水利工程的基礎概況和處理方法分析

阮仕斌

【摘要】本文主要闡述水利工程的基礎概況和處理方法，保證水利工程建設施工的安全、可靠。

【關鍵詞】水利工程;基礎;處理方法

Basic overview and analysis of hydraulic engineering approach

Ruan Shi-bin

（MWR IOC Zhangweinan Wei River Engineering BureauPuyangHenan457000）

【Abstract】This article focuses on basic overview and treatment water conservancy projects， the construction of water conservancy construction ensure safe and reliable.

【Key words】Hydraulic Engineering;Foundation;Processing method

水利工程指為了控制、調節(jié)和利用自然界的地表水和地下水，以除害興利的目的而建設的各種水上工程。水利工程按其服務的對象可以分為防洪工程、農田水利工程（灌溉工程）、水利發(fā)電工程、航運及城市供水、排水工程。水利工程的地基基礎在水利工程中起到非常重要的作用，地基基礎處理的主要功能是改善水利構筑物地基的物理和力學性能，增強水利工程的整體性，提升構筑物的防滲能力，確保水利工程主體構筑物的安全施工和運行。

1. 水利工程地基概況

隨著國民經(jīng)濟建設發(fā)展的需求，還需不斷地開發(fā)建設新的水利水電項目，今后將會遇到更多的不能滿足建筑物要求的不良地基。不良地基是指由于地基的天然地質存在不足，如地質的硬度和承載力不足，不能滿足上部構筑物的穩(wěn)定性要求的地基。針于水利工程構筑物，不良的地基對水利工程構筑物的影響主要表現(xiàn)為以下方面：地形地質條件不良，抗滑能力、地質穩(wěn)定性、地質安全系數(shù)均小于水利工程地基設計的設計值，產(chǎn)生原因主要是由于巖石與混凝土、巖石與巖石，或其他影響抗滑穩(wěn)定的結構面，如不同傾角的斷層帶、節(jié)理裂隙帶、軟弱夾層、破碎帶、古風化殼、溶蝕帶等的抗壓強度低，不能滿足上部構筑物抗滑、穩(wěn)定的要求，地基基礎可能產(chǎn)生局部或整體剪切破壞：基礎的沉陷量過大或不均勻性，地基基礎產(chǎn)生這樣的原因主要是巖（土）層本身的承載能力不足以滿足建筑物的要求，或因地基基礎巖（土）強度不一，分布不均勻或巖石地基中有軟弱破碎帶分布，在外荷載作用下，沉陷值或不均勻沉陷值超過容許值。如地基基礎中的軟弱巖石、淤泥質軟士、斷層破碎帶、膨脹土、濕陷性黃土等，從而造成建筑物破壞、變形;基礎滲漏量或水力坡降超過容許值，產(chǎn)生的主要原因是基礎存在孔隙率大的松散砂、卵礫石層、強裂隙透水層、喀斯特滲漏帶、構造破碎帶以及其他強透水帶，從而導致水庫大量漏失、揚壓力超限、或軟弱透水層出現(xiàn)管涌等滲透變形，使基礎遭到破壞;地基內無粘性土粉細砂層因振動（機械振動、地震等）可能產(chǎn)生液化，造成建筑物失穩(wěn)破壞，或因震陷造成建筑物破壞。

2. 地基基礎的處理方法

2.1CFG樁的應用。? 水泥粉煤灰碎石樁（cement- flyash- gravelpile，簡稱CFG樁）是由水泥、粉煤灰、碎石、砂加水拌和形成的高粘結強度樁，CFG樁、樁間土和褥墊層-起構成CFG復合地基。長螺旋鉆管內泵壓CFG樁施工工藝是由長螺旋鉆機、混疑土泵和強制式混凝土攪拌機配混凝土運輸車組成完整的施工體系。CFG樁復合地基適用于處理粘土、粉土、砂土、人工填土和淤泥質土等土層。

在CFG樁復合地基中，上部結構傳來的荷載是由CFG樁體、樁周土和褥墊層共同承擔的。褥墊層將上部基礎傳來的基底壓力或水平力通過適當?shù)淖冃我?定的比例分配給樁及樁周土使二者共同受力，同時由于樁的擠密作用提高了承載力，而樁又由于周圍土體的側應力的增加而改善了受力性能。CFG樁復合地基中的樁、樁周土和褥墊層的作用機理進行分析，樁的加固作用：

（1）對地基土具有一定的擠密作用。對于散填土、松散粉細砂、粉土，由于振動沉管CFG樁的振動和側向擠壓作用使樁間土孔隙比減小，含水量降低，土的干密度和內摩擦角有所增加，土的物理力學性能得到改善從而提高樁間土的承載力。

（2）樁體的排水作用。CFG樁復合地基在成樁初期，因樁孔內和周邊充填過濾性較好的粗顆粒填料，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，使孔隙水沿樁體向上排出，可以有效地消散和防止振沖產(chǎn)生的超孔隙水壓力的增高，加速水利工程地基的排水，這種排水作用不但不會隔低樁體強度，反而可以使土體強度恢復并超出原土體天然承載力。

