水利水電基礎(chǔ)工程施工中不良地基的處理技術(shù)

冉進(jìn)飛，范 莉

（中國水利水電第十一工程局有限公司，河南鄭州 450001）

1 水利水電工程施工中不良地基的危害

1.1 土坡失穩(wěn)

在水利水電工程施工的過程中，如果在不良地基下施工很容易出現(xiàn)土坡失穩(wěn)等情況，導(dǎo)致嚴(yán)重的安全隱患，不良地基很有可能會導(dǎo)致土坡失穩(wěn)，土坡原本的平衡性就會逐步出現(xiàn)偏差，在此條件下，一旦出現(xiàn)較大的外力，快速對土坡的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行沖擊，造成土坡某一部位順著一定的方向下移或者外移。

1.2 地基承載力低

要想在施工的過程中，逐步達(dá)到施工目標(biāo)，實現(xiàn)水利水電工程的安全性和穩(wěn)定性，需要重視打好基礎(chǔ)，保證地基的承載力是非常重要的，需要重視細(xì)節(jié)，加強(qiáng)管理。在施工的過程中，保證地基承載力是非常關(guān)鍵的，也就是保證地基能夠接受上部建筑物的重力對地基施加的壓力，而自身不會因為承載較大的應(yīng)力而對自身結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞。不良地基無法保證施工效果，會造成地基承載力下降，主要是因為不良地基結(jié)構(gòu)較為疏松，無法保證承受上部建筑物施加壓力，而且含水量大，結(jié)構(gòu)不夠緊湊，一旦受到外力，對地基內(nèi)部的平衡產(chǎn)生破壞，造成地基坍塌。在此條件下繼續(xù)施工，稍有不慎，就會導(dǎo)致上部建筑物不穩(wěn)定，出現(xiàn)傾斜或者倒塌的情況，如果情況較為嚴(yán)重，甚至還會導(dǎo)致意外事故造成人員傷亡。

1.3 地基沉降

不良地基在施工過程中容易造成地基沉降。造成地基出現(xiàn)沉降的原因多種多樣，主要還是地基本身結(jié)構(gòu)的問題。地基內(nèi)部的結(jié)構(gòu)含水量大，缺乏必要的穩(wěn)定性，無法承載上部的壓力，在時間的作用下，造成地基出現(xiàn)沉降。在水利水電施工的過程中，如果沒有重視地基沉降的問題會大大增加施工風(fēng)險，情況嚴(yán)重時甚至?xí){施工人員的生命財產(chǎn)安全。

2 不良地基的處理方法分析

2.1 排水固結(jié)法

在地基施工作業(yè)場地中進(jìn)行垂直排水井的設(shè)置，依照水壩的重量來控制排水管的直徑。在施工前期，需要深入分析，通過壓實地基表面的方法來逐步清除土壤中的水分。在實踐中，這種不良地基處理的方法可以讓整體的強(qiáng)度提升，通過地基的排水設(shè)備來有效排除土層中的水分。對于土壤黏度高、較厚的土層，對排水固結(jié)法的應(yīng)用可以形成堅固的地基。

2.2 置換法

地基施工的過程中將表面的不良地基挖掘出來，接著通過預(yù)先準(zhǔn)備好的夯實土來完成填埋，最后使用重型施工機(jī)械將土層夯實。這樣可以讓地基的質(zhì)量進(jìn)一步提高，保證施工的效果對周邊的環(huán)境影響進(jìn)行控制，尤其是對一些軟弱地基使用，使用置換等方式可以讓土壤的強(qiáng)度進(jìn)一步增加。在施工的過程中還可以放入一定的混凝土和沙石，以便保證地基具有較高的強(qiáng)度。

2.3 化學(xué)加固法

給土壤加入一定的化學(xué)藥劑可以使土壤中的液態(tài)物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)物質(zhì)，通過這種化學(xué)方式可以讓土壤的硬度有效增加，讓整體的地基承載力提升?；瘜W(xué)加固法在應(yīng)用的過程中具有很強(qiáng)的適應(yīng)性，對水分含量高，土壤鹽度較高的土層特別適用，可以有效提升地基的承載力，減少不均勻沉降的出現(xiàn)。

3 水利工程施工中各種不良地基的針對性操作技術(shù)

3.1 淤泥、腐泥不良地基的處理技術(shù)

