水利水電工程地基施工技術(shù)

劉梅光

東營市水利建設(shè)工程處 山東 東營 257000

地基施工作為水利水電項(xiàng)目核心內(nèi)容之一，其施工質(zhì)量與最終項(xiàng)目施工質(zhì)量密切相關(guān)，水利水電項(xiàng)目施工周期長、不確定因素多加劇施工難度。水利水電實(shí)際施工過程中，易會(huì)遇見不良地基現(xiàn)象，其地基存在天然質(zhì)量缺陷，無法滿足地基穩(wěn)固性要求，有必要采取針對(duì)性處理技術(shù)予以解決，保證地基施工質(zhì)量達(dá)標(biāo)。

1 不良地基特征及其對(duì)水利水電工程影響

水利水電項(xiàng)目實(shí)際施工過程中，不同區(qū)域內(nèi)地質(zhì)特征不盡相同，會(huì)遇見多項(xiàng)不良地基，主要包含以下幾種不良地基類型：一是淤泥軟土地基。淤泥質(zhì)軟土主要是指地層內(nèi)含水量較大，自身擁有承載力不足，受載荷作用下易形成變形、膨脹等，影響上層建筑質(zhì)量及可靠性。此種地基處理主要將其挖開清除，將其置換為砂層。二是膨脹土。膨脹土主要是指處于自然狀態(tài)下呈現(xiàn)為硬塑狀態(tài)，吸水之后膨脹，主要是由強(qiáng)親水礦物質(zhì)構(gòu)成。受膨脹土自身特性，上層建筑物易出現(xiàn)變形，特別是季節(jié)性干濕條件下，地基持續(xù)性反復(fù)收縮膨脹，嚴(yán)重?fù)p壞建筑物。三是軟弱夾層地基。按照實(shí)際傾角不同，將地基軟弱帶劃分為兩種類型，即高、緩，前者主要是傾角超過30o,后者為傾角不超過30o,此種地基對(duì)建筑物造成影響不一，所以地基實(shí)際處理方式不盡相同。四是喀斯特地基。水利水電項(xiàng)目建設(shè)時(shí)，喀斯特地基包含兩種類型，一類屬于強(qiáng)度不均勻，透水性較強(qiáng)，且易出現(xiàn)管涌地基；另一類為較大的洞穴，溶蝕管道分布于壩基上喀斯特地基，造成管道漏水，降低局部地基實(shí)際承載力。上述不良地基對(duì)水利水電工程造成嚴(yán)重影響，主要體現(xiàn)在以下幾方面：①地基基礎(chǔ)不均勻或大量沉陷。由于不良地基自身承載力不足，亦或巖土層分布均勻性不足等，致使受外載荷作用下，地基沉陷值難以滿足要求。譬如地基巖土中含有軟質(zhì)巖石、斷層破碎帶等，增加建筑物發(fā)生形變風(fēng)險(xiǎn)，地基產(chǎn)生大面積沉陷，損壞建筑物。②地質(zhì)條件不佳，抗滑穩(wěn)定安全性不足。不良地基所在巖土層中，抗滑穩(wěn)定性安全性不足，深究其成因包含軟弱夾層土層、破碎帶土層等，難以滿足建筑地基實(shí)際需求。③地基基礎(chǔ)滲漏量過大。不良地基多存在松散砂層，造成水庫大量漏失，實(shí)際壓力數(shù)值超限，軟弱透水層出現(xiàn)滲透形變，導(dǎo)致地基質(zhì)量難以保證。④地基出現(xiàn)液化現(xiàn)象。地基內(nèi)含有大量無粘性粉細(xì)砂層，此類砂層在振動(dòng)作用下，出現(xiàn)液化現(xiàn)象，強(qiáng)大的震陷影響建筑穩(wěn)固性，不利于水利水電項(xiàng)目有序建設(shè)。

