水利水電基礎工程施工中不良地基的處理技術

王 果 中國葛洲壩集團第三工程有限公司

1 水利水電工程地基處理的作用與重要性

地基是建（構）筑物坐落的用于支承基礎的土體或巖體，對于水利水電工程而言，其主要有支撐水利水電工程設施與阻水隔水的作用。水利水電工程一般為水電站，其與一般建筑工程相似，均是人類工程建設在地基上的建筑體，但又不同于一般的建筑工程，主要表現在建筑不僅要承受水電站垂向壓力，還須具有良好的防滲能力、較強的抗水側壓力能力。因此，良好的地基是水電站成敗的關鍵，而良好地運用地基處理技術對保障建筑地基的受力性能、蓄水能力、工程整體穩定性有至關重要的作用，也直接影響到電站的產能。一般地，地基處理上的資金投入占總投資的10%～40%，這也在一定程度上反映出地基處理的重要性。

2 水利水電工程施工中不良地基的危害

2.1 造成土坡失穩

在不良地基中建設水利水電工程時，土坡天然穩定性差，平衡性易發生偏差，靜水壓力、波浪沖擊力等外力長時間作用土坡，改變土坡內部結構，壓迫土坡部分結構發生位移，逐步破壞瓦解土坡的整體穩定性，進而造成土坡失穩、水電工程的破壞。土坡失穩是工程施工過程中易遇到的問題，給工程安全帶來極大隱患。

2.2 降低地基承載力

地基承載力是地基在不破壞自身內部結構的基礎上，單位面積能夠承受上部建筑物施加的荷載壓力的能力，是確保水利水電工程順利安全施工、保持長期穩定運行的關鍵。但當構筑物建設在不良地基上時，由于地基天然結構存在較大缺陷，例如淤泥質軟土地基，地基承載力較低，地基不能滿足承受上部建筑物壓力的要求，建筑工程易于發生失穩、傾斜、倒塌、不均勻沉降等建筑質量問題，甚至引發嚴重的安全事故。

2.3 導致地基沉降

地基沉降是地基土層在附加應力作用下逐漸壓密擠實而發生的一種地基表面下沉現象。地基沉降現象普遍存在，但過大的沉降以及不均勻沉降是建設工程所不能夠容忍的問題，它會導致建筑物傾斜、開裂，進而影響其正常使用與安全。地基沉降的因素較多，但廣泛分布的不良地質地基土是引發過大沉降的主要因素，局部分布的軟弱夾層是導致不均勻沉降的重要誘因。地基沉降會顯著增加水利水電工程施工風險，威脅施工人員生命財產安全，影響建筑耐久性，甚至造成重大建筑質量事故。

3 水利水電基礎工程施工不良地基處理方法分析

3.1 強透水層處理技術

在水利水電基礎工程施工當中，強透水層處理技術是集中比較常用的地基處理方法。在具體施工當中，通過使用大量鵝卵石以及硬度較大的砂石材料，直接鋪設在地基表面，可以有效提高地基結構的透水效果，這一施工方法在大壩主體工程施工當中應用比較普遍，并且剛性壩體在透水性能效果上更加明顯，當大壩透水性能較強的條件下，強透水層的滲透系數也會進一步提升。在強透水層處理施工當中，為了全面提高壩體的防滲透性能，通常情況下會選擇使用帷幕控制水壓大小，然后根據水利水電工程的具體施工情況與原材料進行合理選擇，同時對滲水管道進行有效延長，然后對帷幕進行灌漿處理，有效控制大壩前混凝土層的透水性能。除此之外，通過使用高壓噴射灌漿施工方法可以形成防滲透墻，工程施工單位在具體施工當中，必須要嚴格依照墻透水層處理技術步驟來進行施工，不能存在施工的盲目性和隨意性，有效提高水利水電工程基礎施工質量和效果。

3.2 可液化土層處理技術

在基礎結構當中，可液化土層結構主要是因為地基結構的土壤粘性程度相對較低，或者土壤結構基本上沒有較大的粘稠度，土壤相互之間的擠壓程度不足，因此會存在一定的空隙。當土層受到外部條件擠壓的作用條件下，空隙內部的水壓會進一步上升，當可液化土層和非粘性土層進行合并液化工作中，會造成土層的抗剪強度進一步下降甚至消失，進而會直接影響到整個基礎結構的穩定性。土層液化會造成地基結構產生進一步沉降，同時還會出現部分地基結構產生滑動，整體的穩定性和平衡性不足，工程地基結構的整體抗剪強度會有所下滑，地基結構內部水體壓力的不斷上漲，會對整個工程基礎結構的穩定性造成直接性影響。

通過可液化土層處理技術的合理使用，將基礎層內部已經液化的土壤進行有效清理，然后使用強度更高的混凝土材料對其進行加固，以此來有效保證可液化地基結構的整體穩定性。在施工當中需要修建砂井或者砂柱對其進行固定，砂井或者砂柱的總長度需要通過相關設計工作人員的準確計算，保證施工長度符合基礎工程的施工標準。

3.3 軟土地基的處理方法

在針對軟土地基的處理工作當中，通常情況下需要將土壤層當中大量的淤泥和軟土條件進行有效清除，因為軟土地基結構在整體的剛性程度以及穩定性上相對較弱，同時軟土地基結構在抗剪強度方面有所不足，當地基結構受到外部強大荷載的作用下，地基結構的穩定性會進一步下降，因此軟土地基的整體剛性程度會有所不足，并且軟土第一結構在抗堿強度方面相對較差，因此會造成整個工程地基結構的穩定性下降。當外部壓力不斷上升的情況下，軟土地基的抗剪強度會進一步下降，通過外部處理手段對軟土地基進行固化處理，可以有效提高地基結構的抗剪能力和承載力。

