針對水利水電工程建設(shè)中不良地基基礎(chǔ)處理策略

毛勇

中國水利水電第七工程局成都水電建設(shè)工程有限公司，中國·四川 成都 611130

水利水電；工程建設(shè)；不良地基；基礎(chǔ)處理

1 引言

中國的河流數(shù)量在世界范圍內(nèi)都是首屈一指的，水利工程作為一種近些年來進(jìn)入公眾視野用以調(diào)控地下水和地表水資源的項目工程，在中國也會得到廣泛的應(yīng)用。目前中國開展水利水電工程的地區(qū)增多，面臨的不良地基種類也變得多種多樣，要對地基進(jìn)行專門處理后，才能繼續(xù)開展工程項目。地基問題解決的不同程度，會對工程的開展進(jìn)度造成不小的影響，更是會對完工的工程建筑的安全性造成極大的影響。雖然中國在水利工程中遇到的其他問題都有了較好的解決方案，但水利工程建筑所涉及到的東西相當(dāng)多，而且地基的問題還困擾著設(shè)計人員，因此工程的進(jìn)度和工程建設(shè)的效率都被拉低，所以當(dāng)下水利工程行業(yè)中最需要研究的就是不良地基的處理措施，在面對實際問題的時候，能夠有針對性的提出解決方案，從而保證工程項目的進(jìn)度和建筑物的安全性。

2 不良地基在水利水電工程建筑中的危害性

2.1 引起地基整體下沉

在某些黃土區(qū)域，其土地濕度超出正常指標(biāo)，在這樣的土地基礎(chǔ)上進(jìn)行工程建設(shè)，黃土?xí)谏蠈咏ㄖ木薮髩毫ο掳l(fā)生一系列的改變，這主要是由黃土的組成成分決定的。黃土的土地濕度過高，在作為地基進(jìn)行建筑施工的時候，初始階段不會產(chǎn)生較大的問題，但是一旦土壤鎖不住水分，土地的承載能力就會改變，萬丈高樓平地起，地基的承載能力不足，勢必會引發(fā)各種各樣的問題，其中地基整體下陷是最常見的問題類型之一。

2.2 可能會影響地基的穩(wěn)定性

一般來說，暴露出穩(wěn)定性差問題的地基的組成成分是風(fēng)化物和碎石等，這類地基在特點上可以總結(jié)為以下幾點：地基的支撐作用不出眾，在承受建筑物所當(dāng)來的外力之后更有可能出現(xiàn)變形等問題，整體來說達(dá)不到工程建設(shè)的最低標(biāo)準(zhǔn)。這類地基如果不經(jīng)過妥善的處理就應(yīng)用到水利水電工程的建設(shè)中，很可能會在上層建筑的壓力下引起地基內(nèi)部結(jié)構(gòu)的改變，從而影響到整個工程建設(shè)的質(zhì)量。

2.3 地基因水分過多引起地貌破壞

進(jìn)行水利水電工程的目的，是希望利用自然界的水資源，并將其轉(zhuǎn)化為電能，這就要求工程項目附近的水資源是比較豐富的。但是福禍相依，利弊共存，過多的水分會導(dǎo)致地基不適合進(jìn)行工程建設(shè)。黃土地基是最容易出現(xiàn)地貌破壞的一類地基，黃土松軟而且連接不緊密，同時含有不少的易溶物，暴雨沖刷以及水流沖擊都會對黃土的結(jié)構(gòu)造成很大的影響。如果排水不及時，或者排水系統(tǒng)設(shè)計不當(dāng)導(dǎo)致水流對某些薄弱區(qū)域造成持續(xù)沖擊，建筑物下方的地基會出現(xiàn)缺角現(xiàn)象，引起地面開裂甚至水平面坍塌等地貌破壞，會對上層建筑的安全使用造成直接的影響。

