分析水利工程施工中土坝软土地基的处理措施
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作者: 黄湛勇 湛江港
摘要：随着当前国民经济与社会各行业的发展，各行业对水资源的需求越来越多，现有的水利工程越来越难以满足各行业不断增长的水资源需求，这就要求要兴建更多的水利工程。然而，当前的水利工程需要在水文条件、地质条件较差的地方进行，这些地方大多存在天然缺陷，给项目施工带来了一定难度。因此，研究如何在不良地基上进行施工成为业内人士必须思索的问题。
关键词：水利工程 软土地基 处理措施
土坝的基础要求较低，几乎能在所有地质情况上修建，且取材方便，投资较少，易于施工，广泛应用于当前的水利工程施工，但是，在一些地质条件较差的软基段，即使使用土坝，也还需另进行一些处理，否则极可能会给工程带来难以预料的后果。针对这种问题，笔者结合自身工作经验，对水利工程中软土地基的处理进行了分析，并提出几点措施，希望能对水利工程的兴建提供一定的借鉴。
1 水利工程中土坝软土地基的处理背景
在当前的环境下，水利工程的施工越来越需要在水文和地质条件较差的基面上进行，也就是通常说的不良地基。不良地基本身存在天然的缺陷，使得这种地基不适合水利工程的建设，当水利工程一定要建立在这种地基上时，就必须对其进行必要的处理，使其在各方面的性质都能打到建设要求，之后才可以继续进行水利工程的建设与开发。
不良地基对水利工程产生的不利影响主要包括四个方面：（1）通常，不良地基对水利工程建设的不良影响主要表现在沉降过大或不均匀沉降；（2）当基础渗透量过大，或坡降超出稳定安全系数时，也会对水利工程的建设造成不良影响；（3）不良地基的“先天不足”导致其抗滑稳定系数较低；（4）不良地基内无粘性粉细砂层，导致其可能会因震动发生液化，并导致建筑结构稳定性变差，建筑结构强度降低。
土坝属于挡水建筑物，对基础要求较高，其建设核心即稳定、防水、防渗。在现代水利工程的建设中，土坝以其投资小，施工简便，取材简便的特点被广泛应用，然而，即使是如此，在建设前也要先对地基进行稳定安全处理，以免在以后的工程建设中留下安全隐患。
2 软土地基的特性
软土地基指的是强度较低，压缩性较差的软土层，软土地基的基本特征大致有以下几点：（1）软土地基的渗透性较差，甚至几乎没有渗透性；（2）软土地基中黏份粒含量较大，天然含水率也较大在实际环境中大都以流塑态存在，干容重小，空隙率大；（3）软土地基通常强度较低；（4）软土地基的可压缩性与可塑性均较高，灵敏度高，固结系数小。
在水利工程的施工中，软土地基对水利工程管理造成的影响主要有以下几个方面：（1）软土地基稳定性与强度均较差，会对水利工程的建设起到不利影响，这是因为软土地基抗剪应力较差，当其难以承受整个土坝时，会导致整个地基发生失稳乃至坍塌；（2）软土地基的沉降性也会对水利工程的施工产生极大的影响，软土地基在上部荷载或外部荷载较大时，会发生沉降变形，从而影响土坝的稳定性，一旦发生大规模不均匀沉降，甚至有可能导致水利工程基面断裂，对水利工程构筑物产生致命的影响，不但会导致沉降缝拉宽、通道凹陷和基面漏水，还会导致土坝基面变缓，引起严重积水，对整个势力工程的稳定与安全造成严重影响。
3 软土地基土坝的基础处理
3.1 基础处理
软土地基土坝中通常含有较多的淤泥质粘土，且大多埋藏很深，如果将其全部挖出的话，无疑需要大量的工程量，投入大量资金，且很可能延长工期，还有部分施工现场并无用以放置挖出物的空间，因此，需要提出一个新的方案来对其进行处理，砂井排水固结综合表层淤泥处理是较为常用的方法。
