水利工程施工中不良地基处理技术

焦政运 孟凡冬

（青州市水利建筑总公司，山东 青州 262500）

0 引言

随着国民经济的快速增长，人民对于水利电力的需求量也越来越大，为此国家政府部门也加强对水利工程的建设，为了确保水利工程后续施工的质量，就要做好选址等一些基础性的工作，而在选址过程中地质性能的好与坏会给水利工程施工质量带来直接的影响，决定了其是否能够长期良好地运行下去，同时还关系到了施工的安全可靠性、持久耐用性。所以关于水利工程施工建设质量是当前人民比较关心的问题。由于受到施工环境的局限性，地质条件使水利工程施工时受到了较大的影响，而不良地基问题便是其中较为突出的。这就需要在施工时提前做好处理工作，采用先进的技术，确保其性能更加安全稳定，足够的密实、坚固。该文重点针对水利工程施工过程中不良地基处理技术进行了分析，仅供参考与借鉴。

1 水利工程施工中不良地基处理技术应用的重要意义

1.1 有利于缓解土质疏松问题

在水利工程施工环节，不良地基所带来的影响是非常大的，如果此工作做的不到位，后续施工就不能顺利进行。在施工过程中不良地基的出现会造成发生土质疏松的问题，进而降低了整个框架的稳定可靠性[1]。当土质存在疏松问题时，土壤黏性不达标，破坏了地质结构密实性。当土壤不够密实时就会造成整个土体结构承受力度失衡，在长期互相挤压的作用下土体便会出现移位现象，严重时会引发多起安全事故。只有对不良地基进行科学合理的处理，才能够确保水利工程可以根据规定的施工进度顺利完成施工任务，既保证了安全，又保证了质量。所以应用不良地基处理技术可以使这些问题得到有效缓解，避免出现土质疏松问题。

1.2 有利于防止施工地基承载力下降

水利工程施工过程中整体体积非常大，质量要求较高，为此地基结构的建设中就要具备较强的承载力，才能确保水利工程后续施工以及使用更加安全。不良地基处理技术的应用能够降低塌陷、沉降等问题的发生概率。通常情况，地基要具有较强的承载力，可以承受整个工程施加的较大重力。如果水利工程选取的施工地址承载力并不在规定范围内，那么其承载力便会逐渐下降，此时会使周围地基压力增大。所以为了避免地基内部出现抗剪力降低的情况发生，施工的过程中要以地基实际情况为重要的依据，进而采取科学合理且有效的处理技术。

1.3 有效解决引发的地基不规则沉降问题

在水利工程施工时，地基沉降也是普遍存在的问题之一，由于地基的下降进而造成了水利工程后续的工作难以正常施工，进而导致很多问题的发生。产生地基沉降最主要的原因有以下2 种：一是在施工环节对于地基内部结构破坏，进而出现了地基下沉；二是地基结构抗剪力降低，当地基出现了不规则沉降时，便会对整个地基结构稳定性带来影响，降低其承载力。这就需要运用不良地基处理的技术，使下沉问题得到有效解决，进而确保水利工程施工进度。

2 水利工程施工中常用的不良地基处理方法

2.1 排水固结法

该方法的组成分为了排水、加压2 种系统，常用于厚度较大而且具备较强的饱和度的软性黏土地基中，但在具体的使用时，需要对其进行提前预压[2]。需要注意的是在使用砂井施工工艺时，为确保足够的密实、连续，振动时尽可能使用振动锤，振动沉桩工艺的使用，要充分考虑到激振力和套管直径、长度间的关系，具体见表1。

表1 激振力参考表

2.2 置换法

该方法主要是针对地面存在不良地基土壤时可以采用挖除的方法，并且密实度较好的土壤回填，进而使其形成耐用性，提高整体承载力、抗变形、稳定性。该方法适宜使用到软弱黏土地基中，但是对于排水抗剪性有较高的要求，<20ka 时就要谨慎使用该方法了。当前振冲置换法、碎石桩法、石灰桩法等比较常用。

2.3 振密、挤密法

该方法主要采用的是振动、挤压的形式将地基土壤中的缝隙降低，提高强度，进而实现地基处理的效果。常用于一些砂性土、粉土或者是部分黏性土壤中，表层压实法、振动挤密法、砂桩法等比较常用。