3 水利水電工程中常見的不良地基類型以及處理方法

3.1 膨脹地基的特點及解決方案

普通土壤在吸收水分之后體積會基本無變化改變，水分在蒸發(fā)或滲透出來時體積也沒有明顯變化。膨脹土對水分的吸附性要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出普通土壤，單位體積的膨脹土能夠吸附的水分是驚人的，這會導(dǎo)致同樣質(zhì)量膨脹土的體積在充水和缺水的時候有很大的差異。[1]膨脹地基一旦吸水，會導(dǎo)致地基體積急劇增大，抬高建筑物，嚴(yán)重的甚至?xí)?dǎo)致地面開裂墻面破壞等情況。因膨脹地基的危險性，研究人員也對這類地基問題的解決方案進(jìn)行了研究，目前的常用的解決方案只有一種，那就是替換法。膨脹土吸水性能過強的原因是成分中含有太多的吸水物，從改變土壤本身性質(zhì)入手太耗費資金，所以采用替換的方法最具備經(jīng)濟(jì)效益。該方法實施的主要步驟就在于將地基中的膨脹土清理之后，填入合適的材料進(jìn)行替換。如果這樣還不能徹底解決地基膨脹問題，可以在這基礎(chǔ)上采用加固法將土層固定，將地基膨脹量降低到安全線以下，保護(hù)建筑物的安全。

3.2 壩基涌泉的特點及解決方案

在巖溶地區(qū)進(jìn)行水利水電工程建設(shè)過程中，壩基涌泉是很難避開的一種地基缺陷。水流的泉涌對大壩進(jìn)行持續(xù)的沖擊，很容易導(dǎo)致壩身被侵蝕的情況，壩身關(guān)系到整個大壩的正常工作，如果出現(xiàn)這樣的問題應(yīng)該盡快解決。從堯舜時期，中國就已經(jīng)總結(jié)出了治水的措施，疏、堵，對水流量較小的泉眼，可以使用硬質(zhì)材料將水流堵住，對水流量較大的泉眼，一味的堵很可能會導(dǎo)致事態(tài)越來越嚴(yán)重，這個時候進(jìn)行合理的疏通才是最好的方法，通過對巨大水流量的疏導(dǎo)，讓水流能夠流通到更加需要水分的地方。

3.3 質(zhì)軟地基的特點及解決方案

質(zhì)軟地基的一般表現(xiàn)形式是泥狀物居多，泥中水分比普通土壤要多，這樣的成分特點注定了質(zhì)軟地基的流動性很強，水利工程的建筑的規(guī)模又比較大，地基的支撐力不足，建筑物坐落在這樣的地基上很容易發(fā)生傾斜倒塌或者下陷等情況。研究人員經(jīng)過對這類地基進(jìn)行詳細(xì)分析之后，依照另外類型地基問題的處理方案，總結(jié)出了一些可行的措施：替換法，將質(zhì)軟地基土層直接清理干凈，使用合適的材料進(jìn)行替換；除水法，將泥土中的大量水分通過符合經(jīng)濟(jì)性要求的方法去除出去；加固法，將泥層使用混凝土圍堵起來或者向泥層加入大量固態(tài)物以降低泥層的流動性；灌漿法，在對這類地基問題的處理上有很大的實用性，通過向在地基中段添加更多的液態(tài)漿體，液體的流通性能很好，這些液體能夠?qū)⒌鼗目湛滋顫M，在等待一定時間后，這些漿液會發(fā)生凝固現(xiàn)象，這樣做能夠改變質(zhì)軟地基的特性，能夠為建筑提供更大支持力；夯實法，根據(jù)質(zhì)軟地基的現(xiàn)場考察情況，選取恰當(dāng)?shù)墓ぞ邔Φ鼗M(jìn)行夯實處理，這類方法處理泥狀地基時用處不大，但是在對質(zhì)軟的黃土地基的處理方面上成效顯著，地基的支撐力會得到顯著的提高，達(dá)到建筑物的基本地基強度要求。

