水利水电工程地基施工技术

刘梅光

东营市水利建设工程处 山东 东营 257000

地基施工作为水利水电项目核心内容之一，其施工质量与最终项目施工质量密切相关，水利水电项目施工周期长、不确定因素多加剧施工难度。水利水电实际施工过程中，易会遇见不良地基现象，其地基存在天然质量缺陷，无法满足地基稳固性要求，有必要采取针对性处理技术予以解决，保证地基施工质量达标。

1 不良地基特征及其对水利水电工程影响

水利水电项目实际施工过程中，不同区域内地质特征不尽相同，会遇见多项不良地基，主要包含以下几种不良地基类型：一是淤泥软土地基。淤泥质软土主要是指地层内含水量较大，自身拥有承载力不足，受载荷作用下易形成变形、膨胀等，影响上层建筑质量及可靠性。此种地基处理主要将其挖开清除，将其置换为砂层。二是膨胀土。膨胀土主要是指处于自然状态下呈现为硬塑状态，吸水之后膨胀，主要是由强亲水矿物质构成。受膨胀土自身特性，上层建筑物易出现变形，特别是季节性干湿条件下，地基持续性反复收缩膨胀，严重损坏建筑物。三是软弱夹层地基。按照实际倾角不同，将地基软弱带划分为两种类型，即高、缓，前者主要是倾角超过30o,后者为倾角不超过30o,此种地基对建筑物造成影响不一，所以地基实际处理方式不尽相同。四是喀斯特地基。水利水电项目建设时，喀斯特地基包含两种类型，一类属于强度不均匀，透水性较强，且易出现管涌地基；另一类为较大的洞穴，溶蚀管道分布于坝基上喀斯特地基，造成管道漏水，降低局部地基实际承载力。上述不良地基对水利水电工程造成严重影响，主要体现在以下几方面：①地基基础不均匀或大量沉陷。由于不良地基自身承载力不足，亦或岩土层分布均匀性不足等，致使受外载荷作用下，地基沉陷值难以满足要求。譬如地基岩土中含有软质岩石、断层破碎带等，增加建筑物发生形变风险，地基产生大面积沉陷，损坏建筑物。②地质条件不佳，抗滑稳定安全性不足。不良地基所在岩土层中，抗滑稳定性安全性不足，深究其成因包含软弱夹层土层、破碎带土层等，难以满足建筑地基实际需求。③地基基础渗漏量过大。不良地基多存在松散砂层，造成水库大量漏失，实际压力数值超限，软弱透水层出现渗透形变，导致地基质量难以保证。④地基出现液化现象。地基内含有大量无粘性粉细砂层，此类砂层在振动作用下，出现液化现象，强大的震陷影响建筑稳固性，不利于水利水电项目有序建设。

2 水利水电地基施工要求

水利水电施工周期长、技术要求高、涉及人员及部门较多，地基正式施工之前，需系统性掌握施工要求，从整体宏观层面予以严格把控，为后续水利水电地基施工有序推进奠定基础。按照水利项目实际特征，其地基施工要求包含以下几方面：（1）正式开工之前，应按照水利项目施工特征，进行系统性地质勘察及检测，全方位调查现场土地质量、水域流量及交通状况，通过系统性对实际地质数据资料分析，有目的性、有针对性制定防治方案及措施，保证水利水电地基施工安全有序实施。（2）土地开挖过程中，易出现滑坡、崩塌等质量缺陷，应按照其实际状况，掌握影响其发生因素，以及形成规律，应预先做好预防规划及措施。同时，对各类测量数据进行审核复测，利用标高、定位线、基准线完成复测，并对数据进行合理分析，判定其精准度是否满足施工要求，若存在异常状况应立即反馈解决。（3）按照地基施工中实际需求，对地基施工路段进行坚固度及场地实际容量设计，保证交通工具、施工设备等顺利进入施工现场。（4）应全方位掌握地基施工周围环境，按照实际状况做好人员安全防护措施，最大限度减少地质灾害发生时覆盖损失面积。（5）水利水电地基施工时，需严格依照相关施工要求及计划实施，做好周围建筑、地下水管等设施保护，确保该施工区域地质结构完整性，为保证水利水电地基施工质量做以支撑。（6）施工过程中，应按照初期设计标准，完成周围环境整改工作，特别是排水坡度和供排水设施。若并未具有明晰的设计规划，通常排水坡度不应超过3%。若开挖土地基准点未达到周围水准基槽实际高度，应按照上述地质勘查中要求实施，通过应用合理的方式降低地下周围水位高度。一般开挖土地基准点应超过周围水位基槽0.5m以上，方可展开后续施工。

