水利工程常見不良地基基礎施工方法與處理策略探究

張興旺

(甘肅省張掖市甘蘭水利水電建筑設計院，甘肅 張掖 734000)

水利工程施工建設過程中，不良地基基礎較為常見，此類地基存在天然地質(zhì)缺陷，如未能及時處理，則可能影響水利工程的穩(wěn)定性及安全性，并會導致開裂、滑坡、坍塌等嚴重質(zhì)量問題。為此，在水利工程施工過程中需提高對不利地基基礎施工的重視程度，并結合實際情況采取有效的施工方法及處理策略，以保證水利工程施工質(zhì)量符合相關標準要求。

1 水利工程不良地基基礎特點及危害性

筆者總結水利工程不良地基基礎的特點及危害性如下。淤泥質(zhì)軟土地基下圖1所示。

1)不良地基地質(zhì)條件較差，基礎結構中混凝土與巖石、巖石與巖石及其他對抗滑穩(wěn)定性產(chǎn)生影響的結構面無法滿足抗壓的相關標準，如在此區(qū)域設置建筑物則其極易處于失穩(wěn)狀態(tài)，并可產(chǎn)生剪力破壞等不良事件，進而影響水利工程的穩(wěn)定性及安全性[1]；2)不良地基含有淤泥質(zhì)軟土、斷層破碎帶、軟弱巖石、濕陷性黃土、膨脹土等，整體承載力偏低，不同位置巖土的強度值差別比較大，地基中含有大量碎裂的雜物，在外力的作用下可產(chǎn)生較大的沉降，進而導致地質(zhì)不均勻沉陷或沉陷量過大，如未能有效處理可導致巖土層變形或破壞。第三，不良地基基礎中含有孔隙率較大的卵礫石、松散礫石、強裂隙透水層、喀斯特滲漏帶、強透水帶、構造破碎帶等，此類結構基礎滲漏率過大，水利破降超出最大容許值，導致水利工程漏失量過大，揚壓力超出限度值，軟弱透水層產(chǎn)生滲透變形，且變形面積逐步加大，進而影響基礎結構的穩(wěn)定性。第四，不良地基基礎內(nèi)部含有無粘性的土粉細砂層，在地震、機械振動等外力作用下極易產(chǎn)生液化，進而導致水利工程穩(wěn)定性降低或損壞。

2 水利工程不良地基基礎施工方法與處理策略

2.1 基礎軟弱帶的施工方法與處理策略

水利工程地基基礎軟弱帶主要包括傾角大于30°的中高傾角軟弱帶、傾角小于30°的緩傾角軟弱帶，二者對水利工程的影響存在差異，施工人員采用適宜的施工方法及處理策略。

1)中高傾角軟弱帶施工方法及處理策略。①如水利工程施工區(qū)域存在中高傾角軟弱帶，施工人員需將軟弱帶挖出，并回填適量混凝土，以形成混凝土塞結構，進而提高地基的穩(wěn)定性。在開挖軟弱帶的過程中，施工人員需保證開挖深度為軟弱帶寬度的1倍-1.5倍，如軟弱帶整體規(guī)模較小，可適當縮減施工范圍，保持軟弱帶寬度與開挖的深度一致即可，也需保證兩側(cè)邊坡開挖范圍的一致性，如施工區(qū)域軟弱帶的面積較大且處于疏松的狀態(tài)，則需優(yōu)先利用混凝土梁實施預處理，使上部構筑物產(chǎn)生的應力能夠傳輸至強度較大的巖體中[2]。在處理土壩壩基區(qū)域軟弱帶的過程中，施工人員需優(yōu)先清除部分軟弱帶，并回填適量粘土或混凝土，以形成阻水蓋板結構，避免流沙侵蝕壩身區(qū)域填土；②水利工程上游段庫水與軟弱帶連通的區(qū)域施工過程中，施工人員需設置防滲齒墻，也可開挖防滲井，并在井內(nèi)回填部分混凝土；③在水利工程施工的地區(qū)如果存在密集分布的裂隙地帶，則需要將松散狀態(tài)的土質(zhì)清除，并回填強度較大的混凝土，配合采用防滲裝置，以達到最佳處置效果；④如施工區(qū)域壩肩存在裂隙，則需要采用傳導力的墻體、框架結構等實施錨固處理，完成處理后進行質(zhì)量檢驗，并設施混凝土防滲墻。

2)緩傾角軟弱帶施工方法及處理策略。①施工人員預先完成挖掘施工操作，將不適宜施工的軟土清除，對應區(qū)域更換為強度更大的混凝土，完成相關操作后檢驗施工質(zhì)量，達標后進行固結灌漿處理即可；②施工人員需選擇適宜位置設置穿透軟弱帶的防滑齒墻，以保證地基基礎的牢固程度；③施工人員在處理軟弱帶的過程中可通過高壓噴射的方式完成軟弱物質(zhì)的清除，完成操作后灌注或回填適量水泥砂漿。穿過軟弱帶施工過程中，施工人員需規(guī)范完成預應力錨固操作，并穿過軟弱帶設置抗剪樁[3]。

