水利工程中的基礎(chǔ)處理方法

司全章

(新疆昌吉州阜康市白楊河水庫(kù)建設(shè)管理處，新疆昌吉831500)

1 水利工程地基概況

我國(guó)的水利工程建設(shè)一般都是為了對(duì)自然環(huán)境下現(xiàn)有的地表水或者是地下水進(jìn)行良好的控制、調(diào)節(jié)和利用，以此來(lái)達(dá)到各種水利工程除害興利的作用。水利工程根據(jù)其設(shè)計(jì)的作用和效果可以分為很多類，根據(jù)其在實(shí)際應(yīng)用中面對(duì)的對(duì)象將其分為防洪工程、農(nóng)田水利工程、水利發(fā)電工程、航運(yùn)與城市供水工程以及排水工程等。水利工程基礎(chǔ)的建設(shè)在整個(gè)的水利工程建設(shè)中都是非常重要和關(guān)鍵的，這主要是因?yàn)榈鼗軌蛲ㄟ^(guò)對(duì)水利構(gòu)筑物物理性能以及力學(xué)性能的改變而使得整個(gè)水利工程具有更加良好的整體性和穩(wěn)定性，與此同時(shí)相應(yīng)提高水利工程的防滲性，這樣一種處理有助于水利工程主體構(gòu)筑物的運(yùn)行和施工，因此應(yīng)當(dāng)?shù)玫轿覀兏叨鹊年P(guān)注和慎重的處理。

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的長(zhǎng)足發(fā)展以及人們對(duì)于生活質(zhì)量和水平要求的不斷提高，在進(jìn)行水利工程的建設(shè)時(shí)就需要不斷地開發(fā)和建設(shè)新的水利工程來(lái)滿足人們的生活需要，但是在建設(shè)的過(guò)程中無(wú)疑會(huì)遇到較多的不良地基，包括天然地質(zhì)條件的不足、硬度或者是承載力的不足等問(wèn)題，這樣一些問(wèn)題都會(huì)使得地基上層的構(gòu)筑物處在一種不穩(wěn)定、不安全的狀態(tài)中，正是因?yàn)檫@樣我們才需要采取措施解決之。

2 水利工程中地基處理方法分析

2.1 CFG樁的應(yīng)用

CFG樁技術(shù)實(shí)際上就是利用水泥粉煤灰碎石樁來(lái)處理鐵路工程中軟土地基的一種有效形式和方法，具體的操作和應(yīng)用過(guò)程簡(jiǎn)述如下:在碎石樁的基礎(chǔ)上摻入少量的石屑和粉煤灰以及適量的水泥，將其攪拌均勻以后就能夠成為一種具有較好強(qiáng)度的樁體。這一樁體的骨料實(shí)際上還是碎石，石屑等的摻入主要是為了改善樁體整體的顆粒級(jí)配;而粉煤灰等的摻入則是希望能夠較好地改善整個(gè)樁體的和易性，且這樣一個(gè)過(guò)程還能夠在一定程度上增加其活性，使得水泥的實(shí)際用量可以降低;水泥的摻入無(wú)疑是希望增加整個(gè)結(jié)構(gòu)的粘結(jié)強(qiáng)度，使得一些柔性樁的實(shí)際強(qiáng)度能夠有較大的提高。CFG樁在實(shí)際的施工環(huán)境中能夠適應(yīng)于多種不同的土質(zhì)，包括黏土、粉土、砂土、淤泥質(zhì)土以及人工填土等。

由上文中的分析可以看到，在CFG樁復(fù)合地基中，主要是由CFG樁體、褥墊層和樁周邊的土體來(lái)共同承擔(dān)上部結(jié)構(gòu)的荷載，在這樣一個(gè)共同承載的狀態(tài)下，褥墊層所起的作用主要就是將來(lái)自于上部載荷的基地壓力以及水平力通過(guò)適當(dāng)?shù)淖冃我院蟀凑障鄳?yīng)的比例分配并傳遞到樁周邊的土體中去進(jìn)行共同受力，與此同時(shí)也會(huì)發(fā)生樁的擠密效果，使得土體整體的承載力大幅提高，而樁周圍土體的側(cè)應(yīng)力相應(yīng)的就會(huì)得到改善。下文中將通過(guò)幾個(gè)方面的內(nèi)容來(lái)對(duì)CFG樁的作用機(jī)理予以說(shuō)明:

