水利水电基础工程施工中不良地基的处理技术

冉进飞，范 莉

（中国水利水电第十一工程局有限公司，河南郑州 450001）

1 水利水电工程施工中不良地基的危害

1.1 土坡失稳

在水利水电工程施工的过程中，如果在不良地基下施工很容易出现土坡失稳等情况，导致严重的安全隐患，不良地基很有可能会导致土坡失稳，土坡原本的平衡性就会逐步出现偏差，在此条件下，一旦出现较大的外力，快速对土坡的内部结构进行冲击，造成土坡某一部位顺着一定的方向下移或者外移。

1.2 地基承载力低

要想在施工的过程中，逐步达到施工目标，实现水利水电工程的安全性和稳定性，需要重视打好基础，保证地基的承载力是非常重要的，需要重视细节，加强管理。在施工的过程中，保证地基承载力是非常关键的，也就是保证地基能够接受上部建筑物的重力对地基施加的压力，而自身不会因为承载较大的应力而对自身结构产生破坏。不良地基无法保证施工效果，会造成地基承载力下降，主要是因为不良地基结构较为疏松，无法保证承受上部建筑物施加压力，而且含水量大，结构不够紧凑，一旦受到外力，对地基内部的平衡产生破坏，造成地基坍塌。在此条件下继续施工，稍有不慎，就会导致上部建筑物不稳定，出现倾斜或者倒塌的情况，如果情况较为严重，甚至还会导致意外事故造成人员伤亡。

1.3 地基沉降

不良地基在施工过程中容易造成地基沉降。造成地基出现沉降的原因多种多样，主要还是地基本身结构的问题。地基内部的结构含水量大，缺乏必要的稳定性，无法承载上部的压力，在时间的作用下，造成地基出现沉降。在水利水电施工的过程中，如果没有重视地基沉降的问题会大大增加施工风险，情况严重时甚至会威胁施工人员的生命财产安全。

2 不良地基的处理方法分析

2.1 排水固结法

在地基施工作业场地中进行垂直排水井的设置，依照水坝的重量来控制排水管的直径。在施工前期，需要深入分析，通过压实地基表面的方法来逐步清除土壤中的水分。在实践中，这种不良地基处理的方法可以让整体的强度提升，通过地基的排水设备来有效排除土层中的水分。对于土壤黏度高、较厚的土层，对排水固结法的应用可以形成坚固的地基。

2.2 置换法

地基施工的过程中将表面的不良地基挖掘出来，接着通过预先准备好的夯实土来完成填埋，最后使用重型施工机械将土层夯实。这样可以让地基的质量进一步提高，保证施工的效果对周边的环境影响进行控制，尤其是对一些软弱地基使用，使用置换等方式可以让土壤的强度进一步增加。在施工的过程中还可以放入一定的混凝土和沙石，以便保证地基具有较高的强度。

2.3 化学加固法

给土壤加入一定的化学药剂可以使土壤中的液态物质转变为固态物质，通过这种化学方式可以让土壤的硬度有效增加，让整体的地基承载力提升。化学加固法在应用的过程中具有很强的适应性，对水分含量高，土壤盐度较高的土层特别适用，可以有效提升地基的承载力，减少不均匀沉降的出现。

3 水利工程施工中各种不良地基的针对性操作技术

3.1 淤泥、腐泥不良地基的处理技术

对于这种不良地基，需要注意挖出地基中的淤泥、腐泥，将符合要求的结构填入其中，形成新的地基结构。在具体施工的过程中需要重视这些不良地基的稳定性相对较差，需要全面将水移除。但是在施工过程中具有一定的特殊性，会导致移除较为困难，需要先将泥土换成沙尘，提高密实性，而后将剩余的泥土清理干净，没有较大的腐殖质。另外还可以在淤泥中抛入一定的石块，从而实现挤出淤泥、腐泥的目的，在实际施工过程中需要重视对速度进行控制，保证排水的稳定性。