2.2 可液化土層的施工方法與處理策略

與常規(guī)土層不同，可液化土層的主要特點是外力作用于無粘性的土層后，抗剪作用完全消失，孔隙區(qū)域水壓上升?？梢夯翆影ㄝp微、中等、嚴重三級(如表1)，會導致地基產(chǎn)生滑動位移或沉陷等多種問題，并會影響上部構筑物的穩(wěn)定性及安全性，為此需采取有效的處置措施。1)施工人員在處置可液化土層的過程中需將其開挖清除，并在對應區(qū)域置入防滲性能良好且強度較高的材料；2)施工人員可采用分層振動、振沖擠密等方式處理可液化土層，并在周邊區(qū)域設置混凝土圍墻，以達到封閉可液化土層的效果；3)施工人員需穿透可液化土層設置灰土樁或砂樁，也可設置砂井[4]。

2.3 強透水層施工方法與處理策略

水利工程剛性壩基中如存在礫石層、卵石層、砂石層等強透水層，則可導致較為嚴重的透水問題，使水利工程水量損失，并可引發(fā)機械管涌，使揚壓力增大，進而影響水利工程的穩(wěn)定性。為解決此類問題，施工人員需采取如下的施工方法及處理策略。1)施工人員需利用機械設備或通過人工操作的方法清除透水性過強的地層，如砂石、卵石層等，對應區(qū)域灌注一定量的混凝土材料，并建立具有截水作用的墻體[5]；2)在建立防滲墻的過程中，施工人員需利用沖擊鉆的呢過設備輔助構建直徑較大的孔結構，并在孔內(nèi)填充混凝土，也可填充黏土；3)在灌漿的過程中，為保證質(zhì)量，可采用機械設備進行高壓噴射灌漿，完成操作后通過灌漿試驗進行質(zhì)量檢驗；4)為改善強透水層處理效果，施工人員采用混凝土或粘土鋪蓋壩前，使?jié)B徑延長。防滲墻、帷幕后方區(qū)域采取必要的排水減壓措施，并設施反濾層。

2.4 膨脹土施工方法與處理策略

膨脹土中含有親水礦物質(zhì)組成的高粘成分，此類物質(zhì)通常處于硬塑狀態(tài)，接觸水分后體積迅速膨脹，失去水分后迅速收縮，此種變化可影響上方修剪購置物的穩(wěn)定度，導致沉降或開裂等問題，也可導致地基移動。為解決此類問題，施工人員需采取如下施工方法及處理策略。1)施工人員完成地基開挖后需及時妥善保護，避免冰凍、暴曬等問題，及時清除內(nèi)部積水，也可在地基中預設保護層，但在操作結束后需第一時間填筑，確保對應區(qū)域土層含水量處于適宜的范圍；2)為避免地基受損，施工人員可通過設置截水墻的方式阻斷水流作用；3)施工人員需在非膨脹土層的樁基設施樁端，以保證膨脹土得到有效的處理[6]。

2.5 淤泥質(zhì)軟土施工方法與處理策略

腐泥、泥炭等類型的土壤中淤泥含量過高，牢固程度及承載能力嚴重不足，在應力的壓縮作用下形態(tài)發(fā)生比較明顯的變化，導致其上方區(qū)域的構筑物處于失穩(wěn)的狀態(tài)，嚴重影響建筑的安全性。為解決此類問題，施工人員需采取如下施工方法及處理策略。1)施工人員需開挖清除淤泥質(zhì)軟土，填充適量砂墊層，設置砂井排水，并采用拋石的方式擠出內(nèi)部淤泥；2)施工人員處理淤泥質(zhì)軟土的過程中需控制加荷速率，誘導其逐步排水固結；3)在處理淤泥質(zhì)軟土的過程中，施工人員可利用樁基，也可適當擴大建筑物基礎，預留適當?shù)某料萘浚?)施工人員可在底部區(qū)域填充砂礫石，并采用板樁墻封閉處理，配合采用鎮(zhèn)壓層法，以提高淤泥質(zhì)軟土地基基礎處理效果。

2.6 深覆蓋層施工方法與處理策略

深覆蓋層屬于水洗中長期沖刷堆積后形成的土層，此類土層致密性嚴重不足，透水性過強，在外力作用下可產(chǎn)生變形等較為嚴重的質(zhì)量穩(wěn)定，整體抗應力作用較弱。為解決此類問題，施工人員需采取如下施工方法及處理策略。1)施工人員可采用振碾夯實、強夯、壓實土體表層等方式處理深覆蓋層；2)施工人員需采用帷幕灌漿、固結灌漿等基礎處理地基，并利用高壓噴射灌漿施工技術建立防滲墻，也可設施混凝土截水墻；3)施工人員需在水利工程壩前區(qū)域采用防滲措施，通過機械設備完成沉樁等施工操作，并增加基礎區(qū)域的總面積，控制荷載。