3 水利水电地基工程施工技术分析

3.1 透水层防渗技术

透水层控制程度与水利水电工程质量密切相关，更是水利水电地基施工技术核心内容之一，需对其予以高度重视。譬如，地基处理核心目标在于自重型湿陷性黄土，由于此类土质自身重量较大，具有较强的吸水性，若透水层浸水严重会影响土质整体结构稳定性，最终增加渗透型管涌质量缺陷，地基实际承载力难以保证。此种状况作为严重安全隐患，一经发生安全事故，对水利水电工程造成不良影响不可估量。解决上述问题核心方式为，通过高压喷射灌浆方式，形成一个混凝土挡土墙，以此实现防渗处理，匹配大坝混凝土设施完成渗透线路搭建和延伸。高压喷射灌浆方式包含三种，即单管法、二管法、三管法，不同喷射灌浆方式，其特征存在较大差异性，单管法主要是应用高压泥浆以20MPa-25MPa压力，冲击破坏土体，通过一定时间之后形成凝结体，此种方法加固成效优良，施工速率快，经济性较佳；二管法是应用泥浆泵高压装置形成20MPa-25MPa压力浆液，以及压缩机压缩空气，从两个通道分别喷射高压浆和空气；三管法使用可同时输送水、气、浆喷射管，从喷嘴喷射压力为30MPa-50MPa超高压水流。

3.2 地基排水固结法

地基排水固结法核心原理为地基在外界载荷作用下，通过布设竖向排水井，促使土层中孔隙水持续性被排出，孔隙比减小，地基发生固结变形，提高地基土强度。排水固结法主要用于地基发生沉降和稳定，为提高固结速度，行之有效方式是在天然土层中增加排水途径，以此实现缩短排水实际距离，布设相应的竖向排水井，以此提高地基固结速度，保证处于短时间内获取良好的固结成效，预先完成沉降；并提高地基土抗剪强度，促使地基承载力得以提高，保证地基稳定性。排水固结法适用于软弱和饱和土层中，按照选取排水技术不同，通常排水固结法可划分为多种方式：①堆载预压法。在水利水电施工现场临时堆填土石，对地基进行加载预压，保证地基沉降可预先完成，提高地基实际承载力。通常预压载荷与建筑物载荷相同，但部分状况下为以免再次固结形成影响，通常预压载荷与建筑物载荷之比为1.3:1。②真空预压法。真空预压主要是指黏土层上铺设相应的垫层，之后利用薄膜将其完成密封，依托真空泵对砂垫进行抽气，实现地下水位降低，加速地基固结速度。③降水预压法。通过水泵将地基地下水抽出，以此降低地下水位，减少孔隙水压力，增大有效应力，提高地基固结，在饱和粉土及砂地基中应用成效较佳。④电渗排水法。在电渗作用下逐渐将水分排出，在土体中插入金属电极，接入相应的直流电，受电流电场影响土体中水持续性汇聚于阴极排出。

3.3 土层板块沉降、错位和移动预防技术

以杂填土为例，其不仅实际密度不均匀，而且土层粘性较弱，在地壳运动及自身特性作用下，易造成土层整体结构发生位移、地基出现不均匀下沉现象，不利于水利水电项目有序实施。为进一步防止土层板块出现位移及沉降，影响周围地质环境，需利用混凝土将其周围墙体予以封固；应用灰土强夯法，以一定单位的间隔，完成土层钻孔工序，随后在孔内注入相应的物质，将其予以夯实，促使土层均匀、厚实，保证土层密实度满足施工要求。但需特别注意的是，实际夯实过程中，会造成严重震动，应对建筑物及设备做好防护措施。该方式有效提高地基承载力，防止处于较大压力下地基出现位移及沉降。

3.4 软土地基施工技术

软土地基主要是由软弱粘性土构成地基，其内部含有大量淤泥，地基间存在较大的空隙，抗剪强度能力不足，具有较强的透水性，由于上述特征实际承载力受限。水利水电项目地基需承受较大的载荷，以此满足施工载荷需求，需对软土地基进行有效处理，提高其地基密实度及承载力，保证其地基实际承载力达标，包含以下几种地基施工技术。

