水利水電基礎(chǔ)工程與地基處理技術(shù)的現(xiàn)狀和展望

陳國柱

摘 要：我國整體建設(shè)速度的飛速增長為水利水電基礎(chǔ)工程建設(shè)提出了更高的要求，而這類工程的施工環(huán)境往往非常復(fù)雜，因此對地基的處理技術(shù)要求非常嚴(yán)格。本文針對水利水電基礎(chǔ)工程與地基的處理技術(shù)進(jìn)行探究，剖析其現(xiàn)狀并展望其未來發(fā)展。

關(guān)鍵詞：水利水電 基礎(chǔ)工程 地基處理

中圖分類號：TV223 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）05（b）-0041-02

我國經(jīng)濟的穩(wěn)步前進(jìn)帶動了水利工程建設(shè)的進(jìn)步，三峽工程等一批大型水利水電工程的竣工勢必為我國的水利工程建設(shè)提出新的課題?；A(chǔ)工程與地基處理技術(shù)是水利水電工程建設(shè)中的重點也是基礎(chǔ)，關(guān)系著整個工程的順利實施。因此必須當(dāng)作一件大事來抓，對其相關(guān)技術(shù)絕對不能馬虎。

1 水利水電工程概述

水利水電工程是能源工程的一種，水利水電產(chǎn)生的電能屬于可再生能源，因此水利水電工程也是一種環(huán)保工程，該工程所需要的技術(shù)和資金都比普通能源工程更高。因此，我國的水利水電工程可以說是我國經(jīng)濟和技術(shù)進(jìn)步下的產(chǎn)物，是我國飛速發(fā)展的象征之一。

水利水電工程通常具有技術(shù)難度高、規(guī)模大、經(jīng)濟效益長遠(yuǎn)等特點，而技術(shù)是一切的根本。技術(shù)保障不僅關(guān)聯(lián)到工程中眾多子工程的施工建設(shè)，更直接影響未來的水利水電效益，只有靈活應(yīng)用，努力創(chuàng)新，才能將高新技術(shù)有效注入到工程建設(shè)中去，令水利水電工程在未來發(fā)揮最大的作用。

2 國內(nèi)水利水電基礎(chǔ)工程與地基處理技術(shù)的現(xiàn)狀

2.1 水利水電基礎(chǔ)工程與地基處理技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r

（1）全新的工程需求。

有需求才會有進(jìn)步，我國的水利水電建設(shè)速度在這二十年來明顯加快，工程數(shù)目的激增使得可選擇的施工區(qū)域大大減少，許多工程被迫在復(fù)雜或不良的地質(zhì)環(huán)境下施工。這些環(huán)境對基礎(chǔ)工程和地基處理的技術(shù)要求非常之高，原有的技術(shù)很難達(dá)到，這種情況促使我們的技術(shù)人員加快了對新技術(shù)的開發(fā)與引進(jìn)。

（2）更大的工程規(guī)模。

不同于舊式小型工程，一些超高型大壩與大型水電站在近些年開始投入建設(shè)。這些工程由于規(guī)模巨大，所以為了確保安全穩(wěn)固和力學(xué)性能，對基礎(chǔ)工程和地基處理的要求極高。

（3）更短的工期要求。

水利水電工程對工期有嚴(yán)格的要求，要求基礎(chǔ)工程和地基處理能實現(xiàn)快速施工。舉例來說，當(dāng)在江河中筑造圍堰對江河進(jìn)行節(jié)流時，只有迅速構(gòu)筑出防滲體系才能進(jìn)行圍堰內(nèi)的干作業(yè)施工，當(dāng)這類工程在長江、黃河等水流量極大的水系進(jìn)行時，在快速施工方面的要求就更高了。

2.2 水利水電基礎(chǔ)工程與地基處理技術(shù)存在問題

水利水電工程的基礎(chǔ)工程和地基處理技術(shù)主要受外部地質(zhì)條件影響，復(fù)雜惡劣的地質(zhì)環(huán)境會形成不良地基，最終導(dǎo)致地基無法承重，引發(fā)嚴(yán)重后果。常見的不良地基問題主要有如下三種：

（1）抗滑結(jié)構(gòu)面強度不足。

這種問題通常由惡劣的地質(zhì)條件引起，當(dāng)抗滑結(jié)構(gòu)面強度不足時，其承壓能力就會下降，相應(yīng)的抗滑能力與地質(zhì)穩(wěn)定性之類的設(shè)計指標(biāo)就難以滿足，最終導(dǎo)致地基上的建筑物抗滑性和穩(wěn)定性過低，不能滿足施工要求。

（2）土質(zhì)強度不足。

有些地基的土層土質(zhì)相當(dāng)松軟，有些則是軟硬分布不均，還有些強度薄弱的部分會在土層中突然出現(xiàn)，以上三種情況都會引起地基土層的強度不足，這種地基受到上部建筑物的重壓會引發(fā)極其嚴(yán)重的不均勻沉降現(xiàn)象，導(dǎo)致建筑物的變形。