在軟土地基的處理工作中，主要分為以下幾個操作環節：第一，需要對軟土地基內部的土壤進行更換，根據軟土地基結構的實際構成狀況，施工單位可以選擇使用一些滲透性能更強、穩定性更高的材料，有效替代原有的軟土地基材料，可以進一步提高基礎結構的支撐強度以及結構穩定性。第二，針對軟土地基需要進行充分壓實處理。通常情況下，軟土地基土壤當中所含有的含水量相對較大，通過強夯法的合理使用，可以有效清理軟土地基當中所含有的大量水分，進而可以全面提高軟土地基結構的整體固化和穩定性效果。通過旋噴射處理技術的使用，可以保證水泥和土壤材料相互之間銜接更加緊密，可以進一步提高軟土地基結構的穩定性，保證地基結構強度符合后續水利水電工程主體施工的標準。同時進一步防止基礎部分產生嚴重的滲水和漏水問題。第三，通過灌漿施工可以進一步提高軟土地基的穩定性。在灌漿施工過程中所使用的材料必須要具有更高的強度以及較低的壓縮性，當空氣當中的水體排放出來之后，需要使用填縫材料對其進行進一步填充處理，有效防止因為熱脹冷縮問題而造成地基產生形變。

3.4 淤泥質軟土的處理

淤泥質軟土主要通過淤泥和淤泥質土所構成，淤泥是軟土，其抗壓縮性能相對較低，同時淤泥土壤當中會含有大量的水分，會造成淤泥質軟土結構的滲透性能變差，同時整體的基礎抗剪強度下滑。當外部受到強大壓力作用時，內部的淤泥質軟土結構很容易出現比較明顯的形變問題，同時土壤還會產生進一步的膨脹狀況，進而導致水利水電工程基礎施工穩定性不足。為了有效緩解這一問題，在淤泥質軟土地基的處理工作中，可以采取以下處理方法來進行解決。首先，工程施工人員需要有效掌握淤泥質軟土地基的關鍵處理技術，通過這種處理方法對淤泥質軟土地基進行充分壓實，有效提高軟土地基的抗剪強度，以此來控制基礎結構的形變量大小；其次，相關施工管理工作人員需要對整個工程施工流程進行全過程監督和管理，對施工過程中產生的各種問題進行及時調整，有效保證淤泥質軟土地基結構可以得到有效處理。

3.5 深層覆蓋層不良地基處理技術

由于水利水電工程施工環境相對比較復雜，并且工程的整體施工跨度相對較大，很多工程施工會受到河流以及地下水環境等因素的影響，造成地基結構的整體穩定性不足，同時某些地基結構內部還會存在大量的碎石層結構。由于碎石層在空隙比率上相對較大，如果在長時間受到水體沖刷影響之后，地基結構的滲水性能會進一步提升，會造成基礎結構的土壤松散程度更高。相關施工人員在處理深層覆蓋不良地基條件時，可以有效選擇使用以下幾種方法：第一，通過水泥灌注樁技術施工，在地基比較稀松的土壤結構當中應用非常廣泛，在施工過程中選擇滲透性良好的施工材料，對碎石層進行灌注施工處理。第二，振動處理技術。通過使用合適的頻率振動，保證地基結構的穩定性進一步提升。振動處理技術在具體的應用過程中，由于操作方式比較簡單，因此應用非常廣泛，所取得的軟土地基處理效果也非常明顯。

3.6 弱夾層處理

緩傾角軟弱帶的常規處理方法是通過開挖揭露軟弱夾層，并在清除軟弱地層后利用混凝土澆筑替換。如果軟弱夾層上部土體較厚或者硬度較大，導致開挖工程量大或開挖不經濟時，一般通過實施豎井或平硐的方式來對清除軟弱層，并固結灌漿回填混凝土或鋪設鋼筋混凝土。另外，還可利用防滑齒墻貫穿處理軟弱帶并通過高壓噴射來達到清除軟弱層目的。

高傾角軟弱帶的常規處理方法是挖除軟弱帶并回填制作混凝土塞。但當臨層土質疏松且軟弱夾層橫向寬度較大時，則需設計混凝土拱、混凝土梁，將軟弱層壓力向兩側完整巖土體傳遞再行開挖。為保護壩身填土，可清除部分軟弱帶后利用黏土、混凝土再回填形成阻水蓋板以防止其被滲流沖刷。

3.7 壩基涌泉處理

壩基涌泉是指坐落于松散土層、發育裂隙、溶洞的基巖中的堤壩，壩內水沿著這些地基空隙向壩外滲水，并不斷沖蝕破壞地基，久而久之造成大量水呈泉式在壩外涌出的現象。壩基涌泉危害性極大，不僅造成壩體存水能力下降，還會掏蝕地基本身造成地基破壞，造成壩體不均勻沉降，嚴重會造成壩身失穩。針對涌泉壩基為基巖的情況，一般采用填筑方法，即對基巖空隙充填防滲體，然后采用從細到粗的碎石分層對基巖空隙進行密實填筑；當涌泉水量過大，需采取引流措施改善填筑環境，也可在涌泉出口安裝單向逆止閥門，降低空隙涌水量，直至基巖空隙處滿足填筑要求時再進行填筑。

4 結束語

不良地基對水利水電工程質量安全造成巨大威脅，準確探測、分析、處理不良地基是保障工程安全的基礎。因此，水利水電基礎工程施工前，應先對地基進行詳細勘察，準確測算地基土的各項力學指標，并對不良地基會對水利水電工程造成的作用能力進行事先預判，然后以科學、經濟、安全為原則，根據不同不良地基類型選擇合適的處理方案對不良地基進行有效的處理，這樣才能保證水利水電工程的順利完工和長久運行。