泛議水工建筑物的基礎處理

張治浩

(新疆生產建設兵團勘測規(guī)劃設計研究院，烏魯木齊830002)

0 引言

近些年來，國家對水利工程建設給予了高度重視，2011年中央一號文件更是強調要加強水利水電的建設。從水工建筑發(fā)展的歷史來看世界各國發(fā)展迅速，規(guī)模也越來越大。我國的建設規(guī)模變化也是如此，據(jù)資料顯示土石壩的高度已從100 m提高到近200 m，混凝土壩的高度則將達到250 m左右;電站裝機容量將達到300萬～400萬kW甚至1 000萬kW以上;各種類型的抽水蓄能電站已開始興建;在西部許多大規(guī)模的引水、供水、灌溉等工程都在相繼興建。隨著施工技術不斷提高及各種類型先進設備的應用，水工建筑物不斷的向高拱壩、高土石壩、碾壓混凝土壩、深埋隧洞及大型水工建筑物等方向進展。基礎工程處理的成敗直接關系到整個水工建筑物的安危與經(jīng)濟效益。

1 基礎處理的特點

水利工程建筑的地點地質情況都很復雜，巖基通常由于地殼巖層形成過程中在構造應力作用下，產生位移與變形，形成褶皺構造與斷裂構造，導致巖體構造復雜化。給水利工程的基礎處理也帶了更多的技術性施工。根據(jù)多年來施工過程中所積累的經(jīng)驗，施工中的特點主要有以下4個方面:

1)施工位置的特殊性，水利工程一般設計在偏僻的非平坦地帶，但不管建筑的地點是硬基還是軟基，施工部位都的位于地下，及不方便。

2)施工地點環(huán)境都比較惡劣，一般都需要凝固材料，所以基礎的處理必須保持連續(xù)作業(yè)，若施工停頓、外在因素比如環(huán)境因素等的介入都將造成重大事故，且一旦發(fā)生不易修復，只能返工，尤其是西部高原地區(qū)及北方的黃土高原。

3)因為工程的復雜性，基礎處理施工通常伴有基礎開挖和混凝土澆筑等項目的交替進行中，或是多點開工的方式以便能最大限度地縮短工程工期，如果技術處理不當將埋下極大的隱患。

4)地質勘測的艱難性，水工建筑的選址多在森林、峽谷、高原地帶，地質的復雜使得設計的合理性經(jīng)常受挫，許多情況被迫返工或是中途更改設計方案，給施工和質量保證帶來嚴重的困難。

2 基礎處理的設計原則

地基處理工程的設計和施工質量直接關系到水工建筑的安全使用性能，如果處理設計不當，可以引發(fā)工程事故，甚至是災難性的。因此，對地基處理的設計要嚴格按照國家和部門規(guī)范進行，以確保能夠順利施工，保證工程質量。水工基礎工程的處理有兩種:①不改變地基的工程性質。②對地表地下結構同時處理，即通過某些如灌漿、排水或增設樁基等方式對地表以下的地質特征進行改造。在設計中應注意下列要求:

2.1 巖基地質結構設計要求

若筑壩地址地質結構為巖基，由巖土力學可知基礎的穩(wěn)定性主要取決于地下巖體結構的抗剪強度、變形能力及滲透穩(wěn)定性。建筑物的形體結構不同、采用的材料不同對基礎施加的力是不同的，對基礎的設計處理要求也是不同的。如果是采用的混凝土結構，各種載荷將都會作用于地基上，則對基礎必須進行加固設計，設計要滿足以下4個方面:

1)巖體要盡量保持均一，局部與整體的抗壓強度與變形模量無顯著差異，并具有足夠的強度，以滿足壩基抗滑穩(wěn)定性要求。

2)巖體結構要具有足夠的整體性和均勻性，以便有足夠的抗剪強度。

3)要具備足夠的耐久性和抵御意外風險的能力，在使用壽命內，防止巖體性質在水的長期綜合作用下發(fā)生惡化，使強度降低。

4)滿足滲透穩(wěn)定要求，按相關手冊要求大型筑壩在防滲帷幕內的設計要求單位吸水量應＜0.01 L/(min·m·m)。帷幕下游要設相應的排水幕，以降低揚壓力，斷層破碎帶與軟弱夾層等滲漏通道更不能產生機械管涌或化學管涌。