（3）滲水透水現(xiàn)象。

在地基結(jié)構(gòu)松散的地形往往會有大量的滲水透水現(xiàn)象產(chǎn)生，這現(xiàn)象會使得工程最終的滲漏量大大超標(biāo)。一般來說，礫石層與構(gòu)造碎帶等容易透水的地質(zhì)環(huán)境比較容易出現(xiàn)這類問題。

3 水利水電基礎(chǔ)工程與地基處理中的方法與措施

3.1 地基加固技術(shù)

（1）挖除置換。

在面對薄弱的軟土層時，挖除這些軟土，以無侵蝕材料（粗砂、石屑、水泥等）換填。

（2）排水固結(jié)。

通過人為施工的手段，在地基的內(nèi)部做出垂直的排水道，這樣一來外荷載的作用會完成排水與加壓，令軟基內(nèi)的水排出，固化剩余固體部分。

（3）振動水沖。

這項措施需要使用專門的振動機械，利用這種機械在土層上打出振沖造孔，然后在這些振沖造孔中填入碎石，以這種方法對地基進(jìn)行加固。

3.2 地基防滲技術(shù)

水利水電工程與水密切相關(guān)，水利工程建筑難免有滲透變形的危險，為了應(yīng)對這種狀況，通常采取高壓噴射注漿或者建造防滲墻的方法來進(jìn)行防滲處理。高壓噴射注漿的過程是先用鉆機鉆入土層，然后通過特制噴嘴和噴射管道高壓高速噴射水泥漿液，將射程內(nèi)的土層擊碎。防滲墻則是在透水地基外部的水下淤泥上打出圓孔，插入鋼筋，然后澆筑混凝土建造的地下墻體。

4 方法與措施實施后的作用與效果

4.1 地基加固技術(shù)的作用與效果

（1）挖除置換。

通過將軟土部分置換為硬質(zhì)結(jié)構(gòu)，使地基層的強度硬度獲得了顯著提升，不僅滿足了施工標(biāo)準(zhǔn)，保障了工程質(zhì)量，而且對防滲工作有良性影響。

（2）排水固結(jié)。

將軟基內(nèi)多余的水分排出，令剩余的固體部分硬化加固，這種技術(shù)手段能提高軟基強度，有效控制軟基導(dǎo)致的地基失衡與不均勻沉降現(xiàn)象。

（3）振動水沖。

這種技術(shù)的實施前提是地基具有足夠的初始抗剪強度。因為采用碎石對整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了補強的緣故，所以能達(dá)到很高的力學(xué)性能。

4.2 地基防滲技術(shù)

高壓噴射注漿可以令噴射出的水泥漿和沖破的土體相互混合，二者硬化后形成的固結(jié)體具有極高的強度和防滲性，而防滲墻的建造則等于為透水地基提供了額外的一層防滲保護。二者都能起到保護原地基的作用與效果。endprint

5 水利水電建設(shè)項目中基礎(chǔ)工程與地基處理技術(shù)的重要性

水利水電工程建設(shè)中，基礎(chǔ)工程和地基處理的作用主要由三方面決定，分別是其自身的功能、所占的投資比重和在項目中的重要性。

在自身功能方面，基礎(chǔ)工程和地基處理承擔(dān)著滿足多項工程技術(shù)需求的重任，這其中包括了對建筑物地基物理性能與力學(xué)性能的改善，對整體性能的補強，對防滲能力的提高等，這些功能都是工程整體建筑安全運行的保障。

在資金投入比率方面，無論是基礎(chǔ)工程還是地基處理都需要極為龐大的資金注入，這主要包括以下幾點原因：其一，這兩種工程都需要在地下進(jìn)行施工，因此需要專門的技術(shù)和專業(yè)的設(shè)備；其二，地基施工難度很高，施工環(huán)境危險，包括了露天、洞內(nèi)、邊坡、水下等各種危險系數(shù)極高的環(huán)境，因此必須使用安全設(shè)施以確保施工人員安全；其三，需要防備各種大型自然災(zāi)害引起的損失；其四，施工地域的地質(zhì)條件往往很復(fù)雜，施工難度大，且難以確定施工方案。從以上四點可以看出，基礎(chǔ)工程和地基處理不僅所需投資比率高，而且具有很高的風(fēng)險性。

基礎(chǔ)工程和地基處理的安全運行影響著水工建筑物的實際運行效率，甚至關(guān)乎其整體的安危，一旦基礎(chǔ)工程出現(xiàn)缺陷導(dǎo)致無法發(fā)揮作用，水工建筑物甚至有可能整個損毀。因此，基礎(chǔ)工程和地基處理在項目中是基礎(chǔ)重點，具有無可比擬的重要性。