2.4 化学加固法

该方法主要采用的是化学浆液注入，这些浆液中往往会融入一些化学品，能够在较短时间内凝固，将土粒融结，借助化学反应，再加上机械给予搅拌，能够使土壤具备较强承载力，沉降率降低。常用于砂性土、黏土、黄土中，注浆法、搅拌法等比较常用。

2.5 增大接触面法

该方法借助软土钻孔，进而进行混凝土桩浇筑，实现地基加载力提高，可用在边坡位置，使土方侧压力具备较强承重，避免土方出现移位现象。多用于一些桥梁的建设。

3 水利工程施工中不良地基处理常用技术

3.1 软土地基处理

软土往往具备了较大含水量、低渗透性、强压缩性、低承载力、低抗剪性等特点，属于软、流性饱各的土壤，在土壤中有机质的含量较高，当天然孔隙比例大于1 时便成了淤泥。沿海、内陆等区域常见这样的软件土，水利工程多将堤坝建于这些软土之上。也正是具备了以上特点，软土极易发生形变、膨胀、滑动，以此为地基，难以确保其承载力。当前在对该类不良地基进行处理时，常用的便是置换法、强夯法、真空预压法等。

在使用置换法时，主要是将软土换作砂层，将软土层的厚度减少，采用垂直预压的方法使下层的软土能够快速将水排出，进而凝固，使整体的承载力提高，沉积量降低，减少沉降发生的概率；砂石桩施工的过程中，加大施压的力度，使软土短时间内凝固，如果软土非常厚，可以先对砂井施工，将塑料排水带铺设好，采用真空预压方法，使软土中的水分排出，以上提到的这些技术主要都是通过排水固结进而提高不良地基的承载力，如图1 所示[3]。

图1 排水固结施工示意图

如果是一些规模较小的工程，承载力要求较低时可以使用抛石挤淤法，若上层体积较重，而且要求地基具备较强承重能力。规模较大水利工程施工过程中，则要选择桩基处理技术，可以使用石灰桩法、灰土挤密法等。例如某水利工程施工过程中，要求坝高为55m，针对淤泥性质的软土进行处理，其厚度为20m，主要采用的是振冲碎石桩，例如某水利工程坝高为18m，软土厚度为15m，主要采用的是砂井处理方法，如高是37m 厚度为5m 的水利工程施工主要采用的是振冲碎石桩法等，这些案例充分说明了针对不同性质的软土所采用的地基处理的技术是完全不同的，这就需要在具体的施工过程中根据实际情况选择最佳的方法。

3.2 可液化土层处理

可液化土层往往都是客观存在的，而且是无法避免的，并且划分为轻微、中等、严重3 个等级（具体见表2）[4]。所以在进行处理技术的运用时，可根据建筑整体的抗震设计要求、类型，采用合理的技术，在采用桩基础时，可将桩端深入液化度以下稳定土层中长度计算出来。如果稳定土层是碎石土、粗、中砂等，桩端深入长度在0.8m 以内；如果是其他非岩石土时，深入长度则在1.5m 以上。若采用的是深基础，那么基础底面应该埋入液化深度以下的稳定土层中，深度在0.5m 以上。若采用的是加密法，就需要处理到液化深度下界；将全部液化土层替换为非液化土层，或者是覆盖一定厚度的非液化土层。在对基础边缘以外宽度处理时，应该保持在基础底面下深度1/2，并且在基础宽度的1/5 以内。

表2 地基液化等级表

3.3 湿陷性黄土地基处理

一般情况下，湿陷性黄土地基形成的主要原因是由于受到了水的浸湿，进而导致土结构快速破坏，发生了较为明显的湿陷变形，降低了强度，在自重应力与由外荷引起的附加应力的双重作用之下，发生了湿陷。湿陷性黄土多呈现出黄色或者是黄褐色泥土，粒度成分主要是由50%以上的粉土颗粒组成[5]。在对湿陷性黄土地基进行处理时，首先应该判定黄土湿陷性，目前多采用的是湿陷系数δs值，δs可以借助室内浸水压缩试验来进行测量。将天然含水量以及结构黄土土样，在经过不断加压以后，进而达到规定试验压力，待压缩稳定以后，浸水，含水量饱和，土样快速下沉，待再次稳定以后，获得浸水后土样高度hp（见图2 所示），湿陷系数δs值如公式（1）所示。

