水利水電施工中對不良地基的處理方案

呂興坤 雷恒

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098x.2104-5640-1696

摘? 要：水利水電工程是重要的公共工程，在我國的電力系統(tǒng)中享有重要的位置。在水利水電工程施工中，最常遇到的問題是不良地基問題，因此對不良地基的處理方案尤為重要，將直接影響水利水電工程建設(shè)的質(zhì)量。本文簡要分析不良地基的類型，并對不良地基對水利水電施工的影響進行介紹，然后就不良地基的處理方案進行簡單的探討，最后以大壩不良地基灌漿處理方法為例進行深入分析。

關(guān)鍵詞：水利水電施工? 不良地基? 處理方案? 管樁加固法? 灌漿結(jié)構(gòu)加固

中圖分類號：TV551.4? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1674-098X（2021）05（a）-0011-03

Treatment Scheme of Bad Foundation in Water Conservancy and Hydropower Construction

LV Xingkun1? LEI Heng2

（1.Construction Research Institute of Sinohydro Bureau 12 Co.， Ltd.， Hangzhou， Zhejiang Provinve， 311600 China; 2.Beijing National Highway Design and Research Institute Co.， Ltd.， Beijing， 100073? China）

Abstract： Water conservancy and hydropower project is an important public project， which occupies an important position in China's power system. Therefore， the most important problem in water conservancy construction is the bad foundation treatment. This paper simply analyzes the types of bad foundation， and introduces the influence of bad foundation on water conservancy and hydropower construction， then simply discusses the treatment scheme of bad foundation， and finally takes the grouting treatment method of bad foundation of dam as an example for in-depth analysis.

Key Words： Water conservancy and hydropower construction; Bad foundation; Treatment scheme; Pipe pile reinforcement method; Grouting structure reinforcement

由于水利水電工程的特殊性，無論是在建設(shè)過程中，還是在運營過程中，都可能出現(xiàn)因不良地基問題導(dǎo)致的水利水電工程質(zhì)量問題，如果不及時進行處理，可能會引發(fā)難以挽回的后果。因此，在水利水電施工中，對不良地基的處理方案尤為重要。

1? 水利水電施工中常見的不良地基類型

1.1 軟粘土

軟粘土多分布于河流中下游、沿海以及湖泊等區(qū)域，主要包含淤泥質(zhì)土以及淤泥兩種類型，其含水量相對較多，數(shù)值多高于40%，甚至淤泥類軟粘土的含水量可達80%。軟粘土具有1.0～2.0數(shù)值范圍的孔隙比，隨著孔隙比的增加，淤泥質(zhì)土可以發(fā)展成淤泥。相對而言，軟粘土具有較低的強度，難以承載超出70kPa的載荷，部分軟粘土甚至難以承受超出20kPa的載荷[1]。在壓縮性方面，軟粘土具有0.5～45Mpa-1的壓縮系數(shù)，壓縮指數(shù)最高可達0.75。在滲透性方面，軟粘土具有10-5～10-8cm/s的滲透系數(shù)，這也導(dǎo)致工程建設(shè)單位在面對軟粘土地基時會出現(xiàn)土層固結(jié)緩慢，難以快速沉降，影響地基強度的快速增長。在外界載荷的作用下，軟粘土地基更容易出現(xiàn)不均勻的變形，導(dǎo)致地基處理難度增加。

1.2 粉砂土

粉砂土和淤泥表現(xiàn)出相反的狀態(tài)。粉砂土可以承受壓力，壓力越大，強度越好。這是因為粉砂土幾乎不含水分，所以土壤呈粒狀，并且土壤顆粒之間存在較大的空隙。如果處于高壓下，土壤顆粒將相互擠壓并排除土壤顆粒之間的空氣。當(dāng)間隙減小時，粉砂土?xí)冇?。但是，粉砂土同樣具有嚴重的缺陷，即不能承受地震和爆炸[2]。盡管土壤顆粒之間的間隙變小，但粉砂土本身的粘性較小或不粘。在地震期間，粉砂土顆粒會滾落并造成松散結(jié)構(gòu)，會導(dǎo)致水利水電工程變形和倒塌。粉砂土的另一個缺點是難以承受地下水的壓力。與軟粘土不同，粉砂土的空隙中沒有水。這時地面水會滲入這些縫隙，致使粉砂土的狀態(tài)發(fā)生改變，這很容易導(dǎo)致水利水電工程的倒塌。

2? 不良地基對水利水電設(shè)施建設(shè)的影響

2.1 不良地基的抗滑穩(wěn)定性的安全系數(shù)不足

造成這種情況的因素包括不良地基的抗壓強度低，或者正好位于相對不穩(wěn)定的節(jié)理破壞區(qū)域、斷裂區(qū)域、溶解區(qū)域、斷層區(qū)域等，地質(zhì)結(jié)構(gòu)強度不足，且已受到一定程度的破壞，無法滿足水利水電工程的抗滑穩(wěn)定性要求[3]。

