水利工程的基礎處理探析

林 俊

( 江西省水利水電建設有限公司，南昌330025)

0 引 言

所謂水利工程，是指為調(diào)控和利用自然界的地下水及地表水而建設的各種水上工程，起到一種除害興利的作用。按照服務對象，水利工程可分為農(nóng)田水利工程、防洪工程、灌溉工程、水利發(fā)電工程、城市給排水工程及航運工程等。在水利工程中，地基基礎的建設是其十分關鍵的一環(huán)，一是因為其本身在整個工程中所起到的作用，一是因為其較高的建設難度。總而言之，水利工程地基基礎建設的水平高低將直接關系到整個水利工程上部構(gòu)筑物能否安全施工及工程建成后的使用壽命。

由于水利工程所處位置的特殊性，各方面地質(zhì)情況一般不佳，大多數(shù)工程不得不在軟弱地基上施工。地基作為整體工程的基礎，是施工的重中之重，因此往往需花費大量的人力物力和時間。同時，水利工程的地基常會受到汛期及工作面的限制，干擾大，工期緊。因此，若對水利工程地基處理方法加以研究，找出針對各種情況下合適的方法，確定行之有效的方案，則能在很大程度上減少資源的耗費，大大加快工程的建設速度。

1 水利工程地基概況

隨著國民經(jīng)濟的高速發(fā)展，不斷有新的水利工程項目陸續(xù)開工，將來也還會有更多的水利項目需開發(fā)建設，而水利工程通常位處地質(zhì)不良地段，亦即，今后將會有更多水利工程要在不能滿足承載要求的地質(zhì)不良地段進行施工建設。不良地基對水利工程構(gòu)筑物的影響是多方面的:

1) 由于存在不同傾角的斷層帶、軟弱夾層、破碎帶等影響抗滑穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)面，其抗滑能力、穩(wěn)定性均小于水利工程的設計值，不能滿足上部構(gòu)筑物的設計要求，地基基礎容易產(chǎn)生局部甚至整體剪切破壞，造成工程事故;

2) 由于地基巖層或土層本身的承載能力不夠，或地基中存在軟弱破碎分布帶，基礎強度分布不均勻，在構(gòu)筑物自身及外荷載作用下，易致基礎沉降超限，或發(fā)生過大的不均勻沉降。如若地基中分布有軟弱巖石、斷層破碎帶、膨脹土或濕陷性黃土等，則容易發(fā)生上述現(xiàn)象，從而造成建筑物破壞;

3) 基礎中存在孔隙率較大的松散砂、強裂隙透水層、卵礫石層、喀斯特滲漏帶或其他強透水帶，基礎的水力坡度超過容許值，則容易導致水庫大量漏失，軟弱透水層出現(xiàn)管涌等病害，使基礎遭到破壞;

4)地基內(nèi)若分布有無黏性土粉細砂層，在機械振動作用下或者遇到地震時，可能產(chǎn)生液化現(xiàn)象，造成建筑物的失穩(wěn)破壞。

2 地基基礎的常用處理方法

2．1 CFG 樁的應用

CFG 樁，即水泥粉煤灰碎石樁，是一種高粘結(jié)強度樁，由水泥、粉煤灰、碎石和砂加水拌合而成。CFG 樁、樁間土體和褥墊層3個部分便構(gòu)成了CFG 復合地基。CFG 復合地基在工程實際中應用廣泛，適用于處理黏土、粉土、人工填土、砂土和淤泥質(zhì)土等土層。長螺旋鉆管內(nèi)泵壓是最常采用的施工工藝，此施工體系由混凝土泵、長螺旋鉆機、強制式混凝土攪拌機配混凝土運輸車幾部分組成。

CFG 樁復合地基由CFG 樁體、褥墊層和樁周土共同承擔上部結(jié)構(gòu)傳來的荷載。其原理為上部基礎傳來的荷載由褥墊層通過適當?shù)淖冃伟匆欢ǖ谋壤峙浣o樁體及周圍土體，使得二者同時受力，樁通過周圍土體側(cè)應力的增加而提高受力性能，同時周圍土的承載力也由于樁的擠密作用而顯著提高。

通過對CFG 樁復合地基3個部分的作用分別進行分析，CFG 樁的加固作用如下:1) 對地基土有一定的擠密作用。由于振動沉管樁的振動作用和側(cè)向擠壓作用，對于散填土、粉土、松散粉細砂，可減小其樁間土的孔隙比，降低含水率，增大土的干密度和內(nèi)摩擦角，顯著改善土的物理和力學性能，提高土的承載力;2) 對樁周圍土質(zhì)的約束作用。土體無側(cè)向約束時，受荷載作用時其側(cè)向變形比側(cè)向有約束時要大，從而使垂直方向應力集中。在CFG 樁復合地基中，由于樁限制了周圍土體的側(cè)向變形，使側(cè)向變形減少，同時垂直變形也相應減少;3) 樁的預震效應。在CFG 樁成樁過程中，有一步驟是用振沖器以一定的頻率加速激振土體，這不僅提高了填料和地基土的密實度，同時也使土體獲得強烈的預震，大大提高了砂土抗液化的能力;4) 置換作用。CFG 樁體在成樁過程中，水泥經(jīng)過與水和粉煤灰的一系列反應，生成了不溶于水的結(jié)晶化合物，這種物質(zhì)性質(zhì)穩(wěn)定，更能顯著提高樁體的變形模量及抗剪強度，所以在荷載作下，CFG 樁的壓縮性遠遠小于樁間的土體。所以基礎傳與復合地基的荷載，將集中由樁體傳至樁周和樁端，而樁間土的應力則大大減少，從而提高了地基的承載力;5) 樁體的排水作用。在成樁初期，通過在樁孔內(nèi)和周邊充填過濾性良好的粗顆粒填料，CFG 樁復合地基在地基中就形成了滲透性能良好的人工豎向排水、減壓的通道，方便孔隙水的排出，可有效避免振沖產(chǎn)生的超空隙水壓力的增高，既有利于水利工程地基的排水，又不至于降低樁體的強度，甚至可使土體強度超出原來的天然承載力。

