水利水电基础工程施工中不良地基的处理技术

王 果 中国葛洲坝集团第三工程有限公司

1 水利水电工程地基处理的作用与重要性

地基是建（构）筑物坐落的用于支承基础的土体或岩体，对于水利水电工程而言，其主要有支撑水利水电工程设施与阻水隔水的作用。水利水电工程一般为水电站，其与一般建筑工程相似，均是人类工程建设在地基上的建筑体，但又不同于一般的建筑工程，主要表现在建筑不仅要承受水电站垂向压力，还须具有良好的防渗能力、较强的抗水侧压力能力。因此，良好的地基是水电站成败的关键，而良好地运用地基处理技术对保障建筑地基的受力性能、蓄水能力、工程整体稳定性有至关重要的作用，也直接影响到电站的产能。一般地，地基处理上的资金投入占总投资的10%～40%，这也在一定程度上反映出地基处理的重要性。

2 水利水电工程施工中不良地基的危害

2.1 造成土坡失稳

在不良地基中建设水利水电工程时，土坡天然稳定性差，平衡性易发生偏差，静水压力、波浪冲击力等外力长时间作用土坡，改变土坡内部结构，压迫土坡部分结构发生位移，逐步破坏瓦解土坡的整体稳定性，进而造成土坡失稳、水电工程的破坏。土坡失稳是工程施工过程中易遇到的问题，给工程安全带来极大隐患。

2.2 降低地基承载力

地基承载力是地基在不破坏自身内部结构的基础上，单位面积能够承受上部建筑物施加的荷载压力的能力，是确保水利水电工程顺利安全施工、保持长期稳定运行的关键。但当构筑物建设在不良地基上时，由于地基天然结构存在较大缺陷，例如淤泥质软土地基，地基承载力较低，地基不能满足承受上部建筑物压力的要求，建筑工程易于发生失稳、倾斜、倒塌、不均匀沉降等建筑质量问题，甚至引发严重的安全事故。

2.3 导致地基沉降

地基沉降是地基土层在附加应力作用下逐渐压密挤实而发生的一种地基表面下沉现象。地基沉降现象普遍存在，但过大的沉降以及不均匀沉降是建设工程所不能够容忍的问题，它会导致建筑物倾斜、开裂，进而影响其正常使用与安全。地基沉降的因素较多，但广泛分布的不良地质地基土是引发过大沉降的主要因素，局部分布的软弱夹层是导致不均匀沉降的重要诱因。地基沉降会显著增加水利水电工程施工风险，威胁施工人员生命财产安全，影响建筑耐久性，甚至造成重大建筑质量事故。

3 水利水电基础工程施工不良地基处理方法分析

3.1 强透水层处理技术

在水利水电基础工程施工当中，强透水层处理技术是集中比较常用的地基处理方法。在具体施工当中，通过使用大量鹅卵石以及硬度较大的砂石材料，直接铺设在地基表面，可以有效提高地基结构的透水效果，这一施工方法在大坝主体工程施工当中应用比较普遍，并且刚性坝体在透水性能效果上更加明显，当大坝透水性能较强的条件下，强透水层的渗透系数也会进一步提升。在强透水层处理施工当中，为了全面提高坝体的防渗透性能，通常情况下会选择使用帷幕控制水压大小，然后根据水利水电工程的具体施工情况与原材料进行合理选择，同时对渗水管道进行有效延长，然后对帷幕进行灌浆处理，有效控制大坝前混凝土层的透水性能。除此之外，通过使用高压喷射灌浆施工方法可以形成防渗透墙，工程施工单位在具体施工当中，必须要严格依照墙透水层处理技术步骤来进行施工，不能存在施工的盲目性和随意性，有效提高水利水电工程基础施工质量和效果。

3.2 可液化土层处理技术

在基础结构当中，可液化土层结构主要是因为地基结构的土壤粘性程度相对较低，或者土壤结构基本上没有较大的粘稠度，土壤相互之间的挤压程度不足，因此会存在一定的空隙。当土层受到外部条件挤压的作用条件下，空隙内部的水压会进一步上升，当可液化土层和非粘性土层进行合并液化工作中，会造成土层的抗剪强度进一步下降甚至消失，进而会直接影响到整个基础结构的稳定性。土层液化会造成地基结构产生进一步沉降，同时还会出现部分地基结构产生滑动，整体的稳定性和平衡性不足，工程地基结构的整体抗剪强度会有所下滑，地基结构内部水体压力的不断上涨，会对整个工程基础结构的稳定性造成直接性影响。

通过可液化土层处理技术的合理使用，将基础层内部已经液化的土壤进行有效清理，然后使用强度更高的混凝土材料对其进行加固，以此来有效保证可液化地基结构的整体稳定性。在施工当中需要修建砂井或者砂柱对其进行固定，砂井或者砂柱的总长度需要通过相关设计工作人员的准确计算，保证施工长度符合基础工程的施工标准。

3.3 软土地基的处理方法

在针对软土地基的处理工作当中，通常情况下需要将土壤层当中大量的淤泥和软土条件进行有效清除，因为软土地基结构在整体的刚性程度以及稳定性上相对较弱，同时软土地基结构在抗剪强度方面有所不足，当地基结构受到外部强大荷载的作用下，地基结构的稳定性会进一步下降，因此软土地基的整体刚性程度会有所不足，并且软土第一结构在抗碱强度方面相对较差，因此会造成整个工程地基结构的稳定性下降。当外部压力不断上升的情况下，软土地基的抗剪强度会进一步下降，通过外部处理手段对软土地基进行固化处理，可以有效提高地基结构的抗剪能力和承载力。