2 水利水電地基施工要求

水利水電施工周期長、技術(shù)要求高、涉及人員及部門較多，地基正式施工之前，需系統(tǒng)性掌握施工要求，從整體宏觀層面予以嚴(yán)格把控，為后續(xù)水利水電地基施工有序推進(jìn)奠定基礎(chǔ)。按照水利項(xiàng)目實(shí)際特征，其地基施工要求包含以下幾方面：（1）正式開工之前，應(yīng)按照水利項(xiàng)目施工特征，進(jìn)行系統(tǒng)性地質(zhì)勘察及檢測(cè)，全方位調(diào)查現(xiàn)場(chǎng)土地質(zhì)量、水域流量及交通狀況，通過系統(tǒng)性對(duì)實(shí)際地質(zhì)數(shù)據(jù)資料分析，有目的性、有針對(duì)性制定防治方案及措施，保證水利水電地基施工安全有序?qū)嵤?。?）土地開挖過程中，易出現(xiàn)滑坡、崩塌等質(zhì)量缺陷，應(yīng)按照其實(shí)際狀況，掌握影響其發(fā)生因素，以及形成規(guī)律，應(yīng)預(yù)先做好預(yù)防規(guī)劃及措施。同時(shí)，對(duì)各類測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行審核復(fù)測(cè)，利用標(biāo)高、定位線、基準(zhǔn)線完成復(fù)測(cè)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行合理分析，判定其精準(zhǔn)度是否滿足施工要求，若存在異常狀況應(yīng)立即反饋解決。（3）按照地基施工中實(shí)際需求，對(duì)地基施工路段進(jìn)行堅(jiān)固度及場(chǎng)地實(shí)際容量設(shè)計(jì)，保證交通工具、施工設(shè)備等順利進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)。（4）應(yīng)全方位掌握地基施工周圍環(huán)境，按照實(shí)際狀況做好人員安全防護(hù)措施，最大限度減少地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生時(shí)覆蓋損失面積。（5）水利水電地基施工時(shí)，需嚴(yán)格依照相關(guān)施工要求及計(jì)劃實(shí)施，做好周圍建筑、地下水管等設(shè)施保護(hù)，確保該施工區(qū)域地質(zhì)結(jié)構(gòu)完整性，為保證水利水電地基施工質(zhì)量做以支撐。（6）施工過程中，應(yīng)按照初期設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，完成周圍環(huán)境整改工作，特別是排水坡度和供排水設(shè)施。若并未具有明晰的設(shè)計(jì)規(guī)劃，通常排水坡度不應(yīng)超過3%。若開挖土地基準(zhǔn)點(diǎn)未達(dá)到周圍水準(zhǔn)基槽實(shí)際高度，應(yīng)按照上述地質(zhì)勘查中要求實(shí)施，通過應(yīng)用合理的方式降低地下周圍水位高度。一般開挖土地基準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)超過周圍水位基槽0.5m以上，方可展開后續(xù)施工。

3 水利水電地基工程施工技術(shù)分析

3.1 透水層防滲技術(shù)

透水層控制程度與水利水電工程質(zhì)量密切相關(guān)，更是水利水電地基施工技術(shù)核心內(nèi)容之一，需對(duì)其予以高度重視。譬如，地基處理核心目標(biāo)在于自重型濕陷性黃土，由于此類土質(zhì)自身重量較大，具有較強(qiáng)的吸水性，若透水層浸水嚴(yán)重會(huì)影響土質(zhì)整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，最終增加滲透型管涌質(zhì)量缺陷，地基實(shí)際承載力難以保證。此種狀況作為嚴(yán)重安全隱患，一經(jīng)發(fā)生安全事故，對(duì)水利水電工程造成不良影響不可估量。解決上述問題核心方式為，通過高壓噴射灌漿方式，形成一個(gè)混凝土擋土墻，以此實(shí)現(xiàn)防滲處理，匹配大壩混凝土設(shè)施完成滲透線路搭建和延伸。高壓噴射灌漿方式包含三種，即單管法、二管法、三管法，不同噴射灌漿方式，其特征存在較大差異性，單管法主要是應(yīng)用高壓泥漿以20MPa-25MPa壓力，沖擊破壞土體，通過一定時(shí)間之后形成凝結(jié)體，此種方法加固成效優(yōu)良，施工速率快，經(jīng)濟(jì)性較佳；二管法是應(yīng)用泥漿泵高壓裝置形成20MPa-25MPa壓力漿液，以及壓縮機(jī)壓縮空氣，從兩個(gè)通道分別噴射高壓漿和空氣；三管法使用可同時(shí)輸送水、氣、漿噴射管，從噴嘴噴射壓力為30MPa-50MPa超高壓水流。

