□岳玉文(山西省水利建筑工程局)
水庫工程軟土地基處理方法
□岳玉文(山西省水利建筑工程局)
水利施工中對于軟土地基處理,有著多樣的地基處理方式。其中最關(guān)鍵的技術(shù)包括:換土法、排水固結(jié)法、旋噴注漿法、加筋法、強(qiáng)夯施工法等多種方法。強(qiáng)夯施工法能夠有效提升土地自身強(qiáng)度與地基荷載能力,產(chǎn)生良好的施工效果。文章主要探討水利施工軟土地基處理技術(shù),通過分析軟土地基的主要特征,給出軟土地基施工的不同方法。
水利施工;軟土地基;處理技術(shù);分析
水利工程是中國公共設(shè)施建設(shè)的主要工程,但水利工程由于自身的軟土特質(zhì),所以在工程施工中存在很多問題。對于土質(zhì)較差的軟土,需要采用不同的方式進(jìn)行加固處理,使其的強(qiáng)度與密度顯著提升,更能適應(yīng)現(xiàn)代水利工程的發(fā)展要求。在具體施工過程中,需要根據(jù)軟土地基的不同形變采取不同方式進(jìn)行處理,通過加固使地基更加堅固與穩(wěn)定。
水資源豐富的地區(qū)存在著多數(shù)的軟土地基,軟土地基的土質(zhì)疏松、軟土中含有大量水分、承載力較差、壓縮性強(qiáng),因此對軟土地基的處理成為水利工程的主要內(nèi)容。軟土地基具有以下幾方面特點(diǎn):①同一地區(qū)的土層中,軟土地基的孔隙遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他土質(zhì)的孔隙;相同質(zhì)量下,軟土地基比其他土質(zhì)疏松30%左右,軟土地基的體積更大。軟土地質(zhì)的形成經(jīng)歷漫長的過程,通過長時間不斷堆積軟土地基的土體顆粒逐漸粘結(jié)起來,粘結(jié)后的土體沒有經(jīng)過壓密處理。②軟土土質(zhì)孔隙大直接導(dǎo)致它的壓縮性也高,壓縮性可以用具體的壓縮曲線來表示。我們在分析軟土的壓縮特性曲線后,得出以下結(jié)論:開始時施加較小的壓力對軟土土質(zhì)進(jìn)行壓縮,在這個過程中壓縮曲線的變化較??;隨后逐漸施加大的壓力,壓縮曲線會出現(xiàn)迅速的下降趨勢;最后再繼續(xù)加大壓力,壓縮曲線還會經(jīng)歷一次較大的下降階段,最后逐漸趨于平緩。③軟土土質(zhì)抗剪強(qiáng)度較低,抗剪強(qiáng)度指的是土體剪切面能夠承受的最大剪應(yīng)力。軟土能夠承受的抗剪強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其他土質(zhì),而由于軟土土質(zhì)透水性較低的特性,使得軟土土質(zhì)的抗剪強(qiáng)度不斷下降。軟土土質(zhì)透水性較低的情況,會增加軟土自身的排水時間,所以需要對其施加壓力加快排水。④軟土土質(zhì)會由于輕微的儲配而改變自身的形狀,所以軟土土質(zhì)具有較高的形變靈敏度。而在水利施工過程中,大幅度的震動會改變軟土的結(jié)構(gòu),導(dǎo)致軟土強(qiáng)度的降低與地基的下沉。
軟土層是構(gòu)成軟土地基的主要要素,軟土層的土質(zhì)主要為粘結(jié)度不大的破碎土,土層的主要成分為粉狀土,還有少量的沙石、泥炭包含在其中。而在水利施工過程中,這種不穩(wěn)定的粉狀土、沙石、泥炭會隨著劇烈的震動發(fā)生下沉或者移動,從而影響整個施工中建筑物的穩(wěn)定性。因此水利施工單位要采取的最主要措施為:通過一系列的方式加固地基,以保證水利施工過程中土體的穩(wěn)定性。同時在對軟土土質(zhì)進(jìn)行加固過程中還需要考慮自身的特性,需要在保證軟土荷載能力的前提下,提高軟土的排水性與強(qiáng)度。我國不同地區(qū)的軟土土質(zhì)也不盡相同,因此施工人員在進(jìn)行軟土地基施工過程中,要結(jié)合當(dāng)?shù)赝临|(zhì)特性應(yīng)用最適合的軟土地基施工方式,還要在保證施工質(zhì)量的同時,盡量減少施工費(fèi)用、縮短施工周期。