2.2 不良地基的水力坡降或滲漏量比過高

造成這種情況的關(guān)鍵因素是不良地基松散的基底砂孔隙度較高，或者存在諸如巖溶滲漏區(qū)、卵石層等具有較強裂縫滲透率的強滲透區(qū)。此外，不良地基的沉降不均勻或太大，容易導(dǎo)致上部水利水電工程變形和倒塌，不良地基中還可能包含細砂的非粘性粉砂層，在發(fā)生地震時易于液化且不能保證水利水電工程的穩(wěn)定性，導(dǎo)致水利水電工程損壞。

3? 不良地基的處理技術(shù)

3.1 管樁加固法

預(yù)應(yīng)力管樁是由專業(yè)制造商使用預(yù)應(yīng)力技術(shù)和離心成型技術(shù)然后進行蒸汽養(yǎng)護制成的空心圓柱形預(yù)制混凝土樁。整個生產(chǎn)過程由計算機控制，從而減少了人為因素的影響，并且樁身的質(zhì)量保持可靠。管樁的混凝土強度高，達到C60～C80。預(yù)應(yīng)力管樁成型質(zhì)量好，孔內(nèi)土壤對周圍樁體影響不大，樁體強度高，穿透力大，承載力低，成本低，施工進度快，工作效率高，施工時間短，被廣泛應(yīng)用于較深軟土地上。高強度預(yù)應(yīng)力混凝土管樁為擠土樁，施工速度較高，在施工區(qū)引起了土體壓縮的作用[4]。管樁本身具有較高的抗壓強度，但具有較低的抗彎強度。不同土層之間的水平力很容易導(dǎo)致樁體破裂。因此，在軟土地區(qū)的管樁施工對開挖有很大影響。開挖的部署和工程措施應(yīng)符合“避免過大的應(yīng)力釋放，避免對土木工程造成過大的應(yīng)力，合理控制土壤位移和應(yīng)力釋放”的原則。

3.2 換填技術(shù)

換填技術(shù)主要是通過大量的沙子和礫石替換原有的軟土地基，并且具有良好的透水性。軟土換填技術(shù)基本上是將基層中的土壤完全開挖，然后再使用砂石填料，可以有效提高軟土的強度。在開挖軟土地基時，可以使用一些開挖設(shè)備進行開挖。地基承受的主要力是剪切力，軟土的最大缺點是抗剪強度不高，而礫石等材料則具有良好的抗剪強度。更換后，將獲得良好的基礎(chǔ)抗剪力。道路施工中的地基沉降是不可避免的問題，無論使用何種材料，都會出現(xiàn)這樣的問題，因此，只能采取適當(dāng)?shù)拇胧┘右越鉀Q[5]。

3.3 土木合成材料加固技術(shù)

在使用土木合成材料加固技術(shù)時需要與軟土地基的實際情況結(jié)合起來應(yīng)用，針對軟土地基的實際情況選擇合適的土木工程合成材料，以滿足軟土地基加固的實際需求。合成材料加固包括通過在加固樁上添加減震層來加固軟土地基，以在樁之間均勻分配填充載荷。土木合成材料被填充在土工布與礫石墊層之間，可以有效地改善軟土地基的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，在受到外部壓力時，不會變形，從而有效地防止沉降問題發(fā)生。

3.4 緊密加固法

3.4.1 排水?dāng)D密加固法

主排水?dāng)D密加固法要適用于周圍高含水量的沼澤、河流、湖泊和海洋等軟土地基，本質(zhì)上是通過施加壓力的方式將軟土地基中的水分大量擠出，從而增加其密實度與承載能力，是一種新型的加固技術(shù)，具有效果好、結(jié)構(gòu)簡單的特點，在現(xiàn)代工程建設(shè)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。

3.4.2 強夯法

強夯法通常使用8～30t的重錘進行動力壓實，以提供地基加固，增加地基強度，降低壓縮特性等。防止砂土液化的狀態(tài)，從而可以增加地基的承載力。強夯法適用于飽和粘土的應(yīng)用，并擴展了替代動力固結(jié)的傳統(tǒng)方法。使用外力將高強度材料壓入地基，在建筑地基中形成與原始地基相匹配的碎石支撐，從而顯著提高了地基的承載力。

3.4.3 高壓噴射注漿法

高壓噴射注漿法與強夯法有一些相似之處。高壓噴射注漿法可將水泥，粉煤灰和其他具有良好強度并且固結(jié)性較好的材料注入軟土地基的深層，以提高整個地基的強度。其中，高壓射流割斷、打碎土壤、攪拌壓實，導(dǎo)致漿液和土壤顆粒被迫混合和固化。高壓噴射注漿法適用于含水量高的軟土地基。