3.2 地基排水固結(jié)法

地基排水固結(jié)法核心原理為地基在外界載荷作用下，通過布設(shè)豎向排水井，促使土層中孔隙水持續(xù)性被排出，孔隙比減小，地基發(fā)生固結(jié)變形，提高地基土強(qiáng)度。排水固結(jié)法主要用于地基發(fā)生沉降和穩(wěn)定，為提高固結(jié)速度，行之有效方式是在天然土層中增加排水途徑，以此實(shí)現(xiàn)縮短排水實(shí)際距離，布設(shè)相應(yīng)的豎向排水井，以此提高地基固結(jié)速度，保證處于短時(shí)間內(nèi)獲取良好的固結(jié)成效，預(yù)先完成沉降；并提高地基土抗剪強(qiáng)度，促使地基承載力得以提高，保證地基穩(wěn)定性。排水固結(jié)法適用于軟弱和飽和土層中，按照選取排水技術(shù)不同，通常排水固結(jié)法可劃分為多種方式：①堆載預(yù)壓法。在水利水電施工現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)堆填土石，對(duì)地基進(jìn)行加載預(yù)壓，保證地基沉降可預(yù)先完成，提高地基實(shí)際承載力。通常預(yù)壓載荷與建筑物載荷相同，但部分狀況下為以免再次固結(jié)形成影響，通常預(yù)壓載荷與建筑物載荷之比為1.3:1。②真空預(yù)壓法。真空預(yù)壓主要是指黏土層上鋪設(shè)相應(yīng)的墊層，之后利用薄膜將其完成密封，依托真空泵對(duì)砂墊進(jìn)行抽氣，實(shí)現(xiàn)地下水位降低，加速地基固結(jié)速度。③降水預(yù)壓法。通過水泵將地基地下水抽出，以此降低地下水位，減少孔隙水壓力，增大有效應(yīng)力，提高地基固結(jié)，在飽和粉土及砂地基中應(yīng)用成效較佳。④電滲排水法。在電滲作用下逐漸將水分排出，在土體中插入金屬電極，接入相應(yīng)的直流電，受電流電場(chǎng)影響土體中水持續(xù)性匯聚于陰極排出。

3.3 土層板塊沉降、錯(cuò)位和移動(dòng)預(yù)防技術(shù)

以雜填土為例，其不僅實(shí)際密度不均勻，而且土層粘性較弱，在地殼運(yùn)動(dòng)及自身特性作用下，易造成土層整體結(jié)構(gòu)發(fā)生位移、地基出現(xiàn)不均勻下沉現(xiàn)象，不利于水利水電項(xiàng)目有序?qū)嵤檫M(jìn)一步防止土層板塊出現(xiàn)位移及沉降，影響周圍地質(zhì)環(huán)境，需利用混凝土將其周圍墻體予以封固；應(yīng)用灰土強(qiáng)夯法，以一定單位的間隔，完成土層鉆孔工序，隨后在孔內(nèi)注入相應(yīng)的物質(zhì)，將其予以夯實(shí)，促使土層均勻、厚實(shí)，保證土層密實(shí)度滿足施工要求。但需特別注意的是，實(shí)際夯實(shí)過程中，會(huì)造成嚴(yán)重震動(dòng)，應(yīng)對(duì)建筑物及設(shè)備做好防護(hù)措施。該方式有效提高地基承載力，防止處于較大壓力下地基出現(xiàn)位移及沉降。