在软土地基的处理工作中，主要分为以下几个操作环节：第一，需要对软土地基内部的土壤进行更换，根据软土地基结构的实际构成状况，施工单位可以选择使用一些渗透性能更强、稳定性更高的材料，有效替代原有的软土地基材料，可以进一步提高基础结构的支撑强度以及结构稳定性。第二，针对软土地基需要进行充分压实处理。通常情况下，软土地基土壤当中所含有的含水量相对较大，通过强夯法的合理使用，可以有效清理软土地基当中所含有的大量水分，进而可以全面提高软土地基结构的整体固化和稳定性效果。通过旋喷射处理技术的使用，可以保证水泥和土壤材料相互之间衔接更加紧密，可以进一步提高软土地基结构的稳定性，保证地基结构强度符合后续水利水电工程主体施工的标准。同时进一步防止基础部分产生严重的渗水和漏水问题。第三，通过灌浆施工可以进一步提高软土地基的稳定性。在灌浆施工过程中所使用的材料必须要具有更高的强度以及较低的压缩性，当空气当中的水体排放出来之后，需要使用填缝材料对其进行进一步填充处理，有效防止因为热胀冷缩问题而造成地基产生形变。

3.4 淤泥质软土的处理

淤泥质软土主要通过淤泥和淤泥质土所构成，淤泥是软土，其抗压缩性能相对较低，同时淤泥土壤当中会含有大量的水分，会造成淤泥质软土结构的渗透性能变差，同时整体的基础抗剪强度下滑。当外部受到强大压力作用时，内部的淤泥质软土结构很容易出现比较明显的形变问题，同时土壤还会产生进一步的膨胀状况，进而导致水利水电工程基础施工稳定性不足。为了有效缓解这一问题，在淤泥质软土地基的处理工作中，可以采取以下处理方法来进行解决。首先，工程施工人员需要有效掌握淤泥质软土地基的关键处理技术，通过这种处理方法对淤泥质软土地基进行充分压实，有效提高软土地基的抗剪强度，以此来控制基础结构的形变量大小；其次，相关施工管理工作人员需要对整个工程施工流程进行全过程监督和管理，对施工过程中产生的各种问题进行及时调整，有效保证淤泥质软土地基结构可以得到有效处理。

3.5 深层覆盖层不良地基处理技术

由于水利水电工程施工环境相对比较复杂，并且工程的整体施工跨度相对较大，很多工程施工会受到河流以及地下水环境等因素的影响，造成地基结构的整体稳定性不足，同时某些地基结构内部还会存在大量的碎石层结构。由于碎石层在空隙比率上相对较大，如果在长时间受到水体冲刷影响之后，地基结构的渗水性能会进一步提升，会造成基础结构的土壤松散程度更高。相关施工人员在处理深层覆盖不良地基条件时，可以有效选择使用以下几种方法：第一，通过水泥灌注桩技术施工，在地基比较稀松的土壤结构当中应用非常广泛，在施工过程中选择渗透性良好的施工材料，对碎石层进行灌注施工处理。第二，振动处理技术。通过使用合适的频率振动，保证地基结构的稳定性进一步提升。振动处理技术在具体的应用过程中，由于操作方式比较简单，因此应用非常广泛，所取得的软土地基处理效果也非常明显。

3.6 弱夹层处理

缓倾角软弱带的常规处理方法是通过开挖揭露软弱夹层，并在清除软弱地层后利用混凝土浇筑替换。如果软弱夹层上部土体较厚或者硬度较大，导致开挖工程量大或开挖不经济时，一般通过实施竖井或平硐的方式来对清除软弱层，并固结灌浆回填混凝土或铺设钢筋混凝土。另外，还可利用防滑齿墙贯穿处理软弱带并通过高压喷射来达到清除软弱层目的。

高倾角软弱带的常规处理方法是挖除软弱带并回填制作混凝土塞。但当临层土质疏松且软弱夹层横向宽度较大时，则需设计混凝土拱、混凝土梁，将软弱层压力向两侧完整岩土体传递再行开挖。为保护坝身填土，可清除部分软弱带后利用黏土、混凝土再回填形成阻水盖板以防止其被渗流冲刷。

3.7 坝基涌泉处理

坝基涌泉是指坐落于松散土层、发育裂隙、溶洞的基岩中的堤坝，坝内水沿着这些地基空隙向坝外渗水，并不断冲蚀破坏地基，久而久之造成大量水呈泉式在坝外涌出的现象。坝基涌泉危害性极大，不仅造成坝体存水能力下降，还会掏蚀地基本身造成地基破坏，造成坝体不均匀沉降，严重会造成坝身失稳。针对涌泉坝基为基岩的情况，一般采用填筑方法，即对基岩空隙充填防渗体，然后采用从细到粗的碎石分层对基岩空隙进行密实填筑；当涌泉水量过大，需采取引流措施改善填筑环境，也可在涌泉出口安装单向逆止阀门，降低空隙涌水量，直至基岩空隙处满足填筑要求时再进行填筑。

4 结束语

不良地基对水利水电工程质量安全造成巨大威胁，准确探测、分析、处理不良地基是保障工程安全的基础。因此，水利水电基础工程施工前，应先对地基进行详细勘察，准确测算地基土的各项力学指标，并对不良地基会对水利水电工程造成的作用能力进行事先预判，然后以科学、经济、安全为原则，根据不同不良地基类型选择合适的处理方案对不良地基进行有效的处理，这样才能保证水利水电工程的顺利完工和长久运行。