對于這種不良地基，需要注意挖出地基中的淤泥、腐泥，將符合要求的結(jié)構(gòu)填入其中，形成新的地基結(jié)構(gòu)。在具體施工的過程中需要重視這些不良地基的穩(wěn)定性相對較差，需要全面將水移除。但是在施工過程中具有一定的特殊性，會導(dǎo)致移除較為困難，需要先將泥土換成沙塵，提高密實性，而后將剩余的泥土清理干凈，沒有較大的腐殖質(zhì)。另外還可以在淤泥中拋入一定的石塊，從而實現(xiàn)擠出淤泥、腐泥的目的，在實際施工過程中需要重視對速度進(jìn)行控制，保證排水的穩(wěn)定性。

3.2 軟土地基的處理方法

軟土地基的處理方法中，通過換填法處理軟土地基的過程中需要預(yù)先進(jìn)行開發(fā)工作，替換掉無法達(dá)到施工要求的原土，接著將一些符合施工需要的材料回填到地基中，需要注意回填的厚度，通常而言需要回填半米到三米的土體。如果過深或過淺，都不適合使用換填法進(jìn)行操作。高壓旋噴澆鑄法主要是用鉆機(jī)來鉆進(jìn)地機(jī)，在鉆井過程中深入注漿。注漿管的頂端需要進(jìn)行噴嘴的設(shè)置，到達(dá)指定位置之后就持續(xù)不斷的對內(nèi)部土體進(jìn)行沖刷，通過旋噴注漿水泥的方式對地基進(jìn)行固結(jié)，形成增強(qiáng)體。拋石填筑主要是將軟土中的水分?jǐn)D壓，讓土質(zhì)的硬度提升，當(dāng)前在工程施工過程中施工方法主要以機(jī)械性方法為主。施工單位需要對石頭顆粒大小進(jìn)行充分的考慮，讓碾壓的力度次數(shù)符合規(guī)范要求，壓實之后不會產(chǎn)生額外的碾壓痕跡，不會產(chǎn)生彈簧土等問題。添加劑法是當(dāng)前針對軟土地基修繕過程中有效、穩(wěn)定的方法，添加劑選擇的主要為石灰。石灰和粘土之間充分?jǐn)嚢柚罂梢詫⑼寥乐械乃执罅课?，有效固結(jié)，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)含水量高的土質(zhì)特性，保證土壤具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性。在軟土層上進(jìn)行旋轉(zhuǎn)噴射，可以通過高壓使水泥和土壤緊密結(jié)合，讓軟土的密度進(jìn)一步提升，保證地基的強(qiáng)度，避免出現(xiàn)地基滲漏。另外可以使用灌漿等方式對軟土地基處理，在施工的過程中被灌漿的材料進(jìn)行合理選擇，使用低收縮高強(qiáng)度的材料，讓軟土加固的速度加快，避免出現(xiàn)凍脹的情況。

3.3 喀斯特地形處理辦法

水利工程建設(shè)在喀斯特地貌時需要具體問題具體分析。不良地基的分布形態(tài)主要為填充或半填充，上層土體局部承載力較弱，在一定外力條件下很容易產(chǎn)生不均勻沉降。對于上述情況需要采取相對應(yīng)的方式進(jìn)行控制，在施工過程中，可以使用清理置換、降低壓力的方式，逐步進(jìn)行優(yōu)化，保證施工效果。在原有基礎(chǔ)上逐步增加受力面積，可以使用局部防滲堵漏等方式讓地基的力學(xué)強(qiáng)度增加。

3.4 封堵解決壩基涌泉的問題

在水利水電工程建設(shè)的過程中施工區(qū)域中的地形地貌不同，由于各種外部因素的影響，會導(dǎo)致各種不同類型的不良裂縫出現(xiàn)。這種不良裂縫會導(dǎo)致壩基泉涌，主要是因為施工過程中土質(zhì)較為松散。在水利水電施工建設(shè)的過程中會產(chǎn)生壩基泉涌的問題而造成整個工程都會產(chǎn)生一些不穩(wěn)定的情況。要想將壩基泉涌的問題解決，需要注意加強(qiáng)整合和管理，重視加固，常見的方式就是混凝土澆筑裂縫，但是因為混凝土澆筑很容易產(chǎn)生滲水等情況，而且施工難度較大，在施工過程中利用混凝土進(jìn)行封堵，控制不良裂縫的方法逐步出現(xiàn)。在細(xì)節(jié)處理時需要格外注意進(jìn)行方法的優(yōu)化和使用。在壩基泉涌流量較大時，首先需要進(jìn)行抽水操作，將地基裂縫中的積水抽出，接著進(jìn)行回填操作。在回填的過程中可以使用沙質(zhì)土等，而后進(jìn)行封堵。