3.4 軟土地基施工技術(shù)

軟土地基主要是由軟弱粘性土構(gòu)成地基，其內(nèi)部含有大量淤泥，地基間存在較大的空隙，抗剪強(qiáng)度能力不足，具有較強(qiáng)的透水性，由于上述特征實(shí)際承載力受限。水利水電項(xiàng)目地基需承受較大的載荷，以此滿足施工載荷需求，需對(duì)軟土地基進(jìn)行有效處理，提高其地基密實(shí)度及承載力，保證其地基實(shí)際承載力達(dá)標(biāo)，包含以下幾種地基施工技術(shù)。

3.4.1 換填土施工技術(shù)

軟土地基核心不足在于穩(wěn)定性不佳、強(qiáng)度較小，易早長期使用過程中出現(xiàn)下沉質(zhì)量缺陷，為保證水利水電工程地基實(shí)際承載力提高，需將原有較薄淤泥層挖出之后，應(yīng)用換填施工技術(shù)，有效提高其實(shí)際透水性，而且實(shí)現(xiàn)軟質(zhì)地基構(gòu)造重新組合，按照實(shí)際狀況，選取換填灰土、砂土等方式，以此實(shí)現(xiàn)加固地基目標(biāo)。在軟弱地基開挖換填深度為2m以內(nèi)，選用分層填筑、壓實(shí)、檢測(cè)壓實(shí)度方法施工，提高地基實(shí)際抗形變及穩(wěn)定能力。換填施工技術(shù)適用于地基地面以下不太深范圍軟土層，填充質(zhì)地堅(jiān)硬、性能穩(wěn)定碎石、卵石等材料實(shí)現(xiàn)分層填充，保證其實(shí)際密實(shí)度。該施工技術(shù)要點(diǎn)包含以下幾方面：一是砂墊層施工過程中核心內(nèi)容為將砂加密至設(shè)計(jì)要求，通常加密方式較多，如振動(dòng)法、碾壓法等，此類方法要求在基坑內(nèi)逐層完成砂石鋪設(shè)，逐層進(jìn)行壓實(shí)。需特別注意的是，施工過程中應(yīng)檢驗(yàn)下層密實(shí)度達(dá)標(biāo)之后，方可開展上層施工。二是正式鋪設(shè)材料之前，需完成驗(yàn)槽工作，為以免其發(fā)生坍塌土體，要求邊坡具有一定的穩(wěn)定性。開挖基坑鋪設(shè)砂墊層時(shí)，需防止對(duì)軟弱土層造成一項(xiàng)影響，否則坑底土結(jié)構(gòu)在實(shí)際施工過程中受損，強(qiáng)度會(huì)大幅度降低，造成承受建筑物實(shí)際載荷作用下，形成較大的沉降量。三是砂、砂石墊層地面應(yīng)鋪設(shè)于同一高度，若深度難以滿足施工要求，基坑地基土面應(yīng)開挖成階梯狀，實(shí)際搭接部位需保證振搗密實(shí)，施工應(yīng)嚴(yán)格依照先深后淺順序?qū)嵤?。四人工?jí)配砂石墊層，需充分將砂石予以拌和，之后進(jìn)行鋪設(shè)振搗密實(shí)。將細(xì)砂作為墊層實(shí)際填料時(shí)，需注重地下水對(duì)其干擾，不建議使用平振法、插振法。表1為各種墊層壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)[1]。

表1 各種墊層壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)

