁止使用振動能力過大的機(jī)具設(shè)備。第四，質(zhì)量檢驗。運(yùn)用環(huán)刀法、靜載荷試驗、靜力觸探試驗等方法，檢查地基質(zhì)量是否達(dá)標(biāo)。以環(huán)刀法為例，在換填墊層中壓入環(huán)刀，環(huán)刀底部壓入到墊層2/3深度處，采集墊層樣品后測定干密度。

1.2 排水預(yù)壓法

排水預(yù)壓法是在軟土地基部位鋪設(shè)砂漿層與豎向設(shè)置排水體，后續(xù)在墊層表面鋪設(shè)薄膜進(jìn)行密封處理，薄膜上方長時間堆放重物，或是人為營造真空負(fù)壓環(huán)境，憑借上部重力或負(fù)壓力來擠壓地基土體中所含水分，再把水分通過排水體向上排出，以此來實現(xiàn)軟基強(qiáng)制固結(jié)的處理目的。此項技術(shù)多用于處理飽和性軟弱地基，根據(jù)工藝做法可分為堆載預(yù)壓、真空預(yù)壓、降水預(yù)壓等方法，真空預(yù)壓法有著工期時間短的優(yōu)勢，應(yīng)用頻次較高。

在應(yīng)用真空預(yù)壓法時，重點掌握墊層鋪設(shè)、真空泵安裝、真空抽壓三道步驟的操作要點。第一，墊層鋪設(shè)。提前在現(xiàn)場劃出預(yù)壓區(qū)邊線，清理邊線范圍內(nèi)的地面垃圾雜質(zhì)，將地面整平。在地面上均勻鋪設(shè)厚度在0.5―0.8m內(nèi)的砂墊層，分層鋪設(shè)砂墊層，在墊層內(nèi)放置土工格柵與插設(shè)塑料排水板，將排水板間距控制在1.5―1.5m內(nèi)。第二，真空泵安裝。在墊層沒埋設(shè)管路和濾管，將管路間距控制在6m內(nèi)，檢查接頭連接情況。隨后在墊層內(nèi)安裝真空泵，在泵體周邊放置若干數(shù)量的真空表測頭。最后在墊層表面鋪設(shè)塑料膜進(jìn)行密封處理，將邊線處膜材牢固壓入墊層內(nèi)并堆放重物固定，仔細(xì)檢查膜面是否存在裂縫、孔洞等缺陷部位[2]。第三，真空抽壓。啟動真空泵，持續(xù)抽排膜下空間內(nèi)的空氣，并使用測頭檢測，直到膜下整體真空度超過75kpa、泵口與主管部位真空度超過90kpa后，即可進(jìn)入預(yù)壓固結(jié)階段，始終維持恒定的膜下真空度，最終在持續(xù)固結(jié)時間到達(dá)預(yù)期、地基平均固結(jié)度超過80%后，完成軟基處理作業(yè)。

1.3 化學(xué)固結(jié)法

化學(xué)固結(jié)法是在地基中采取強(qiáng)制攪拌或是壓力灌注等手段，在軟弱土層內(nèi)摻加適量的化學(xué)固結(jié)劑，固結(jié)劑與土體顆粒接觸后產(chǎn)生一系列化學(xué)反應(yīng)，最終使地基土層強(qiáng)制固結(jié)，改善地基承載性能。根據(jù)工藝做法，可以把化學(xué)固結(jié)法分為高壓旋噴樁、粉體噴射攪拌樁、硅化加固等軟基處理技術(shù)。

第一，高壓旋噴樁。該技術(shù)適用于處理淤泥質(zhì)土、粉土、素填土、流塑土等類型軟基，通過噴嘴向土層內(nèi)高壓噴射水泥漿，最終形成水泥加固體。施工人員需要提前在現(xiàn)場標(biāo)記各處樁孔位置，啟動鉆機(jī)向土層內(nèi)鉆進(jìn)鉆頭，待鉆頭深度到達(dá)孔底標(biāo)高后，通過噴嘴向外噴射水泥漿，噴漿過程同步旋轉(zhuǎn)上提鉆桿，要求所使用水泥漿的容重控制在1.1―1.25h/cm3內(nèi)。隨后，按照從下到上順序完成高壓旋噴作業(yè)，直至水泥漿與土體顆粒凝固成型后，在樁孔內(nèi)充填回灌少量水泥漿來保持孔口漿面飽滿狀態(tài)，清洗噴頭與輸漿管路，將設(shè)備挪移至下處樁孔，重復(fù)上述操作，完成剩余高壓旋噴樁作業(yè)[3]。

