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的質量。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。

關鍵詞：水利水電施工? 不良地基? 處理方案? 管樁加固法? 灌漿結構加固

中圖分類號：TV551.4? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：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，無論是在建設過程中，還是在運營過程中，都可能出現因不良地基問題導致的水利水電工程質量問題，如果不及時進行處理，可能會引發難以挽回的后果。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、沿海以及湖泊等區域，主要包含淤泥質土以及淤泥兩種類型，其含水量相對較多，數值多高于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數值范圍的孔隙比，隨著孔隙比的增加，淤泥質土可以發展成淤泥。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，壓縮指數最高可達0.75。在滲透性方面，軟粘土具有10-5～10-8cm/s的滲透系數，這也導致工程建設單位在面對軟粘土地基時會出現土層固結緩慢，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不均勻的變形，導致地基處理難度增加。

1.2 粉砂土

粉砂土和淤泥表現出相反的狀態。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。當間隙減小時，粉砂土會變硬。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構，會導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，致使粉砂土的狀態發生改變，這很容易導致水利水電工程的倒塌。

2? 不良地基對水利水電設施建設的影響

2.1 不良地基的抗滑穩定性的安全系數不足

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定的節理破壞區域、斷裂區域、溶解區域、斷層區域等，地質結構強度不足，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、卵石層等具有較強裂縫滲透率的強滲透區。此外，不良地基的沉降不均勻或太大，容易導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，在發生地震時易于液化且不能保證水利水電工程的穩定性，導致水利水電工程損壞。

3? 不良地基的處理技術

3.1 管樁加固法

預應力管樁是由專業制造商使用預應力技術和離心成型技術然后進行蒸汽養護制成的空心圓柱形預制混凝土樁。整個生產過程由計算機控制，從而減少了人為因素的影響，并且樁身的質量保持可靠。管樁的混凝土強度高，達到C60～C80。預應力管樁成型質量好，孔內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，被廣泛應用于較深軟土地上。高強度預應力混凝土管樁為擠土樁，施工速度較高，在施工區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致樁體破裂。因此，在軟土地區的管樁施工對開挖有很大影響。開挖的部署和工程措施應符合“避免過大的應力釋放，避免對土木工程造成過大的應力，合理控制土壤位移和應力釋放”的原則。

3.2 換填技術

換填技術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，都會出現這樣的問題，因此，只能采取適當的措施加以解決[5]。

3.3 土木合成材料加固技術

在使用土木合成材料加固技術時需要與軟土地基的實際情況結合起來應用，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部結構，在受到外部壓力時，不會變形，從而有效地防止沉降問題發生。

3.4 緊密加固法

3.4.1 排水擠密加固法

主排水擠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，具有效果好、結構簡單的特點，在現代工程建設中得到越來越廣泛的應用。

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，從而可以增加地基的承載力。強夯法適用于飽和粘土的應用，并擴展了替代動力固結的傳統方法。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，會導致土壩管地基土被管涌帶出，并導致塔身不穩定，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

當地基是砂、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或者帷幕灌漿、設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[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，大壩主體結構的基層主要由砂、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。在土壩基礎施工中，砂、礫石和卵石對基層的相對強烈沖擊通常會導致嚴重的水流失，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性，也影響正常使用的防滲技術。

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，深度應為地基軟弱帶寬度的1～1.5倍，兩翼的槽口應在1∶1和1∶0.5之間。如果地基軟弱帶的寬度較寬或質地較疏松，則應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，當水庫連接到地基軟弱帶時，應挖開防滲并用混凝土回填，或用防滲齒墻以防止滲水。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，傳力混凝土墻和預應力錨固來解決。

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

當使用灌漿的方式處理不良地基時，選擇灌漿材料時應考慮以下幾個方面。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構的材料。使其防滲堵漏的要求是混凝土具有很強的抗滲性，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 灌漿前科學處理不良地基

除了施工現場的地質原因外，還有許多其他影響因素會導致不良地基出現。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，達到標準之后，向兩側加快，然后進行填充。

5.3 灌漿結構加固

導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。這兩種方法的結合可以更徹底地消除裂縫，使灌漿結構得到有效加固，但解決該問題的根本措施還是選擇高質量的灌漿材料。

6? 結語

在水利水電工程建設中，對不良地基的處理尤為重要，這直接影響到工程質量。對于不良地基，有必要調查其性質和程度，找出構成不良問題的因素，然后確定對水利水電工程的影響程度，并根據具體情況選擇最科學、最經濟、最有效和最簡單的處理方案。

參考文獻

[1] 謝輝.山區不良地基處理——某所生產廠房工程地基處理分析研究[D].綿陽：西南科技大學，2020.

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[5] 張國來，馬銀閣，孫世國，等.土工合成材料加筋墊層法在復墾地基中的應用[J].礦業研究與開發，2019，39（5）：119-121.

[6] 張建智，趙海軍.多道瞬態瑞雷面波法在烏海某小區不良地基巖土結構勘察中的應用研究[J].地質調查與研究，2019，42（1）：57-63.