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水利工程中土坝设计软基的处理方法

发表时间：2020/8/4 来源：《基层建设》2020年第10期作者：马玉军

[导读] 摘要：随着我国水利工程的不断推进和经济的快速发展，对水资源的需求在不断增加，目前的水利工程数量已不能满足实际需求，因此必须增加水利工程建设。

        黑龙江省水利水电勘测设计研究院黑龙江省哈尔滨 150080
        摘要：随着我国水利工程的不断推进和经济的快速发展，对水资源的需求在不断增加，目前的水利工程数量已不能满足实际需求，因此必须增加水利工程建设。在水利工程建设中，土坝是非常重要的挡水建筑。土坝的地基工程要求很高，但某些地区的地质条件较差，导致工程中出现不良软土地基。因此，土坝设计时，需针对不同类型的软基采取不同的解决方法，以消除软土地基产生的不良后果，确保水利工程的正常运行。
        关键词：水利工程；土坝；软基的处理方法
        一、土坝设计原则
        1.1防渗流原则
        为消除或减轻渗流不利影响，采用防渗排水设施，以保证坝体和坝基土的稳定性和减少水库渗漏水量。防渗:即于坝在上游或中部设置斜墙或心墙。排水:设置于坝的下游侧的透水坝壳、排水体等。
        1.2防冲刷原则
        决定坝顶的高程时，不仅要使坝顶在设计库水位以上有一定的安全超高，而且还应正确的确定防洪标准，合理选定泄水建筑物的尺寸，使其有足够的泄洪能力。以确保该年洪水不致漫溢坝顶。
        1.3防沉陷原则
        为了防止沉陷后的坝顶高程低于设计标准，设计坝顶要预留沉陷超高，对于重要工程要通过沉陷计算预留沉陷超高。
        二、土坝软基的特征
        水利工程土坝软土地基是指地基以软土结构为主的一种地基类型，而粘性土，泥炭与沙质土均归类为软土。此类土质具有较高的含水量，同时土质松软，其地基的承载负荷较小。工程中将水利工程土坝软土地基的特点归纳为下述几点：（1）属性具有一定的可变性。其可变性是指在外力作用下，软土地基由原来的固体结构转变为另一种状态。由于软土地基具有较高的可变性，所以给水利工程建设带来一定的影响。（2）缺乏均衡性。软土的种类多样，所以不同种类间的密度还有强度相差较大，无法实现密度和强度的均衡。因此在水利工程运行的过程中，软土地基会因为承载力较低而导致地基塌陷。（3）具有较差的透水性，主要是因为此类土体大多为淤泥结构，一些过量的水分不能第一时间排出。所以，在工程环节，若相关工作者没有予以全面处理，那么就会在很大程度上影响到水利工程的可靠性。（4）具有快速沉降的特性，主要是由于软土介质的含水量高，与常规土相比，沉降速率较快。（5）具有较强的可压缩性。因软土地基特点较为显著，其不仅缺乏稳定性，同时还具备了一定的可压缩性。随着水利工程的不断发展，相关工作者需要对软土地基的压缩性进行控制，以减少软土地基对水利工程的影响。
        三、软土地基处理准备
        3.1基础处理设计
        在软土地基中，粘土夹层的范围比较大，而且埋深比较深，如果要挖出来，需要花费大量的人力和物力，还要延长工期，投入更多的资金。因此有必要根据工程实际情况确定坝基处理的科学性，从而选择最佳的不良地基的处理方法，使地基处理后效果达到最大化。
        3.2软土地基处理结果
        为了保证不良软土地基能够得到解决，对软土地基的基础处理需要在坝基的取样试验过程前完成。坝基的取样试验主要分为三个阶段，首先是要提前确定好三个阶段的试验检测的具体位置，然后进行依次试验。目前对于改进不良软土地基的处理结果的测试方法层出不穷，在条件允许的前提下，可以结合不同的检测方法对软土地基结果进行测试，从而提高测试的精确性。另外在进行检测的过程中，要记录好检测数据，事后需要进行数据对比，从而找出最适合的检测方法，从而满足对软土地基处理的要求。
        3.3软土地基处理计算
        单向压缩分层的总和实际上就是坝基整体沉降。因此在计算公式的计算过程中，可以根据单向压缩分层计算出总和。