第二，粉體噴射攪拌樁。該技術(shù)利用深層噴射攪拌機(jī)向土層內(nèi)噴射水泥材料，使用葉片把水泥與土體顆粒進(jìn)行強(qiáng)制攪拌，二者進(jìn)行一系列物化反應(yīng)后形成柱狀豎向增強(qiáng)體，與樁間土組成復(fù)合地基體系。施工人員需要提前將現(xiàn)場地表平整，把鉆機(jī)、空氣壓縮機(jī)等機(jī)具設(shè)備運(yùn)輸就位，保持鉆頭與樁位二者中心點對準(zhǔn)狀態(tài)，調(diào)整導(dǎo)軌垂直度。啟動鉆機(jī)、攪拌機(jī)等設(shè)備，開展預(yù)攪下沉作業(yè)，控制鉆頭沿導(dǎo)軌下沉鉆進(jìn)，直至鉆頭鉆進(jìn)深度略超過粉噴樁底設(shè)計標(biāo)高后，通過噴灰口向鉆孔周邊土層噴射水泥材料，同步開展攪拌與噴射作業(yè)，嚴(yán)格控制粉噴量與鉆桿上提速度，在噴灰口到達(dá)地面下方0.5m處結(jié)束噴射，再把鉆桿下沉至樁底后開展復(fù)拌作業(yè)，攪拌提升至地面。最后，施工人員把鉆機(jī)移至下處樁位，重復(fù)上述操作。

第三，硅化加固技術(shù)。在軟基土層內(nèi)打入金屬灌注管，通過灌注管向土層壓力注入硅酸鈉或是氯化鈣溶液，溶液產(chǎn)生一系列化學(xué)反應(yīng)后生成氫氧化鈣、硅膠等產(chǎn)物，起到填充土層孔隙、增強(qiáng)土體顆粒連結(jié)效果的作用。在應(yīng)用此項技術(shù)時，施工人員應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場地基條件來選擇溶液品種，如處理粉砂地基與濕陷性黃土地基時，使用硅酸鈉溶液作為化學(xué)加固劑即可，而在處理砂性土等類型軟基時，則在土層內(nèi)按順序依次灌注硅酸鈉溶液和氯化鈣溶液。同時，嚴(yán)格控制金屬灌注管的打入數(shù)量與間隔距離。正常情況下，把灌注管間距值控制在0.7m內(nèi)，沿軟基邊線周邊額外布置排灌注管，按照從上到下順序分層開展硅化加固作業(yè)，灌注管壓入首層土層一定深度后立即灌注溶液，再將灌注管壓至下一土層，重復(fù)上述操作。

1.4 擠淤拋填法

擠淤拋填法是在軟土地基中拋填碎石或片石，在重力作用下使拋填材料沉入軟弱土層底部，強(qiáng)制將淤泥擠出地基范圍。此項技術(shù)適用于處理淤泥質(zhì)土軟基，或現(xiàn)場分布積水洼地的水利工程，施工簡單，成本低。

在應(yīng)用擠淤拋填法時，提前在工程現(xiàn)場準(zhǔn)備尺寸超過0.3m的碎石料，在軟基周邊部位平整地面與施作搭接臺階，把各級臺階寬度控制在0.5m以上，并保持臺階頂面向內(nèi)側(cè)傾斜狀態(tài)。以軟基中心部位為起始點，向兩側(cè)延伸拋填石料，率先拋填重量較大的毛石，再開展碾壓左后拋填粒徑較小的碎石，將表層進(jìn)行整平處理。同時，在碾壓步驟，施工人員重復(fù)開展4-5遍振動碾壓作業(yè)，碾壓期間持續(xù)向石料空隙部位鋪投碎石塊或是石屑，直至拋石層表面處于平整狀態(tài)。最后，清理拋填期間所擠出的淤泥，運(yùn)用沉降觀測法等方法來觀察拋石層工后沉降量、壓實度是否達(dá)標(biāo)，對不達(dá)標(biāo)部位額外開展振動壓實作業(yè)。

2.水利工程軟土地基處理的注意事項

2.1 施工導(dǎo)流

相比于其他類型建設(shè)工程，水利工程現(xiàn)場地形條件復(fù)雜、水網(wǎng)河道密布的特點，部分軟土地基位于河道區(qū)域，無法直接開展軟基處理作業(yè)。因此，施工單位需要提前做好施工導(dǎo)流作業(yè)，采取土石圍堰、土袋圍堰、鋼板樁圍堰等工藝做法，臨時攔截河道水流進(jìn)入軟基作業(yè)區(qū)域。

例如，在工程現(xiàn)場河道水深值不足1.5m、河道流速不足0.5m/s的情況下，可采取土石圍堰做法，提前在現(xiàn)場準(zhǔn)備砂質(zhì)黏土、黏性土等作為筑堰材料，施工人員以河道上游作為起始點，向下游延伸開展筑堰、合龍作業(yè)，把堰頂寬度控制在1.0―2.0m內(nèi)、圍堰外邊坡迎水側(cè)和背水側(cè)坡度分別控制在1.2―1.3與1.2以內(nèi)。而在工程現(xiàn)場河道水深不足3.0m、河道流速不足1.5m/s情況下，則采取土袋圍堰做法，施工人員在草袋或是無紡布袋內(nèi)裝填黏性土，再把土袋以河道上游為起始點向下游延伸堆碼，保持上下層、內(nèi)外層土袋相互錯縫狀態(tài)，必要時在圍堰中心部位填筑黏性土芯墻[4]。