2． 2 預應力管樁

預應力鋼筋混凝土構(gòu)件可分為先張法和后張法兩種，同樣的，預應力管樁可分為后張法和先張法預應力管樁兩種。管樁的沉樁方法多種多樣，目前國內(nèi)采用的方法有錘擊法、靜壓法、震動法、中掘法及預鉆孔法等，在這些方法中，最常采用的是靜壓法。近幾年來，為適應市區(qū)施工需要，針對柴油機捶打樁時振動劇烈和噪音污染的問題，我國開發(fā)出了大噸位靜力壓樁機施壓工藝，最大壓樁力可達5 000 ～6 000 kN。高強度預應力混凝土管樁本身有很多的優(yōu)勢:①單管樁的承載力較高，相對更加經(jīng)濟合理;②適用性強，尤其適用于持力層起伏變化明顯的地質(zhì)條件;③管樁長度不受施工設備限制;④管樁穿透能力強，樁身強度大，耐打。

3 水利工程地基基礎密實處理

在工程建設中，地基變形沉陷有著十分嚴重的破壞作用。而造成這種情況的主要誘因即為地基基礎的密實度沒達到相關要求而致，以及地基基礎沒處理好其密實度問題而致。造成后者的原因相當普遍，如防滲處理不當，導致地基滲水嚴重，在水的長期作用下，地基土體間的毛細力逐漸消失，土體的承載力將大大降低。而下降的程度則與土體的密實度息息相關。亦即，地基的密實度是地基承載力的一個直接影響因素。下面從地基形態(tài)方面對水利工程地基基礎處理方式進行介紹。

3．1 平面地基基礎處理

所謂平面地基基礎處理，即將水漫灌于地基基礎表面，使得土體達到飽和狀態(tài)后，土體間毛細力逐漸消失，并在自重作用下緩緩下沉，從而重組土體顆粒的配比。跟泥沙沉淀原理同理，這個過程也需要較長的時間。為防止上層地基粗化，影響其密室度，在沙礫卵石地基中，需在地基表層及時補充相應粒徑的沙粒和卵石。待到灌水處理完畢，要對地基基礎再次進行夯實，保證地基基礎的密實度。

3．2 坡面地基基礎處理

與平面地基基礎處理相比，坡面地基基礎的地貌基礎特征不同，因此上述的水漫灌注的方法難以實行。一般情況下，對于坡面地基基礎，常通過在坡面一定高程處開挖滲水溝，并將水灌入水溝，以達到使地基基礎土體飽和后在自重作用下下沉密實的效果。同時，開挖滲水溝將不可避免的會對坡面基礎土體的穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響，為減少這種不利因素的作用，應該盡量減少滲水溝的斷面尺寸。

再者，觀察坡面地基基礎土體是否達到飽和標準的方法也不同于平面基礎，對一般黏粉地基，坡面出現(xiàn)散浸即達到標準，而對沙礫卵石地基，則需坡面不出現(xiàn)流砂才可達到標準。在飽和過程結(jié)束后，要對地基進行反復夯實，保證地基的密實度。

4 水利工程地基處理技術的發(fā)展

隨著我國基礎設施建設工程的快速發(fā)展，各項技術也處于日新月異，迅速創(chuàng)新完善的過程中，地基基礎的處理水平同樣得到了快速提高，從施工工藝、設備、材料等方面得到全方位的改進和創(chuàng)新，但隨著水利施工要求的提高和施工難度的不斷加大，我們?nèi)孕璨粩喔镄碌鼗A施工技術。尤其是和國外相比，我國相應的施工技術還存在著很大的發(fā)展空間。尤其是對于地質(zhì)較為復雜的水利工程施工更要重視，不僅要引進國外先進的施工技術，也要不斷發(fā)展和完善國內(nèi)傳統(tǒng)技術，重視對基礎施工的新材料、新設備和新工藝的開發(fā); 著力將新型的防滲墻接頭以及TRD 防滲墻技術應用到工程實際中，同時要根據(jù)實際情況，充分利用已較為成熟的混凝土灌注樁技術，因地制宜，合理、科學地采用地基基礎施工工藝，確保施工的質(zhì)量，使地基基礎以上的建筑物的安全運行得到保障。隨著國家對于水利工程重視程度的不斷加強，特別是對于大型的水利工程，其體形的宏大、地質(zhì)條件的特殊性、施工技術的復雜性、施工條件的多元化等，都給地基基礎處理技術帶來了很大的挑戰(zhàn)，但同時這也是地基基礎的處理工藝取得迅速突破的一個契機。

5 結(jié) 語

隨著水利工程建設的日益發(fā)展，其建設水平和規(guī)模在我國取得了巨大的發(fā)展，各種水利工程地基的施工與處理技術也在漸漸的改進并完善。地基基礎的處理在水利工程施工中顯得尤為重要，特別是在地質(zhì)條件復雜或者生態(tài)脆弱的地區(qū)，基礎處理就顯得更為重要，它不僅能保證水利工程上部構(gòu)筑物施工的正常開展，而且關系到整個水利工程是否可靠和安全。作為水利工程的研究人員，對于水利工程地基技術的研究要不斷地創(chuàng)新，以滿足如今越來越復雜的施工條件要求。

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