3.2 软土地基的处理方法

软土地基的处理方法中，通过换填法处理软土地基的过程中需要预先进行开发工作，替换掉无法达到施工要求的原土，接着将一些符合施工需要的材料回填到地基中，需要注意回填的厚度，通常而言需要回填半米到三米的土体。如果过深或过浅，都不适合使用换填法进行操作。高压旋喷浇铸法主要是用钻机来钻进地机，在钻井过程中深入注浆。注浆管的顶端需要进行喷嘴的设置，到达指定位置之后就持续不断的对内部土体进行冲刷，通过旋喷注浆水泥的方式对地基进行固结，形成增强体。抛石填筑主要是将软土中的水分挤压，让土质的硬度提升，当前在工程施工过程中施工方法主要以机械性方法为主。施工单位需要对石头颗粒大小进行充分的考虑，让碾压的力度次数符合规范要求，压实之后不会产生额外的碾压痕迹，不会产生弹簧土等问题。添加剂法是当前针对软土地基修缮过程中有效、稳定的方法，添加剂选择的主要为石灰。石灰和粘土之间充分搅拌之后可以将土壤中的水分大量吸收，有效固结，转变传统含水量高的土质特性，保证土壤具有较强的稳定性。在软土层上进行旋转喷射，可以通过高压使水泥和土壤紧密结合，让软土的密度进一步提升，保证地基的强度，避免出现地基渗漏。另外可以使用灌浆等方式对软土地基处理，在施工的过程中被灌浆的材料进行合理选择，使用低收缩高强度的材料，让软土加固的速度加快，避免出现冻胀的情况。

3.3 喀斯特地形处理办法

水利工程建设在喀斯特地貌时需要具体问题具体分析。不良地基的分布形态主要为填充或半填充，上层土体局部承载力较弱，在一定外力条件下很容易产生不均匀沉降。对于上述情况需要采取相对应的方式进行控制，在施工过程中，可以使用清理置换、降低压力的方式，逐步进行优化，保证施工效果。在原有基础上逐步增加受力面积，可以使用局部防渗堵漏等方式让地基的力学强度增加。

3.4 封堵解决坝基涌泉的问题

在水利水电工程建设的过程中施工区域中的地形地貌不同，由于各种外部因素的影响，会导致各种不同类型的不良裂缝出现。这种不良裂缝会导致坝基泉涌，主要是因为施工过程中土质较为松散。在水利水电施工建设的过程中会产生坝基泉涌的问题而造成整个工程都会产生一些不稳定的情况。要想将坝基泉涌的问题解决，需要注意加强整合和管理，重视加固，常见的方式就是混凝土浇筑裂缝，但是因为混凝土浇筑很容易产生渗水等情况，而且施工难度较大，在施工过程中利用混凝土进行封堵，控制不良裂缝的方法逐步出现。在细节处理时需要格外注意进行方法的优化和使用。在坝基泉涌流量较大时，首先需要进行抽水操作，将地基裂缝中的积水抽出，接着进行回填操作。在回填的过程中可以使用沙质土等，而后进行封堵。

3.5 透水层防渗处理技术

在水利水电工程建设施工的过程中，强透水层不但可能会导致水量增加，还很容易造成管道冒出的问题出现，对水利水电工程施工的稳定性产生影响。对强透水层进行防渗处理的过程中，采用的方法如下。首先在开挖过程中，将渗透层的砂卵石和砾石排除，接着通过粘土或混凝土进行回填，进行截水坝的修建。另外在大空间钻孔的过程中使用抓斗钻孔或冲孔的方式，然后回填混凝土，进行防渗墙的设置，也可以加强施工方法的优化，使用喷射灌浆等方式进行施工，完成水泥防渗墙的修建，在坝前进行粘土或混凝土的铺设，以便让防渗的效果增强[1]。

3.6 可液化土层的处理

可液化土层出现的地方很多，需要注意加强控制。这些土层本身的稳定性不高，在受振动力和静力条件下，会导致孔隙中的水压快速上升，最终无法承受压力，造成抗剪强度瞬间消失的土层。如果产生土层液化等问题，会很容易导致地基稳定性受到影响，造成地基出现瞬时沉降或者滑移的情况，最终影响整个工程的安全性和稳定性。通常而言可以使用以下方式进行处理，首先需要加强勘测，了解土层的具体情况，在四周通过混凝土进行围墙封闭，圈住土层，避免土层向四周流动，而后针对性地对土层进行开挖和处理，主要的方法是换填一些强度较高的材料，让强度提升。

3.7 抗滑稳定性的处理

提高抗滑稳定性是对不良地基进行改良的一个重要环节。在实践中，通过对地基进行控制，减小压力的方式，保证抗滑稳定性。比如说在水利水电工程施工的过程中，依照规范要求对坝基当中的破碎带和断层进行处理，通过抽排减压的方式，来降低坝体的扬压力，为了对坝基进行加固，可以通过预应力锚索的方式进行施工，而后进行帷幕灌浆以及固结灌浆，通过这样的方式可以让地基的抗滑稳定性提升。在实际应用过程中与水利水电工程的建设情况相结合，合理选择施工措施[2]。