3.5 透水層防滲處理技術(shù)

在水利水電工程建設(shè)施工的過程中，強(qiáng)透水層不但可能會導(dǎo)致水量增加，還很容易造成管道冒出的問題出現(xiàn)，對水利水電工程施工的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。對強(qiáng)透水層進(jìn)行防滲處理的過程中，采用的方法如下。首先在開挖過程中，將滲透層的砂卵石和礫石排除，接著通過粘土或混凝土進(jìn)行回填，進(jìn)行截水壩的修建。另外在大空間鉆孔的過程中使用抓斗鉆孔或沖孔的方式，然后回填混凝土，進(jìn)行防滲墻的設(shè)置，也可以加強(qiáng)施工方法的優(yōu)化，使用噴射灌漿等方式進(jìn)行施工，完成水泥防滲墻的修建，在壩前進(jìn)行粘土或混凝土的鋪設(shè)，以便讓防滲的效果增強(qiáng)[1]。

3.6 可液化土層的處理

可液化土層出現(xiàn)的地方很多，需要注意加強(qiáng)控制。這些土層本身的穩(wěn)定性不高，在受振動力和靜力條件下，會導(dǎo)致孔隙中的水壓快速上升，最終無法承受壓力，造成抗剪強(qiáng)度瞬間消失的土層。如果產(chǎn)生土層液化等問題，會很容易導(dǎo)致地基穩(wěn)定性受到影響，造成地基出現(xiàn)瞬時沉降或者滑移的情況，最終影響整個工程的安全性和穩(wěn)定性。通常而言可以使用以下方式進(jìn)行處理，首先需要加強(qiáng)勘測，了解土層的具體情況，在四周通過混凝土進(jìn)行圍墻封閉，圈住土層，避免土層向四周流動，而后針對性地對土層進(jìn)行開挖和處理，主要的方法是換填一些強(qiáng)度較高的材料，讓強(qiáng)度提升。

3.7 抗滑穩(wěn)定性的處理

提高抗滑穩(wěn)定性是對不良地基進(jìn)行改良的一個重要環(huán)節(jié)。在實踐中，通過對地基進(jìn)行控制，減小壓力的方式，保證抗滑穩(wěn)定性。比如說在水利水電工程施工的過程中，依照規(guī)范要求對壩基當(dāng)中的破碎帶和斷層進(jìn)行處理，通過抽排減壓的方式，來降低壩體的揚(yáng)壓力，為了對壩基進(jìn)行加固，可以通過預(yù)應(yīng)力錨索的方式進(jìn)行施工，而后進(jìn)行帷幕灌漿以及固結(jié)灌漿，通過這樣的方式可以讓地基的抗滑穩(wěn)定性提升。在實際應(yīng)用過程中與水利水電工程的建設(shè)情況相結(jié)合，合理選擇施工措施[2]。

4 案例分析

4.1 工程概況

某水利樞紐位于漢江下游，在湖北的天門和潛江境內(nèi)，是南水北調(diào)中的重要治理工程，也是漢江梯級建設(shè)過程中的重要一環(huán)。在工程開發(fā)的過程中主要以航運和灌溉為主，兼顧發(fā)電。該水利樞紐建設(shè)的過程中，由電站廠房、船閘、泄水閘以及灘地上的一些交通橋等建筑構(gòu)成，樞紐設(shè)計和交河的流量設(shè)定為19400m2/s，正常蓄水量設(shè)定在60.2m，規(guī)劃航道等級設(shè)定為三級，電站的裝機(jī)容量設(shè)定在40MW。

泄水閘的最大泄洪量設(shè)定在每秒15000m3，共有56 個孔。單孔的寬度達(dá)到14m，通過兩孔一聯(lián)等方式進(jìn)行整體化的設(shè)計施工。泄水閘布設(shè)在漢江左岸的主河槽位置，為第4 系深厚覆蓋層，從上到下分成兩層。上層當(dāng)中的主要成分為細(xì)砂，局部含有一定的淤泥，平均厚度為25m，下層主要是砂礫土層，厚度在30m左右，細(xì)砂的孔隙比在0.75~0.9 之間，承載能力為120kPa 左右[3]，見圖1。