3.4 可液化地基的特點及解決方案

這類地基在受到外力的影響下會發(fā)生結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，在水分的作用下，這些土壤會黏合到一起，導(dǎo)致地基體積減小，不能對上層建筑起到預(yù)設(shè)的支撐作用，降低工程的安全性能。這類地基的改造工作相當(dāng)難以進(jìn)行，國內(nèi)外現(xiàn)在采用的通用措施在于將土層替換法，這種方法首先要將問題土層整體移出，然后選用合適的材料進(jìn)行補充。經(jīng)過替換之后的土層還存在一些問題，地基的土壤不實，需要在進(jìn)行壓實處理，選用合適的方法使土層夯實，以保證地基的整體強度符合工程建筑的標(biāo)準(zhǔn)。另外還有一類方法在于防止土層液化，即加固法，工程人員在面對可液化土層的時候，一般會使用硬質(zhì)材料圍堵的措施，使土層形狀固定，達(dá)到支撐上層建筑的目的。

3.5 強透水地基的特點及解決方案

一般來說，強透水層地基的組成成分都是以石類居多，這類地基因其通透性較大，難以鎖住水分，就會引起管道噴發(fā)等情況，不能配合水利水電工程建筑完成預(yù)期目標(biāo)。這類地基的處理措施相對比較簡單，工作人員只需要深入地基內(nèi)部，向其中添加混凝土等固態(tài)填充物，將砂石之間的空孔堵住，從而達(dá)到鎖水的目的。更高級的填補使用的器械是沖壓鉆機和高壓噴槍，使用這類工具能夠使填補更加到位，填補物能夠更好的起到對地基的保護(hù)作用。

3.6 覆蓋地基的特點及解決方案

覆蓋地基對水分的滲透作用相當(dāng)好，而且土層也相當(dāng)虛，能夠為建筑提供的支持力較小，在建筑物的重力壓迫下發(fā)生變形的可能性很高，這樣的土層不適合作為大規(guī)模工程的地基，所以需要對這類地基進(jìn)行必要的處理。[2]覆蓋土層的土壤體積相對普通土層來說過多，全部進(jìn)行替換的話耗時耗力，不符合經(jīng)濟(jì)性要求，這個方法可以排除。除了替換法，工程建設(shè)中面對不良地基的處理方法應(yīng)用最多的是加固法，覆蓋地基采用加固法的經(jīng)濟(jì)效益很高，選用合適的工具將覆蓋地基進(jìn)行加固處理，能夠在投入較少的情況下最大限度的完成工程目標(biāo)，保證地基的質(zhì)量。

3.7 喀斯特地基的特點及解決方案

喀斯特地形在中國北方很難見到，但是在南部開展水利水電工程時卻時有遇到，這類地基對工程建筑的危害性是巨大的，一旦發(fā)現(xiàn)地基種類屬于喀斯特地形，工程組需要針對當(dāng)?shù)氐膶嶋H情況進(jìn)行迅速處理?？λ固氐鼗闹饕攸c是土層密集程度沒有規(guī)律，部分土層空孔較多較大，鎖水性能很差，在工程建筑的重壓下會發(fā)生坍塌等情況。工程行業(yè)內(nèi)部對這類地基問題的處理辦法選取方面，一般選用填充法以及堵水法。填充法的要義在于向地基中加入適當(dāng)?shù)牟牧?，保證地基的整體強度。堵水法的要義在于在地下修建合適的堵水設(shè)施，防止地基因水流沖擊而產(chǎn)生的破壞。

4 處理不良地基需要注重的內(nèi)容

水利工程的規(guī)模大小和不良地基的種類都是選取解決方案必須考慮的內(nèi)容，處理是要綜合考慮各方面因素，以期望使用最少的資源，能夠獲得最大的收益。首先要考慮工程的規(guī)模，一般來說水利水電工程的規(guī)模都很大，面對這類工程的不良地基問題，研究人員要經(jīng)過實地考察，查閱資料，參考以往的處理方案進(jìn)行處理。考察的內(nèi)容主要包括工程的建設(shè)進(jìn)度和地基的準(zhǔn)確情況，不到工地是不能對這些內(nèi)容有一個直觀的了解的。[3]分析地基問題的成因，提出針對性的解決方案。項目施工的過程中，還要提醒工作人員注意規(guī)范操作，避免不當(dāng)操作加深地基問題。最后，當(dāng)不良地基問題處理進(jìn)度結(jié)束后，組織研究人員對處理結(jié)果進(jìn)行檢驗，找出方案實施時可能存在的漏洞已經(jīng)施工人員的錯誤操作，并進(jìn)行改正，徹底解決不良地基問題。

