水利工程中不良地基的處理措施

劉巧玲

（定西市安定區(qū)巉口水利工作站，甘肅 蘭州 743022）

0 引言

受復(fù)雜地質(zhì)水文條件影響，水利工程中常見透水層、可液化土層、軟弱地基、淤泥地基、深覆蓋層地基等不良地基，會(huì)對(duì)水利工程建設(shè)施工造成極大影響。為保障水利工程建設(shè)質(zhì)量，提升地基承載力與穩(wěn)定性，需針對(duì)各不良地基土層進(jìn)行分析，結(jié)合地基實(shí)際情況進(jìn)行處理應(yīng)對(duì)，合理運(yùn)用多種處理技術(shù)，最大限度提升不良地基處理效果。本文探討水利工程中常見的不良地基及其處理技術(shù)，結(jié)合水利工程實(shí)例進(jìn)行針對(duì)性分析，旨在明確不同類型不良地基適宜的處理技術(shù)，為類似工程提供一定的參考。

1 水利工程中常見的不良地基及其處理

1.1 透水層處理

水利工程施工期間，需將強(qiáng)透水層挖除，并處理礫石、砂石等結(jié)構(gòu)，該類結(jié)構(gòu)透水性強(qiáng)，不進(jìn)行清除處理可能會(huì)引發(fā)管涌問題，同時(shí)需約束限制壓力參數(shù)，以此保障防滲效果。透水層處理技術(shù)具體包括：（1）運(yùn)用混凝土材料或黏土材料替換透水層范圍內(nèi)的礫石、砂石，在此基礎(chǔ)上構(gòu)筑截水墻，用于降低地層透水性，防止透水層降低水利工程施工效果。此外，需在沖抓鉆等用具幫助下控制孔徑，確保黏土、混凝土的換填效果，同時(shí)還可加固防滲墻[1]。（2）引入高壓噴射灌漿處理技術(shù)，進(jìn)一步加強(qiáng)防滲效果。施工過程中，需運(yùn)用混凝土、黏土進(jìn)行地層鋪設(shè)，并做好帷幕排水降壓處理，構(gòu)筑反濾層結(jié)構(gòu)。在反濾層結(jié)構(gòu)作用下提升水利工程地基穩(wěn)定性，對(duì)透水層進(jìn)行良好處理。

1.2 可液化土層處理

可液化土層是水利工程常見的不良地基類型。無黏性土層孔隙水壓力，在物理學(xué)靜力作用下容易產(chǎn)生驟升現(xiàn)象。壓力的增大降低了土層抗剪強(qiáng)度，致使可液化土層出現(xiàn)地基沉陷現(xiàn)象，甚至產(chǎn)生滑移問題，對(duì)水利工程安全性及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性產(chǎn)生極大威脅。因此，在水利工程施工前期，需集中處理可液化土層。處理該不良地質(zhì)土層時(shí)應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，將可液化土層部分進(jìn)行挖除，選用強(qiáng)防滲效果、高強(qiáng)度土質(zhì)進(jìn)行替換處理。此外，還可應(yīng)用強(qiáng)夯法，進(jìn)行振動(dòng)分層壓實(shí)，以此起到加固土層的效果。除此之外，應(yīng)注意構(gòu)筑混凝土圍墻，用于避免可液化土層向外擴(kuò)散，或可布設(shè)管樁結(jié)構(gòu)，對(duì)可液化土層進(jìn)行貫穿，以此達(dá)到良好處理可液化土層的目的?？梢夯翆拥奶幚硇杞Y(jié)合水利工程現(xiàn)場(chǎng)施工條件，盡可能降低液化程度，提升土層穩(wěn)定性，以此較好地處理不良地基，使水利工程項(xiàng)目能夠安全施工。

1.3 軟弱土地基處理

軟弱地基為水利工程常見地基，是影響水利工程地基穩(wěn)定性的不利因素。為確保水利工程建設(shè)質(zhì)量，必須選用適宜處理技術(shù)，提升軟弱地基承載力與穩(wěn)定性。處理軟弱地基時(shí)，多選擇以下技術(shù)手段：（1）運(yùn)用強(qiáng)夯法改善地基承載性能，結(jié)合水利工程實(shí)際情況選擇強(qiáng)夯參數(shù)，通過強(qiáng)夯技術(shù)提高地基密度；（2）引入注漿技術(shù)可使地質(zhì)結(jié)構(gòu)要素緊密銜接，在適宜的鉆孔注漿工藝下，極大提升軟弱土層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，固結(jié)土壤；（3）若軟弱地基中存在不良水文結(jié)構(gòu)，如基巖裂隙水、孔隙潛水等，可選用排水固結(jié)法，對(duì)軟弱地基中的不良水文結(jié)構(gòu)進(jìn)行處理，防止出現(xiàn)地基沉降問題；（4）軟弱地基土層松軟，為保障地基穩(wěn)定性，必須進(jìn)行地基加固，此時(shí)可構(gòu)筑預(yù)應(yīng)力管樁。水利工程軟弱地基的處理主要采用上述技術(shù)手段，具體應(yīng)用要點(diǎn)下文結(jié)合實(shí)際水利工程展開分析。