2.7 喀斯特地基施工方法與處理策略

喀斯特地基在水利工程中比較常見，其主要特點是結構松散，內(nèi)部含有大量網(wǎng)狀結構或碎裂的結構，通過觀察能夠發(fā)現(xiàn)內(nèi)部被侵蝕的問題比較嚴重，透水性過強，承載能力嚴重不足，無法滿足修剪水利工程的基本要求，因此需要妥善處理。此類地基的主要特點為透水且強度不均，如未能有效處理，會導致水利工程產(chǎn)生管涌等問題的。第二種是體積較大的洞穴，壩基區(qū)域能夠發(fā)現(xiàn)溶蝕漏水管道，管道為半填充或填充，可能導致地基巖體不均勻，承載力下降，極易產(chǎn)生不均勻沉降等問題。上述兩種喀斯特地基的處理方案存在一定差異，第一種多采用截斷滲水、置換、降低揚壓力等方式處理，也可能通過擴大基礎的方案將壓力轉(zhuǎn)移。第二種多采用堵漏及防滲的施工方案，以提高地基的整體強度。

1)強喀斯特溶蝕破碎帶施工方法與處理策略。①手工人員需優(yōu)先清除地基表層區(qū)域存在的強烈溶蝕巖體結構，完成操作后進行固結灌漿施工操作；②施工人員需合理設施灌漿帷幕，在水利工程壩前區(qū)域鋪設粘土或混凝土防滲，鋪設防滲的厚度為1m以上，長度為水頭的5倍以上；③施工人員需在適宜的位置設施齒墻、截水墻，墻體需穿透表層區(qū)域的強喀斯特發(fā)育帶；④為提高結構的穩(wěn)定性，施工人員可采用整體剛性基礎結構，也可通過擴大基礎的方案完成處理。

2)喀斯特洞穴管道施工方法與處理策略。①施工人員優(yōu)先實施開挖施工，清除洞穴內(nèi)部填充物后回填適量混凝土，也可采用混凝土蓋板結構完成封閉；②施工人員妥善封堵漏水的洞口，也可封堵漏水通道斷面狹窄區(qū)域。實施上述操作過程中，施工人員需控制地下水氣產(chǎn)生的反壓力作用，預留排氣通路。如采用石塊進行施工，則需采用砂石粘土進行封堵，并在操作過程中于粘土下層區(qū)域設施反濾層。施工人員在封堵連通暗河漏水口時需要重點關注在雨季暗河水位上升情況，并在蓋板上方區(qū)域設施逆止閥門；③如地下喀斯特管道集中滲漏區(qū)域埋藏深度較淺，施工人員可在對應區(qū)域修建截水墻，如下部可見隔水層，則可連接隔水層與截水墻；④施工人員在庫周淺水區(qū)發(fā)現(xiàn)漏水洞口時，需設置混凝土圍墻，也可采用土堤隔離漏水區(qū)域；⑤施工人員需對漏水通道實施鉆孔注漿或水泥灌漿，也可灌注粘土或混凝土，以形成帷幕結構。

2.8 壩基涌泉施工方法與處理策略

涌泉問題是嚴重困擾水利工程施工的地基質(zhì)量問題，其形成的原因非常復雜，可能影響大壩的整體結構穩(wěn)定性，也可能導致后需開展混凝土等施工項目的難度明顯升高，使工期延長，工程造價增加。筆者認為，可通過以下方案處理涌泉問題。1)在基巖涌泉的處理過程中，可將混凝土灌注至發(fā)生涌泉的部位，并對水流進行引導，使涌泉的水流流動至基坑區(qū)域，填充適量砂石料，配合混凝土回填等方案進行全方位的封堵處理；2)為強化涌泉的處理效果，可在對應區(qū)域設施閥門，調(diào)整涌泉方向至水庫內(nèi)部，進而有效避免水庫水量損失等問題。

3 結語

綜上分析，水利工程施工過程中，不良地基基礎為常見問題，如未能采取有效的處理措施，則可能影響水利工程的穩(wěn)定性及安全性。不同類型水利工程對地基基礎承載力及強度、穩(wěn)定性的要求不同，不同類型不良地基基礎的處理方式也存在較大差異，為此施工人員需加強研究分析，結合實際情況確定適宜的不良地基基礎施工方法及處理策略，并在實踐中不斷總結經(jīng)驗，以實現(xiàn)對不良地基基礎的有效處理。