试论水利工程施工中土坝软土地基的处理措施

试论水利工程施工中土坝软土地基的处理措施
摘要：土坝在水利工程施工中得到广泛应用，其基础要求较低，通常可以不受地质情况局限进行修建，但对于软基段地质条件极差的情况，还是需要进行相应处理才能有效消除水利工程施工的安全隐患。

本文以某土坝软基段为例，对土坝软土地基的基础处理做了介绍，并对施工工程中出现的裂缝原因与处理方法进行分析和阐述。

关键字：水利工程施工土坝软土地基处理措施
社会经济技术的发展与进步，为水利工程建设提供了可靠的相关资源与技术支持，为水利工程施工创造了更为有利的条件，大大促进了水利事业的发展与壮大。

随着技术理论的不断成熟，水利工程中由于地质环境等客观原因带来的问题都能得到有效解决，本文就是通过工况实例对严重影响到水利工程质量的软基段土坝基础处理进行探讨。

1、土坝软土地基概要
该土坝为均质软基段土坝，坝高最大为18 米而坝顶高程为34.8 米。

从软基段的区域空间来讲，其地质结构极不均匀，且一层软粘土与局部夹腐植层并极软的呈浅灰之灰黑不等的淤泥质粘土夹于坝头右侧400 米左右的基础中，而且淤泥质粘土土样容易出现变形与干裂收缩，属软塑至流塑状，厚度主要集中在1.7米至4.3 米之间，局部达7米左右，埋深4米到9 米不等。

根据室内土工实验可知，淤泥与淤泥质粘土含有较多的粘粉粒、天然水，干容重小而孔隙比大，有微至极微的渗透性、高塑性与压缩性、高灵敏度、低强度，且固结系数较小。

2、土坝软土地基的基础处理
2.1基础处理设计方案
淤泥质粘土在右岸软基段埋藏较深且范围较广，若要全部挖除，会加大工程量并延长工期，需要对该部分重点处理。

根据具体情况分析，宜选用砂井排水固结法与表层淤泥清除方案，由软土特性、施工能力等考虑砂井设计。

砂井以正方形、排井距2.16m×2.5m布置共为8000个左右，直径42厘米而井深10至12米。

将50厘米的砂垫层铺于砂井顶部与各砂井形成排水系统，为加速坝基排水固结并确保施工期间坝体稳定性，在土坝上下游侧布置约4米高的压载平台，而沿坝轴线布置5个沉降观测杆并在上下游坝脚处设位移观测边桩，便于监测施工期间对坝基变形状况的监测，中心沉降量控制在每天15毫米内，而观测边桩水平位移控制在每天4毫米内。

根据设计方案进行的处理结果表明，砂井排水固结法对于软基处理有明显成效，而软土性状也得以改善，只是软土仍属流塑状，要完全固结耗时较长。

2.2右岸软基土坝固结沉降计算
在强分化顶板为界而其下部土层为不可压缩并忽略侧向变形影响的情况下，可采用单向压缩分层总和法来计算右岸软基土坝坝基固结沉降：设i土层厚度为Hi，i土层初始孔隙比为eoi,i土层压缩指数为Cei，Po为初始竖向压力而△P为附加压力增值，则坝基总固结沉降Se可通过以下计算公式计算出来：
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由计算结果可知，地基固结引起的坝轴线基底沉降最大约为l.3-l.4m。

而分析计算过程标明，完成软基段土坝填土后还需较长时间，地基沉降才能基本趋于稳定。

并且，实测沉降杆沉降数值与计算结果一致则说明计算参数基本符合所取土特性。

而且，填土过程影响坝基沉降，而沉降曲线随荷载加载完成逐渐趋缓，趋缓时间受地基土固结性状影响。

3、施工中出现裂缝的原因及处理方法
3.1裂缝状况
施工期间，由沉降与位移观测显示，坝基变形在填筑右岸软基主土坝坝体至高程27.6m时仍未趋缓，且个别边桩异常。

4个月左右后，软基段坝顶出现裂缝，缝长约9-l0.7m而宽约3-9mm，裂缝为断续宽、细缝相接形态，连续成一条整体横缝，两侧无错台现象。

3.2开裂原因分析
在施工过程中发现裂缝后，对裂缝做了软基性状钻探取样检测试验以及通过电测探法进行的裂缝走向与深度等的定性分析，结合钻探取样试验结果及对坝基沉降、沉降差与坝体稳定性的分析计算可判断裂缝成因。

（1）钻探取样检测实验。

砂井排水固结法对于软基处理有显著成效，但软土仍属流塑状。

由地基土层结构、软土物理力学性能及软土层空间分布等可看出，软硬地基变形差会随不适当的坝体填筑速率而引起不均匀沉陷，若土体抗拉强度不能抵抗不均匀沉陷，则会引发坝体开裂。

而不均匀的土坝填筑料、坝料土粘粒含量过低以及附近清淤区地形微变化等都会导致裂缝的产生。

（2）电测探法检测实验。

通过三极电测深剖面法对裂缝走向及深度的检测查核可知：砂井处理后的地基软土含水量减少，裂缝深度只到坝基底，而裂缝多在坝基软硬土悬殊部位，即是说，坝体开裂主要是因为软硬土体的不均匀沉降。

（3）坝基沉降计算。

根据实测资料与坝基沉降计算结果可知：相邻两断面间距为20米而最大沉降差为0.22米，不均匀沉降斜率为0.0ll，而坝体允许沉降斜率为0.0084，小于不均匀沉降斜率，所以坝体抗拉强度不足以抵抗不均匀沉降
所产生的拉应力。

（4）根据计算结果可知，坝体抗滑稳定不是裂缝成因。

若在施工现状上加高坝体，l.l的完建期下游坡稳定安全系数不符合大于l.2的规范要求，必须采取措施维护下游坝坡稳定并加速地基固结。

3.3处理措施与方法
由开裂原因分析可知，坝体开裂的主要原因为过大的软基段不均匀沉降。

考虑到防渗可靠性、蓄水要求与施工安排等，处理裂缝应先开始防渗墙施工再进行填土，等坝基沉降趋于稳定，然后对以灌浆填充裂缝。

坝体开裂对当前没有很大威胁，但由于施工期间坝基软土固结状况而为下游边坡稳定埋下安全隐患，对此可以调整下游压载平台。

通过计算可知，下游坝坡稳定安全系数在原压载平台上加宽、高20m×2m 的平台后即可满足规范要求。

结语
总之，对于土坝软土地基的处理是为水利工程的安全稳定提供有力保障，要不断促进水利事业健康发展，就必须注重对土坝软土地基的必要处理，尤其是在现代化先进技术设备与成熟理论的支撑下，优化软土地基处理措施与方法，尽可能消除施工中可能存在的问题和隐患是水利工程施工需要重视的一点。

参考文献
[1]周宏益.软土地基处理及其应用[J].山西建筑,2006(20).
[2]席伟伟,康永强.软土地基处理方法及应用[J].建材发展导向,2010(3).
[3]戴建龙,毛地卫.浅析水利工程施工中土坝软土地基处理方法[J].价值工程,2010(12).
[4]韩莹莹.软土地基处理方法综述及其应用[J].中国水运,2007(6).。