3.1換土法
換土法適用于軟土土質(zhì)較薄的地區(qū),軟土土質(zhì)較薄地區(qū)的水利工程建設(shè)通過更換軟土能夠達(dá)到施工的強(qiáng)度要求。目前大多采用水泥混合砂土的地基更換較薄的軟土,水泥混合砂土能夠顯著增強(qiáng)土體的強(qiáng)度與密度,土體的承載能力也顯著提高。在運(yùn)用換土法進(jìn)行施工過程中,應(yīng)該采用當(dāng)?shù)氐乃嗪蜕巴?,施工完成后還要進(jìn)行回填土的施工處理。在填土工作完成后,要對整個地基進(jìn)行夯實(shí)處理,以保證地基強(qiáng)度與承載能力符合國家標(biāo)準(zhǔn)。在對回填土體進(jìn)行分層夯實(shí)處理后,也能夠顯著增強(qiáng)地基的穩(wěn)定性、減弱地基的形變。
3.2排水固結(jié)法
排水固結(jié)法的主要作用為:將軟土土質(zhì)中的水分有效排出,達(dá)到加固地基的效果。軟土土質(zhì)具有土層中的孔隙大、孔隙中的水壓大等多方面的缺點(diǎn),而在水分排出后水壓會逐漸減小、地基結(jié)構(gòu)也會發(fā)生不確定的形變。這種變化會使土層迅速凝固結(jié)為一體,土層的抗剪強(qiáng)度、荷載能力也會隨著不斷增強(qiáng)。軟豁土的情況使用堆載預(yù)壓法,堆載預(yù)壓法是在建筑物施工前進(jìn)行的土質(zhì)處理方法。堆載預(yù)壓法能夠使軟豁土土質(zhì)迅速凝固結(jié)為一體,在很短時間內(nèi)完成地基沉降的工作,但其在施工過程中的耗時較長,不適宜在短工期施工中使用。同時在使用堆載預(yù)壓法施工時候,要保持施工加載速度的均勻,一層一層進(jìn)行逐層加載以保證整體地基的穩(wěn)固。若軟土土質(zhì)中的透水性較差,則使用砂井法對其進(jìn)行處理。砂井法主要是對地基中的孔洞進(jìn)行砂土灌注,在加快排水速度的同時,保證整體地基的穩(wěn)固。砂井法施工步驟簡單,而且能使用少量原材料達(dá)到較好的施工效果,施工過程中也不容易出現(xiàn)低級變形的情況。若軟土土質(zhì)中不存在透水性問題,則使用真空預(yù)壓法對其進(jìn)行處理。真空預(yù)壓法是把砂井放置在軟土圖層上進(jìn)行砂土鋪設(shè)工作,然后用塑料薄膜封閉砂土表面,達(dá)到隔絕空氣的效果;最后抽取薄膜內(nèi)的空氣,使內(nèi)外產(chǎn)生壓強(qiáng)差以完成地基凝結(jié)工作。
3.3旋噴注漿法
旋噴注漿法在軟土地基處理中應(yīng)用廣泛,它能應(yīng)用于多種不同情況的軟土土質(zhì)。旋噴注漿法中的漿液也有著不同的組合方式,常見的旋噴注漿漿液為:水泥漿、豁土漿、硅酸鹽漿液等。旋噴注漿法通過氣壓、液壓與化學(xué)融合等多種方式,將調(diào)理好的漿液灌入軟土地基中,灌注過程中運(yùn)用旋轉(zhuǎn)的方式擺噴、旋噴和定噴,使?jié){液均勻分布于地基中形成穩(wěn)固的形式。漿液噴注可應(yīng)用于豁性土、粉土、淤泥質(zhì)土等土質(zhì)的處理中,能夠達(dá)到土質(zhì)強(qiáng)度增強(qiáng)與土質(zhì)迅速沉降的效果。淤泥質(zhì)土質(zhì)中漿液噴注的運(yùn)用,能夠使土質(zhì)迅速完成沉降工作。
3.4樁基法