2.2 軟弱巖體地質結構設計要求

有軟弱夾層的巖體，它的抗剪強度則取決于內部夾層的特性。抗滑穩(wěn)定除了要研究沿壩體與巖體接觸面的情況以外，還要研究軟弱結構面產生的深層或淺層滑動問題，包括可能出現(xiàn)的滑動面的形式，采用什么樣的抗滑穩(wěn)定計算的方法，計算參數(shù)如何進行選擇，安全系數(shù)如何來確定及采用什么樣的模型試驗等。對于每個大壩來講壩基荷載一旦超過地基的承載能力，將會導致壩基巖體壓縮面發(fā)生超過允許的沉降，從而出現(xiàn)不均勻沉降或局部巖體由于應力集中而破裂。這對各種壩都是危險的，故在研究變形時，應在大壩和巖基的聯(lián)合作用下，研究壩基變形對壩體應力的影響，不均勻沉降引起壩體應力集中，水平位移對防滲帷幕的作用等。而軟弱夾層、強風化層和斷層破碎帶又是導致壩基產生變形的主要因素，因此也是主要研究對象。

2.3 軟地基設計要求

軟地基的地質結構一般是由淤泥、粉細砂、壤土、砂礫石等松軟物質構成。具有含水量大，空隙大;易壓縮，整體固結不均;承載能力不高，抗剪能力低;透水性差、黏聚力強，能夠起到有效防滑;吸水后陷性高等特點，屬于很容易變形的材質。若不受破壞可以有較好的結構強度和承載能力，一旦破壞整個地質結構強度便遭到破壞，極容易坍塌。軟基礎的特征決定了它的沉降難以把握，所以設計必須要有對地基的載荷和排水及回填材料的處理。要考慮成型建筑體與基礎共同作用產生的載荷和應力的對地基的影響。設計過程中，要根據(jù)土質情況，能用天然地基的要采相應取措施首先使用天然地基。條件不允許的再進行人造基礎，且必須對地基進行化學或是物理技術處理，在建筑物的布置上要力求與主軸對稱，結構盡量保持均勻，增強結構之間的聯(lián)系;如果建筑方案要求活動載荷占施加基礎上的總載荷的比例較大，要考慮活動載荷如何分批進行加載。

3 水利工程地基處理技術發(fā)展

隨著科技的進步，國內外在水利工程地基的處理技術上都得到了快速的發(fā)展。我國通過建國以來對大型水利工程的基礎處理如烏江渡、葛洲壩、三峽等，已經(jīng)積累了很多經(jīng)驗，技術處理水平不斷的提高。

近幾年隨著國家對水利事業(yè)的大量投入，基礎處理技術從設計、材料、工藝、設備、施工技術等各個環(huán)節(jié)都有了很大的提高，但是隨著施工環(huán)境、條件、環(huán)保和社會效益等方面的要求的提高，我國的水利工程建設仍然存在很多點上的不足，與世界先進技術相比，我國的水利建筑基礎施工處理更有較大的空間需要提升。我們必須不斷的發(fā)揮自己的才能，革新技術，對一些大型工程項目處理，要充分吸收國外的先進技術，既要把先進TRD防滲技術和新型的防滲墻融合起來，又要發(fā)揮混凝土灌注樁傳統(tǒng)技術的優(yōu)勢，努力開發(fā)出適合我們自己的新材料、新設備、新工藝。

擺在水利工作面前的將是對大型水利工程、宏大水利建設、特殊的地質與環(huán)境、多元化施工條件下的基礎處理的新的挑戰(zhàn)。

［1］ 賀建濤，馬軍平，等.地基處理［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2008.

［2］ 張丹.淺析常用基礎處理方法及設計［J］.湖南水利水電，2011(2):28－29.

［3］ 鄧植祥.淺談水利工程的基礎處理［J］.科技風，2010(8):133－144.