5 不良地基的解決方案的創(chuàng)新

5.1 各種方法結(jié)合起來應(yīng)用

面對實際地基問題時，循規(guī)蹈矩采取規(guī)定的解決方案是不合理的。流狀土層如果單獨采用夯實處理，很容易將土層中的部分水分析出，形成泥狀土層，這個時候就需要尋求處理方案的綜合應(yīng)用。[4]排水法和固化法同時應(yīng)用，能夠更好地解決流狀地基問題，結(jié)合應(yīng)用在某些特定場合還能降低施工成本，達(dá)到經(jīng)濟(jì)實用的目的。所以工程中面臨不良地基時要注重考查，根據(jù)實際情況，將方法合理結(jié)合，提出花費最少而又成效最好的解決方案。

5.2 添加特殊化合物固化土壤

面對不良地基問題的時候，往常人們采用的大多是替換土層或者固化土層的方法。傳統(tǒng)的替換土層的工程量較大，而且被移出的問題土層沒有實際用途，導(dǎo)致了資源的浪費。而傳統(tǒng)的固化土層，一般是使用工程設(shè)備將土層夯實或者加入混凝土等材料實現(xiàn)的，通過這種方法實現(xiàn)的土層固化結(jié)果是強差人意的，因為這種機械的物理性固化很難保證完美固化。最新的研究表明，向土層中添加的含有特殊成分的固化劑，可以和流狀土壤中的有機物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，混合的越均勻，反應(yīng)發(fā)生的越徹底，固化程度就越明顯，反應(yīng)后土壤能夠為建筑提供的支持力就越大。目前國內(nèi)的水利水電工程還是使用傳統(tǒng)的固化方法實現(xiàn)土層的固化，新式的固化方法有必要被引進(jìn)。

5.3 注重安全綠色環(huán)保技術(shù)的研究

安全綠色環(huán)保是現(xiàn)代工程項目實施時所追求的目標(biāo)，地球的資源有限，現(xiàn)在在滿足自身的發(fā)展需求的同時，也要為后代考慮，留下足夠的資源。水利水電工程作為一項對社會有益的工程，更應(yīng)該貫徹落實可持續(xù)發(fā)展的思想理念，在保證工程建筑的作用前提下，追求安全綠色環(huán)保是今后工程建設(shè)的首要目標(biāo)。國內(nèi)外最近比較火熱的活性堵水墻就是該觀念的最好體現(xiàn)，通過特殊的吸附性較強的物質(zhì)組成的過濾墻，實現(xiàn)對水資源中不利于人體和自然環(huán)境的成分的吸收，達(dá)到綠色環(huán)保的目的。另外，國際上在對質(zhì)軟地基進(jìn)行處理時，還使用建筑廢料制成了固定軸，放入質(zhì)軟土層中起到支撐土層的作用，改善地基質(zhì)量，這樣的做法能夠?qū)崿F(xiàn)資源最大程度的利用。

6 結(jié)語

不良地基問題不僅出現(xiàn)在水利工程中，這是建筑工程行業(yè)中存在的普遍性問題，工程建筑行業(yè)內(nèi)部也從未停止過對這類問題的解決方案的研究。從目前的研究成果來看，不良地基的種類很多，所能夠引發(fā)的連鎖反應(yīng)不盡相同，同時不同規(guī)格的建筑對材料等各方面的需求不同。研究人員在對各方面具體情況沒有一個詳細(xì)的了解之前，很難提出最佳的解決方案，面對實際問題時，研究人員要做的是對資料進(jìn)行詳盡分析，通過參考已有的案例，結(jié)合工程的實際情況，提出有針對性的解決方案。