水利水電基礎(chǔ)工程施工中不良地基的處理技術(shù)

王 果 中國葛洲壩集團(tuán)第三工程有限公司

1 水利水電工程地基處理的作用與重要性

地基是建（構(gòu)）筑物坐落的用于支承基礎(chǔ)的土體或巖體，對于水利水電工程而言，其主要有支撐水利水電工程設(shè)施與阻水隔水的作用。水利水電工程一般為水電站，其與一般建筑工程相似，均是人類工程建設(shè)在地基上的建筑體，但又不同于一般的建筑工程，主要表現(xiàn)在建筑不僅要承受水電站垂向壓力，還須具有良好的防滲能力、較強(qiáng)的抗水側(cè)壓力能力。因此，良好的地基是水電站成敗的關(guān)鍵，而良好地運(yùn)用地基處理技術(shù)對保障建筑地基的受力性能、蓄水能力、工程整體穩(wěn)定性有至關(guān)重要的作用，也直接影響到電站的產(chǎn)能。一般地，地基處理上的資金投入占總投資的10%～40%，這也在一定程度上反映出地基處理的重要性。

2 水利水電工程施工中不良地基的危害

2.1 造成土坡失穩(wěn)

在不良地基中建設(shè)水利水電工程時，土坡天然穩(wěn)定性差，平衡性易發(fā)生偏差，靜水壓力、波浪沖擊力等外力長時間作用土坡，改變土坡內(nèi)部結(jié)構(gòu)，壓迫土坡部分結(jié)構(gòu)發(fā)生位移，逐步破壞瓦解土坡的整體穩(wěn)定性，進(jìn)而造成土坡失穩(wěn)、水電工程的破壞。土坡失穩(wěn)是工程施工過程中易遇到的問題，給工程安全帶來極大隱患。

2.2 降低地基承載力

地基承載力是地基在不破壞自身內(nèi)部結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，單位面積能夠承受上部建筑物施加的荷載壓力的能力，是確保水利水電工程順利安全施工、保持長期穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。但當(dāng)構(gòu)筑物建設(shè)在不良地基上時，由于地基天然結(jié)構(gòu)存在較大缺陷，例如淤泥質(zhì)軟土地基，地基承載力較低，地基不能滿足承受上部建筑物壓力的要求，建筑工程易于發(fā)生失穩(wěn)、傾斜、倒塌、不均勻沉降等建筑質(zhì)量問題，甚至引發(fā)嚴(yán)重的安全事故。

2.3 導(dǎo)致地基沉降

地基沉降是地基土層在附加應(yīng)力作用下逐漸壓密擠實而發(fā)生的一種地基表面下沉現(xiàn)象。地基沉降現(xiàn)象普遍存在，但過大的沉降以及不均勻沉降是建設(shè)工程所不能夠容忍的問題，它會導(dǎo)致建筑物傾斜、開裂，進(jìn)而影響其正常使用與安全。地基沉降的因素較多，但廣泛分布的不良地質(zhì)地基土是引發(fā)過大沉降的主要因素，局部分布的軟弱夾層是導(dǎo)致不均勻沉降的重要誘因。地基沉降會顯著增加水利水電工程施工風(fēng)險，威脅施工人員生命財產(chǎn)安全，影響建筑耐久性，甚至造成重大建筑質(zhì)量事故。

3 水利水電基礎(chǔ)工程施工不良地基處理方法分析

3.1 強(qiáng)透水層處理技術(shù)

在水利水電基礎(chǔ)工程施工當(dāng)中，強(qiáng)透水層處理技術(shù)是集中比較常用的地基處理方法。在具體施工當(dāng)中，通過使用大量鵝卵石以及硬度較大的砂石材料，直接鋪設(shè)在地基表面，可以有效提高地基結(jié)構(gòu)的透水效果，這一施工方法在大壩主體工程施工當(dāng)中應(yīng)用比較普遍，并且剛性壩體在透水性能效果上更加明顯，當(dāng)大壩透水性能較強(qiáng)的條件下，強(qiáng)透水層的滲透系數(shù)也會進(jìn)一步提升。在強(qiáng)透水層處理施工當(dāng)中，為了全面提高壩體的防滲透性能，通常情況下會選擇使用帷幕控制水壓大小，然后根據(jù)水利水電工程的具體施工情況與原材料進(jìn)行合理選擇，同時對滲水管道進(jìn)行有效延長，然后對帷幕進(jìn)行灌漿處理，有效控制大壩前混凝土層的透水性能。除此之外，通過使用高壓噴射灌漿施工方法可以形成防滲透墻，工程施工單位在具體施工當(dāng)中，必須要嚴(yán)格依照墻透水層處理技術(shù)步驟來進(jìn)行施工，不能存在施工的盲目性和隨意性，有效提高水利水電工程基礎(chǔ)施工質(zhì)量和效果。

3.2 可液化土層處理技術(shù)