图2 浸水压缩试验p-h 曲线

式中：h0表示的是土样的原始高度（cm）；hp表示的是土样在保持天然湿度以及结构时，通过施加压力到规定的压力值，待下沉稳定以后的高度（cm）；′表示的是经过以上施加压力后处于稳定状态的土样，在通过浸水后，待下沉稳定以后的高度（cm）。

湿陷系数δs压力的测定，当基础底面压力≤300kPa 桥涵，自基底算起，10m 内土层采用200kPa，新近堆积黄土采用150kPa，10m 以下至非湿陷性土层顶面，采用其上覆土的饱和自重土压力，当上覆土的饱和自重土压力＞300kPa 时，仍采用300kPa；对于基础底面压力＞300kPa 桥涵，应采用实际压力。当湿陷系数δs≥0.15 时，为湿陷性黄土，否则为非湿陷性黄土。

其次是对湿陷性黄土地基湿陷类型进行划分，采用的是自重湿陷量Δzs来进行判定，如果自重湿陷量Δzs≤7cm时，判定其为非自重湿陷性黄土场地，如果Δzs＞7cm时，则判定为自重湿陷性黄土场地。湿陷性黄土自重湿陷量Δzs如公式（2）所示。

式中：Δzs表示的是自重湿陷量（cm）；δzsi表示的是第i层土在上覆土的饱和（Sr ≥0.85）自重压力下的自重湿陷系数；hi表示的是第i层土的厚度（cm）；β0表示的是不同区域土质不同修正的系数。

自重湿陷量Δzs的累计自天然地面算起至其下全部湿陷性黄土层的底面为止，如果挖、填方的厚度和面积较大时，自设计地面算起，其中自重湿陷系数δzs<0.015 的土层可不计。

然后是判定湿陷性黄土地基湿陷等级，换言之，也就是地基土受水浸湿以后发生湿陷的程度，衡量时可采用地基内各个土层湿陷下沉稳定以后所产生的湿陷量总和，如果总湿陷量较大，那么结构物危险系数就越大，设计以及施工或者处理时要求便会较高，基底以下地基湿陷量Δs如公式（3）所示。

式中：δsi为自基底算起第i层土的湿陷系数；hi为基底以下第i层土的厚度（cm）；β为考虑地基土侧向挤出条件、浸水概率等因素的修正系数。

基底以下地基的湿陷量Δs应自基础底面进行计算，对于非自重湿陷性黄土，累计至基底以下5m 深度为止。对于自重湿陷性黄土处的大桥和特大桥，累计至非湿陷性土层顶面为止；对于其他桥涵，当基底以下自重湿陷性黄土厚度＞10m 时，陇西、陇东、陕北、晋南、豫西地区的累计深度应≥15m，其他地区应≥10m，其中湿陷系数δs<0.015 的土层可不累计。湿陷性黄土地基的湿陷等级，应根据自重湿陷量Δzs和基底以下地基湿陷量Δs的大小进行判定，具体见表3。

表3 湿陷性黄土地基的湿陷等级的判定

如果Δs＞30cm，但是却≤50cm，Δzs＞7cm，但是却≤30cm 时，视为Ⅱ级；如果Δs＞50cm，但是却≤60cm，Δzs＞30cm，但是却≤35cm 时，视为Ⅲ级。

3.4 强透水层处理

强透水层主要指的就是以砾石、卵石等为主的地基土，此类型的地基土属于强透水性地层，在开挖地基时极易导致水土流失，严重时会导致管涌发生，造成地基形成了较为固定的水流通道，对于建筑物整体稳定性必然会带来威胁。针对该情况多使用的是防渗处理技术，在施工的过程中采用止水帷幕将水下渗的路径阻断，将混凝土、黏土铺于大坝前面，使渗水路径得到有效延伸，同时还要将浆液灌于大坝前面的混凝土帷幕中，进而使混凝土渗透性大幅度降低，彻底清除掉透水层中的砾石、卵石，对修筑的防渗墙进行高压喷射。

4 结语

水利工程涉及的是人民利益，不良地基如果处理不当，不仅会使人民利益受损，甚至危及人民生命安全。所以要给予高度重视，针对不同类型的不良地基，采用最适合的处理技术，这就需要在具体施工过程中准确掌握不良地基的具体情况，进而采用科学的方法，进而降低由于不良地基而导致水利工程整体结构受到影响的概率，将施工质量、效率大幅度提高。