2.1.1 對(duì)土基具有一定的擠密作用

這主要是因?yàn)閷?duì)于地基中的一些散填土、粉土以及松散粉細(xì)沙而言，由于振動(dòng)沉管CFG樁的振動(dòng)作用和側(cè)向的擠壓作用，都會(huì)使得周邊土體中的某些參數(shù)以及性質(zhì)發(fā)生變化，具體來(lái)說(shuō)，就是其空隙率比會(huì)有一定程度的降低，且含水率也會(huì)相應(yīng)的降低，這樣一種變化所導(dǎo)致的結(jié)果就是土體的干密度增大，且內(nèi)摩擦角變大，這對(duì)于土體來(lái)說(shuō)就是一個(gè)非常理想的變化狀況，因?yàn)檫@意味著土的物理和力學(xué)性能都得到了較好的改善，樁間土的承載力也大大提高。

2.1.2 樁體的排水作用

CFG樁復(fù)合地基在成樁完成以后，由于其樁孔內(nèi)以及周邊都填充有過(guò)濾性能較好的粗顆粒填料，因此就相當(dāng)于在地基內(nèi)部形成了一個(gè)非常良好的人工豎向排水通道，在排水的同時(shí)還能夠一定程度的減小通道內(nèi)的壓力，使得空隙內(nèi)的水能夠沿著樁體不斷的向上排出，這樣一種作用實(shí)際上就是消散和防止了振沖作用所帶來(lái)的超孔隙水壓力的增大，有利于水利工程地基處理中地基內(nèi)部水的排除。更為重要的是，這樣一種狀況下水的排除是不會(huì)影響到樁體的強(qiáng)度的，甚至于反而能夠使得土體整體的強(qiáng)度恢復(fù)甚至是超過(guò)其原有的承載力水平。

2.1.3 樁的預(yù)震效應(yīng)

CFG樁復(fù)合地基在進(jìn)行成樁的過(guò)程中，因振沖器對(duì)其按照一定的振動(dòng)頻率進(jìn)行了振動(dòng)或者是水平?jīng)_擊，以此來(lái)加速土體的激振，這樣一種作用的效果就是能夠使得填料和土基土相應(yīng)的提高預(yù)震的能力，并在此過(guò)程中提高其相對(duì)密實(shí)度和砂土的抗液化能力。

2.1.4 樁的置換作用

CFG樁復(fù)合樁基在進(jìn)行成樁的過(guò)程中會(huì)經(jīng)歷一系列的物理變化、化學(xué)變化和物理化學(xué)變化，在這樣一些變化的過(guò)程中，最為主要和關(guān)鍵的就是水泥的水解反應(yīng)、水化反應(yīng)以及與粉煤灰發(fā)生的凝硬反應(yīng)，經(jīng)過(guò)這樣一系列的反應(yīng)之后最終得到的就是不溶于水的穩(wěn)定結(jié)晶化合物，這樣一種穩(wěn)定結(jié)晶化合物的生成和存在的好處就在于能夠提高樁體的抗剪強(qiáng)度，并相應(yīng)的提高其整體的變形模量，因此在相同的荷載條件下，經(jīng)過(guò)處理的CFG樁的壓縮性就會(huì)明顯的降低。在這樣一種狀況下，通過(guò)基礎(chǔ)傳遞來(lái)的復(fù)合地基的附加應(yīng)力就會(huì)隨著地形的變形逐漸的集中到樁體上來(lái)，最終導(dǎo)致應(yīng)力集中狀況的出現(xiàn)，使得絕大部分的應(yīng)力都集中在樁的周邊或者是端頭處，而樁間的應(yīng)力則相應(yīng)減少，這樣一種狀況下復(fù)合地基的承載力是要遠(yuǎn)高于原地基的。

2.1.5 對(duì)樁周圍的土質(zhì)產(chǎn)生約束作用

對(duì)于一些無(wú)側(cè)向約束的土體而言，在受到載荷的作用以后就會(huì)發(fā)生側(cè)向變形，使得側(cè)向的實(shí)際變形要比側(cè)向的約束大，導(dǎo)致的結(jié)果就是產(chǎn)生垂直方向上的應(yīng)力集中，而CFG樁在這里面起到的作用就是能夠?qū)吨苓呁馏w的側(cè)向變形予以約束，使得側(cè)向的變形量減小，相應(yīng)的也就能夠減少垂直變形。