砂井排水固结法的原理即地基在荷载的作用下，通过布置竖向砂井使土壤中的孔隙水逐渐排出，从而减小土壤颗粒间的空隙，使地基固化变形，增强地基土壤强度的方法。砂井排水固结法主要用于解决地基不稳和沉降的问题，增加天然土层的排水途径、缩短排水距离是加快固结的有效办法，通过设置竖向砂井，缩短预压期，能在短时间内起到良好的固结效果，提前完成沉降，增强地基抗剪强度，使地基承载力的提高速率始终快于施工载荷的增长速率，保持地基的稳定。
3.2 基础处理结果
以上基础处理完成后，在实际工程中要对土坝进行三期钻探取样实验，检测实验需要在施工中有准确的顶点位置，由前到后依次为沙井施工完成后、坝体填筑到一定高程后、坝体填筑到给定高程后。检测时需要采用多种手段，主要有室内土工试验、钻探和原位测试。施工实践表明，在经过以上处理之后，再采用砂井排水固结法处理软土地基十分有效，且能在一定程度上改善软土性质。
3.3 软土处理的计算
坝体总沉降量即单项压缩分层之总和，该数值在计算时可利用计算公式来确定。在水利工程的实际施工中，要使沉降达到稳定需要大量的时间，因此，有必要在施工时给出填土过程中拟定的加荷过程曲线，以对沉降情况随时间的变化有大致的量化认识与掌握。通常，坝轴线处的基地在地基固结中能达到的最大沉降量约为1.4米左右。在具体计算时，还可得出以下几点结论：（1）软土地基完成填土后，其地面沉降会达到一个基本稳定的状态；（2）坝基的沉降和填土过程有着密切的关系，若每级加载都会造成较陡的沉降曲线，则在该级荷载结束后会逐渐趋于平缓，而趋近于平缓这一过程的长短会随基土固结性状的不同而不同，通常，固结系数大时固结时间也较短，固结系数大时固结时间则会较长；（3）计算结果与实际观察结果基本一致，这说明这种参数计算与确定方法是可行的，是能够较好的反应软土地基的实际情况的。
软土地基土坝的缺陷成因，主要包括地质勘查、坝体、坝基失稳和施工工艺方面的原因。
首先，在地质勘查方面，软土地区的浅层土大多为第四季沉积层，年代较近，固结程度低，地下水埋藏浅，多为饱和软土，土层分布虽然也有一定规律，但其厚薄与起伏仍变化较大，地质勘查工作精度要求较高。
其次，在坝体、坝基的稳定性方面，软土区土层起伏、厚薄变化大，土层间的渗透系数小，力学指标变化小，在计算时可采用能解决多种介质和复杂边界的办法，而非简单成型，坝体物理学指标的选取也应尽量符合实际情况。
最后，在施工工艺方面，软土地区建坝多为饱和粘土上建坝，施工速度较快时，时常会发生滑坡。饱和粘土压缩性较大，而渗透系数较低，要将填土增加的地基应力转化为有效应力，须先将地基中的水充分排出。如果施工速度过快，很可能导致孔隙水压不能及时消散，有效应力岁负荷的增加而增加，导致滑坡。
4 水利工程施工中土坝软土地基段裂缝的处理
4.1 裂缝成因
在分析水利工程施工中土坝软土地基段裂缝的成因时，至少要经过两个最基本的过程：（1）钻探取样检测，检测实践证明砂井排水固结+表层淤泥清除对软土地基的处理是十分有效的，但软土本身大多仍处于流塑状态；（2）采用电测探法检测，即在试验中采用三级电测深剖面法检测裂缝走向。
4.2 裂缝处理
在处理裂缝时，要充分考虑防渗蓄水要求，并在此基础上安排人力、物力进行处理。通常，先进行施工墙作业，在回填强度材料，待坝基沉降稳定后，再充填灌浆施工。在施工中，裂缝并不会在短时间内对整个坝体产生严重威胁，但施工前如果未进行到位的软土固结，则很难在后续施工中进行弥补。
5 总结
综上所述，在水利工程的施工中，采用排水固结法来处理坝基是十分有效的，但其具体效果除与软土特性有关之外，还与排水是否顺畅有关。值得注意的是，再是工程要对实时检测软土地基的实际情况，以便及时了解在不同的填筑高度下软土的固结情况。本文即在此基础上分析了水利工程建设中土坝软土地基的处理背景进行了分析，阐述了软土地基的定义与性质，并对土坝软土地基的处理进行了分析。
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