3.4.1 换填土施工技术

软土地基核心不足在于稳定性不佳、强度较小，易早长期使用过程中出现下沉质量缺陷，为保证水利水电工程地基实际承载力提高，需将原有较薄淤泥层挖出之后，应用换填施工技术，有效提高其实际透水性，而且实现软质地基构造重新组合，按照实际状况，选取换填灰土、砂土等方式，以此实现加固地基目标。在软弱地基开挖换填深度为2m以内，选用分层填筑、压实、检测压实度方法施工，提高地基实际抗形变及稳定能力。换填施工技术适用于地基地面以下不太深范围软土层，填充质地坚硬、性能稳定碎石、卵石等材料实现分层填充，保证其实际密实度。该施工技术要点包含以下几方面：一是砂垫层施工过程中核心内容为将砂加密至设计要求，通常加密方式较多，如振动法、碾压法等，此类方法要求在基坑内逐层完成砂石铺设，逐层进行压实。需特别注意的是，施工过程中应检验下层密实度达标之后，方可开展上层施工。二是正式铺设材料之前，需完成验槽工作，为以免其发生坍塌土体，要求边坡具有一定的稳定性。开挖基坑铺设砂垫层时，需防止对软弱土层造成一项影响，否则坑底土结构在实际施工过程中受损，强度会大幅度降低，造成承受建筑物实际载荷作用下，形成较大的沉降量。三是砂、砂石垫层地面应铺设于同一高度，若深度难以满足施工要求，基坑地基土面应开挖成阶梯状，实际搭接部位需保证振捣密实，施工应严格依照先深后浅顺序实施。四人工级配砂石垫层，需充分将砂石予以拌和，之后进行铺设振捣密实。将细砂作为垫层实际填料时，需注重地下水对其干扰，不建议使用平振法、插振法。表1为各种垫层压实标准[1]。

表1 各种垫层压实标准

3.4.2 强夯法

强夯法主要是指应用起吊设备，将一定重量的重锤提升至一定高度，促使其做自由落体，通过较强的夯击能力和冲击波作用，促使其表面形成硬壳层，具有良好的密实性，进而提高土体实际强度，减少压缩性，实现夯实土层目标。强夯法主要应用于砂性土、非饱和粘性土与杂填土地基中。为进一步保障强夯法施工成效，需在实际施工过程中做好质量检测，保证其施工质量达标。应抽调专业人员负责以下监测工作：①是系统性检查强夯施工过程中各项检测数据，审核未达标的应补夯或其他措施；②强夯施工完之后间隔一定时间之后，对地基质量进行检查；③质量检验方法，按照实际土性选取原位测试和室内土工试验；④质量检验数量。按照水利水电施工区域复杂性确定。

3.5 预压法

预压法核心目的在于为有效提高软土地基实际承载力，减少构造物实际建设完成之后发生沉降量，预先在拟建构造物地基上增设一定静载荷，促使地基土体具有一定的密实度，之后将其载荷卸除，满足实际施工要求。软土地基预先施加压力，促使多数沉降均于预压过程中完成，提高地基自身强度，该施工技术在淤泥质粘土、淤泥与人工充填土等地基中具有良好的应用成效，预压方式包含两种，即堆载预压、真空预压。一方面，堆载预压法主要是指水利水电项目正式建设之前，利用超过设计载荷填土载荷，促使地基预先进行沉降，挺好地基实际强度，减少地基发生沉降现象。该方式通常将路堤填土为堆载，具有良好的经济性，正式施工过程中，应分层分级增加载荷，以此实现载荷速率可控化，保证地基循序渐进增加，以免地基出现剪切破坏。另一方面，真空预压法主要是处于需加固的软土地基中，布设相应的砂井，并覆盖相应的密封膜，保证其与外界空气隔绝，通过真空装置将薄膜内部空气排出，在膜内外形成一定气压差，气压差转变这作用于地基载荷，保证地基不会产生剪切破坏。该施工技术方式较为简易，可提高预压速率，节省大量堆载材料，适用于大面积施工。

4 结束语

地基施工质量直接决定水利水电项目施工成效，需准确把握不良地基特征，以及其对水利水电工程造成影响，掌握地基施工技术要点，按照实际状况，选取合适的地基施工处理技术，提高地基实际承载力，保证施工质量达标，为水利水电良好发展做以支撑。