2.2 施工方案比選

考慮到水利工程現(xiàn)場環(huán)境條件與地基構(gòu)造復(fù)雜，軟基施工技術(shù)方案的實際處理效果存在不確定性，無法保障處理后的地基狀態(tài)完全達(dá)到施工要求。因此，施工單位需要根據(jù)工程勘察報告，從技術(shù)實操、施工成本、工期時間等多個層面來比選軟基處理技術(shù)，從中挑選恰當(dāng)?shù)能浕幚硇问?。隨后，在現(xiàn)場挑選一處具有代表性的軟基開展試驗段施工，根據(jù)施工情況與軟基處理效果，著手修改施工技術(shù)方案中的不合理部位，準(zhǔn)確計算墊層換填厚度、排水固結(jié)時間、強(qiáng)夯遍數(shù)等工藝參數(shù)的最佳值。同時，也可選擇應(yīng)用BIM技術(shù)，在軟件中構(gòu)建模型、導(dǎo)入技術(shù)方案開展模擬施工試驗，根據(jù)試驗結(jié)果來發(fā)現(xiàn)技術(shù)問題、改進(jìn)施工技術(shù)方案。

2.3 工藝問題處理

在軟土地基處理期間，受到現(xiàn)場條件、工藝操作等因素影響，偶爾出現(xiàn)各類工藝問題，如果發(fā)現(xiàn)、處理不及時則會影響到軟基處理效果。因此，施工人員需要持續(xù)觀察軟基狀態(tài)和處理情況，如果出現(xiàn)各類異常狀況，及時分析問題原因、采取改進(jìn)措施或是開展返工作業(yè)。

例如，在采取墊層換填處理形式時，常見工藝問題包括下臥土層擾動、分層填筑密實度不達(dá)標(biāo)。對于下臥土層擾動問題，施工人員在地基開挖至墊層底面標(biāo)高上方0.3m處切換為人工開挖作業(yè)，如果墊層超挖，則對超挖部位進(jìn)行人工回填夯實處理，必要情況下清理坑底擾動軟土和調(diào)整墊層標(biāo)高。對于分層填筑密實度不達(dá)標(biāo)問題，適當(dāng)增加墊層壓實遍數(shù)，如果重復(fù)碾壓后的壓實度仍未達(dá)到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，則將墊層挖除后將含水量超標(biāo)的回填材料進(jìn)行翻曬晾干處理，重復(fù)開展墊層回填夯實作業(yè)[5]。

在應(yīng)用真空預(yù)壓法時，常見工藝問題包括邊界地表裂縫、真空度不足。其中，對于邊界地表裂縫問題，施工人員在預(yù)壓區(qū)域邊界外側(cè)額外挖設(shè)土溝，利用土溝來釋放真空預(yù)壓期間形成的應(yīng)力，以此來預(yù)防邊界裂縫形成，并起到減少附加沉降量與水平位移量的作用。對于真空度不足問題，施工人員在預(yù)壓期間持續(xù)觀測膜下環(huán)境真空度與檢查膜材質(zhì)量狀態(tài)，如果出現(xiàn)膜材裂縫等缺陷部位，則采取直接膠補(bǔ)法對缺陷部位膜材進(jìn)行修補(bǔ)處理，并啟動真空泵抽排膜下空氣。

在采取擠淤拋填法時，常見工藝問題包括心墻與反壓平臺接觸部位局部沉陷、反壓平臺不均勻沉陷。其中，對于心墻與反壓平臺接觸部位局部沉陷問題，形成原主要包括擠淤強(qiáng)度不足、反壓平臺厚度不達(dá)標(biāo)、間隙部位遺留淤泥軟弱夾層，施工人員需要在裂縫部位開展堆料預(yù)壓作業(yè)來擠出遺留淤泥，靜置一段時間等待平臺恢復(fù)平衡狀態(tài)，再挖移堆料體與開挖芯墻裂縫部位土料，原位重新開展碾壓作業(yè)[6]。對于反壓平臺不均勻沉陷問題，形成原因包括拋填方量不足、反壓平臺外側(cè)違規(guī)堆方淤泥，施工人員需要操縱挖掘機(jī)將平臺周邊淤泥向外挖移，開挖裂縫后向外推移原有填料，在裂縫部位重新填筑風(fēng)化料與開展碾壓作業(yè)。

3.結(jié)語

綜上所述，軟基處理是水利工程施工活動的關(guān)鍵，應(yīng)分析施工現(xiàn)場具體水文地質(zhì)條件及特征，選擇科學(xué)的地基處理方法，為工程建設(shè)質(zhì)量與水利設(shè)施使用安全提供有力保障。為此，相關(guān)人員必須提高對軟基處理技術(shù)的重視，明確各項軟基處理技術(shù)的操作要點，根據(jù)工程情況選擇恰當(dāng)軟基處理形式，嚴(yán)格把控軟土地基處理作業(yè)過程，明確施工導(dǎo)流、施工方案比選、工藝問題處理等環(huán)節(jié)的質(zhì)量把控，保證水利工程軟土地基得到高效處理。