樁基法適用于情況較為復(fù)雜的軟土地基處理,通過一系列的樁基操作達(dá)到加固地基的效果。軟土土層面積大、含水量多、土層較厚的情況,需要使用鋼筋混凝土樁進(jìn)行樁基的處理。鋼筋混凝土樁主要工作步驟為:首先運(yùn)用機(jī)械打孔技術(shù)對軟土土層進(jìn)行打孔操作,隨后向孔中灌入混凝土,混凝土?xí)c軟土土質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng),特別是混凝土的放熱效應(yīng)能使軟土迅速凝固,最終使軟土土質(zhì)改變?yōu)榛炷镣临|(zhì)。樁基法所耗費(fèi)的成本較低、施工也較為方便,能夠有效控制地基的沉降與增強(qiáng)地基的荷載能力。
3.5強(qiáng)夯法
強(qiáng)夯法是對軟土土質(zhì)進(jìn)行壓縮的良好方法,通過強(qiáng)夯法地基處理技術(shù)的應(yīng)用,能夠有效減小土層的密度指標(biāo)。在對軟土土質(zhì)進(jìn)行強(qiáng)夯法處理前,需要使用夯具先進(jìn)行試夯,試夯的時候要依據(jù)施工方案規(guī)定的指標(biāo)執(zhí)行,并在執(zhí)行后進(jìn)行夯土的檢測。只有試夯結(jié)果與國家標(biāo)準(zhǔn)基本一致的時候,才能進(jìn)行正式的強(qiáng)夯法地基處理。在正式進(jìn)行強(qiáng)夯的施工過程中,要按照順序由淺到深的處理所有夯土,將所有夯土的密度控制在合理范圍內(nèi)。在夯土工作進(jìn)行完畢后,要使用推土機(jī)將已經(jīng)夯實(shí)的平面進(jìn)行填補(bǔ)。在所有的夯土平面被填平后,還要對所有的平面進(jìn)行一次最后的滿夯,滿夯的力度要小要均勻。滿夯工作進(jìn)行完畢仍舊要進(jìn)行檢測,只有軟土土質(zhì)表面密度與下層密度一致的時候,才說明施工質(zhì)量達(dá)到要求。但使用強(qiáng)夯法進(jìn)行軟土加固的過程中,會存在很多不確定的影響因素對其產(chǎn)生影響,所以應(yīng)該采取各種措施控制強(qiáng)夯法加固有效深度的影響因素。
根據(jù)強(qiáng)夯法加固有效深度計算公式,得出強(qiáng)夯法有效加固深度,見表1。
表1 強(qiáng)夯法有效加固深度表
根據(jù)建于中游平原河流流域的水庫施工為例,得出:該水庫處于周邊多個城鎮(zhèn)的交集地帶,為城鎮(zhèn)居民提供需要的工業(yè)用水、農(nóng)業(yè)用水等資源,能夠產(chǎn)生較好的經(jīng)濟(jì)效益。但該水庫的土質(zhì)為砂質(zhì)軟土土質(zhì),在受到流水不斷侵蝕的過程中,土質(zhì)逐漸變得疏松破碎,不能滿足水庫的建設(shè)需求。在對其他的周邊地域進(jìn)行土質(zhì)勘察后,發(fā)現(xiàn)在水庫施工地點(diǎn)的3km處,上游土質(zhì)情況與中游土質(zhì)大不相同。上游的土質(zhì)類型為堅固的灰土土質(zhì),通過強(qiáng)夯法進(jìn)行打擊后具有極強(qiáng)的強(qiáng)度與承載力,能夠滿足工程建設(shè)的需求。所以運(yùn)用土層置換法,將砂質(zhì)軟土土質(zhì)置換為堅固的灰土土質(zhì),從而使水庫建設(shè)順利完工。
水利施工軟土土層有著各不相同的特性,因此不同地區(qū)不同土質(zhì)的處理方式也不盡相同。以上多種軟土地基處理技術(shù),能根據(jù)軟土地基各方面存在的問題,針對性的進(jìn)行解決。
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(責(zé)任編輯:薛靜)
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