在基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)當(dāng)中，可液化土層結(jié)構(gòu)主要是因為地基結(jié)構(gòu)的土壤粘性程度相對較低，或者土壤結(jié)構(gòu)基本上沒有較大的粘稠度，土壤相互之間的擠壓程度不足，因此會存在一定的空隙。當(dāng)土層受到外部條件擠壓的作用條件下，空隙內(nèi)部的水壓會進(jìn)一步上升，當(dāng)可液化土層和非粘性土層進(jìn)行合并液化工作中，會造成土層的抗剪強(qiáng)度進(jìn)一步下降甚至消失，進(jìn)而會直接影響到整個基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。土層液化會造成地基結(jié)構(gòu)產(chǎn)生進(jìn)一步沉降，同時還會出現(xiàn)部分地基結(jié)構(gòu)產(chǎn)生滑動，整體的穩(wěn)定性和平衡性不足，工程地基結(jié)構(gòu)的整體抗剪強(qiáng)度會有所下滑，地基結(jié)構(gòu)內(nèi)部水體壓力的不斷上漲，會對整個工程基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性造成直接性影響。

通過可液化土層處理技術(shù)的合理使用，將基礎(chǔ)層內(nèi)部已經(jīng)液化的土壤進(jìn)行有效清理，然后使用強(qiáng)度更高的混凝土材料對其進(jìn)行加固，以此來有效保證可液化地基結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。在施工當(dāng)中需要修建砂井或者砂柱對其進(jìn)行固定，砂井或者砂柱的總長度需要通過相關(guān)設(shè)計工作人員的準(zhǔn)確計算，保證施工長度符合基礎(chǔ)工程的施工標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 軟土地基的處理方法

在針對軟土地基的處理工作當(dāng)中，通常情況下需要將土壤層當(dāng)中大量的淤泥和軟土條件進(jìn)行有效清除，因為軟土地基結(jié)構(gòu)在整體的剛性程度以及穩(wěn)定性上相對較弱，同時軟土地基結(jié)構(gòu)在抗剪強(qiáng)度方面有所不足，當(dāng)?shù)鼗Y(jié)構(gòu)受到外部強(qiáng)大荷載的作用下，地基結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性會進(jìn)一步下降，因此軟土地基的整體剛性程度會有所不足，并且軟土第一結(jié)構(gòu)在抗堿強(qiáng)度方面相對較差，因此會造成整個工程地基結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性下降。當(dāng)外部壓力不斷上升的情況下，軟土地基的抗剪強(qiáng)度會進(jìn)一步下降，通過外部處理手段對軟土地基進(jìn)行固化處理，可以有效提高地基結(jié)構(gòu)的抗剪能力和承載力。

在軟土地基的處理工作中，主要分為以下幾個操作環(huán)節(jié)：第一，需要對軟土地基內(nèi)部的土壤進(jìn)行更換，根據(jù)軟土地基結(jié)構(gòu)的實際構(gòu)成狀況，施工單位可以選擇使用一些滲透性能更強(qiáng)、穩(wěn)定性更高的材料，有效替代原有的軟土地基材料，可以進(jìn)一步提高基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的支撐強(qiáng)度以及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。第二，針對軟土地基需要進(jìn)行充分壓實處理。通常情況下，軟土地基土壤當(dāng)中所含有的含水量相對較大，通過強(qiáng)夯法的合理使用，可以有效清理軟土地基當(dāng)中所含有的大量水分，進(jìn)而可以全面提高軟土地基結(jié)構(gòu)的整體固化和穩(wěn)定性效果。通過旋噴射處理技術(shù)的使用，可以保證水泥和土壤材料相互之間銜接更加緊密，可以進(jìn)一步提高軟土地基結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，保證地基結(jié)構(gòu)強(qiáng)度符合后續(xù)水利水電工程主體施工的標(biāo)準(zhǔn)。同時進(jìn)一步防止基礎(chǔ)部分產(chǎn)生嚴(yán)重的滲水和漏水問題。第三，通過灌漿施工可以進(jìn)一步提高軟土地基的穩(wěn)定性。在灌漿施工過程中所使用的材料必須要具有更高的強(qiáng)度以及較低的壓縮性，當(dāng)空氣當(dāng)中的水體排放出來之后，需要使用填縫材料對其進(jìn)行進(jìn)一步填充處理，有效防止因為熱脹冷縮問題而造成地基產(chǎn)生形變。