4 案例分析

4.1 工程概况

某水利枢纽位于汉江下游，在湖北的天门和潜江境内，是南水北调中的重要治理工程，也是汉江梯级建设过程中的重要一环。在工程开发的过程中主要以航运和灌溉为主，兼顾发电。该水利枢纽建设的过程中，由电站厂房、船闸、泄水闸以及滩地上的一些交通桥等建筑构成，枢纽设计和交河的流量设定为19400m2/s，正常蓄水量设定在60.2m，规划航道等级设定为三级，电站的装机容量设定在40MW。

泄水闸的最大泄洪量设定在每秒15000m3，共有56 个孔。单孔的宽度达到14m，通过两孔一联等方式进行整体化的设计施工。泄水闸布设在汉江左岸的主河槽位置，为第4 系深厚覆盖层，从上到下分成两层。上层当中的主要成分为细砂，局部含有一定的淤泥，平均厚度为25m，下层主要是砂砾土层，厚度在30m左右，细砂的孔隙比在0.75~0.9 之间，承载能力为120kPa 左右[3]，见图1。

图1 某水利枢纽的建成

4.2 方案比选

对于该水利枢纽地基的具体情况进行分析，在地基处理的过程中，与细沙的地基特性和建筑要求相结合。

4.2.1 强夯法使用的特点分析

强夯法可以对土体进行压缩，并且排出孔隙水，使土体的变形模量和强度大幅提升，在透水性较好的软土中应用较好。通过实践分析，使用该方法可以让地基的抗液化能力大幅度提升，具有较好的现场施工效果，可以保证地基具有较强的承载能力，并且大幅度减少地基沉降量。

4.2.2 振冲法使用的特点分析

振冲法在实际应用过程中主要通过带有喷水口的振冲器通过高压喷水压力下沉和挤密土体，在对沙土地进行处理方面较为适用，可以让地基的承载力大幅提高，控制沉降，尤其是饱和砂土在使用的过程中可以使其结构更为紧密。在施工过程中工期进度快、操作简单，但是对于砂性土在实践中，主要针对一些中粗砂地基进行使用，在处理细砂方面的工程实例不多。

4.2.3 水泥土搅拌桩的特点分析

水泥土搅拌桩在正常固结的淤泥当中应用较好，通过连续增强土体的方法来完成施工，这种施工技术可以让沉降量减少，保证土体的稳定性，具有较强的载荷承载能力，在施工的过程中加入水泥等物质进行固化，可以大幅提高地基的抗液化能力。

4.3 方案比选结果

在方案比选的过程中，由于该细砂地基的厚度较厚。强夯法使用过程中，只能处理10m 左右的临界土层。在施工时为了更好地进行能量的传递，便于强夯机械行走，需要进行针对性的预处理，在地面铺满碎石垫层，为了防止石渣料在卸水阀底部产生渗透通道，在强夯结束时需要清除石渣料。另外由于石渣料场距离坝体的距离较远，达到约80km，因此造成强化成本比常规成本高，还需要注意此次施工范围较广，大面积强夯可能会导致少夯、漏夯的问题而影响施工质量[4]。

振冲法进度快，操作较为简单，但是在细砂地基中使用时需要在振冲孔中适当添加一定的碎石填料，让处理效果提升，让抗渗性能降低，而且使用的碎石填料也需要专门进行开采和运输，导致处理成本增加，在地基处理过程中面积较大，施工过程中难以对施工质量进行有效控制，无法保证施工效果。

水泥土搅拌桩的方式可以让复合地基压缩模量提高，效果非常明显，可以有效提高地面强度，大面积的减少地基沉降等情况，让地基抗液化的能力大幅提升。如果地下水具有一定的腐蚀性或者地级地下水含量较高，可以使用深层搅拌的方式进行操作。日本曾经使用这种方式对河堤工程进行加固，经受了百神大地震的考验，在施工的过程中没有出现大面积的呈现和垮塌情况[5]。

图2 水泥搅拌桩施工现场

通过方案比选综合考虑造价质量控制和处理效果等各种因素，拟使用搅拌桩法来进行施工，对不良地基进行有效地处理。

5 结束语

总而言之，伴随当前人们在技术水平和管理能力方面的逐步提升，在水利水电施工过程中往往都会认真地对地基进行勘察，对不良地基的影响进行预见和判断，在施工时采取合理措施对水利水电基础工程施工过程中不良地进行有效处理，保证工程的顺利进行。在实践中还需要注意采取合理的策略，对现场施工进行组织和管理，改进施工工艺，为水利水电基础施工过程中不良地基的处理打下坚实的基础。