1.4 淤泥地基處理

水利工程在水文地質(zhì)條件影響下，常存在淤泥質(zhì)土、內(nèi)部腐泥環(huán)境條件，形成淤泥地基。該類地基含水量超出標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)重降低水利工程地基抗剪性及承載力，在淤泥地基的流動(dòng)性及軟塑性作用下，大幅降低了水利工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性[2]。淤泥地基若不加以處理將會(huì)引發(fā)地基變形問題，因此在水利工程施工過程中，需妥善處理淤泥地質(zhì)。（1）需根據(jù)水利工程實(shí)際水文地質(zhì)條件及建設(shè)要求，將淤泥質(zhì)軟土全部挖除，并運(yùn)用砂墊層進(jìn)行排水處理，降低塌陷問題出現(xiàn)概率，提升地基固結(jié)效果。此外，還可運(yùn)用砂石擠掉淤泥，逐步提升地基穩(wěn)定性，使地基滿足水利工程建設(shè)條件。（2）集中處理淤泥地基的荷載速率，按照技術(shù)規(guī)范進(jìn)行排水固結(jié)，對(duì)淤泥地基進(jìn)行加固，同時(shí)還可立足于水利工程實(shí)際條件構(gòu)建樁基結(jié)構(gòu)，用于進(jìn)一步加固地基結(jié)構(gòu)。（3）構(gòu)筑板樁墻，對(duì)淤泥進(jìn)行圍封，用于提升砂石摩擦力，增強(qiáng)地基穩(wěn)定。此外，還可結(jié)合水利工程情況構(gòu)建鎮(zhèn)壓層，進(jìn)一步改善淤泥地基環(huán)境，為水利工程安全化施工奠定基礎(chǔ)。

1.5 深覆蓋層地基處理

水利工程地基附近存在較厚泥石、堆積層、砂石層，將形成深覆蓋層地基，同樣可影響水利工程的地基穩(wěn)定性。若全部挖除深覆蓋層進(jìn)行換填，將會(huì)產(chǎn)生極高成本，不利于水利工程的建設(shè)。因此，一旦水利工程發(fā)現(xiàn)了深覆蓋層地基，需結(jié)合實(shí)際情況針對(duì)性應(yīng)對(duì)，盡可能削弱地基不利影響。深覆蓋層地基中常出現(xiàn)軟弱夾層，該夾層是影響地基穩(wěn)定性的主要因素，在處理時(shí)可引入強(qiáng)夯法，采用錘擊夯實(shí)的方式進(jìn)行地基加固，以此避免地基滲漏不穩(wěn)，提高地基密實(shí)度。除此之外，可立足于水利工程設(shè)計(jì)情況，選用地基帷幕灌漿方式進(jìn)行不良地基處理，并根據(jù)需求增設(shè)防水墻或截水墻，采用適宜方式消除深覆蓋層地基存在的滲漏隱患，保障地基處理效果。

2 水利工程不良地基處理技術(shù)應(yīng)用實(shí)例分析

2.1 工程概況

2.1.1 基本概況

為增強(qiáng)不良地基處理技術(shù)研究實(shí)效，選用某水利工程為實(shí)例展開針對(duì)性分析。某水利工程為水力發(fā)電項(xiàng)目，為增加水利工程效益，開設(shè)了水產(chǎn)養(yǎng)殖、旅游等具有附加產(chǎn)值的業(yè)務(wù)活動(dòng)。該水利工程河面寬度、河床高度分別為80m、495m，水深2～4m。對(duì)水利工程地基情況進(jìn)行分析總結(jié)，發(fā)現(xiàn)該工程存在不良地基，壓縮性較強(qiáng)，在高壓條件下易出現(xiàn)變形問題，同時(shí)在水文結(jié)構(gòu)影響下容易發(fā)生地面沉降隱患，危害性較大。經(jīng)綜合分析，確定該工程為軟弱黏土地基。

2.1.2 地質(zhì)條件

對(duì)水利工程施工現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件進(jìn)行勘探，明確第四紀(jì)白堊紀(jì)泥巖為該水利工程的地基巖質(zhì)。地基巖土分散，不同地基區(qū)域內(nèi)的土質(zhì)條件存在較大差別，而水利工程地基表層為雜填土層，地基上部土質(zhì)、中部巖層、下部基巖主要為粉細(xì)砂、黏性土、白堊紀(jì)泥巖。由此可見，該水利工程地基穩(wěn)定性稍有不足。