4? 水利水電施工中對不良地基的處理方案

4.1 壩基涌泉處理

壩基涌泉可能來自基巖裂縫，松散的土層或巖溶管道。大壩底部有涌泉時，會導(dǎo)致土壩管地基土被管涌帶出，并導(dǎo)致塔身不穩(wěn)定，甚至造成滲水通道，因此需要進行及時處理。通常使用以下方法進行處理：對于基巖涌泉，如果可以將其阻塞，則使用混凝土將其阻塞。如果水量很大，請將引入集水坑，并使用礫石施工回填。

4.2 深覆蓋層處理

當(dāng)?shù)鼗巧?、卵石、礫石、殘坡層時，由于沖積層的厚度較大，因此堆積量很大，很難挖出并徹底清除。此類地基是疏松的，具有高孔隙率、高滲透率，并且容易形成壓縮變形和滲漏。常用的處理方案是灌漿固結(jié)或者帷幕灌漿、設(shè)置混凝土防滲墻或高壓噴砂漿建造防滲墻、使用沉重樁或摩擦樁擴大基礎(chǔ)[6]。

4.3 高滲透層防滲處理

以水利工程大壩為例進行分析，在施工過程中，大壩主體結(jié)構(gòu)的基層主要由砂、礫石和卵石組成，是高滲透性的層，通常在施工過程中需要及時挖掘。在土壩基礎(chǔ)施工中，砂、礫石和卵石對基層的相對強烈沖擊通常會導(dǎo)致嚴重的水流失，并且很容易形成強烈的管涌，從而不斷增加水利水電工程的揚壓力，既影響水利水電工程的可持續(xù)性，也影響正常使用的防滲技術(shù)。

4.4 地基軟弱帶處理

傾角較大的軟弱帶處理中，必須挖出地基軟弱帶并用混凝土填充，深度應(yīng)為地基軟弱帶寬度的1～1.5倍，兩翼的槽口應(yīng)在1∶1和1∶0.5之間。如果地基軟弱帶的寬度較寬或質(zhì)地較疏松，則應(yīng)使用混凝土拱或混凝土梁將較高的承載力分配給兩翼上的整個巖體。對于土壩地基軟弱帶，有必要先開挖一些軟弱帶，然后用混凝土回填，以免滲流沖刷大壩主體。在上游位置，當(dāng)水庫連接到地基軟弱帶時，應(yīng)挖開防滲并用混凝土回填，或用防滲齒墻以防止?jié)B水。如果壩基肩部存在傾角較大的地基軟弱帶，則可以通過安裝傳力框架，傳力混凝土墻和預(yù)應(yīng)力錨固來解決。

5? 混凝土大壩不良地基灌漿處理分析

5.1 選擇高性能灌漿材料

當(dāng)使用灌漿的方式處理不良地基時，選擇灌漿材料時應(yīng)考慮以下幾個方面。首先，要明確不良地基的處理目的，即對大壩基礎(chǔ)進行防滲補強和堵漏，高性能灌漿材料指的是漿液固化后可以具有較高的強度，可以有效地保持混凝土結(jié)構(gòu)的材料。使其防滲堵漏的要求是混凝土具有很強的抗?jié)B性，并且對漿液強度的要求并不高。但是，灌漿材料必須具有較高的澆注速率，因此必須選擇滿足標(biāo)準的灌漿。最后，灌漿材料的耐用性也非常重要，選擇的灌漿材料應(yīng)具有較好的耐用性，并且不會因外部腐蝕而改變。

5.2 灌漿前科學(xué)處理不良地基

除了施工現(xiàn)場的地質(zhì)原因外，還有許多其他影響因素會導(dǎo)致不良地基出現(xiàn)。因此，不同的情況需要不同的處理，主要有兩種處理方式。（1）解決基本問題（例如小裂縫）的表面處理方法，可以使用一些鋼絲刷工具進行處理，軟化并清除表面上的污垢，然后使用一些清潔工具進行清潔，比如有機溶液。清潔后，確保裂縫表面干燥。（2）鑿槽法，主要用于對較大的裂縫進行處理，先使用工具把裂縫完成V型槽。凹槽的寬度和深度由裂縫的大小決定，達到標(biāo)準之后，向兩側(cè)加快，然后進行填充。

5.3 灌漿結(jié)構(gòu)加固

導(dǎo)致混凝土大壩開裂的主要原因是沉降不均勻，尺寸控制也主要受到外部影響。在混凝土大壩運行期間，大壩也會變形。因此，面對這些問題，僅依靠灌漿是遠遠不夠的，還需要處理表面層。這兩種方法的結(jié)合可以更徹底地消除裂縫，使灌漿結(jié)構(gòu)得到有效加固，但解決該問題的根本措施還是選擇高質(zhì)量的灌漿材料。

6? 結(jié)語

在水利水電工程建設(shè)中，對不良地基的處理尤為重要，這直接影響到工程質(zhì)量。對于不良地基，有必要調(diào)查其性質(zhì)和程度，找出構(gòu)成不良問題的因素，然后確定對水利水電工程的影響程度，并根據(jù)具體情況選擇最科學(xué)、最經(jīng)濟、最有效和最簡單的處理方案。

參考文獻

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