圖1 某水利樞紐的建成

4.2 方案比選

對于該水利樞紐地基的具體情況進(jìn)行分析，在地基處理的過程中，與細(xì)沙的地基特性和建筑要求相結(jié)合。

4.2.1 強(qiáng)夯法使用的特點分析

強(qiáng)夯法可以對土體進(jìn)行壓縮，并且排出孔隙水，使土體的變形模量和強(qiáng)度大幅提升，在透水性較好的軟土中應(yīng)用較好。通過實踐分析，使用該方法可以讓地基的抗液化能力大幅度提升，具有較好的現(xiàn)場施工效果，可以保證地基具有較強(qiáng)的承載能力，并且大幅度減少地基沉降量。

4.2.2 振沖法使用的特點分析

振沖法在實際應(yīng)用過程中主要通過帶有噴水口的振沖器通過高壓噴水壓力下沉和擠密土體，在對沙土地進(jìn)行處理方面較為適用，可以讓地基的承載力大幅提高，控制沉降，尤其是飽和砂土在使用的過程中可以使其結(jié)構(gòu)更為緊密。在施工過程中工期進(jìn)度快、操作簡單，但是對于砂性土在實踐中，主要針對一些中粗砂地基進(jìn)行使用，在處理細(xì)砂方面的工程實例不多。

4.2.3 水泥土攪拌樁的特點分析

水泥土攪拌樁在正常固結(jié)的淤泥當(dāng)中應(yīng)用較好，通過連續(xù)增強(qiáng)土體的方法來完成施工，這種施工技術(shù)可以讓沉降量減少，保證土體的穩(wěn)定性，具有較強(qiáng)的載荷承載能力，在施工的過程中加入水泥等物質(zhì)進(jìn)行固化，可以大幅提高地基的抗液化能力。

4.3 方案比選結(jié)果

在方案比選的過程中，由于該細(xì)砂地基的厚度較厚。強(qiáng)夯法使用過程中，只能處理10m 左右的臨界土層。在施工時為了更好地進(jìn)行能量的傳遞，便于強(qiáng)夯機(jī)械行走，需要進(jìn)行針對性的預(yù)處理，在地面鋪滿碎石墊層，為了防止石渣料在卸水閥底部產(chǎn)生滲透通道，在強(qiáng)夯結(jié)束時需要清除石渣料。另外由于石渣料場距離壩體的距離較遠(yuǎn)，達(dá)到約80km，因此造成強(qiáng)化成本比常規(guī)成本高，還需要注意此次施工范圍較廣，大面積強(qiáng)夯可能會導(dǎo)致少夯、漏夯的問題而影響施工質(zhì)量[4]。

振沖法進(jìn)度快，操作較為簡單，但是在細(xì)砂地基中使用時需要在振沖孔中適當(dāng)添加一定的碎石填料，讓處理效果提升，讓抗?jié)B性能降低，而且使用的碎石填料也需要專門進(jìn)行開采和運輸，導(dǎo)致處理成本增加，在地基處理過程中面積較大，施工過程中難以對施工質(zhì)量進(jìn)行有效控制，無法保證施工效果。

水泥土攪拌樁的方式可以讓復(fù)合地基壓縮模量提高，效果非常明顯，可以有效提高地面強(qiáng)度，大面積的減少地基沉降等情況，讓地基抗液化的能力大幅提升。如果地下水具有一定的腐蝕性或者地級地下水含量較高，可以使用深層攪拌的方式進(jìn)行操作。日本曾經(jīng)使用這種方式對河堤工程進(jìn)行加固，經(jīng)受了百神大地震的考驗，在施工的過程中沒有出現(xiàn)大面積的呈現(xiàn)和垮塌情況[5]。

圖2 水泥攪拌樁施工現(xiàn)場

通過方案比選綜合考慮造價質(zhì)量控制和處理效果等各種因素，擬使用攪拌樁法來進(jìn)行施工，對不良地基進(jìn)行有效地處理。

5 結(jié)束語

總而言之，伴隨當(dāng)前人們在技術(shù)水平和管理能力方面的逐步提升，在水利水電施工過程中往往都會認(rèn)真地對地基進(jìn)行勘察，對不良地基的影響進(jìn)行預(yù)見和判斷，在施工時采取合理措施對水利水電基礎(chǔ)工程施工過程中不良地進(jìn)行有效處理，保證工程的順利進(jìn)行。在實踐中還需要注意采取合理的策略，對現(xiàn)場施工進(jìn)行組織和管理，改進(jìn)施工工藝，為水利水電基礎(chǔ)施工過程中不良地基的處理打下堅實的基礎(chǔ)。