3.4 淤泥質(zhì)軟土的處理

淤泥質(zhì)軟土主要通過淤泥和淤泥質(zhì)土所構(gòu)成，淤泥是軟土，其抗壓縮性能相對較低，同時淤泥土壤當(dāng)中會含有大量的水分，會造成淤泥質(zhì)軟土結(jié)構(gòu)的滲透性能變差，同時整體的基礎(chǔ)抗剪強(qiáng)度下滑。當(dāng)外部受到強(qiáng)大壓力作用時，內(nèi)部的淤泥質(zhì)軟土結(jié)構(gòu)很容易出現(xiàn)比較明顯的形變問題，同時土壤還會產(chǎn)生進(jìn)一步的膨脹狀況，進(jìn)而導(dǎo)致水利水電工程基礎(chǔ)施工穩(wěn)定性不足。為了有效緩解這一問題，在淤泥質(zhì)軟土地基的處理工作中，可以采取以下處理方法來進(jìn)行解決。首先，工程施工人員需要有效掌握淤泥質(zhì)軟土地基的關(guān)鍵處理技術(shù)，通過這種處理方法對淤泥質(zhì)軟土地基進(jìn)行充分壓實，有效提高軟土地基的抗剪強(qiáng)度，以此來控制基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的形變量大小；其次，相關(guān)施工管理工作人員需要對整個工程施工流程進(jìn)行全過程監(jiān)督和管理，對施工過程中產(chǎn)生的各種問題進(jìn)行及時調(diào)整，有效保證淤泥質(zhì)軟土地基結(jié)構(gòu)可以得到有效處理。

3.5 深層覆蓋層不良地基處理技術(shù)

由于水利水電工程施工環(huán)境相對比較復(fù)雜，并且工程的整體施工跨度相對較大，很多工程施工會受到河流以及地下水環(huán)境等因素的影響，造成地基結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性不足，同時某些地基結(jié)構(gòu)內(nèi)部還會存在大量的碎石層結(jié)構(gòu)。由于碎石層在空隙比率上相對較大，如果在長時間受到水體沖刷影響之后，地基結(jié)構(gòu)的滲水性能會進(jìn)一步提升，會造成基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的土壤松散程度更高。相關(guān)施工人員在處理深層覆蓋不良地基條件時，可以有效選擇使用以下幾種方法：第一，通過水泥灌注樁技術(shù)施工，在地基比較稀松的土壤結(jié)構(gòu)當(dāng)中應(yīng)用非常廣泛，在施工過程中選擇滲透性良好的施工材料，對碎石層進(jìn)行灌注施工處理。第二，振動處理技術(shù)。通過使用合適的頻率振動，保證地基結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性進(jìn)一步提升。振動處理技術(shù)在具體的應(yīng)用過程中，由于操作方式比較簡單，因此應(yīng)用非常廣泛，所取得的軟土地基處理效果也非常明顯。

3.6 弱夾層處理

緩傾角軟弱帶的常規(guī)處理方法是通過開挖揭露軟弱夾層，并在清除軟弱地層后利用混凝土澆筑替換。如果軟弱夾層上部土體較厚或者硬度較大，導(dǎo)致開挖工程量大或開挖不經(jīng)濟(jì)時，一般通過實施豎井或平硐的方式來對清除軟弱層，并固結(jié)灌漿回填混凝土或鋪設(shè)鋼筋混凝土。另外，還可利用防滑齒墻貫穿處理軟弱帶并通過高壓噴射來達(dá)到清除軟弱層目的。

高傾角軟弱帶的常規(guī)處理方法是挖除軟弱帶并回填制作混凝土塞。但當(dāng)臨層土質(zhì)疏松且軟弱夾層橫向?qū)挾容^大時，則需設(shè)計混凝土拱、混凝土梁，將軟弱層壓力向兩側(cè)完整巖土體傳遞再行開挖。為保護(hù)壩身填土，可清除部分軟弱帶后利用黏土、混凝土再回填形成阻水蓋板以防止其被滲流沖刷。

3.7 壩基涌泉處理

壩基涌泉是指坐落于松散土層、發(fā)育裂隙、溶洞的基巖中的堤壩，壩內(nèi)水沿著這些地基空隙向壩外滲水，并不斷沖蝕破壞地基，久而久之造成大量水呈泉式在壩外涌出的現(xiàn)象。壩基涌泉危害性極大，不僅造成壩體存水能力下降，還會掏蝕地基本身造成地基破壞，造成壩體不均勻沉降，嚴(yán)重會造成壩身失穩(wěn)。針對涌泉壩基為基巖的情況，一般采用填筑方法，即對基巖空隙充填防滲體，然后采用從細(xì)到粗的碎石分層對基巖空隙進(jìn)行密實填筑；當(dāng)涌泉水量過大，需采取引流措施改善填筑環(huán)境，也可在涌泉出口安裝單向逆止閥門，降低空隙涌水量，直至基巖空隙處滿足填筑要求時再進(jìn)行填筑。

4 結(jié)束語

不良地基對水利水電工程質(zhì)量安全造成巨大威脅，準(zhǔn)確探測、分析、處理不良地基是保障工程安全的基礎(chǔ)。因此，水利水電基礎(chǔ)工程施工前，應(yīng)先對地基進(jìn)行詳細(xì)勘察，準(zhǔn)確測算地基土的各項力學(xué)指標(biāo)，并對不良地基會對水利水電工程造成的作用能力進(jìn)行事先預(yù)判，然后以科學(xué)、經(jīng)濟(jì)、安全為原則，根據(jù)不同不良地基類型選擇合適的處理方案對不良地基進(jìn)行有效的處理，這樣才能保證水利水電工程的順利完工和長久運(yùn)行。