水利工程地基加固的理論與方法

李翔

水利工程的安全性和穩(wěn)定性在很大程度上取決于地基的質(zhì)量和穩(wěn)定狀況。地基加固旨在通過一系列科學有效的方法和技術(shù)，提升地基的承載能力、改善地基的穩(wěn)定性并減少地基沉陷變形，從而確保水利工程的長期穩(wěn)定運行。《水利工程地基處理》一書為水利工程師提供了多種地基加固方法的選擇和應用指南，能夠幫助其更好地應對復雜的地質(zhì)條件和地基狀況，確保工程的穩(wěn)定性和安全性。

水利工程常常需要在復雜地質(zhì)條件下進行建設(shè)，軟弱土層、沉積物堆積、地下水位變化等對水利工程的穩(wěn)定性和安全性構(gòu)成了潛在挑戰(zhàn)。軟弱土層承載能力較弱，容易發(fā)生沉陷或變形；沉積物的堆積會導致地基不均勻，致使工程建設(shè)面臨不利的地質(zhì)條件：地下水位變化可能會引起地基土壤液化或穩(wěn)定性下降，對水利工程的結(jié)構(gòu)造成威脅。為了確保水利工程的可靠性和持久性，地基處理已成為至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。合適的地基處理方法如排水固結(jié)法、強夯法、振沖法、灌漿法、復合地基加固法等，可以在一定程度上克服復雜的地質(zhì)條件帶來的挑戰(zhàn)。

排水固結(jié)法是水利工程地基加固常用的方法，旨在通過有效的排水方式來提高地基的穩(wěn)定性和承載能力。這一方法適用于軟土地基的處理，其核心理念是減少土壤內(nèi)部的孔隙水，從而提高土壤的承載能力和穩(wěn)定性。排水固結(jié)法通常采用排水設(shè)施將地下水引至外部水體或匯集系統(tǒng)中。隨著水分的減少，土壤顆粒之間的摩擦力逐漸增大，顆粒重新排列并更緊密地結(jié)合在一起，提高了土壤的承載能力和穩(wěn)定性。排水固結(jié)法的實施通常需要考慮周圍環(huán)境、地下水流動情況以及工程的特殊要求等。此外，監(jiān)測地基的沉降情況也非常重要，以便及時調(diào)整排水設(shè)施，確保地基處理的有效性。

強夯法通過運用鋼質(zhì)夯錘將土壤顆粒夯實或振實，以增強土壤的密實度和承載能力，提高地基的穩(wěn)定性和強度。通常會選擇特定形狀和重力的鋼質(zhì)夯錘，通過自由落擊或振動作用于土壤表面，使土壤顆粒重新排列并更加密實，提高土壤的承載力，改善地基的穩(wěn)定性。這種方法在地基改良過程中對土壤的質(zhì)地和顆粒大小有一定的要求，較適用于粉砂、粉土等類型的土壤。強夯法的優(yōu)點在于施工簡單高效，適用于大面積的地基改良。同時，它也具有操作靈活、成本較低等特點。然而，對于一些土質(zhì)較為堅硬或含水量較高的土壤，強夯法的效果可能不如預期。此外，在施工過程中需要注意其對周邊環(huán)境的影響，尤其是振動對周圍建筑物和環(huán)境的潛在影響。

振沖法利用振動設(shè)備或水沖擊裝置對土壤施加壓力，將土壤振實或壓實，以改善地基的密實度和穩(wěn)定性。該方法可有效改善軟弱土層或疏松土壤的結(jié)構(gòu)，提高地基的穩(wěn)定性。振沖法應用范圍較廣，適用于不同類型的土壤，包括砂土、粉土、黏土等，具有較好的通用性和適應性。其施工過程相對簡單，能夠快速改善地基的性質(zhì)，提高地基的承載能力和穩(wěn)定性。振沖法在加固地基時也不會產(chǎn)生大量土方運輸和填埋，減輕了對環(huán)境的影響。然而，振沖法也存在一些限制和注意事項，對于某些特殊類型的土壤，如巖石或含水量較高的土壤，振沖法的效果可能不如預期。

灌漿法的核心原理是通過向土壤中灌注特定材料來填充土壤孔隙，增加土壤的密實度和強度，從而提高地基的承載能力和穩(wěn)定性。在施工過程中，這些材料會通過特定的管道系統(tǒng)或孔道被注入土壤中。灌漿材料的選擇通常會考慮土壤類型、工程要求及施工環(huán)境等因素。水泥漿具有較高的強度和耐久性，在填充土壤孔隙的同時，能夠提升土壤的承載能力和穩(wěn)定性；而聚合物漿料則具有較好的滲透性和黏結(jié)性，能夠更好地填充土壤微觀孔隙，提高土壤的整體穩(wěn)定性和強度。灌漿法適用于多種土壤類型和地基情況，能夠有效處理軟弱土地基和地基條件不均勻的問題。此外，它具有施工簡便、灌注深度可控、適應性強等優(yōu)點。

復合地基加固法是水利工程中常用的綜合性地基加固方法。該方法將不同的地基加固技術(shù)有機組合，以應對多樣化和復雜性的地基問題。復合地基加固法的主要手段包括土樁、灰土樁擠密法、夯實水泥土樁、水泥粉煤灰碎石樁、水泥土攪拌樁、高壓噴射注漿法以及柱錘沖擴樁等多種技術(shù)手段。這些技術(shù)手段各具特定的優(yōu)勢和適用范圍，通過多種手段的綜合應用，可以更全面地改善地基狀況，提高地基的整體承載能力和穩(wěn)定性。復合地基加固法在處理不同地基的情況下能夠根據(jù)需要靈活組合，有針對性地對地基進行加固。

綜上所述，水利工程地基加固的多種方法在應對復雜的地質(zhì)條件和多變的地基狀況時展現(xiàn)出了較大的靈活性，不僅提高了工程的穩(wěn)定性和安全性，也降低了工程風險。在選擇加固方法時，需要綜合考慮土壤特性、工程需求和環(huán)境狀況等多方面因素，以確保加固效果和工程質(zhì)量達標。