（3）樁的預震效應。CFG樁復合地基成樁過程中，振沖器以一定的振動頻率或沖擊水平向加速激振土體，使填料和地基土在提高相對密實度的同時獲得強烈的預震。提高了砂土抗液化能力。

（4）樁的置換作用。CFG樁中的水泥經(jīng)水解和水化反應以及與粉煤灰的凝硬反應，生成不溶于水的穩(wěn)定結晶化合物，它能使樁體的抗剪強度和變形模量大大提高，所以在荷載作用下，CFG樁的壓縮性明顯比樁間土小。因此基礎傳給復合地基的附加應力，隨地層的變形逐漸集中到樁體上，出現(xiàn)了應力集中現(xiàn)象，大部分荷載將由樁周和樁端承受，樁間土應力相應減小，于是復合地基的承載力比原有地基承載力有所提高。

（5）對樁周圍土質的約束作用。在無側向約束的土體，受荷后其側向變形比有側向約束的大，從而使垂直應力集中，由于CFG樁對樁周土體側向變形的限制，使側向變形減小，相應地也減小了垂直變形。

2.2預應力管樁。

（1）預應力混凝土管樁可分為后張法預應力管樁和先張法預應力管樁。先張法預應力管樁是采用先張法預應力工藝和離心成型法制成的一種空心筒體細長混女凝土預制構件，主要由圓筒形樁身、端頭板和鋼套箍等組成。endprint

（2）管樁沉樁方法有多種，在我國國內施工過的方法有：錘擊法、靜壓法、震動法、射水法、預鉆孔法及中掘法等，而以靜壓法用得最多。由于柴油錘打樁時震動劇烈、噪音大，為適應市區(qū)施工需要，近幾年來我國各地開發(fā)了大噸位的靜力壓樁機施壓預應力管樁的工藝，靜力壓樁機又可分為頂壓式和抱壓式，抱壓

式是樁機的夾板夾緊樁身，依靠持板的磨擦力大于入土阻力的原理工作，靜力壓樁機最大壓樁力可達5000-6000KN，可將直徑500mm、600mm的預應力管樁壓到設計要求的持力層，從而大大推動了預應力管樁的應用和發(fā)展。隨著國家出臺《先張法預應力混凝土管樁基礎技術規(guī)程》（DB33/10l6-2004），預應力混凝土管樁的工程勘察、設計、施工及工程質量檢測等施工中的技術工作做出明確的規(guī)定。而高強度預應力混凝土管樁（PHC）主要有以下優(yōu)點：單管樁的承載力較高，所以相應的單管樁承載力的造價就相對較低;對持力層起伏變化較明顯的地質地形條件的適應能力很強;形成的管樁長度不受工程施工所用的機械設備的限制;預應力混凝土管樁身不僅耐打而且管樁的穿透能力非常強。

（3）預應力混凝土管樁施工方法有錘擊法和靜壓法兩種，錘擊法沉樁具有施工速度快，工程質量較好等優(yōu)點，靜壓管樁施工法主要是借助壓樁機的自重和配重的重量，通過科學的壓梁或壓柱，向管樁頂部或通過側面夾子夾住管樁本身，以便向管樁本身施加重壓力，將管樁壓入土（巖）層中。預應力管樁施工完成后，要及時進行管樁檢測，普遍采用樁基高應變法和低應變法對單樁承載力和樁身完整性進行檢測，預應力管樁的單樁承載力由樁端極限阻力和極限側摩擦力組成。預應力管樁在水利工程中作為一種基礎處理方法，在部分沿海地區(qū)逐步得到應用，《建筑基樁檢測規(guī)范》（JGJl06-2003）保證了水利工程管樁基礎處理的質量，為以后水利工程主體工程建設安全提供保障。

3. 水利工程地基處理技術發(fā)展

隨著我國水利工程的不斷發(fā)展，地基基礎的處理技術也從施工工藝、施工材料和施工設備等方面得到了快速提升，但隨著水利施工條件的不斷變化和施工難度的不斷加大，特別是與國外水利地基基礎施工技術相比，我國水利地基基礎施工技術的發(fā)展還存在很大的提升空間。要不斷革新地基基礎施工技術，特別是地質比較復雜的水利工程的施工，不僅要學習國外先進的施工技術，還要重視對傳統(tǒng)技術的發(fā)展完善，進-步開發(fā)基礎施工的新工藝、新材料和新設備，不僅要學習使用先進的TRD防滲墻技術和新型的防滲墻接頭，也要充分利用混凝土灌注樁技術，并根據(jù)實際情況，因地制宜，采用科學、合理的地基施工技術，不僅要保證施工的質量，還得保證基礎以上構筑物的施工安全和正常運行。隨著國家對水利工程的不斷重視，特別是大型的水利工程施工，宏大的水利工程、特殊的地質要求、復雜的施工技術和多元的施工條件的變化，不僅會給地基基礎處理技術帶來巨大的挑戰(zhàn)，也會給地基基礎處理方法帶來發(fā)展的機遇。

[文章編號]1619-2737（2014）11-03-842endprint