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在处理软土地基的过程中，需等待软土地基完全沉降后在进行后续的地基处理工作，但该工作的耗时较长，会延长项目的竣工期限，所以在实际施工过程中通常会对负荷的增加曲线进行模拟，最大程度还原真实的变化过程。通过模拟可以提供详细的沉降时间和量值。一般来说，坝轴线位置的基地随着地基的固结能够达到的最大沉降量，而这个量值通常维持在1.4m左右。此外，在计算过程中，可以得出以下三点结论：（1）软土地基填筑后，地基沉降基本上能保持在稳定范围内。（2）软土地基的沉降量与填筑过程具有较大的关系。通常的说，当地基固结系数越来越小时，其固结时间也越来越长，否则反之。（3）计算结果与实际观测结果基本吻合，表明该方法能较好地反映软土地基的实际情况，这也为以后的施工工艺选择打下了基础。
        四、软土地基的处理方法
        4.1置换土壤法
        置换土壤法是水利工程土坝软土环境中提高地基质量的一种手段，方法简单，且易于实施。在工程建设过程中，有关人员使用水泥、石灰土等人工材料代替软土，换土操作方便。但土壤置换存在缺点，缺点是土壤置换易受地质环境的制约。在长距离运输上，不仅会增加项目的时间，并会增加工程的投资成本。因此，在实施土壤置换项目前，我们要对工程附近的地质环境进行全面的考察。如果附近的地质环境允许，那么就可以实施土壤置换项目。
        4.2排水固结法
        排水固结措施是解决水利工程土坝软土地基常见措施，因为排水固结措施可以通过排水设备将水利工程土坝软土地基内过量的水分排出，因此深化土坝软土地基的稳定性，这在很大程度上也提高了地基的整体载荷。不过工程环节，一些工作者会错误地认为，即使将地基内部的水分排出也无法提高土坝软土地基的稳定性，同时还会造成土坝软土地基疏松等问题，而实践资料显示，此观点缺乏实证依据。在土坝软土地基排水环节，相关工作者要遵循有关规定，按照现场情况设计相适应的方案，只有这样才能体现出排水固结法的有效性。
        4.3旋喷加固法
        旋喷是指利用旋喷机所产生的旋喷柱来提高软土地基负荷能力的一种方法。可以进行定向喷射还可以应用于软土地基的防渗透工作中。旋喷柱的作用主要是利用加了特殊装置的注浆管，在地基中加入了具有特殊装置的注浆管。在土层中加入注浆管一定要注意其深度，同时保证在施工前完成设计。开启旋喷机时旋喷嘴会随着压力的增加不断的升高，在高压中喷射出水泥固化浆液，与土壤混合之后逐渐凝固然后形成柱。该方法有利于提高软土地基得抗压能力，因此该方法适用于土质比较松软的地基的加固。但是对于有机质饱和度较高的土壤的加固性能较差，所以是否在施工过程中使用该方法，需要结合工地的实际情况。
        4.4化学固结法
        化学固结即通过气压与电化学手段，经木质素类等化学材料对软土地基予以相应的浇筑，利用化学反应，对淤泥质黏性土等土质予以全面处理，提高软土地基的土质强度。化学固结措施还可以利用人工合成材料加筋加固，人工材料加筋加固法是在软土地基处理换几个，把高强度或韧性的人工合成材料浇筑在软土内，经高压摩擦促使人工合成材料和软土全面混合，深化软土质的稳定性及荷载。
        结语
        总之，软基是水利工程中经常遇到的一种现象，为了保证水利工程的质量，必须对土坝的软土地基进行处理。处理后，应实时监测地基情况，并记录不同填土高度下的地基固结，以免影响软土地基处理的效果。设计中加深对软土地基处理重要性的认识，并根据不同的软土地基选择最佳的处理方法，从而建设高质量的水利工程。
        参考文献
        [1]陈国平.水利工程施工中土坝软基的处理方法[J].建材与装饰,2019 (08):294-295.
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        [3]张强.浅析水利工程施工中土坝软土地基处理方法[J].中国新技术新产品,2017(05):120-121.
        [4]范永林.关于水利工程土坝设计及施工技术的研究[J].农民致富之友, 2018(01):59.