2.1.3 水文條件

該工程徑流主要源自大氣降水，該區(qū)域年降水量及徑流變化量總體趨于穩(wěn)定，但季節(jié)性顯著，枯水期、汛期徑流量分別占據(jù)年徑流總量的15.3%、84.7%，枯水期與汛期存在較大差異。對(duì)該工程水文情況進(jìn)行勘測(cè)，發(fā)現(xiàn)地基河床存在基巖裂隙水、孔隙潛水兩種地下水，給水利工程地基穩(wěn)定性產(chǎn)生了極大影響。（1）基巖裂隙水。該地下水為構(gòu)造裂隙水，巖層為砂巖夾板巖，經(jīng)勘測(cè)，在地基區(qū)域范圍內(nèi)裂隙水總含水量相對(duì)較少，但因該工程河谷割切較深，河床較高，致使基巖裂隙水在大氣降水補(bǔ)給下能夠在一定范圍內(nèi)形成循環(huán)排水，采用管流、片流形式逐漸流動(dòng)至低洼區(qū)域，形成水流匯集。（2）孔隙潛水。該工程的巖類孔隙潛水主要存在于河床處及地基處，巖層為1～3m厚的含礫粉質(zhì)黏土，厚度相對(duì)較薄，巖層富水率低，大氣降水及裂隙水均可對(duì)孔隙潛水產(chǎn)生補(bǔ)給，但該補(bǔ)給存在顯著季節(jié)性特征，遭遇降水后，將在短時(shí)間內(nèi)使水分排向低洼處。

2.2 技術(shù)應(yīng)用

2.2.1 強(qiáng)夯技術(shù)

運(yùn)用強(qiáng)夯法處理水利工程不良地基之前，需借助標(biāo)準(zhǔn)貫入法檢測(cè)不良地基的承載性能，同時(shí)采用靜力觸探的方式檢測(cè)液化指標(biāo)。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果來看，該工程地基表層無液化現(xiàn)象，但地基中下部具有中度液化隱患，同時(shí)該項(xiàng)目的不良地基承載力超出250kPa，符合不良地基要求[3]。該工程為軟弱黏土地基，為加固地基，提升地基承載力，該工程選用強(qiáng)夯技術(shù)進(jìn)行不良地基的加固。在實(shí)際處理施工期間，該工程應(yīng)用強(qiáng)夯法處理不良地基時(shí)分為三個(gè)施工階段：（1）階段一為2500kN·m 強(qiáng)度的單夯；（2）階段二為2000kN·m 強(qiáng)度的單夯；（3）階段三為1000kN·m強(qiáng)度的滿夯。在三個(gè)階段施工中，階段一與階段二施工時(shí)需間隔3日。強(qiáng)夯法施工之前需明確不良地基，結(jié)合不良地基實(shí)際情況確定首次單夯位置，計(jì)算夯點(diǎn)與夯錘之間的鉛垂線距離，以此確保夯錘能夠在指定位置自由下落，繼而對(duì)夯點(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確夯擊。完成首次單夯后需填平夯坑，間隔3日進(jìn)行第二次單夯，按照技術(shù)規(guī)范完成第三次滿夯并填平夯坑后，需建設(shè)夯坑保護(hù)層，約30cm厚，以此保障地基穩(wěn)定性。強(qiáng)夯施工結(jié)束后，需注意檢測(cè)夯坑中心偏移量，若偏移量參數(shù)超出規(guī)范，需運(yùn)用碎石進(jìn)行夯坑換填，以此控制偏移量參數(shù)，繼而確保強(qiáng)夯法能夠切實(shí)發(fā)揮作用。其中偏移量允許偏差應(yīng)低于夯錘直徑的十分之一。采用強(qiáng)夯法進(jìn)行施工時(shí)，應(yīng)控制好各項(xiàng)參數(shù)，并嚴(yán)格把控地基夯實(shí)程度，確保地基夯實(shí)加固效果可滿足水利工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。此外，還可依托于地質(zhì)水文調(diào)查情況，對(duì)不良地基密度與深度進(jìn)行預(yù)測(cè)，繼而更好地調(diào)節(jié)夯實(shí)強(qiáng)度，借助強(qiáng)夯技術(shù)提升地基密實(shí)度，繼而起到加固不良地基的效果。

2.2.2 注漿技術(shù)