6 水利水電基礎(chǔ)工程與地基處理技術(shù)的展望

我國在水利水電的基礎(chǔ)工程和地基處理技術(shù)上已經(jīng)取得了一定的成就，獲得了相當(dāng)?shù)陌l(fā)展，但仍未可比擬國際先進(jìn)水平，因此還是有相當(dāng)大的成長和發(fā)展空間的。而成長的關(guān)鍵就在于技術(shù)，只有技術(shù)進(jìn)步了，總體水平才能獲得有效提升。

（1）探索和開拓技術(shù)新應(yīng)用空間及使用范圍。

不能把基礎(chǔ)工程與地基處理技術(shù)當(dāng)成單純的水電工程建設(shè)，因為這項工程中同時牽扯到環(huán)境工程、礦業(yè)工程、石油工程等多個領(lǐng)域，具有很大的技術(shù)拓展空間。其中在環(huán)境上主要的問題有：第一，工程中工程垃圾的處理問題；第二，工程造成的空洞對石油和礦業(yè)開采安全的危害問題。這兩項問題都可以學(xué)習(xí)國外已有的先進(jìn)解決方案。第一個問題可以利用防滲墻與高噴灌漿來解決，第二個問題則可以使用充填灌漿的技術(shù)方法對地下的各處空缺進(jìn)行填充，以防止在石油和礦產(chǎn)的開采過程中出現(xiàn)垮塌現(xiàn)象。

（2）開發(fā)工程與技術(shù)的新材料、新工藝與新設(shè)備。

積極學(xué)習(xí)國外已有的先進(jìn)相關(guān)技術(shù)是快速獲得進(jìn)步的有效手段，比如：學(xué)習(xí)國外的TRD防滲墻技術(shù)，令軟土地基施工中可以在原位將水泥連續(xù)攪拌成墻；學(xué)習(xí)國外的新型防滲墻接頭技術(shù)，在新式插接式接頭的材料上使用遇水即可膨脹的某種橡膠；學(xué)習(xí)新型的灌漿控制方法，利用計算機對灌漿進(jìn)行設(shè)計與控制；學(xué)習(xí)新型的混凝土灌注樁制造技術(shù)，使用振沖器造孔來進(jìn)行制成等等。這些新技術(shù)、新材料的學(xué)習(xí)和研發(fā)都是建立在舊有技術(shù)的基礎(chǔ)上的，對整體工程水平的提高有很大幫助。

（3）適應(yīng)水利水電基礎(chǔ)工程與地基處理技術(shù)的發(fā)展新要求。

水利水電工程目前越來越向大型化發(fā)展，施工條件相應(yīng)地越來越復(fù)雜，因此施工要求也越來越高。在這種情況下，基礎(chǔ)工程和地基處理技術(shù)都要向新的施工要求看齊。例如：壩基在整體性能、防滲性能、承載能力上都要具備更高的水準(zhǔn)，這樣才能適應(yīng)超高大壩的工程需求；使用地下連續(xù)墻工藝來支撐錨錠結(jié)構(gòu)并構(gòu)筑圍護體系用于防滲，這樣才能實現(xiàn)特大型的跨橋梁施工；鋼管樁與大型的鉆孔灌注樁可以完成特大型跨海大橋的橋墩基礎(chǔ)建設(shè)；要建造出抗側(cè)向變形能力和承重能力更強的基礎(chǔ)，才能滿足超高速鐵路在橋墩上的質(zhì)量要求。這些新工程不僅規(guī)模巨大，而且工程質(zhì)量要求都比以往的更高，只有開發(fā)相應(yīng)的新技術(shù)、新工藝才能適應(yīng)它們的建設(shè)。

另外，施工環(huán)境的日益嚴(yán)峻也成為不得不注意的問題，這一問題主要由過快的城市化和工業(yè)化進(jìn)程引起。城市化的高速進(jìn)程大大縮小了可選擇的施工空間，迫使許多工程不得不在地質(zhì)條件相對惡劣的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行。而工業(yè)化則引發(fā)了一系列環(huán)境問題，比如地下水抽取過多使得地面沉降，工業(yè)垃圾的堆積占用大量空間并污染土地等，這些都會對施工造成很大的不利影響。為了克服這些難題，更先進(jìn)的技術(shù)是非常有必要的。

7 結(jié)語

水利水電工程是我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分，其工程建設(shè)規(guī)模大、耗資高、工期長，因此，作為工程順利進(jìn)行的前提基礎(chǔ)工程和地基處理技術(shù)一定要進(jìn)一步完善化?；A(chǔ)工程和地基處理技術(shù)的進(jìn)步關(guān)系著水利水電工程建設(shè)的整體水平，更進(jìn)一步關(guān)乎我國清潔能源的開發(fā)與利用，是會綿延后世的重要工程技術(shù)。

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