3.4.2 強(qiáng)夯法

強(qiáng)夯法主要是指應(yīng)用起吊設(shè)備，將一定重量的重錘提升至一定高度，促使其做自由落體，通過較強(qiáng)的夯擊能力和沖擊波作用，促使其表面形成硬殼層，具有良好的密實(shí)性，進(jìn)而提高土體實(shí)際強(qiáng)度，減少壓縮性，實(shí)現(xiàn)夯實(shí)土層目標(biāo)。強(qiáng)夯法主要應(yīng)用于砂性土、非飽和粘性土與雜填土地基中。為進(jìn)一步保障強(qiáng)夯法施工成效，需在實(shí)際施工過程中做好質(zhì)量檢測(cè)，保證其施工質(zhì)量達(dá)標(biāo)。應(yīng)抽調(diào)專業(yè)人員負(fù)責(zé)以下監(jiān)測(cè)工作：①是系統(tǒng)性檢查強(qiáng)夯施工過程中各項(xiàng)檢測(cè)數(shù)據(jù)，審核未達(dá)標(biāo)的應(yīng)補(bǔ)夯或其他措施；②強(qiáng)夯施工完之后間隔一定時(shí)間之后，對(duì)地基質(zhì)量進(jìn)行檢查；③質(zhì)量檢驗(yàn)方法，按照實(shí)際土性選取原位測(cè)試和室內(nèi)土工試驗(yàn)；④質(zhì)量檢驗(yàn)數(shù)量。按照水利水電施工區(qū)域復(fù)雜性確定。

3.5 預(yù)壓法

預(yù)壓法核心目的在于為有效提高軟土地基實(shí)際承載力，減少構(gòu)造物實(shí)際建設(shè)完成之后發(fā)生沉降量，預(yù)先在擬建構(gòu)造物地基上增設(shè)一定靜載荷，促使地基土體具有一定的密實(shí)度，之后將其載荷卸除，滿足實(shí)際施工要求。軟土地基預(yù)先施加壓力，促使多數(shù)沉降均于預(yù)壓過程中完成，提高地基自身強(qiáng)度，該施工技術(shù)在淤泥質(zhì)粘土、淤泥與人工充填土等地基中具有良好的應(yīng)用成效，預(yù)壓方式包含兩種，即堆載預(yù)壓、真空預(yù)壓。一方面，堆載預(yù)壓法主要是指水利水電項(xiàng)目正式建設(shè)之前，利用超過設(shè)計(jì)載荷填土載荷，促使地基預(yù)先進(jìn)行沉降，挺好地基實(shí)際強(qiáng)度，減少地基發(fā)生沉降現(xiàn)象。該方式通常將路堤填土為堆載，具有良好的經(jīng)濟(jì)性，正式施工過程中，應(yīng)分層分級(jí)增加載荷，以此實(shí)現(xiàn)載荷速率可控化，保證地基循序漸進(jìn)增加，以免地基出現(xiàn)剪切破壞。另一方面，真空預(yù)壓法主要是處于需加固的軟土地基中，布設(shè)相應(yīng)的砂井，并覆蓋相應(yīng)的密封膜，保證其與外界空氣隔絕，通過真空裝置將薄膜內(nèi)部空氣排出，在膜內(nèi)外形成一定氣壓差，氣壓差轉(zhuǎn)變這作用于地基載荷，保證地基不會(huì)產(chǎn)生剪切破壞。該施工技術(shù)方式較為簡(jiǎn)易，可提高預(yù)壓速率，節(jié)省大量堆載材料，適用于大面積施工。

4 結(jié)束語

地基施工質(zhì)量直接決定水利水電項(xiàng)目施工成效，需準(zhǔn)確把握不良地基特征，以及其對(duì)水利水電工程造成影響，掌握地基施工技術(shù)要點(diǎn)，按照實(shí)際狀況，選取合適的地基施工處理技術(shù)，提高地基實(shí)際承載力，保證施工質(zhì)量達(dá)標(biāo)，為水利水電良好發(fā)展做以支撐。