該工程地基條件較差，選用注漿技術(shù)對(duì)不良地基間隙進(jìn)行加固施工，在硬性凝膠質(zhì)漿體作用下，能夠使地基結(jié)構(gòu)良好凝固，繼而提升地基穩(wěn)定性。漿液注入不良地基間隙后，可構(gòu)筑隔離層，避免河流侵蝕地基，以此防止出現(xiàn)坍塌沉降現(xiàn)象，增加水利工程的地基承載力。采用注漿技術(shù)處理不良地基時(shí)，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況計(jì)算鉆孔深度及孔徑，在該工程中，孔徑60～95mm，孔深7m，將射管緩慢插入鉆孔內(nèi)部，為避免射管在施工過程中遭受磨損，可于射管外部設(shè)置管套，起到一定防護(hù)效果。

2.2.3 排水固結(jié)

排水固結(jié)技術(shù)是水利工程中常用的不良地基處理技術(shù)，在該工程中存在基巖裂隙水、孔隙潛水，因此選用了排水固結(jié)法進(jìn)行處理。該工程借助排水管道組建了排水系統(tǒng)，在排水系統(tǒng)管道作用下排出不良地基中的水分，以此提高地基固結(jié)效果。該工程排水固結(jié)施工流程如下：（1）真空預(yù)壓。在真空預(yù)壓作用下地基進(jìn)入真空狀態(tài)，用于提高穩(wěn)定性。真空預(yù)壓時(shí)需鋪設(shè)砂墊層，設(shè)置排水管道，在專業(yè)設(shè)備應(yīng)用下抽取不良地基內(nèi)的空氣。（2）降水預(yù)壓。采用降水預(yù)壓的方式排除水分，降低沉降問題發(fā)生率。（3）超載預(yù)壓。通過超載的方式使不良地基內(nèi)水分逐漸排除。借助排水固結(jié)法處理不良地基時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況布置管道，以實(shí)地勘察結(jié)果為依據(jù)確定管道方向，由于該水利工程的表面黏土厚度相對(duì)較薄，故施工時(shí)鋪設(shè)一層砂墊，設(shè)置在表層黏土內(nèi)，用于提升水利工程地基厚度，以此確保排水效果，避免地基沉降現(xiàn)象。

2.2.4 預(yù)應(yīng)力管樁

對(duì)于不良地基而言，可通過構(gòu)筑預(yù)應(yīng)力管樁進(jìn)行加固。在不良地基中埋入預(yù)應(yīng)力管樁來緩解土質(zhì)松軟現(xiàn)象。預(yù)應(yīng)力管樁技術(shù)施工之前需結(jié)合水利工程實(shí)際情況調(diào)整樁位，并進(jìn)行管樁編號(hào)，使鉆頭對(duì)齊樁位，在水平尺幫助下調(diào)平樁機(jī)，確定樁機(jī)位置后啟動(dòng)鉆頭，按照施工要求進(jìn)行旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，并于施工期間標(biāo)明鉆孔位置與深度，便于后續(xù)檢查[4]。預(yù)應(yīng)力管樁施工時(shí)需控制好水泥漿配比及外加劑、水和水泥的用量，待漿液攪拌充分后測(cè)定其濃度，待質(zhì)量達(dá)標(biāo)后進(jìn)行標(biāo)注。鉆機(jī)鉆頭鉆進(jìn)至指定深度后檢查鉆具暢通情況，啟動(dòng)裝置后按照設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行輸漿并攪拌，待鉆進(jìn)至指定位置后停止攪拌，將傳送裝置反轉(zhuǎn)并展開噴漿作業(yè)。

該工程針對(duì)不良地基實(shí)際情況選擇了強(qiáng)夯技術(shù)、注漿技術(shù)、排水固結(jié)法、預(yù)應(yīng)力管樁四種處理技術(shù)，從不同方面對(duì)不良地基進(jìn)行了良好處理。經(jīng)多種技術(shù)協(xié)同應(yīng)用后，極大地提升了地基承載性能，規(guī)避了沉降等不良問題，處理效果符合水利工程施工建設(shè)要求。

3 結(jié)束語

綜上所述，透水層、可液化土層、軟弱地基、淤泥地基、深覆蓋層地基是水利工程中常見的不良地基，若不加以處理將嚴(yán)重影響水利工程建設(shè)質(zhì)量。為避免質(zhì)量安全事故，需選擇適宜處理技術(shù)。該工程為軟弱黏土地基，在處理時(shí)選用了強(qiáng)夯技術(shù)、注漿技術(shù)、排水固結(jié)法、預(yù)應(yīng)力管樁，在多種技術(shù)協(xié)同應(yīng)用下良好解決了不良地基對(duì)水利工程的影響，技術(shù)應(yīng)用效果顯著。