2.2 預(yù)應(yīng)力管樁

在實(shí)際的應(yīng)用環(huán)境中，預(yù)應(yīng)力混凝土管樁還可進(jìn)一步分為先張法預(yù)應(yīng)力管樁和后張法預(yù)應(yīng)力管樁。先張法預(yù)應(yīng)力管樁就是采用先張法預(yù)應(yīng)力工藝以及離心成型法制作而成的一種空心筒體的細(xì)長(zhǎng)混凝土預(yù)制構(gòu)件，這樣一種管狀構(gòu)件的主要組成部分就是圓筒形的樁身、端頭板和鋼套箍。

在實(shí)際的施工環(huán)境下，管柱成樁的方法有較多種，具體來(lái)說(shuō)有錘擊法、振動(dòng)法、射水法、預(yù)鉆孔法和靜壓法等，在應(yīng)用的過(guò)程中可根據(jù)工程需要以及實(shí)際的環(huán)境條件來(lái)選取，而其中最為常見的就是靜壓法。考慮到柴油機(jī)捶打樁時(shí)往往會(huì)產(chǎn)生較大的振動(dòng)和噪聲，而現(xiàn)代的很多工程有可能是在市區(qū)內(nèi)進(jìn)行，因此就開發(fā)出了大噸位的靜力壓樁機(jī)施壓預(yù)應(yīng)力管樁的工藝，這種工藝又可以進(jìn)一步分為頂壓式和抱壓式。在應(yīng)用的過(guò)程中，高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的施工主要有以下幾個(gè)方面的顯著優(yōu)勢(shì):①對(duì)持力層的變化狀況有相當(dāng)好的適應(yīng)力;②形成的管樁長(zhǎng)度是不受工程施工中所使用的機(jī)械設(shè)備約束和限制的;③預(yù)應(yīng)力混凝土管樁具有穿透能力強(qiáng)和抗擊打能力強(qiáng)的特點(diǎn)。

預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的施工方法有兩種，一種是錘擊法，另一種是靜壓法。錘擊法的優(yōu)勢(shì)在于其施工的速度較快，且質(zhì)量較高;而靜壓法在施工的過(guò)程中則能夠借助于壓樁機(jī)的自重和配重的重量來(lái)進(jìn)行科學(xué)的壓梁或者是壓柱，向管樁頂部或者是側(cè)面將整個(gè)的管樁夾住，以便于能夠較好的向管樁本身來(lái)施力，最終將管樁壓入到土體中去。在預(yù)應(yīng)力管樁施工完成以后還需要進(jìn)行相應(yīng)的檢測(cè)，在檢測(cè)的過(guò)程中普遍采用的是樁基高應(yīng)變法和低應(yīng)變法。由此我們可以認(rèn)識(shí)到，預(yù)應(yīng)力混凝土管樁對(duì)于水利工程的基礎(chǔ)處理而言，無(wú)疑也是非常好的一種方法。

3 結(jié)語(yǔ)

文中最為主要的是介紹了兩種水利工程中基礎(chǔ)處理的方法。我國(guó)的水利工程建設(shè)始終在良好的進(jìn)行，但是在一些地質(zhì)條件差或者是地形條件復(fù)雜的地區(qū)，進(jìn)行水利工程建設(shè)無(wú)疑就會(huì)遇到基礎(chǔ)不良的狀況，我們必須在對(duì)其進(jìn)行良好處理的基礎(chǔ)之上才能夠進(jìn)行后續(xù)的施工。由此就可以看到，水利工程中基礎(chǔ)的處理是非常必要和關(guān)鍵的，不僅僅是能夠保證水利工程施工過(guò)程的正常進(jìn)行，更重要的是能夠保證水利工程構(gòu)筑物主體部分的安全和穩(wěn)定可靠。通過(guò)上文的分析表明，不管哪種方法在應(yīng)用時(shí)都還是有所局限的，因此在應(yīng)用時(shí)盡可能選擇最為理想的即可。

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